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分析12英寸晶圓相比8英寸晶圓哪個更吃香

2018-09-12 23:20

目前行業應用的晶圓尺寸主要有三種6英寸、8英寸和12英寸,其中8英寸和12英寸的使用量最大。
 
12英寸晶圓優勢
 
優勢:由於技術的不斷發展革新,晶圓從主流的8英寸擴大到12英寸,從而能在一片晶圓上得到的晶粒更多,讓單位成本進一步降低。劣勢是12英寸晶圓的重量比8英寸的晶圓增加一倍,12英寸晶圓加上自身的重力已經超過人力的搬運所能負荷。自動化搬運因此應運而生,台積電率先在12英寸晶圓廠導入自動化物料搬運係統及自動化及時派工係統,從機台派工到晶圓搬運再到機台加工,全部自動化係統操作,不斷讓整個製程更有效率,達成晶圓廠自動化目標,更有效的提升晶片的製造良率,但前期投入成本相當高。
 
8英寸晶圓優勢,其中,最主要的是以下兩個:
 
首先,8英寸晶圓已具備了成熟的特種工藝,而特種工藝技術能夠使尺寸較小的晶粒包含較多的模擬內容,或支持較高電壓。
特種工藝技術包括高精度模擬CMOS、射頻CMOS、嵌入式存儲器CMOS、CIS、高壓CMOS、 BiCMOS和BCDMOS。這些特種技術對晶圓代工廠的工藝參數有較為嚴格的容差限製,常用的DC-DC轉換器、馬達驅動器、電池充電器IC一般都使用8英寸晶圓生產。
其次,大部分8英寸晶圓廠設備已折舊完畢,固定成本較低。8英寸晶圓廠的產能在上世紀90年代末期開始提升,大部分晶圓廠現已完全折舊完畢,因此,8英寸晶圓產品在經營成本上極具競爭力。雖然當前設備供應商不再製造8英寸晶圓廠所用的新設備,但他們通常會與8英寸晶圓廠進一步合作,以極具成本效益的方式,使舊設備壽命延長10~15年。
最近兩年,產能吃緊和漲價已經成為了半導體業的永恒話題。而在前些年,還被很多人看不上眼,覺得營收能力有限的8英寸晶圓代工產線,最近一年一躍成為了香餑餑,產能供不應求,營收能力大漲,重新回到了行業視野的中心點。
就在前幾天,8英寸晶圓代工產業龍頭世界先進和聯電同時爆出產能全滿的消息。
世界先進三座8英寸廠產能全滿,還傳出其8英寸晶圓代工平均售價(ASP)將上漲5%~10%,並開始篩選訂單,優先生產高毛利產品。
聯電也宣布,8英寸廠產能全滿,將調漲價格並順勢擴產。由於產能明顯不足,該公司在大陸的和艦廠也將擴產15%,預計將在2019年完成。
 
8英寸晶圓為何能產生這麽大的優勢呢?原因有:矽片產量有限 8英寸晶圓代工廠減少 晶圓代工產能與交期吃緊 設備供給不足
 
SEMI的報告顯示,2017年,全球的晶圓(矽片)出貨總麵積為11810百萬平方英寸,同比 增加10%,全球晶圓總營收同比增長21%,晶圓價格上漲明顯,累計上漲約10%。
根據SEMI和IC insight的數據,2017年全球晶圓產能為17.9Mwpm(百萬片/月),其中,8英寸片產能約為5.2 Mwpm。
預計到2021年,8英寸晶圓產能仍將逐步增長,以可用矽晶圓麵積計算,每年平均增長幅度為1.1%。
在2017年的基礎上,2018年8英寸晶圓價格繼續攀升。目前,上遊矽片產能難以滿足下遊快速增長的需求,SUMCO的一季報顯示,本年度矽片出廠價格有望增長20%,2018年Q4價格將較2016年Q4增長40%。
放眼全球,矽片供應商主要有日本信越、Sumco、中國台灣的環球晶圓、德國Silitronic和韓國SK Siltron等,前5大廠商市場占有率超過90%。此外,台灣地區的合晶科技、 Ferrotec也是8英寸矽片的重要供應商。據統計,2017年全球8英寸矽片產能約為5.4Mwpm。
目前,全球超過三分之一的8英寸矽片在日本生產。從2016年開始,日本國內8英寸矽片產量和銷售量持續提升,而庫存水平逐漸下降,存貨比率從最高點的90%下降至2017年底的44%。
需求的持續增加使得8英寸矽片在2017年Q1供給緊張,並從2017年上半年開始漲價,2017全年漲價幅度約為3%,而到了2018年Q1,8英寸矽片持續缺貨,漲價幅度達到了10%。
根據矽片巨頭Sumco在一季報披露的內容,預計矽片價格在2018和2019 會持續增長。
Sumco認為,8英寸晶圓的供給量增長有限,且生產設備又不易取得,晶圓代工廠難以對8英寸矽片擴充產能, 8英寸矽片會呈現長期供應緊張狀態,恐將缺貨至2021年。
從目前情況來看,雖然自2017年以來8英寸矽片價格上漲幅度超過10%, 但是從長周期來看,當前8英寸矽片價格仍處於曆史低位,從2007年至今,8英寸矽片價格下降約40%,大部分矽片生產廠的8英寸產品已虧損多年,因此,即使8英寸矽片價格上漲,矽片巨頭的擴產意願也並不強烈。
可見,在產業源頭——矽片產能遲遲跟不上去,是導致全行業缺貨的根源。由於市場上的矽片供應不足,使得下遊的晶圓代工企業處於無米下鍋的境地,從而難以滿足廣大IC設計和IDM客戶的需求,價格自然水漲船高。
有強勁的需求,自然就會有產能的擴充。據悉,目前在積極擴產8英寸矽片的主要有合晶科技、Ferrotec,還有AST(超矽)、Gritek(有研新材)、JRH(金瑞泓)等。
鄭州合晶矽材料生產項目於2017年7月動工,一期規劃每月20萬片的8英寸矽片產能。2017年中,環球晶圓與Ferrotec宣布合作,Ferrotec負責生產8英寸矽片,環球晶圓出技術並保證品質,規劃三期,每期規劃月產能增加15萬片。
據統計,從2008到2016年,有37座8英寸晶圓代工廠關閉,同時有15座廠從8英寸轉換為12英寸,截至2016年,全球8英寸晶圓代工廠已減少至180座左右。而據SEMI統計,全球8英寸晶圓廠產能增長速度極低,2015~2017年僅增長約7%。另外,部分6英寸產線關閉,將產能轉單至8英寸線。據統計,在2017 年,8英寸晶圓代工主力華虹半導體的 8英寸晶圓產能為168K/月,中芯國際的產能為234K/月,占晶圓總產能的比例超過40%。而台積電的8英寸晶圓代工產能占其總產能的比例約為14%;聯電方麵,其官方在上個月曾經表示,該公司的8英寸晶圓代工產能供不應求,已開始一次性漲價。
2010-2016年間,約有25座6英寸晶圓廠關閉,相應產能減少約453 k wpm(換算為8英寸),而6英寸線產能減少之後,原產線的產品(如分立器件、功率器件、MEMS、模擬芯片)將會切換至8英寸晶圓產線。
目前,全球8英寸晶圓代工線產能利用率逼近100%,而產能拓展潛力有限,受此影響,與2017年Q2相比,今年同期主要半導體元器件的交貨時間明顯延長,與前幾個季度相比,模擬器件、傳感器、分立器件和32位MCU等交貨時間均增加,最緊張的交貨時間已延長至 40~50周。digitimes的數據顯示,台灣地區主要晶圓代工產能利用率不斷增長,截至今年6月,產能利用率為94.7%,同比增長了1.3%。當前台灣地區主要晶圓代工廠8英寸線產能約為1100~1200 千片/月。目前,大部分的模擬、分立器件市場由IDM大廠把持,如英飛淩、德州儀器(TI)等,但因產能有限,這些IDM通常會將訂單外包給Foundry代工廠,同時,在從6英寸轉向8英寸過程中,部分IDM的主要產能專注於12英寸線,沒有額外增添8英寸線,這樣就不得不將 8英寸產品外包。
因此,大部分IDM擴產幅度比需求增長幅度低,外包的比例會越來越高, 這樣就加劇了Foundry廠訂單供不應求的局麵。
在功率器件方麵,大陸的揚傑科技收益頗豐。在其6英寸產線的基礎上,該公司正在積極規劃8英寸線,同時在儲備8英寸晶圓和IGBT技術人才。前文多處提到,市場對8英寸晶圓廠使用的設備供應不足,也是導致產能吃緊的一個重要原因。
由於多數8英寸晶圓代工建廠時間較早,運行時間大多長達10年以上,部分設備太老舊或者難以修複,同時,由於當前12英寸晶圓代工廠資本支出規模巨大,部分廠商停止了8英寸晶圓產線,使得相關設備供應商缺乏研發和生產相關設備的積極性。
目前,8英寸晶圓代工產線設備主要來自二手市場,多來自從8英寸向12英寸升級的內存廠商,如三星和海力士,而舊設備市場資源有限,已經呈現出逐漸枯竭的態勢,其中,蝕刻機、光刻機、測量設備最為搶手。
但總體而言,其各種優勢,萬變不離其宗,核心都是成本,這是其最強的殺手鐧。12英寸晶圓何時完全替代8英寸晶圓,兩年後再看。
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