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2017年200mm產能危機深度剖析
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需求增長,而產能持平。這種不平衡背後的原因是什麼。

在過去一年左右的時間裡,由於某些晶片的需求激增,IC行業在200mm晶圓廠容量和200mm設備方面都嚴重短缺。現在,200毫米的缺口比以前更糟。但是,由於這兩個因素,預計在2017年下半年,這種情況並不會改善。

在容量方面,晶片製造商通常運營他們的200mm晶圓廠,利用率達到或接近100%,且沒有放緩的跡象。“全球200毫米的產能得到充分利用”聯電( UMC)公司業務管理副總裁Walter Ng表示:“從去年初以來,這種情況一直是這樣,預計在可預見的未來仍然如此。今年下半年的前景仍然是200mm產能被充分利用。”

在一方面看,這是個好消息——晶片製造商希望保持晶圓廠充分利潤。缺點是他們不能利用需求的飛漲帶動晶圓廠利潤的增長。

晶片製造商一直在尋求擴大其200mm晶圓廠的能力,在中國,有些製造商正著手建造新的200mm晶圓廠以滿足需求。但幾乎沒有任何新的或二手的200mm設備可用。而有工具可用的地方,價格又比較高。

200mm設備的缺口在2015年底開始出現,並貫穿了整個2016年,晶圓廠意識到對200mm容量的突然和令人驚訝的需求。“從去年的情況來看,許多人的普遍思想是:2017年我們會看到一些鬆動,並增加對200mm設備所需材料的供應,” 應用材料(Applied Materials)公司的全球服務部應用總監Cody Harlow如是說,“根本不是這樣的情況。事實上,現在核心工具供應不足。核心工具的價格達到十年來的最高點。”

術語“核心”是指一件必須翻新的二手設備。一年前,庫存中有600到720個200mm的二手設備或核心。據世界上最大的二次設備供應商之一的SurplusGlobal公司表示,目前設備製造商的核心需求量約為1000個。

根據SurplusGlobal的說法,目前還有不到1000個200mm的核心可用。但是,據該公司估計,目前晶片製造商的核心需求在3000到5000個之間,比去年增加了三到五倍,供需不平衡。

“我們從來沒有遇到過像這樣糟糕的情況,沒有足夠的設備,”SurplusGlobal美洲和歐洲執行副總裁Emerald Greig說:”有些人已經投資建造了200mm晶圓廠,但是它們已經被擱置了。不是因為資金不足而暫停,而是因為沒有設備所以被擱置了。”

然而,200mm容量的緊縮並不是一個短期事件。Greig說:“我們認為,至少在未來的兩三年內,對200mm的需求仍將繼續。”

我們是怎麼走到這一步的?
200mm容量和工具的缺乏主要是由於以下幾個原因:
?多年來,由於成本原因,許多晶片製造商關閉了200mm晶圓廠。有些人決定專注於更大的300mm市場。

?幾家設備公司多年來停產或被收購。 許多廠商決定停止構建某些類型的傳統工具。

?對200mm晶圓廠生產的晶片的需求的爆炸式增長,特別是在汽車,通信和移動市場。

令人驚訝的是,儘管200mm晶圓廠在幾十年前就已經出現了,但在今天仍然是熱門商品。目前,中國正在建造業界最新的200mm晶圓廠。 此外,幾家代工廠和集成設備製造商(IDMs)正在提升新的200mm晶圓廠能力。

根據SEMI的統計,到2020年,全球預計將有189個200mm的晶圓廠,而2007年的高峰期則為199家。SEMI分析師Christian Dieseldorff說:“包括2016年,我們正在密切關注八個新的已經開始建設的200mm晶圓廠專案。這八個專案中有六個在中國。它們混合了模擬、電力和鑄造產業。“
 
計算新晶圓廠的數量是一回事。 但是,隨著時間的推移,預計200mm晶圓廠容量的多少,涉及到一個包含一系列變數和未知數的複雜公式。“你有新技術進入200mm,同時也要遷移到300mm,還有平均銷售價格(ASP)的侵蝕,”應用材料(Applied Materials)的應用全球服務行銷總監Mike Rosa說,“所以,這是一個複雜的方程,可以在許多年後維持200mm的需求。”

獲取200mm的一種處理方法是查看wafer starts per month(wspm)、工藝、利用率和產品類型。
對於初學者來說,典型的200mm晶圓廠產量約40,000 wspm。通常,200mm晶圓廠可以在6微米至65納米的各種工藝中生產各種晶片。MCU、MEMS、MOSFET、電源管理IC和RF器件只是200mm晶圓廠中的幾種產品。
 
考慮到200mm晶片的需求,該行業預計在2020年前200mm晶圓廠產能將每年增加80,000至100,000 wspm。據Rosa稱:“在接下來的四年多的時間裡,這是每年價值2.5億美元的設備。”

根據分析師的預測,到2017年,對於200mm設備,該行業總共將產生520 wspm,到2018年將達530 wspm。“到2020年底,預計容量約為550 wspm,”SEMI的Dieseldorff如是說。

在另一個關鍵指標中,全球200mm晶圓廠的平均利用率約為78%至85%。 “這個數字正在爬升,” Applied的Rosa說,“可以看到利用率每年上漲約4%。”

此外,產品類型和ASPs也被納入方程式中。“每個設備都有不同的ASP侵蝕率,” Rosa說,“它可以像MEMS那樣具有侵略性。MEMS每季度價格下滑3%至5%。”

總而言之,晶圓開始在200mm晶圓廠開始上漲,但平均售價以更快的速度下降。總的來說,200mm晶圓廠的收入總體以每年2%的速度增長,他說。

然而,數字指向相同的方向。UMC高級區域行銷經理Yan Qu說:“一般來說,由於季節性變化,大批量的消費者產品在下半年將有所上升。因此,下半年200mm容量供應預計將繼續緊張。”

浪潮之後
是什麼驅動了對200mm需求?Rosa稱:“類比產品、MEMS和電源管理產品對移動設備和物聯網仍然至關重要。這些部門的需求和增長導致了200mm的供應短缺。”

綜合考慮這些問題,晶片製造商也在200mm的各種產品組合中角逐。這些分為三類。第一個涉及到適合200mm的晶片。UMC的Ng表示:“它們在轉型為更先進的技術方面沒有任何優勢,但整體市場需求持續增長,如離散功率MOSFET。”

第二類涉及的產品將保持在200mm,但在晶圓尺寸上需要更先進的工藝。這類包括顯示驅動程式和控制器。
最後,一些200mm的產品正往300mm遷移。“依賴於終端產品,如微控制器和射頻開關,滿足廣泛性能要求的應用相關的需求有所增長,”Ng說, “對於這些應用,高性能產品將採用基於300mm的工藝技術,其餘的產品將基於200mm。”

工具不足
雖然200mm容量仍然緊張,但具有200mm工藝技術的晶片製造商面臨著其他挑戰——尋找設備。“二手的200mm設備一般都不容易獲得,”Ng說,“如果有的話,通常是很有價值的。”

然而,在公開市場上可用的不到1000個200mm的核心中,有許多是過時或無法修復的。短缺是全面的,其中蝕刻、光刻和計量工具最難找到。200mm工具的備件也很少。

那麼在哪裡可以買到200mm的設備和備件?
通常,晶片製造商可以從晶圓廠設備製造商,二手設備公司、中間商或線上網站(如eBay)購買二手設備。 一些晶片製造商也在公開市場上出售二手設備。

多年來,Applied Materials、ASML、KLA-Tencor、Lam Research、TEL等設備製造商一直在翻新和銷售自己的設備。最近,Applied、Lam和TEL在業務需求旺盛的時候開始生產新的200mm設備。

例如,Applied公司搭建了不同類型的200mm設備。Harlow說:“Applied在200mm領域投入了大量資金。這不僅僅是從在技術的角度出發,而且站在供應基礎和庫存的角度來看,需要提供新的工具彌補現存的不足。我們有能力在需要時提供新的工具。”

去年,Lam Research和Manz AG組建了一家名為Talus Manufacturing的合資公司。Talus位於臺灣,是一個全球性的翻新中心。Talus將升級和翻新Lam的設備,以滿足臺灣和全球客戶的需求。

“Lam的目標是主動為客戶的需求提供解決方案。因此,Lam總是積極尋找市場上的200mm工具,以便我們為客戶提供經濟型的翻新解決方案,” Talus總經理、Lam Research全球運營戰略計畫副總裁Shahriar Shaghafi表示, “即使市場上沒有任何剩餘的可用工具,Lam仍然擁有製造技術來製造其全套200mm工具。”

利用原始設備製造商來採購200mm裝備具有一定的優勢。KLA-Tencor的KT Pro集團副總裁兼總經理Wilbert Odisho說:“200mm計量和檢測工具領域繼續供不應求。客戶需要我們這些原始製造商來提供200mm工具,這主要有兩個原因:一是,協力廠商供應有限;第二,協力廠商供應商提供的設備可能不符合客戶要求。”
KLA-Tencor本身正在採取措施滿足200mm的需求。它繼續提供翻新的設備,並在市場上推出了幾種“再製造”系統,如薄膜測量系統(F5X),裸晶圓片檢測工具(Surfscan SP2)和亮場(2367)和暗場(9150)晶圓檢測系統。

它也在解決備件問題。“我們正在努力通過重新設計光學和電子子系統,以及升級作業系統來減輕部分過時問題,”Odisho如是說。

然而,與OEM廠商合作也有一些缺點。他們可能會為200mm工具收取額外費用。交貨時間長。一些(不是所有)設備製造商,預先搶佔了300mm設備蓬勃的銷售市場。

所以,另一條途徑是與協力廠商二手設備公司或中間商合作。一般來說,這些公司可以通過各種手段在公開市場上獲得工具。例如,晶片製造商擁有多餘的設備,並在市場上公開銷售,或者IC供應商關閉晶圓廠,並將裝備出價銷售。

從二手設備公司購買工具可能是一個具有挑戰性的過程。當下,有幾十個銷售二手裝備的實體。有些公司翻新工具並提供技術支援。其他公司則未做任何處理,系統“原樣”出售,你可以選擇購買或者放棄。

許多二手設備公司聲譽良好,而另一些則值得懷疑。 事實上,在這個領域有很多可怕的故事,一個晶片製造商將不知不覺地購買一個不能工作或缺少零件的二手工具。

令人困惑的是,一些二手設備廠商正在給傳統的商業模式帶來新的轉變。例如,SurplusGlobal最近宣佈了它所謂的集群。總部位於韓國京畿道,集群涉及一個大型建築物,其中包括無塵室和倉庫空間。

晶圓廠工具供應商和二手設備競爭對手都可以從SurplusGlobal的新集群網站租賃空間,該集群將於2018年開放。集群的目的是為韓國和其他地區的晶片製造商提供一站式工具、備件和服務。

該集群的賣點在於,新工廠位於兩家大型晶片製造商三星和SK Hynix附近。“除此之外,我們還想從韓國支援中國,” SurplusGlobal的Greig稱。

其他廠商正在朝不同的模式邁進。不久前,一家二手工具供應商ClassOne Equipment組建了一個名為ClassOne Technology的單位。新單位正在以自己的品牌開發新的200mm設備。

這個概念很簡單。多年來,許多大型設備製造商退出了各種傳統工具市場,使一些晶片製造商陷入困境。根據該部門總裁Kevin Witt的說法,ClassOne Technology可以填補一些市場空白。

無論以哪種模式,購買二手設備仍然具有挑戰性。晶片設備老兵Witt為那些正在尋找二手設備的人提供了一些建議。“市場上有很多小的翻新公司,從其中一家購買設備是一種風險。一是,如果有事情發生,你能否得到服務?二是,如果有其他事發生,你怎麼得到零件?”

為了與潛在的供應商進行業務合作,Witt說,需要考慮以下幾個因素——品質、聲譽和服務。“一定要打開包,進行源檢查,並確保系統能夠執行所需的操作。不要買看不到的東西。第二件事是確保公司有品質程式、零件和服務。”

最好的解決方案是:做好功課。“如果一個交易成交得過於順利,那麼通常是不可信任的,”他補充說。
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