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国内各地纷纷上马晶圆制造厂,建一个晶圆厂需要多少钱?

2022-05-20 17:34 互联网综合

导读:按照之前机构的说法,一个大的Fab花在布局设置上的费用就需要几十亿美元。

芯片制造,应该是当前最具科技含量的产业之一了。而把砂子,通过上百道工序,最终变成芯片,可以说是真正凝聚着人类最前端的技术结晶。而建立一个晶圆厂,不仅需要漫长的工期,先进的技术,还需要大量的资金,可以称之为真正的“烧钱游戏”。那么问题就来了,建立一个晶圆厂,究竟需要多少钱?我们知道,从作为原料的沙子,到最后成品的芯片,是一条非常漫长的产业链。而晶圆厂,最终从事的工序,主要就是将IC设计企业设计好的芯片,刻画到晶圆上,最终成为一块一块加工好的晶圆,再切割成Die裸芯片。这一个过程,也称之为前道工序,这里至少有8个关键流程,分别是扩散、薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入、CMP抛光、金属化、测试。

很多人理解的是,晶圆厂所需要的资金,更多的是在这些设备上,比如光刻机、刻蚀机等。但事实上,设备成本,其实只占整个晶圆厂成本的60%左右。在晶圆厂建设的所有成本中,bet36游戏网站:土建等至少也占到40%左右。一家大型的晶圆厂,会根据不同的工作类型,分为不同的工作区域,而不同的工作区域,对环境等的要求又是完全不一样的。而晶圆厂中,除了技术过硬,环境保证与制造同样重要。比如为了控制制造过程中不能接受的沾污,半导体产业开发、使用了净化间,或者叫无尘间,他们的级别比手术室还要严格10倍。

而为了搞定这个无尘间,需要用超级洁净空气将芯片与外界环境隔离,它会在所有的出入口中,所有的与外连接的地方,装上各种各样的滤网,对外来风气进行处理。而任何无尘间,只要人的参与过多,就一定会产生污染,人可以说是无尘间最大的污染来源,所以晶圆厂,一般都会想办法提高自动化与机械化减少人员参与,这也涉及到机房的各种布局、建设、改造等,这都是巨大的开支。

按照之前机构的说法,一个大的Fab花在布局设置上的费用就需要几十亿美元。而从当前各大晶圆厂商的平均投资来看,一个7nm晶圆厂生产线,不算很复杂的话,其投资总金额超过100亿美元。而一个28nm的晶圆厂,其投资至少超过30亿美元。而一个复杂一点的先进工艺的晶圆厂,超过200亿美元也是可能的,要看具体的产能、规模来计算,但这个最低门槛是要保证的。

众所周知,过去的几年间,中国大陆的芯片产业是高速发展,特别是晶圆制造方面,目前已经有三大企业,进入了全球晶圆代工厂的前10名,分别是中芯国际、华虹集团、晶合集成。

而去年国内一共生产了集成电路3594亿块,同比增长37.48%,而出口集成电路3107亿个,同比增长19.59%,同时出口金额为1537.9亿美元,同比增长31.90%。

这些数字,都是国内芯片产业高速发展的最好的证明。

不过,大家在兴奋的同时,也要关注到一个事实,那就是国内芯片产业的发展,离不开外资们的努力,本土企业的发展,还需要更快才行。

如下图所示,这是当前国内10大晶圆厂(只说能制造芯片的企业,包括IDM,不含Fabless)的排名情况,这10大厂商是当前销量最高,也是产能最高,出货量最高的十大晶圆制造企业,也最能代表当前的格局。

这10大企业中,有5家是外企,分别是三星、英特尔、SK海力士、TSMC、联芯。而大陆本土的企业也占5家,分别是中芯国际、华虹、华润微电子、西安微电子所、武汉新芯。

而大陆最牛的中芯国际,只能排在第3名,排在三星、英特尔之后。

更值得注意的是,从销量额来看的话,这5大外资晶圆厂,占到这Top10企业销售额的70%+,本土的这5大晶圆企业,占比低于30%。

更值得大家注意的,在2016年的时候,Top10的晶圆企业中,本土企业同样是这5家,但这5家在当时的份额其实是占到44%左右,但如今低于30%了……这说明,外资企业的产能增长,其实是大于本土企业的产能增长的。

近年来,国内各地纷纷上马晶圆制造厂,各级地方政府盲目支持项目上马。除了12英寸、8英寸晶圆制造厂,大陆近年来,依靠民营资本兴建的众多6英寸和4英寸晶圆厂,今年也将有多条6英寸和4英寸产线投产。

美国目前建造的晶圆厂数量少于世界其他地区,也正因此,为了解决这一问题,美国专门针对半导体产业提交了CHIPS法案,但是根据substack.com的统计报告显示,相对于全球其他地方,美国晶圆厂建设的周期更长,这也许是各家公司考虑在亚洲等地区兴建新的晶圆厂的重要原因之一。

由于晶圆厂独特的基础设施要求以及大型建设项目必须的监管流程,半导体晶圆厂的建设需要数年时间。从 1990 年到 2020 年,全球大约有 635 座新建半导体工厂建成,平均建设周期为 682 天。该时间表不包括预先许可和施工前的考虑,因此晶圆厂的实际建设周期平均超过了两年。

建造新晶圆厂所需的时间存在相当大的区域差异。日本(584 天)和韩国(620 天)建造晶圆厂的平均速度明显快于世界其他地区。美洲是半导体设备商的主要所在地,但其建造晶圆厂的速度显着降低,平均耗时 736 天,比日本长约五个月。而在五个月内,三星和台积电等代工厂可以生产大约 500,000 片晶圆。

从 1990 年到 2020 年,在美国建造新晶圆厂所需的时间增加了 38%,从 1990 年到 2000 年的平均 665 天(1.8 年)上升到 2010 -2020年的 918 天(2.5 年)。与此同时,美国新建晶圆厂项目总数减半,从 1990-2000 年的 55 个晶圆厂项目减少到 2010 年至 2020 年的 22 个。

与其他地区相比,美国新晶圆厂项目总数的下降以及缓慢的速度非常令人印象深刻。例如,在中国,新晶圆厂项目总数从 1990-2000 年期间的 14 个增加到 2010-2020 年期间的 95 个。与此同时,中国这些晶圆厂项目从开工到投产的平均天数从 2000-2010 年的 747 天(2 年)减少到 2010-2020 年的 675 天(1.85 年)。中国正在建造更多的晶圆厂,并且建造速度显著加快。


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