2021年模拟IC市场达到了741亿美元的历史新高，强劲的需求和供应链中断导致去年模拟IC的平均销售价格上涨了6%。IC insights预计，2022年模拟IC总销售额将增长12%至832亿美元，单位出货量将增长11%至2387亿。在模拟IC蓬勃发展的同时，模拟芯片厂商大刀阔斧的进行扩产投资，纷纷迈向了12英寸晶圆产线。模拟芯片的12英寸时代来临。
模拟芯片大厂向12英寸晶圆厂迈进
德州仪器最早进入12英寸
德州仪器（TI）是模拟芯片领域绝对的龙头，2020年其模拟IC销售额为109亿美元，占全球19%的市场份额。统计显示，到2020年，TI 大约一半的模拟器件是在300mm（12英寸）晶圆上制造的。该公司此前曾表示，与使用200mm晶圆生产相比，在300mm晶圆上制造模拟 IC 将未封装部件（在芯片级）的成本降低了 40%。据 TI 称，在300毫米晶圆上制造的完全封装和测试的 IC 成本比在200毫米晶圆厂制造的 IC低约 20%。
2009年，德州仪器成为第一家在300mm设备上制造模拟设备的公司。彼时，德州仪器宣布以1.725亿美元的价格从破产的DRAM制造商奇梦达公司那里购买了300mm的制造工具，并将其转移到德克萨斯州现有的“RFAB”工厂中，开始大规模制造模拟IC。2010年，德州仪器又从Cension Semiconductor Manufacturing手中收购了两家由Spansion在日本会津若松运营的晶圆厂，一座可用于200mm生产，另外一座则可同时兼顾200mm和300mm的生产。德州仪器还将其旧的DMOS 6晶圆厂过渡到300mm。
得益于300mm晶圆的产能提高，以及于专注于工业和汽车市场的优势，德州仪器近年来的毛利率逐年升高。在看到了模拟芯片市场长期的增长趋势后，德州仪器开始大规模扩产。
2022年2月，德州仪器宣布了未来几年的资本支出计划，到2025年，德州仪器每年将支出约 35 亿美元用于芯片制造。德州仪器将新建4座工厂，主要在谢尔曼进行，该公司计划今年完成前两家工厂的建设，预计2025年第一家工厂投产。第三和第四家工厂的建设将在 2026 年至 2030 年之间开始。2021年7月，德州仪器还以9亿美元收购了美光科技位于犹他州Lehi的一座12英寸晶圆制造厂LFAB。该厂最初是美光科技计划用其生产3D Xpoint存储芯片，由于美光退出3D Xpoint业务，德州仪器计划将其改造，用于制造65nm和45nm工艺的模拟和嵌入式芯片，预计将于2023年初开始生产。
德州仪器表示，当其完成其位于犹他州的Sherman、Richardson和 Lehigh制造厂以及马来西亚的另一个制造厂时，该公司将拥有八家300mm晶圆厂。
- 英飞凌已有2家12英寸晶圆厂
英飞凌目前有2座300mm晶圆厂，一个在德国德累斯顿（Dresden），一个在奥地利菲拉赫（Villach）。其中菲拉赫的工厂经过三年的筹备和建设，于2021年9月正式启用，新工厂将使英飞凌能够服务于电动汽车、数据中心以及太阳能和风能中不断增长的功率半导体市场，并将为英飞凌带来每年约 20 亿欧元的额外销售潜力。
菲拉赫是英飞凌的功率半导体专业中心，长期以来一直是英飞凌制造网络中的重要创新基地。2013年，英飞凌在奥地利发布了菲拉赫CoolMOS系列的第一批产品，这些产品在其德累斯顿工厂的300毫米生产线上生产。由于300mm具有更大的晶圆直径，也带来了显着的生产力优势，并降低了资本支出。
英飞凌管理委员会成员兼首席运营官 Jochen Hanebeck 表示：“两个300mm晶圆厂都基于相同的标准化生产和数字化概念。这使我们能够控制两个站点的制造操作，就好像它们是一个工厂一样。我们提高了生产力并为我们的客户创造了额外的灵活性。这是因为我们可以在站点之间快速移动不同产品的产量，从而更快地响应他们的需求。凭借虚拟超级工厂，英飞凌在 300 毫米制造领域树立了新标杆。这使得进一步提高资源和能源效率成为可能。”
- ST/Tower的共享12英寸晶圆厂
意法半导体于2015年在其内部300毫米晶圆厂生产模拟器件。ST的300mm晶圆厂Crolles，主要负责投产28纳米传统CMOS制程和28纳米FD-SOI制程技术。
2019年ST谋划在意大利Agrate 建造一座300毫米晶圆厂。2021年6月，ST和Tower Semiconductor宣布了一项协议，两家将共用Agrate 的300mm晶圆厂。ST 将共享 R3 的洁净室，Tower 将在总空间的三分之一处安装自己的设备。该工厂预计将于今年晚些时候准备好进行设备安装，并于 2022 年下半年开始生产。在早期阶段，用于智能电源的 130nm、90nm和65nm工艺、模拟混合信号和射频工艺将在 R3 中获得认证。这些技术中的产品将主要用于汽车、工业和个人电子应用。
- 安森美聚焦12英寸晶圆产能
安森美在East Fishkill有一家12英寸晶圆厂，2019年安森美又收购了格芯位于纽约东菲什基尔的300 毫米晶圆厂Fab 10，但现在还不属于安森美，2023年安森美才能获得该工厂的全面运营控制权。所以安森美正在提高其East Fishkill的晶圆厂的产能。安森美表示，未来两年将加大投资力度，由6%增加到12%，其中就包括用于扩产300mm晶圆厂的产能。
去年，安森美改名，确立了公司的新战略：智能电源和智能感知。由传统IDM模式向更加灵活的Fab-Liter模式转型，将采取更加灵活的制造路线和策略，逐渐抛弃6英寸晶圆厂，聚焦300mm晶圆产能，并将提高通用封装后端厂的灵活性。
- 东芝新建12英寸晶圆厂
2022年2月4日东芝宣布，将在其位于日本石川县的主要分立半导体生产基地—加贺东芝电子株式会社建造一座新的300mm晶圆制造工厂，以扩大功率半导体产能。该晶圆制造工厂的建造将分两个阶段进行，第一阶段生产计划将于2024财年内启动。当第一阶段产能满负荷时，东芝的功率半导体产能将达到2021年度的2.5倍。
加贺东芝电子株式会社300mm新晶圆制造工厂（右侧的建筑物）的效果图（图源：东芝）
国内模拟芯片和代工厂商乘势追赶
不只是国外模拟芯片大厂，国内这几年在模拟芯片领域发展迅速，包括华润微、士兰微、闻泰科技、格科微等在内的模拟芯片厂商，华虹和粤芯半导体等的模拟芯片代工厂商，也已经开始纷纷谋划建立12英寸晶圆线。
- 华润微建12英寸功率半导体晶圆厂
2021年6月，华润微发布于对外投资公告称，华润微与大基金二期以及重庆西永设立设立润西微电子，由润西微公司投资建设 12英寸功率半导体晶圆生产线项目，项目计划投资 75.5 亿元人民币。其中，华微控股以自有资金出资 9.5 亿元，出资完成后占项目公司注册资本的 19%。
该项目建成后预计将形成月产3万片12英寸中高端功率半导体晶圆生产能力，并配套建设 12英寸外延及薄片工艺能力。据华润微透露，12英寸产线预计在2022年可以实现产能贡献，将主要用于自有功率器件产品的生产。
- 士兰微12英寸线一期建成
士兰微在厦门拥有两条12英寸特色工艺芯片生产线。其中一条12英寸生产线总投资70亿元，工艺线宽90nm，该生产线分两期进行，计划月产8万片，2020年12月项目一期已投产；另一条12英寸生产线预计总投资100亿元，将建设工艺线宽65nm至90nm的12英寸特色工艺芯片生产线。
2021年，士兰微重要参股公司士兰集科公司基本完成了12英寸线一期产能建设目标，并在12英寸线上实现了多个产品的量产，包括沟槽栅低压MOS、沟槽分离栅SGT-MOS、高压超结MOS、TRENCH肖特基、IGBT、高压集成电路等。12月份，士兰集科公司12英寸线月产芯片超过3.6万片，全年产出芯片超过20万片。
为抢抓市场机遇，2021 年士兰集科公司已着手实施二期建设项目，即《新增年产24万片12 英寸高压集成电路和功率器件芯片技术提升和扩产项目》。今后，随着二期项目建设进度加快，士兰集科12英寸线工艺和产品平台还将进一步提升，公司将持续推动满足车规要求的功率芯片和电路在12英寸线上量。
- 闻泰科技建12英寸车规级晶圆产线
2021年1月4日，闻泰科技12英寸车规级半导体晶圆制造中心项目开工 。该项目该项目是中国第一座12英寸车规级功率半导体自动化晶圆制造中心，总投资120亿元，预计年产晶圆片40万片，经封装、测试后的功率器件产品，可广泛应用于汽车电子、计算和通信设备等领域，达产产值约每年33亿元。
- 格科微转向Fab-lite
2020年7月，图像传感器龙头格科微拟在临港新片区投资建设“12英寸CIS集成电路特色工艺研发与产业化项目”，据介绍，该项目计划建设一座12英寸月产6万片晶圆的CMOS图像传感芯片厂。2022年1月，据报道，格科微该项目已经完成了设备安装。
从Fabless转向Fab-lite模式的好处有很多。首先是更具成本效益；再者，Fab-lite模式能更好的把控产品的质量和可靠性，产品开发周期也更可控；减少了对代工厂的依赖，不再受产能分配等待问题；Fab-lite一般都是专注在更成熟或者更旧的节点，模拟芯片也一般是采用成熟的节点，而且模拟芯片产品具有很长的生命周期，与先进技术节点相比，需要更少的资金运行；能更好的应对市场变化，比如此次汽车芯片短缺，低成本方法消除了内部生产需求的短缺。
- 华虹无锡和粤芯半导体建立12英寸代工产线
华虹无锡的一期项目（华虹七厂）是聚焦特色工艺、覆盖90~65/55纳米工艺节点、规划月产能4万片的12英寸（300mm）集成电路生产线，支持物联网等新兴领域的应用。华虹七厂于2019年正式落成并迈入生产运营期，成为中国大陆领先的12英寸特色工艺生产线，也是全球第一条12英寸功率器件代工生产线。
粤芯半导体也在构建12 英寸芯片生产平台。粤芯半导体项目计划分为三期进行，计划总投资约370亿元。一期及二期新建厂房及配套设施占地14万平方米，一期主要技术节点为180-90nm制程，二期技术节点延伸至 90-55nm 制程，三期技术节点进一步延伸至55-40nm，22nm制程，实现模拟芯片制造规模效应和质量效益。三期建设全部完成投产后，将实现月产近8万片12 英寸晶圆的高端模拟芯片制造产能规模，满足大湾区制造业的功率分立器件、电源管理芯片、混合信号芯片、图像传感器、射频芯片、微控制单元等芯片需求。
写在最后
对于单片成本仅几美元的模拟芯片来说，高毛利是模拟芯片厂商保持竞争力的一个重要因素。而迈向12英寸则是他们保障高毛利，盈利未来的方式之一。TI此前曾表示，12英寸晶圆拥有20到30年的活力。
来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）原创，作者：杜芹，谢谢。
