产业丨被冷落的28nm,如今各方都在跑马圈地

原创 AI芯天下 2021-11-25 20:30

·聚焦:人工智能、芯片等行业

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前言

随着新能源汽车、自动驾驶、家电等领域需求的快速增长,最为紧缺的28nm及以上成熟制程芯片的供应似乎成为关注的焦点。


当前的半导体先进制程已经演进到5nm量产阶段,但这并不代表成熟工艺已经过时,相反,28nm成熟工艺依旧备受市场青睐


作者 | 方文
图片来源 |  网 络 

 
28nm,走红过,被冷落过


28nm是成熟工艺中的重要节点,区分了先进制程与成熟制程。

 

由台积电于2011年率先推出,此后,三星、格芯、中芯国际等大厂也接连宣布突破了28nm。

 

2013年是28nm制程的普及年,2015—2016年间,28nm工艺开始大规模用于手机应用处理器和基带。

 

随着技术的成熟,28nm工艺产品市场需求量呈现爆发式增长态势,并且这种高增长态势持续到2017年。

 

到了2018年,全球28nm呈现产能过剩格局,台积电、联电等都面临产能过剩的危机。

 

同时,随着先进制程的不断突破,28nm对于晶圆代工厂来说赚钱的价值也在下降。

 

再加上未来市场供需存在不确定性,扩充成熟制程可能造成产能过剩。

 

这几年,台积电等厂商几乎都把重点投向了先进制程。




成熟制程28nm靠疫情再次出头


在疫情带来的消费电子以及新能源汽车、5G、AIoT 等新应用的快速兴起,让多年不再扩产的成熟制程迎来了爆发式的需求增长,供需严重失衡,持续冲击着众多的行业。

 

至此,台积电再次扛起了28nm大旗,而联电、格芯则凭借战略转变的优势,在这个节点攻城拔寨,中芯国际也在钻研多年后,迎来了28nm好时机。

 

28nm以上的成熟工艺芯片在则不同,这类芯片应用范围非常广,包括电源管理器、功率器件以及汽车等多个领域。

 

毫不客气的说,28nm以上的成熟工艺芯片在所有的芯片供应中占比最高,也是需求量最大的芯片种类,在此次全球缺芯环境下,成熟工艺存在巨大的缺口。

 

伴随着物联网建设的加速,大量的IoT设备将带动MCU以及射频芯片的需求,而这些芯片大多都是采用成熟制程工艺,所以,28nm以上的成熟芯片的市场空间依旧很大。

 

根据IHS Markit预测,全球晶圆代工市场的规模将在2025年达到961亿美元,其中28nm以上的成熟制程占比将达到48%。


28nm成熟制程需求旺盛的原因


从技术层面来看,28nm可以说是最具“高性价比”的制程技术。

 

IBS的数据显示,28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工艺的成本为0.629亿美元,到了7nm和5nm,芯片的成本迅速暴增,5nm将增至4.76亿美元。

 

相关资料显示,28/22nm采用高介电层/金属闸极(HKMG),是平面式技术世代中最高阶的制程,价格比16/12nm 所采用的 FinFET 技术低廉,可提供客户兼具效能与成本的最佳解决方案。

 

从终端产品应用来看,较为成熟的28nm节点主要应用包括中低端手机、平板、机顶盒、路由器等主芯片。

 

在智能驾驶、万物联网的趋势下,需要更多的IC,但也不必用到7nm、5nm生产,用28nm制程即可满足大部分的需求。


台积电:大背景下迅速投资扩产28nm


台积电在官网发布公告,台积电成立的子公司日本先进半导体制造公司将在日本建厂,同样,在日本建立的产线也是成熟工艺,为22nm和28nm产线,初期建厂投资为70亿美元,计划在2024年投入使用。

 

值得一提的是,此次台积电在高雄建厂,将投入577亿,预计高雄工厂的产能不会太小。

 

台积电意识到28nm成熟工艺的重要性,所以,选择调整业务方向,加大28nm成熟芯片产能的扩充。


中芯国际:提前部署28nm将获得更多芯片订单


今年3月,中芯国际便已经宣布扩产12英寸28nm成熟工艺产能,将投入23.5亿美元,预计明年便能投产使用。

 

其实,中芯国际已经不止一次扩产28nm产能,今年9月,中芯国际再次决定投资88.7亿美元,在上海临港自贸区再次建设一条月产能10万片的28nm产线。

 

按照中芯国际的计划,建立的28nm成熟工艺产线,部分产能到明年就能释放。

 

此外,中芯国际率先建立28nm产线,也就意味着,在产能释放方面比台积电更快,如此一来,在全球缺芯愈演愈烈的背景下,中芯国际将从市场中获得更多的芯片订单。


美国拦路虎随时角落局势


光刻机是半导体设备中技术壁垒最高、难度最大、国产替代进程较慢的设备。不过这一次中芯国际并不缺乏用于28nm产线的DUV光刻机。

 

尽管ASML DUV光刻机的光源及部分部件是在美国生产,然后运往荷兰组装,但在荷兰生产的光刻机并不需要美国批准。

 

短期来看,中芯国际并不会缺少用于28nm产线的DUV光刻机。

 

光刻机暂时不是拦路虎,但其他设备的交付情况并不乐观。应用材料、泛林半导体等设备巨头在美国生产的半导体设备如果无法按期交付,可能会阻碍中芯国际28nm扩产进度。



国产设备厂商技术水平基本已达28nm


北方华创的立式低压化学气相沉积系统可用于28nm及以上的集成电路制造;其exiTin系列TiN金属硬掩膜机台可以用于12英寸55-28nm的Ti/TiN PVD工艺。

 

目前TiN金属硬掩膜机台已进入国际供应链体系并稳定量产;此外,北方华创PEALD设备也能够满足28nm产线的要求。

 

拓荆科技的主要产品有等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备、原子层沉积(ALD)设备和次常压化学气相沉积(SACVD)设备三个系列,可用于28nm/14nm逻辑芯片产线。

 

目前,芯源公司的涂胶显影设备最高可用于12英寸单晶圆处理,其前道KS-FT200/300涂胶显影机可用于28nm及以上工艺节点。

 

整体来看,大部分国产设备厂商的产品已可以应用于28nm制程产线中,甚至在部分领域达到了行业领先水平。


结尾


总体来看,28nm的大爆发,既得益于其自身技术和价格优势,更多的还在于市场需求的加持。

 

随着这些厂商的技术和设备逐渐成熟,28nm芯片的国产替代正越来越近,值得行业期待。

 

部分资料参考:未来商界观察:《中芯国际的选择是对的!台积电投570亿建新厂,重回28nm赛道》半导体行业观察:《28nm竞争进入新阶段》,蘑菇谈科技:《中芯花12亿美元订购光刻机,三次加码28nm后,ASML终于传来了消息》,爱集微APP:《28nm大爆发,大陆何时能彻底攻克这座“堡垒”?》


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END


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