〈分析〉工業智慧化浪潮下 一文看懂矽晶圓產業潛力

常見的半導體原料包含矽 (Si)、鍺 (Ge)、砷化鎵 (GaAs)、氮化鎵 (GaN) 等。當中矽是目前產量最大、應用最廣的半導體原料，90% 以上的半導體產品採用矽製作而成。

根據矽晶圓尺吋分類，以直徑計算主要有 50mm (2 英吋)、75mm (3 英吋)、100mm (4 英吋)、150mm (6 英吋)、200mm (8 英吋) 與 300mm (12 英吋) 等規格。

每片矽晶圓的直徑越大，在上面可製造的晶片數量就越多，每單位晶片成本將隨之降低。

同時的尺寸越大，相對而言邊緣的損失會越小，有利於進一步降低晶片的成本。例如，在同樣的工藝條件下，300mm 矽晶圓的可使用面積超過 200mm 的兩倍以上，可使用率 (衡量單位晶圓可生產的晶片數量的指標) 是 200mm 的 2.5 倍左右。 

至於在應用方面 200mm 及以下晶圓多半應用在功率半導體、電源管理、MEMS、LCD 驅動 IC、指紋辨識、嵌入式記憶體、CMOS 等。

而 300mm 則多應用在記憶體、影像處理晶片、通用 CPU、高性能 FPGA、ASIC 等等。

目前，全球市場主流的產品線為 300mm 和 200mm 的矽晶圓，終端市場來看，300mm 主要涵蓋智慧手機、電腦、雲計算、AI、SSD 等較高階領域，目前出貨面積比重達 60% 以上。200mm 則涵蓋移動通訊、汽車電子、物聯網、工業電子等領域，目前出貨面積占 20% 以上。 

而手機、電腦等仍是半導體產業終端最大的應用市場。2018 年全球手機與基地台、電腦用晶片銷售額分別為 487 億美元、280 億美元，在半導體終端市場的比重分別為 36%、21%。

根據 Gartner 預估，2017 年至 2022 年成長最快的半導體終端應用領域是工業電子和汽車電子，將成為未來幾年全球半導體產業成長最重要的驅動力。

隨著工業從規模化走向自動化、智慧化，工業與資訊化的深度融合、智慧製造轉型升級將帶動工業電子需求的增長，Gartner 預估工業電子年複合增長率可達 12%。

至於汽車電子年複合增長率則預估達 11%，主要來自傳統車輛電子功能的擴展、自動駕駛技術的不斷成熟及電動汽車產業的快速成長所帶動，這部份將推升 200mm 矽晶圓的需求。

根據 SEMI 數據顯示，2017 年至 2020 年，全球晶圓製造產能 (折合成 200mm) 預計將從每月 1985 萬片成長至每月 2407 萬片，年複合成長率 6.64%。隨著晶圓製造產能的增長，對於矽晶圓的需求仍將持續增長。 

另一方面，在 2016 年後，全球矽晶圓銷售單價從 0.67 美元 / 英吋的谷底一路爬升至 0.95 美元 / 英吋，主要因為消費性電子推陳出新，再加上 5G、AI、新能源汽車的快速發展，對晶片的大量需求使晶圓廠更有動力去大規模擴建工廠和生產線，進而拉動對上游矽晶圓，特別是大尺吋的需求。 

雖然矽晶圓報價好轉，但該產業集中度高，也因為矽晶圓產業具有技術難度高、研發週期長、資金投入大、客戶認證週期長等特色，使得進入障礙高。

2016 年至 2019 年間，全球矽晶圓市占率前五的寶座由信越化學、SUMCO、Siltronic、環球晶 (6488-TW)、SK Siltron 等牢牢把持，合計市占均在 90% 左右。

以各尺吋需求前景來看，300mm 矽晶圓仍是最被看好，其在下游終端電子產品中廣泛被應用，NAND (包括 3D NAND 和 2D NAND) 則是佔據最大的下游應用比重，比率高達 33%。邏輯晶片和 DRAM 晶片則分別占 25% 和 22%。CIS 等其他應用佔剩下的 20% 市場比重。

而受惠於 5G 的持續發展，2020 年至 2023 年，智慧手機對 300mm 矽晶圓的年複合成長率有機會達到 7.8%，且 SUMCO 認為來 3 年至 5 年全球 300mm 矽晶圓仍然存在供需缺口。