少芯，半导体设备供应告急！

原创杜芹DQ 半导体行业观察

芯片短缺的影响大有愈演愈烈之势，为何这么说呢？如今芯片缺货正困扰着半导体各行各业，整车企业无“芯”造车，手机、小家电等消费电子也被波及，于是各大芯片厂商纷纷加速扩产，加大对设备的采购量。去年赚的盆满钵满的半导体设备厂商们，在今年更是迎来了前所未有的黄金时代。

然而不幸的是，芯片短缺已蔓延到芯片设备，因为这些半导体生产设备也需要芯片，且这些设备公司所用的部分芯片与汽车电子芯片重合，这就导致诸多设备企业“巧妇难为无米之炊”。据了解，有些设备的交货期已到10个月以上。再者，供需的紧张，也间接推动了二手设备的涨价。被高通老板称为“完美风暴”(Perfect Storm)的芯片危机，现在正朝着每个领域都被完全锁住的方向发展。一场缺芯引起的全产业链脱轨的恶性循环正在上演。

销售额同比增长51%，半导体设备需求高涨

我们都知道，现在诸如台积电、三星等代工厂都制定了扩产的计划，再加上原本自家的技术路线演进。这些行业巨头正在为解决芯片危机而订购设备，那么市场对半导体设备的需求究竟有多大，这点我们可以从SEMI发布的设备销售额中窥知一二。

SEMI近日在其全球半导体设备市场统计(WWSEMS)报告中宣布，2021年第一季度全球半导体设备的销售额同比增长51%，比上一季度增长21%，达到236亿美元。从这些半导体设备的销售额足以看出如今的设备需求是有多大。

以上是按地区划分的季度环比和同比变化（以十亿美元计）（资料来源：SEMI和 SEAJ，2021 年 6 月）

从上图可以看出，显然，全球半导体设备的增幅完全来自中国大陆、中国台湾和韩国三地，在半导体产能筹备方面，东亚正在被疯狂内卷。未来三地的半导体产能军备竞赛不可避免。

具体来看，韩国是今年第一季度全球最大的芯片设备消费地区，其一季度在芯片制造设备上的支出为 73.1 亿美元，同比增长 118%。韩国占第一季度全球半导体设备销售额的 31%。在全球半导体短缺已经扰乱了韩国汽车制造商的运营之际，韩国一直在努力提升其供应链。并且韩国政府最近提出了向半导体公司补贴计划，到2030年支出510万亿韩元（约4590亿美元）。

中国是第二大设备投资地区，第一季度为 59.6 亿美元，较前一季度增长 19%。根据 SEMI 的数据，中国台湾是全球第一大代工制造商台积电 (TSMC) 的所在地，以 57.1 亿美元位居第三，同比增长 17%。

头部晶圆厂今年为了应对各种芯片缺货（尤其是汽车芯片）不断扩充产能，厂商纷纷扩大投资，台积电今年资本支出金额将达250亿至280亿美元，创历史新高纪录；联电今年资本支出将达15亿美元，年增5成；世界先进资本支出也从去年的新台币35.4亿元，提升至今年的新台币50亿元，年增逾4成。

日本近来也频频加大建厂意愿，吸引台积电前往日本建厂。早在今年2月9日台积电就公布了在日本的茨城县建立在该国的首个正式研发基地的消息，将与材料和制造设备方面拥有优势的日本企业展开合作，日本知名企业包括信越化学、胜高(SUMCO)、东京威力科创、瑞萨等，其中有不少是台积电的供应商。另外，近日，又据媒体报道，索尼和台积电有可能会合资在日本熊本县兴建半导体工厂。预估将以前段工程为中心、总投资额预估达1兆日圆以上。该座工厂也将成为日本国内首座40纳米(nm)以下等级工厂。

除此之外，美国更是追求自主可控的强大例子。美国先后出台种种利好半导体设施的政策，吸引三星、台积电和格芯纷纷在美国扩产建厂，这其中自然少不了大量半导体设备的购置需求。

欧盟也有激进的半导体生产策略，欧盟传出希望到2030年前要让全球至少20%的先进半导体在欧洲生产，并希望制造出比台积电和三星现有5nm更尖端的芯片。诸如博世这样的汽车零部件供应商已经开始布局自家的芯片工厂了，近日博世斥资 12 亿美元在德国东部开设芯片工厂揭开了面纱。

设备市场趋势一片大好，据MarketandMarket报告指出，2020年，全球半导体制造设备市场估计为624亿美元，预计到2025年将达到959亿美元，年复合年增长率为9.0％。然而不幸的是，由于个别芯片的缺货，芯片制造设备制造商也感受到了芯片的短缺。

半导体设备交期长达1年，产业进入恶性循环

据半导体行业观察记者获悉，包括应用材料、LAM Research和KLA在内的几大半导体设备大厂正在为所需要的芯片与汽车厂商进行芯片角力，因为他们在某些芯片上通用。但由于产能分配的问题，他们似乎并没有买到相应芯片，有厂商还面临缺乏个别传感器的问题。

关于全球芯片短缺，日经指数发布了下面这张信息图，显示了当前的芯片交货时间：

从图中可以看到，芯片的交货期最多已经延长到了12周，与此同时，也意味着全球芯片生产设备订单最多延迟12个月。这将延迟公司等待设备增加产量的时间。整个半导体产业即将进入一个恶性循环。

“芯片对我们的设备至关重要，但我们没有足够的芯片，这些封装设备需要微控制器。”库力索法（Kulicke& Soffa）执行副总裁Chan Pin Chong早在今年3月份的时候告诉彭博社。据了解，库力索法的封装设备平均交付时间，已经翻倍至6个月之长。

库力索法为世界上最大的芯片封装和测试服务提供商日月光等客户提供封装设备。他补充称，全球半导体市场的失衡可能会持续到2021年底或明年初。

此外，包括群创(Innolux Corp.)和华硕电脑(Asustek Computer Inc.)等公司最近都警告称，芯片封装供应紧张。芯片封装是半导体制造的最后一步，芯片制造过程中关键工具的交货时间延长，不仅会对芯片制造商的产能扩张计划产生巨大影响，而且对整个供应链，从封装和测试服务提供商到基板供应商的产能扩张计划都会产生巨大影响。

据日经4月份的报道，设备短缺主要体现在4个方面。作为将导线焊接到卡上的工艺基础的器件的发货时间已延长了 10-12月，这是芯片设计印刷在板上之后的下一步。库里索法是该领域的领导者，但无法满足需求；将板材分割成所需芯片尺寸的切割机的交货时间也从1-3个月延长到5-8个月。这一领域的领导者是日本的Disco公司；日本爱德万测试和美国泰瑞达生产的测试机器也将被推迟；三菱电机是用于印刷电路板和芯片基板的激光钻孔机的领先制造商，据说其订单交货日期超过 12 个月。

一位业内人士表示：“现在需求很强劲，有的厂商们一次订购50台甚至100台三菱激光加工机，我们被告知其产能已被预订满，如果我们现在想订购新机器，将不得不等到明年才能使用它们。

原厂的这波交期延长也影响到了二手设备市场的价格和供给，据二手半导体设备商盈球半导体科技（上海）有限公司的总经理陈真告诉我们：“由于原厂12寸新设备的交期延长，某些二手热门的设备供应也短缺了。如果说新设备需求增加了100%的话，那么二手设备需求则是增加了120%或130%。整个二手设备市场平均价格保守估计增加了25%。”

他还补充到：“由于市场需求巨大，目前部分6-8寸二手设备价格涨幅达到了50%，比如6寸和8寸的光刻机、刻蚀设备。”

据日经亚洲的报道，台湾经济研究院科技与供应链分析师邱士芳此前也表示：“这是一个连锁反应。电子和汽车制造商希望零部件制造商扩大产能以解决短缺问题。” 但当这些零部件制造商与他们的设备和材料供应商交谈时，他们意识到这些设备的交付可能最晚在今年年底甚至明年。”她推断，即使延迟只影响一两个组件，它仍然会产生级联效应，再次使整个系统脱轨。

雪上加霜的贸易竞争

在缺芯爆发之前，贸易竞争就已经让设备的供应百般受阻，较为代表的就是EUV光刻机“一台难求”。缺芯的当下，贸易竞争还在持续。在今年4月份，台积电警告称贸易紧张局势可能会扰乱关键芯片设备的供应。此外，美国政府在批准 Lam Research和应用材料等美国公司向中芯国际销售芯片制造设备的许可方面进展缓慢。

以下是台积电在美国证券交易委员会提交的一份表格中关于这一点的部分声明：

“我们可能无法及时以合理的成本获得保持竞争力所必需的设备。”

“我们的运营和正在进行的扩张计划依赖于我们从有限数量的供应商那里获得适当数量的设备和相关服务的能力，而市场的特点是供应有限，交货周期长。在此期间，特定供应商或行业范围内的交货周期可能长达6个月或更长。为了更好地管理我们的供应链，我们与供应商实施了各种商业模式和风险管理应急措施，以缩短采购交期。此外，特别是在先进的光刻技术方面，日益复杂的情况可能推迟及时提供利用时间敏感的商业机会所需的设备和部件，并增加这种设备和部件的市场价格。

此外，持续的贸易紧张局势或保护主义措施可能导致关键设备价格上涨，甚至无法获得，包括由于必要的出口许可证被延误或拒绝、额外的出口管制措施以及其他关税或非关税壁垒。如果我们不能及时获得设备来满足客户对技术和生产能力的需求，或以合理的成本，我们的财务状况和运营结果可能会受到负面影响。

根据加州大学伯克利分校的说法，在一个每月有 50,000 个晶圆启动的理论晶圆厂中，工厂可能需要以下设备：50 台扫描仪/步进机和晶圆轨道、10 台大电流和 8 台中电流离子注入机、40台蚀刻机、30个CVD工具，当然还需要很多其他设备。

据了解，由于设备短缺而无法升级晶圆厂，台积电已将其3nm发布日期推迟了六个月，但由于我们目前所处的全球环境下，可能会延迟更多。三星似乎也在努力解决与台积电相同的问题，三星最初计划在 2021 年开始批量生产 3nm 芯片，但由于该公司因 COVID-19 无法完成生产线所需设备的预定安装，因此 3nm 芯片的推出已被推迟到 2022 年。

结语

当前的繁荣周期让许多人措手不及，供应链何时可能恢复正常不得而知。是否应该重新构想半导体供应链以防止下一次芯片短缺也成为业界思考的问题。Omdia 的云和数据中心研究主管 Vlad Galabov表示：“我个人对 2023 年的产能释放持怀疑态度，这可能成为新常态。”

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