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一文读懂半导体产业链

一文读懂半导体产业链

  • 分类:行业资讯
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  • 发布时间:2019-02-21 15:30
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一文读懂半导体产业链

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半导体是整个信息产业的发展基石、是电子产品的核心组成,虽然这个概念可能很多行业外人士不熟悉,但是基于半导体的应用却几乎在生活中随处可见。比如我们每天不离手的手机,几乎所有的操作都是基于半导体芯片来实现的,半导体芯片占据了智能手机大约一半的成本。随着国家对半导体产业投注越来越多的关注和资本,投资者们也越来越关注这个行业。本文主要是对国内半导体产业链的一个梳理,望能给大家带来思考和启发。
 
简介
1. 半导体概述
 
半导体,指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体按照其制造技术可以分为:集成电路,分立器件、光电半导体和传感器四大类,其中集成电路(IC)占比最大,约80%。
 
2. 半导体产业链概述
 
半导体产业链自上而下可以分为三个环节:设计、制造、封装测试。设计公司设计出集成电路,然后委托晶圆制造公司进行制造,最后再由封测厂商对集成电路进行封装测试。在制造和封装的过程中,还会涉及到很多高精度的设备和高纯度的材料。
 
 
产业链各环节详述
1. 设计
 
随着晶圆代工制造业的飞速发展,IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)垂直分工模式的芯片公司数量屈指可数,主要是像Intel、三星、美光等国际大厂或存储器生产企业。绝大多数IC设计公司是以fabless的模式存在的,是一种轻资产但智力密集型模式。
 
在国家政策扶持和消费电子市场发展驱动下,国内IC设计公司近几年发展迅猛,根据《砥砺前行的中国IC设计业》数据显示,2017年国内共有约1380家芯片设计公司,基本与2016年相仿。而2016年,则是中国芯片设计行业突飞猛进的一年,相关设计公司数量较2015年大增600多家。根据集邦咨询数据,2017年中国IC设计业产值预估达人民币2006亿元,年增率为22%,预估2018年产值有望突破人民币2400亿元,维持约20%的年增速。
 
ICinsight年初公布了2017年全球十大fabless公司,国内有两家企业杀进榜单,分别为华为海思和紫光展锐。而海思21%的增长率排名全球第三,仅次于英伟达和AMD。
 
根据集邦咨询给出的研究数据,从2017年国内IC设计公司营收排名来看,较之以往发生较大变化,韦尔半导体和兆易创新首次进入榜单。兆易创新得益于其在NORFlash和32bitMCU上的出色市场表现,2017年营收成长率有望突破40%,超过人民币20亿元。
 
 
2. 制造
 
全球晶圆代工企业基本是一个稳步增长的状态,并且行业集中度也越来越高。根据ICinsight研究报告,2017年全球八大晶圆厂商销售额合计551.03亿美元,同比增长9%,总的市场份额达到88%。台积电依然稳居第一的宝座,遥遥领先于排名第二的GlobalFoundries,并且占据超过50%的市场份额。
 
国内企业中芯国际(SMIC)位居第五,目前28nm良率瓶颈仍然有待突破,成熟制程依然是其营收成长的主力。华虹集团(包括华虹半导体和上海华力)以13.95亿美元的销售额位列第七。
 
在晶圆代工环节,国内的代工企业同时面临机遇和挑战。随着工艺节点的特征尺寸不断演进,能够成熟量产先进制程的厂商越来越少,在成熟制程领域,给了国内代工企业赶超超越的时间窗口机会。同时,国内设计公司的快速成长给了本土代工企业客户资源拓展的天然优势。但另一方面,随着先进制程的演进,晶圆代工对于资金和技术的要求越来越高,国内代工企业与国际领先厂商之间的距离有拉大的趋势,对于本土厂商是很大的挑战和考验。
 
国家集成电路产业基金对晶圆制造环节相当重视,因为这不仅是一个技术密集环节也是一个资金密集环节,第一期承诺超过60%的投资会应用到制造环节,地方产业基金也积极跟进。
 
随着晶圆制造产业向大陆转移,国际大厂纷纷到大陆地区设厂或增加规模。根据SEMI数据显示,预计2017年至2020年间,全球投产的晶圆厂约62座,其中26座位于中国,占全球总数的42%。根据TrendForce统计,自2016年至2017年底,中国新建及规划中的8寸和12寸晶圆厂共计约28座,其中12寸有20座、8寸则为8座,多数投产时间将落在2018年。
 
 
 
3. 封装测试
 
在性能和成本的驱动下,封装技术发展呈现两大趋势:微型化和集成化。微型化是指单个芯片封装小型化、轻薄化、高I/O数发展;而集成化则是指多个芯片封装在一起。两者并不是相互独立的,集成化可以根据不同的微型化组合形成多种解决方案。
 
朝微型化发展,封装技术经历了引线框架(DIPSOPQFPQFN)→WBBGA(焊线正装)→FCBGA(倒装)→WLP(晶圆级封装)的发展过程,可容纳的I/O数越来越多,封装的厚度和尺寸越来越小。FC和WLP属于先进封装。WLP又经历了从Fan-in(Fan-inWLP一般称为WLCSP)向Fan-out(Fan-outWLP一般简称为FOWLP)的演进,Fan-out可实现在芯片范围外延伸RD以容纳更多的I/O数。
 
 
而SIP技术(SysteminPackage)则是从集成化角度将多个芯片在封装环节封装成一个。硅通孔连接技术TSV更是助力SIP技术朝2.5D/3D方向发展。
 
从市场上看,根据Yole数据,先进封装(主要指FC、FOWLP、SIP、TSV)2016年至2022年的年复合增长率达到7%,高于整个封装行业(3-4%)。发展最快的先进封装技术是Fan-Out(36%),其次是2.5D/3DTSV(28%)。到2022年,Fan-Out预计将超过3亿美元,到2021年预计2.5D/3DTSV将超过1亿美元。FC技术目前占比仍然是最大的,2017年达到19.6亿美元,占先进封装收入的81%。随着Fan-Out封装的渗透提升,到2020年预计FC市场份额将下降至74%。
 
封测环节在半导体产业链中相对属于技术和资金门槛较低的环节。我国发展封测业相比其他环节相对较早,随着长电科技收购星科金朋、华天科技收购FCI、南通富士通收购AMD封装工厂等一系列整合,国内的封测产业无论是技术上还是产业规模上都更上一个台阶。从拓墣产业研究最新营收数据来看,长电科技稳居第三,且增长率远高于排名靠前的日月光和安靠。但由于智能手机成长趋缓且晶圆涨价造成成本上升,封测产业毛利率表现不如去年同期。
 
 
4. 设备
 
半导体集成电路制造过程及其复杂,需要用到的设备包括硅片制造设备、晶圆制造设备、封装设备和辅助设备等。
 
设备投入往往是生产线建立成本中占据最大份额的部分。根据SEMI的数据,以一座投资规模为15亿元美金的晶圆厂为例,晶圆厂70%的投资用于购买设备(约10亿元美金),设备中的70%是晶圆的制造设备,封装设备和测试设备占比约为15%和10%。晶圆制造设备中,光刻机,刻蚀机,薄膜沉积设备为核心设备,分别占晶圆制造环节设备成本的30%,25%,25%。
 
半导体设备行业,集中度非常高,基本被美日荷垄断。全球前十大厂商基本占据了超过90%的市场份额,荷兰公司ASML更是几乎垄断了高端光刻机市场。
 
 
现阶段,国内设备企业仅在部分品种实现了单点突破,等离子刻蚀机、MOCVD、清洗机等设备已实现国产化,但尚不具备面向先进工艺的成套工艺能力。虽然与国外企业差距很大,但是产业链联动效应、市场需求驱动、国家政策加持等因素给国内半导体设备相关企业注入有力的能量,加快追赶的速度。
 
5. 材料
 
按照芯片制造流程,可以将半导体材料分为晶圆制造材料和封装材料。晶圆制造材料包括硅片、光罩、高纯化学试剂、特种气体、光刻胶、靶材、CMP抛光液和抛光垫等。封装材料包括引线框架、封装基板、陶瓷封装材料、键合丝、包装材料、芯片粘结材料等,其中封装基板占比最大。
 
国内企业目前在8英寸硅片、金属靶材、铜电镀液、CMP研磨液、化学试剂等方面具备一定技术实力,比如8英寸硅片领域的金瑞泓、国盛电子和有研半导体,光刻胶相关领域的江化微,靶材领域的江丰电子和阿石创,CMP抛光材料的安集微电子和鼎龙股份都已有一定的扎实积累。但在面向先进工艺的12英寸硅片、特种气体、高纯化学试剂等材料方面技术实力依然薄弱。
 
 

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