超详细的集成电路产业链

2018-11-19 16:08:01 编辑:1107152099 来源: 浏览量:301我要评论

摘要:随着产业规模的迅速扩张,产业竞争加剧,分工模式进一步细化。目前市场产业链为IC设计、IC制造和IC封装测试。

集成电路作为半导体产业的核心,市场份额达83%,由于其技术复杂性,产业结构高度专业化。随着产业规模的迅速扩张,产业竞争加剧,分工模式进一步细化。目前市场产业链为IC设计、IC制造和IC封装测试。


  • 在核心环节中,IC设计处于产业链上游,IC制造为中游环节,IC封装为下游环节。


  • 全球集成电路产业的产业转移,由封装测试环节转移到制造环节,产业链里的每个环节由此而分工明确。


  • 由原来的IDM为主逐渐转变为Fabless+Foundry+OSAT。


▲全球半导体产业链收入构成占比图


IC设计流程图


晶圆制造流程


IC制造工艺流程


在IC制造过程中,主要工艺包括扩散(Thermal Process)、光(Photolithography)、刻蚀 (Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric Deposition)、抛光(CMP)、金属化(Metallization)7个主要工艺。这些主要工艺又可细分为具体工艺。


▲制造过程中对应设备和材料


半导体材料发展历程


  • Si:主要应用于集成电路的晶圆片和功率器件;


  • GaAs:主要应用于大功率发光电子器件和射频器件;


  • GaN:主要应用于光电器件和微波通信器件;


  • SiC:主要应用于功率器件


▲各代代表性材料主要应用


▲第二、三代半导体材料技术成熟度


国内公司设计水平仍有较大差距


  • DIGITIMES Research预测,2018年中国集成电路设计业营收额(产值)可望达到375亿美元(约合人民币2401.87亿元)左右,同比增长26.20%。


  • 2017年,紫光集团的销售额为21亿美元,是大陆最大的IC设计公司,全球排名第九。但需要注意的是,如果不计海思(超过90%销售额来自母公司华为)、中兴和大唐的内部供应,大陆IC设计公司市场份额将下降到6%左右。


  • 2017年中国IC设计企业数量为1380家,全球占14.5%,但从营收规模看,1380家中营收超过1亿美元的企业数量仅占2%~3%,营收超过1亿人民币的企业也只有近200家。



根据市场调研机构IC Insights统计,2017年芯片设计公司占全球集成电路总销售额的27%,与2007年的18%相比,同比增长9%。


IC设计市场份额:大陆地区在2010年占据5%的市场份额,在2017年达11%。 上图显示的是,在2017年,已经有10家公司进入前50大IC设计公司榜单,在2009年名单中只有一家大陆公司。


半导体制造:前景发展广阔,国产替代加速发展



据拓墣产研院研究报道,2017年全球Foundry总产值为573亿美元,较2016年产值535亿美元成长7.1%;全球晶圆代工产值将连续5年成长率高于5%。2018H1全球晶圆代工总产值年增率为7.7%,预估产值达290.6亿美元


▲2012~2018中国晶圆制造业产值及增长率


据TrendForce,中国高资本支出的晶圆厂建设,将使得产业竞争升温,同时带动产能扩增。目前大陆8寸以上晶圆厂40座,其中在建16座,18年更多进入量产,整体产值有望迅速提升。2018年产值可达1767亿元,年增长率为27.12%


对比国外制造 我国尚处弱势


▲进出口严重失衡


中芯国际vs台积电


先进制程方面对比台积电,中芯国际的制程较为落后。台积电的成熟工艺占总产能的比重为 55%,而中芯国际则高达 86%。


对比 2016 年产能,台积电的总产能是中芯国际总产能的 5 倍,而成熟工艺


方面,台积电产能是中芯国际的 3.5 倍。


▲由不同尺寸晶圆产能 看中国差距


据前瞻产业研究院,目前我国12寸晶圆厂的投产情况来看,产能最大的是SK海力士,达17万片/月;其次是三星,月产能为12~17万片;中芯国际三个厂合计产能为10万片/月。2017年底合肥晶合12英寸晶圆厂正式量产,根据规划,其全部达产后产能可达到8万片/月。


▲摩尔定律与微处理器的五十年发展历程


▲晶圆节点路线图


▲海外7nm技术的研发情况


中芯国际在14nm技术取得重大突破


  • 内地最大的晶圆代工厂,大基金为第二大股东,与大基金等共同出资成立半导体产业基金。


  • 中芯国际公布2018年第二季度财报,财报显示,公司在14nm FinFET技术开发上获得重大进展,第一代FinFET技术研发已经进入客户导入阶段。


  • 良率不断提升,距离2019年正式量产的目标似乎不远。计划19年H1开始风险试产14nm FinFET工艺,并还将跨入到人工智能领域。


  • 除了28纳米PolySiON和HKC,28纳米HKC+技术开发也已完成,28纳米HKC持续上量,良率达到业界水平。


  • 订购一台价值1.2亿美元的EUV设备,目前该设备是全世界最先进的,可以生产5nm工艺制程的芯片!



中芯国际目前在制造工艺上仍落后台积电、英特尔等市场领导者2~3代,在14nm制程上落后竞争对手2~4;年产能方面仍有较大差距,中芯国际合计约当8寸年产能为5373K,而台积电可达23410K,是中芯的4倍多。


半导体封装是集成电路产业链必不可少的环节


封装是集成电路产业链必不可少的环节,位于整个产业链的下游环节。在整个产业链中,封装是指通过测试的晶圆进行划片、装片、键合、塑封、电镀、切筋成型等一系列加工工序而得到的具有一定功能的集成电路产品的过程。


封装就是给芯片穿上“衣服”,保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤,增强芯片的散热性能,标准规格化以及便于将芯片的I/O端口连接到部件级(系统级)的印刷电路板(PCB)、玻璃基板等,以实现电气连接,确保电路正常工作封装技术的好坏直接影响到芯片自身性能的发挥与之连接的PCB的设计与制造,衡量一个芯片封装技术的先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比,越接近1越好。


▲2010-2020年全球半导体封测业市场的营收规模


▲2014-2018年全球半导体封测代工业的营收规模


一般测试业务主要集中在封装企业中,所以封装也与测试也通常俗称为封装测试业。全球IDM本身承担的半导体封装测试产值受半导体产业景气度影响较大,而封装测试代工呈现平稳增长的态势。


根据Gartner的估值,2018年全球半导体封装测试的营业收入规模为553.1亿美元,比2017年增3.9%。


根据Gartner的统计和预测,2018年全球半导体封装测试代工业的营业收入为331.43亿美元,较17年增6.3%。


近年来,收到移动智能终端基带芯片、应用处理器、无线通信芯片等产品的发展推动,对高端先进封装市场需求水涨船高。其中,扇出型晶圆代工级先进封装(Fan-out-WLP)最受青睐,据TechSearch预估, Fan-out WLP的市场规模在2018年达到19亿颗,在2020年达到25亿美元产值。


近年来,由于智能手机等智能终端的发展,国内外集成电路市场对中高端集成电路产品需求持续增加,因而对BGA、WLP、FC、SIP、3D等先进封装技术的需求更是呈现快速增长的态势,形成了传统封装日益减少和先进封装份额日益增加的局面。


业内领先企业正逐步向先进封装领域迈进,以掌握先进封装技术的成熟不同,我国企业分为三个梯队:



我国半导体制造行业重点企业


华微电子


  • 技术不断创新,研发力度加强。公司不断加大研发力度,强化技术研发体系建设。目前650V~1200V的Trench-FS IGBT平台产品已通过客户验证。在新能源汽车、变频家电、光伏等新兴领域积极拓展,进展顺利达到预期效果。


  • 功率半导体市场持续高景气,行业新应用打造新市场。自2016年下半年以来功率半导体市场开始回暖并持续保持高景气。随着新能源汽车、工业物联网等行业的发展,功率半导体下游应用市场不断扩容,我们预计2018年行业将继续保持高景气度,尤其是MOSFET产品价格有望持续走高,并为公司业绩带来弹性。


  • 拟投建八寸新产线,行业优势地位进一步巩固。公司一月发布公告,拟配股公开发行股票募集资金不超过10亿元,扣除发行费用后的净额拟全部用于新型电力电子


器件基地项目(二期)的建设。本期项目建成后,公司将具有加工8英寸芯片24万片/年的加工能力。产线建成后公司技术优势将进一步提升,产品结构进一步优化,行业领先地位将进一步巩固和加强。


扬杰科技


  • 追求经济效益最大化,既定战略下循序渐进谋长远发展:4寸线对应二极管整流桥,晶闸管等,6寸线对应肖特基二极管,mosfet,8寸线对应igbt可实现产线经济效益最大化。公司公告指出,今年3月新设控股子公司杰芯半导体,收购了一条6寸晶圆线,6寸MOSFET晶圆,已实现批量生产,助力公司快速切入新应用领域和新客户,同时组建了IGBT研发设计团队,已成功研制IGBT芯片并实现量产,进一步增强公司的研发力量,满足公司后续战略发展需求。


  • 依托新产品的投入与研发,持续开拓新领域新客户:公司主营产品为各类电力电子器件芯片、功率二极管、整流桥、大功率模块、DFN/QFN、产品、MOSFET、IGBT及碳化硅SBD、碳化硅JBS等,产品广泛应用于消费类电子、安防、工控、汽车电子、新能源等诸多领域。公司产品线逐渐丰富,积极推进SiC芯片、器件研发及产业化项目,加强碳化硅领域的专利布局,重点研发拥有自主知识产权的碳化硅芯片量产工艺;针对电动汽车、充电桩、光伏逆变等领域,加强与客户的沟通交流,为客户提供切实可行的应用方案。


北方华创


  • 半导体设备高速增长,真空设备需求爆发:2018年上半年,公司四大主营业务(半导体设备、真空装备、新能源锂电装备和电子元器件)分别实现收入7.95/2.52/0.18/3.25亿元,分别占营收比重为56.99%/18.07%/1.26%/23.29%,同比增长37.85%/186.18%/-33.12%/ -6.51%。作为承担国家02专项多项课题的单位,半导体设备将持续为公司营业收入做出主要贡献。我们始终认为,半导体前道设备不仅具备资本开支增加背景下的放量属性,亦具备国产替代率达到一定程度后的团队长期配套,带来的持续收益属性,即进口替代率到达一定程度之后给予龙头企业较稳定的获利模式,与此同时,设备附加值(特别是光刻设备以外的设备)伴随工艺提升,将有更显著的提升空间,持续看好龙头公司的发展空间。


  • 股权激励提高员工积极性,推动公司持续成长:2018年8月14日,北方华创完成了首次股票期权激励计划授予登记,以35.36元/股行权价格向341名公司核心技术人员及管理骨干(不包括董事和高级管理人员)授予450万份股票期权。本次股权激励将中高层人员的利益与公司绑定,充分调动员工积极性,为公司人员稳定和技术创新打下坚实基础。


  • 半导体行业步入景气周期,国产化替代势在必行:在人工智能、5G等技术以及AR/VR、智能汽车等创新应用驱动下,半导体行业进入新一轮成长周期。随着近几年大量兴建晶圆厂,大陆将成为全球第二大半导体设备需求市场。在国家大力支持下,02专项开启半导体设备国产化进程。公司承担多项重大科技专项子课题研发任务,并在硅谷设立海外研发中心,2017年研发投入7.36亿元,占营业收入比例高达33.13%。根据公司公告,目前公司12英寸98-20nm制程刻蚀机、PVD、CVD、氧化/扩散炉、清洗机等设备已实现量产,部分产品成为国内龙头芯片厂商量产线Baseline机台;12英寸14nm制程设备已交付至中芯国际进行工艺验证,其价格较海外便宜30%,具有竞争优势。同时布局10nm、7nm前沿关键技术。同时,公司成功收购Akrion,进一步丰富公司清洗机产品线。技术突破为国产化替代提供条件,为公司营业收入进一步增长提供动能。


中环股份


  • 公司是硅单晶材料龙头,涉足半导体+新能源双产业链。公司主营业务围绕单晶硅材料展开,形成半导体、新能源光伏发电、金融和其他四大板块,其半导体主导产品区熔单晶片综合是来全球第三,全国第一,国内市场占有率超80%;光伏单晶产能全国第二,高效N型硅片市场占有率全球第一。


  • 2017年,子公司承担国家科技重大专项通过验收,中环股份成为国内首家、全球第三家能批量提供8英寸区熔硅抛光片的公司,占有率全球领先。


  • 公司设立区熔单晶和抛光片基地,目前8英寸抛光片产能为10万片/月,预计2018年10月建成后产能达到30万片/月,实现国内最大市场占有率。


  • 公司建立12英寸抛光片试验线,预计2018年底实现产能2万片/月。公司和无锡市政府、晶盛机电达成战略合作关系,在宜兴启动集成电路用大硅片生产与制造项目。项目总投资30亿美元,一期投资约15亿美元,在目前大尺寸硅片规划生产线投入中位居前列。


太极实业


  • 大基金拟入股,“EPC+封测”业务有望迎上下游产业链协同发展:大基金一期对半导体产业链多环节进行了布局,包含材料、设备、设计、制造、封测多个领域。公司此次拟携手大基金,“EPC+封测”业务有望迎来上下游产业链的协同发展。


  • 半导体景气度提升,公司EPC业务持续发酵:IC Insights数据指出,截止2017年底,12寸晶圆占总晶圆产能66.1%,预计19年会突破70%的市场占有率,国内12寸晶圆制造产线景气度持续上升。根据公司公告,2017年公司中标和辉光电、长江存储、合肥长鑫、重庆万国、上海华力等多个重大项目,近期12.26亿元中标绍兴中芯(MEMS和功率器件芯片制造及封装测试)EPC项目、9.6亿元中标宜兴中环(集成电路用大直径硅片厂房配套)EPC项目。


  • 封测业务技术领先,铸就高起点:公司半导体业务依托子公司海太半导体和太极半导体开展,海太半导体以为SK海力士DRAM产品提供后工序服务为主,盈利模式为“全部成本+固定收益(总投资额的10%)”。海太公司拥有完整的封装测试生产线与SK海力士12英寸晶圆生产线紧密配套。


中芯国际


  • 公司成立于2000年,是国内集成电路制造领域的龙头企业;


  • 由传统制程逐渐迈进先进制程:公司公告指出,2017年按照制程分类:250/350nm占比2.9%、占比34.8%、110/130nm占比11.6%、150/180nm 90nm占比1.5%、55/65nm占比20.4%、40/45nm占 比20.9%、28nm占比8%。由此我们可以看出,公司的55/65nm、150/180nm制程放量,占比相比 2016年提升,预计对应公司NOR、PMIC产品,而 28nm制程的占比随着景气度的提升以及客户的拉 货恢复有望逐渐提升。


  • 双CEO框架下,有望使得公司的经营与管理进入一 个全新的阶段,公司管理层在先进制程、技术以及 管理等层面均有非常深厚的积累,对公司未来的发 展有很大的提振。


华虹半导体


  • 全球领先的纯晶圆代工企业,特别专注于嵌入式非易失性存储器、功率器件、模拟与电源管理和逻辑及射频等差异化特色工艺平台,其卓越的质量管理体系亦满足汽车电子芯片生产的严苛要求。


  • 在上海金桥和张江建有三座200mm晶圆厂,月产能超过17万片;同时在无锡高新技术产业开发区内新建一条月产能4万片的12英寸集成电路生产线。


  • 18Q2销售收入达2.3亿美元,同比增16.1%,环比增长9.4%。毛利率上升至33.6%。产能利用率不断提高和产品组合持续优化。MCU,智能卡芯片,功率器件市场景气度持续高涨。


 
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