中国芯片产业深度分析报告:一文看懂真实国产芯片现状硅片mcu

周期性波动向上,市场规模超4000亿美元。

供需变化涨价蔓延,创新应用驱动景气周期持续。

半导体本轮涨价的根本原因为供需变化,并沿产业链传导,涨价是否持续还是看供需,NAND随着产能释放价格有所降低,DRAM、硅片产能仍吃紧涨价有望持续。展望未来,随着物联网、区块链、汽车电子、5G、AR/VR及AI等多项创新应用发展,半导体行业有望保持高景气度。

提高自给率迫在眉睫,大国战略推动产业发展

国内半导体市场接近全球的三分之一,但国内半导体自给率水平非常低,特别是核心芯片极度缺乏,国产占有率都几乎为零。芯片关乎到国家安全,国产化迫在眉睫。2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。大基金首期投资成果显著,撬动了地方产业基金达5000亿元,目前大基金二期募资已经启动,募集金额将超过一期,推动国内半导体产业发展。

大陆设计制造封测崛起,材料设备重点突破。

1、周期性波动向上,市场规模超4000亿美元

1.1、半导体是电子产品的核心,信息产业的基石

从晶体管诞生,再到集成电路

计算机的基础是1和0,有了1和0,就像数学有了10个数字,语言有了26个字母,人类基因有了AGCT,通过编码和逻辑运算等便可以表示世间万物。1946年的第一台计算机是通过真空管实现了1和0,共使用了18800个真空管,大约是一间半的教室大,六只大象重。

通过在半导体材料里掺入不同元素,1947年在美国贝尔实验室制造出全球第一个晶体管。晶体管同样可以实现真空管的功能,且体积比电子管缩小了许多,用电子管做的有几间屋子大的计算机,用晶体管已缩小为几个机柜了。

把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构,这便是集成电路,也叫做芯片和IC。集成电路中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。

集成电路发明者为杰克·基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于硅(Si)的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。

1965年,戈登·摩尔(GordonMoore)预测未来一个芯片上的晶体管数量大约每18个月翻一倍(至今依然基本适用),这便是著名的摩尔定律诞生。1968年7月,罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童(Fairchild)半导体公司辞职,创立了一个新的企业,即英特尔公司,英文名Intel为“集成电子设备(integratedelectronics)”的缩写。

电子产品的核心,信息产业的基石

以智能手机为例,诸如骁龙、麒麟、苹果A系列CPU为微元件,手机基带芯片和射频芯片是逻辑IC;通常所说的2G或者4G运行内存RAM为DRAM,16G或者64G存储空间为NANDflash;音视频多媒体芯片为模拟IC。以上这些统统是属于半导体的范畴。

半导体位于电子行业的中游,上游是电子材料和设备。半导体和被动元件以及模组器件通过集成电路板连接,构成了智能手机、PC等电子产品的核心部件,承担信息的载体和传输功能,成为信息化社会的基石。

半导体主要分为集成电路和半导体分立器件。半导体分立器件包括半导体二极管、三极管等分立器件以及光电子器件和传感器等。

1.2、集成电路工序多、种类多、换代快、投资大

简单的讲,电子制造产业包括:原材料砂子-硅片制造-晶圆制造-封装测试-基板互联-仪器设备组装。集成电路产业链主要为设计、制造、封测以及上游的材料和设备。

集成电路产业主要有以下特征:制造工序多、产品种类多、技术换代快、投资大风险高。

生产工序多:核心产业链流程可以简单描述为:IC设计公司根据下游户(系统厂商)的需求设计芯片,然后交给晶圆代工厂进行制造,这些IC制造公司主要的任务就是把IC设计公司设计好的电路图移植到硅晶圆制造公司制造好的晶圆上。完成后的晶圆再送往下游的IC封测厂,由封装测试厂进行封装测试,最后将性能良好的IC产品出售给系统厂商。

具体来说,可以细分为以下环节:

>IC设计:根据客户要求设计芯片

IC设计可分成几个步骤,依序为:规格制定→逻辑设计→电路布局→布局后模拟→光罩制作。规格制定:品牌厂或白牌厂的工程师和IC设计工程师接触,提出要求;逻辑设计:IC设计工程师完成逻辑设计图;电路布局:将逻辑设计图转化成电路图;布局后模拟:经由软件测试,看是否符合规格制定要求;光罩制作:将电路制作成一片片的光罩,完成后的光罩即送往IC制造公司。

>IC制造:将光罩上的电路图转移到晶圆上

>IC封测:封装和测试

封装的流程大致如下:切割→黏贴→切割焊接→模封。切割:将IC制造公司生产的晶圆切割成长方形的IC;黏贴:把IC黏贴到PCB上;焊接:将IC的接脚焊接到PCB上,使其与PCB相容;模封:将接脚模封起来;

产品种类多。从技术复杂度和应用广度来看,集成电路主要可以分为高端通用和专用集成电路两大类。高端通用集成电路的技术复杂度高、标准统一、通用性强,具有量大面广的特征。它主要包括处理器、存储器,以及FPGA(现场可编程门阵列)、AD/DA(模数/数模转换)等。专用集成电路是针对特定系统需求设计的集成电路,通用性不强。每种专用集成电路都属于一类细分市场,例如,通信设备需要高频大容量数据交换芯片等专用芯片;汽车电子需要辅助驾驶系统芯片、视觉传感和图像处理芯片,以及未来的无人驾驶芯片等。

技术更新换代快。根据摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,从而要求集成电路尺寸不断变小。

芯片的制程就是用来表征集成电路尺寸的大小的一个参数,随着摩尔定律发展,制程从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、28纳米、22纳米、14纳米,一直发展到现在的10纳米、7纳米、5纳米。目前,28nm是传统制程和先进制程的分界点。

以台积电为例,晶圆制造的制程每隔几年便会更新换代一次。近几年来换代周期缩短,台积电2017年10nm已经量产,7nm将于今年量产。苹果iPhoneX用的便是台积电10nm工艺。除了晶圆制造技术更新换代外,其下游的封测技术也不断随之发展。

除了制程,建设晶圆制造产线还需要事先确定一个参数,即所需用的硅片尺寸。硅片根据其直径分为6寸(150mm)、8寸(200mm)、12寸(300mm)等类型,目前高端市场12寸为主流,中低端市场则一般采用8寸。晶圆制造产线的制程和硅片尺寸这两个参数一旦确定下来一般无法更改,因为如果要改建,则投资规模相当于新建一条产线。

投资大风险高。根据《集成电路设计业的发展思路和政策建议》,通常情况下,一款28nm芯片设计的研发投入约1亿元~2亿元,14nm芯片约2亿元~3亿元,研发周期约1~2年。对比来看,集成电路设计门槛显著高于互联网产品研发门槛。互联网创业企业的A轮融资金额多在几百万元量级,集成电路的设计成本要达到亿元量级。但是,相比集成电路制造,设计的进入门槛又很低,一条28nm工艺集成电路生产线的投资额约50亿美元,20nm工艺生产线高达100亿美元。

集成电路设计存在技术和市场两方面的不确定性。一是流片失败的技术风险,即芯片样品无法通过测试或达不到预期性能。对于产品线尚不丰富的初创设计企业,一颗芯片流片失败就可能导致企业破产。二是市场风险,芯片虽然生产出来,但没有猜对市场需求,销量达不到盈亏平衡点。对于独立的集成电路设计企业而言,市场风险比技术风险更大。对于依托整机系统企业的集成电路设计企业而言,芯片设计的需求相对明确,市场风险相对较小。

1.3、全球半导体产业转移与产业链变迁

半导体行业因具有下游应用广泛,生产技术工序多、产品种类多、技术更新换代快、投资高风险大等特点,叠加下游应用市场的不断兴起,半导体产业链从集成化到垂直化分工越来越明确,并经历了两次空间上的产业转移。

1.起源,美国,垂直整合模式

1950s,半导体行业于起源于美国,主要由系统厂商主导。全球半导体产业的最初形态为垂直整合的运营模式,即企业内设有半导体产业所有的制造部门,仅用于满足企业自身产品的需求。

2.家电,美国→日本,IDM模式

1970s,美国将装配产业转移到日本,半导体产业转变为IDM(IntegratedDeviceManufacture,集成器件制造)模式,即负责从设计、制造到封装测试所有的流程。与垂直整合模式不同,IDM企业的芯片产品是为了满足其他系统厂商的需求。随着家电产业与半导体产业相互促进发展,日本孵化了索尼、东芝等厂商。我国大部分分立器件生产企业也采用该类模式。

3.PC,美日→韩国、台湾地区,代工模式

1990s,随着PC兴起,存储产业从美国转向日本后又开始转向了韩国,孕育出三星、海力士等厂商。同时,台湾积体电路公司成立后,开启了晶圆代工(Foundry)模式,解决了要想设计芯片必须巨额投资晶圆制造产线的问题,拉开了垂直代工的序幕,无产线的设计公司(Fabless)纷纷成立,传统IDM厂商英特尔、三星等纷纷加入晶圆代工行列,垂直分工模式逐渐成为主流,形成设计(Fabless)→制造(Foundry)→封测(OSAT)三大环节。

4.智能手机,全球--->中国大陆

2010s,随着大陆智能手机品牌全球市场份额持续提升,催生了对半导体的强劲需求,加之国家对半导体行业的大力支持以及人才、技术、资本的产业环境不断成熟,全球半导体产业酝酿第三次产业转移,即向大陆转移趋势逐渐显现。

人力成本是产业链变迁和转移的重要动力

韩国和台湾地区的集成电路产业均从代工开始,代工选择的主要因素便是人力成本,当时韩国和台湾地区的人力成本相比于日本低很多,封测业便开始从日本转移到韩国、台湾地区。同样由于人力成本的优势,在21世纪初,封测业已经向国内转移,可以说已经完成了当年韩国、台湾地区的发展初期阶段。劳动力密集型的IC封测业最先转移;而技术和资金密集型的IC制造业次之,转移后会相差1-2代技术;知识密集型的IC设计一般很难转移,技术差距显著,需要靠自主发展。

1.4、4-6年周期性波动向上,突破4000亿美元

4-6年为1个周期性波动向上

费城半导体指数(SOX)由费城交易所创立于1993年,有20家企业的股票被列入该指数,为全球半导体业景气主要指标之一,其走势与全球半导体销售额的走势基本相同。

根据世界半导体贸易统计组织(WSTS)数据披露,全球半导体销售额于1994年突破1000亿美元,2000年突破2000亿美元,2010年将近3000亿美元,预计2017年将会突破4000亿美元,半导体产业规模不断扩大,逐渐成为一个超级巨无霸的行业。

2017突破4000亿美元,存储芯片是主要动力

据WSTS数据,2017年世界半导体市场规模为4086.91亿美元,同比增长20.6%,首破4000亿美元大关,创七年以来(2010年为年增31.8%)的新高。

其中,集成电路产品市场销售额为3401.89亿美元,同比增长22.9%,大出业界意料之外,占到全球半导体市场总值的83.2%的份额。存储器电路(Memory)产品市场销售额为1229.18亿美元,同比增长60.1%,占到全球半导体市场总值的30.1%,超越历年占比最大的逻辑电路(1014.13亿美元),也印证了业界所谓的存储器是集成电路产业的温度计和风向标之说。

半导体分立器件(D-O-S)方面,市场为685.02亿美元,同比增长10.1%,占到全球半导体市场总值的16.8%,主要得益于功率器件等推动分立器件(DS)市场销售额同比增长10.7%以及MEMS、射频器件、汽车电子、AI等推动传感器市场(Sensors)销售额同比增长15.9%。

据ICInsights报道,DRAM2017年平均售价(ASP)同比上涨77%,销售总值达720亿美元,同比增长74%;NANDFlash2017年平均售价(ASP)同比上涨38%,销售总额达498亿美元,同比增长44%,NORFlash为43亿美元,导致全球存储器总体市场上扬增长58%。如若扣除存储器售价上扬的13%,则2017年全球半导体市场同比增长率仅为9%的水平。依靠DRAM和NAND闪存的出色表现,三星半导体在2017年第二季度超越英特尔,终结英特尔20多年雄踞半导体龙头位置的记录。

从区域上看,WSTS数据显示北美(美国)地区市场销售额为864.58亿美元,同比增长31.9%,增幅提升36.6%,居全球首位,占到全球市场的21.2%的份额,起到较大的推动作用。其他地区(主要为中国)销售额为2478.34亿美元,同比增长18.9%,占到全球市场总值的60.6%。

半导体带动上游设备创历史新高。据SEMI预测,2017年半导体设备的销售额为559亿美元,比2016年增长35.6%。2018年,半导体设备的销售额达到601亿美元,比2017年增长7.5%。

2、供需变化涨价蔓延,创新应用驱动景气周期持续

2.1、供需变化沿产业链传导,涨价持续蔓延扩展

本轮涨价的根本原因为供需反转,并沿产业链传导,从存储器中DRAM和NAND供不应求涨价导致上游12寸硅片供不应求涨价,12寸晶圆代工厂涨价,NOR涨价,12寸硅片不足用8寸硅片代替,导致8寸硅片涨价,8寸晶圆代工厂涨价,传导下游电源管理IC、LCD/LED驱动IC、MCU、功率半导体MOSFET等涨价,涨价持续蔓延。此外,2017Q4加密币挖矿芯片半路杀出抢12寸晶圆先进制程产能。

2.1.1、存储器:供不应求涨价开始,是否持续还是看供需

存储器主要包括DRAM、NANDFlash和NORFlash。其中DRAM约占存储器市场53%,NANDFlash约占存储器市场42%,而NORFlash仅占3%左右。DRAM即通常所说的运行内存,根据下游需求不同主要分为:标准型(PC)、服务器(Server)、移动式(mobile)、绘图用(Graphic)和消费电子类(Consumer)。NANDFlash即通常所说的闪存,根据下游需求不同主要分为:存储卡/UFD、SSD、嵌入式存储和其他。

存储器的涨价由供不应求开始,是否持续还得看供需。

DRAM

需求端:下游智能手机运行内存不断从1G到2G、3G、4G升级导致移动式DRAM快速需求增长,同时APP应用市场快速发展导致服务器内存需求增长。

供给端:DRAM主要掌握在三星、海力士、美光等几家手中,呈现寡头垄断格局,三星市占率约为45%。2016年Q3之前,DRAM价格一路走低,所有DRAM厂商都不敢贸然扩产。供不应求导致DRAM价格从2016年Q2/Q3开始一路飙升,DXI指数从6000点上涨到如今的30000点。DXI指数是集邦咨询于2013年创建反映主流DRAM价格的指数。

2018Q1移动式内存价格可能会有较明显影响。在大陆智能手机出货疲弱的大环境影响下,虽然整体DRAM仍呈现供货吃紧的状态,但以三星为首率先调整对大陆智能手机厂商的报价,移动式内存的涨幅已较先前收敛,从原先的5%的季成长缩小为约3%。

NANDFlash

需求端:下游智能手机闪存存不断从16G到32G、64G、128G甚至256G升级导致嵌入式存储快速需求增长,同时随着SSD在PC中渗透率提升导致SSD需求快速增长。

供给端:2016和2017年为NANDFlash从2D到3DNAND制程转化年,产能存在逐渐释放的过程,主要厂商有三星、东芝、美光和海力士,三星同样是产业龙头,市占率约为37%。

展望未来,智能手机销售增速疲软,2018年上半年NAND需求恐不如预期,随着3D产能不断开出,市况将转变成供过于求,导致NANDFlash价格持续走跌的几率升高。

NORFlash

虽然NORFLASH市场份额较小,但是由于代码可在芯片内执行,仍然常常用于存储启动代码和设备驱动程序。需求端:随着物联网、智慧应用(智能家居、智慧城市、智能汽车)、无人机等厂商导入NORFlash作为储存装置和微控制器搭配开发,NORFlash需求持续增长。供给端:一方面由于DRAM和NAND抢食硅片产能,导致NORFlash用12寸硅片原材料供不应求涨价;另一方面,巨头美光及Cypress纷纷宣布淡出,关停部分生产线等,产生供给缺口,导致价格上涨。

经过近几年版图大洗牌,目前旺宏成为产业龙头,市占率约24%,CYPRESS(赛普拉斯)市场占有率约21%,美光科技市占率约20%,华邦电居第四位,大陆厂商兆易创新居第五,占有一席之地。从各家公司的产品分布上,最高端NORFLASH产品多由美光、赛普拉斯供应,应用领域以汽车电子居多;华邦、旺宏则以NORFLASH中端产品供应为主,应用领域以消费电子、通讯电子居多;而兆易创新提供的多为低端产品,主要应用在PC主板、机顶盒、路由器、安防监控产品等领域。

展望未来,随着iPhoneX采用AMOLED,需要再搭配一颗NORFlash,预期AMOLED智能型手机市场渗透率持续上升,对NORFlash需求的成长空间颇大。近年蓬勃发展的物联网IOT需要有记忆体搭载,以及车用系统也持续增加新的需求。兆易创新战略入股中芯国际,将形成存储器虚拟“IDM”合作模式,进一步加深双方合作关系,有助于保障长期产能供应,深度受益于NORFlash景气。

2.1.2、硅片:供需剪刀差形成,从12寸向8寸蔓延

硅片是半导体芯片制造最重要的基础原材料,在晶圆制造材料成本中占比近30%,是份额最大的材料。

目前主流的硅片为300mm(12英寸)、200mm(8英寸)和150mm(6英寸),其中12英寸硅片份额在65-70%左右,8寸硅片占25-27%左右,6寸占6-7%左右。近年来12英寸硅片占比逐渐提升,6和8寸硅片的市场将被逐步挤压,预计2020年二者合计占比由2014年的40%左右下降到2020年的30%左右,而更大尺寸450mm(18英寸)产能将在19年开始逐步投建。

硅片尺寸越大,单个硅片上可制造的芯片数量则越多,同时技术要求水平也越高。对于300mm硅片来说,其面积大约比200mm硅片多2.25倍,200mm硅片大概能生产出88块芯片而300mm硅片则能生产出232块芯片。更大直径的硅片可以减少边缘芯片,提高生产成品率;同时,在同一工艺过程中能一次性处理更多的芯片,设备的重复利用率提高了。

12英寸硅片主要用于高端产品,如CPUGPU等逻辑芯片和存储芯片;8英寸主要用于中低端产品,如电源管理IC、LCDLED驱动IC、MCU、功率半导体MOSFE、汽车半导体等。

硅片供给属于寡头垄断市场,目前全球硅晶圆厂商以日本、台湾、德国等五大厂商为主,包括日本信越、日本三菱住友SUMCO、环球晶圆、德国Siltronic、韩国SKSiltronic,前五大供应商囊括约90%以上的市场份额。

硅片的下游客户主要以三星、美光、SK海力士、东芝/WD为代表的存储芯片制造商和以台积电、格罗方德、联电、力晶科技、中芯国际为代表的纯晶圆代工业者。

需求端:过去十年来硅片需求稳定增长。2016与2007年相比,制造一颗IC面积减少了24%以上,2016年IC面积0.044平方英寸/颗,而2007年0.058平方英寸/颗,1年约减少2~3%。但来自终端需求成长,带动硅片需求量平均每年成长5~7%,故整体硅片面积每年呈3~5%的成长。

供给端:扩产不及时。据DIGITIMES的数据,自2006年至2016年上半,半导体硅片产业历经长达10年的供给过剩,大多数硅晶圆供货商获利不佳,使得近年来供给端的动作相当保守,供应商基本没有扩充产能,2017年受到下游存储器、ASIC、汽车半导体、功率半导体等需求驱动,硅片呈现供不应求的局面,供需反转形成剪刀差,硅片厂去库存,硅片价格逐渐上升,从12寸向8寸蔓延。

12寸硅片

需求端:ICinsights数据显示全球营运中的12寸晶圆厂数量持续成长,2017年全球新增8座12寸晶圆厂开张,到2020年底,预期全球将再新增9座的12寸晶圆厂运营,让全球应用于IC生产的12寸晶圆厂总数达到117座。而如果18寸(450mm)晶圆迈入量产,12寸晶圆厂的高峰数量可达到125座左右;而营运中8寸(200mm)量产晶圆厂的最高数量则是210座(在2015年12月为148座)。根据SUMCO的数据,2016下半年全球300mm硅片的需求已经达到520万片/月,2017年和2018年全球300mm硅片的需求分别为550万片/月和570万片/月。预计未来三年300mm硅片需求将持续增加,2020年新增硅片月需求预计超过750万片/月,较2017年增加200万片/月以上,需求提升36%,从2017-2022年复合需求增速超过9.7%,值得注意的是,以上测算需求还没有考虑部分中国客户。

供给端:根据SEMI的预测,2017年和2018年300mm硅片的产能为525万片/月和540万片/月。由于2017年之前硅片供大于求,硅片产业亏多赚少,各大硅片厂扩产意愿低,所以全球硅片的产量增长缓慢。各大厂商以涨价和稳固市占率为主要策略,到目前为止仅有SUMCO预计在2019年上半年增加11万片/月和Siltronic计划到19年中期扩产7万片/月。我们预计未来几年12寸硅片的缺货将是常态。

涨价:12寸硅片供不应求,缺货成常态,硅片价格逐步上升,下游晶圆厂开始去库存。信越半导体及SUMCO的12寸硅片签约价已从2017年的75美元/片上涨至120美元/片,涨幅高达60%。未来几年硅片供给仍然存在明显缺口,我们预计涨价趋势将持续,2018年12寸硅片将进一步涨价20%-30%左右。

8寸硅片

需求端:2017年上半年8寸晶圆厂整体的需求较平缓,随着2017年第3季旺季需求显现,预期随着硅晶圆续涨,在LCD/LED驱动IC、微控制器(MCU)、电源管理IC(PMIC)、指纹辨识IC、CIS影像传感器等投片需求持续增加。虽然LCD驱动IC、PMIC、指纹辨识IC等已出现转向12寸厂投片情况,但多数上游IC设计厂基于成本及客制化的考虑,仍以在8寸厂投片为主。Sumco预计到2020年200mm硅片需求量将达574万片/月,比2016年底的460万片/月增加24.78%。

供给端:8寸晶圆制造设备产能持续降低,部分关键设备出现严重缺货,二手8寸晶圆制造设备也是供不应求。在此情况下,晶圆代工短期厂很难大举扩增8寸晶圆产能,8寸硅晶圆的扩产需到2018年-2019年才有产出,我们预计未来几年8寸硅片也将处于供给紧张状态。

涨价:2017年12英寸硅晶圆供不应求且价格逐季调涨,8英寸硅晶圆价格也在2017年下半年跟涨,累计涨幅约10%。在投片需求持续增加,但扩产有限下,预期2018年上半年8寸晶圆厂产能整体产能仍吃紧。根据ESM报道,预期随着硅晶圆续涨价,预计2018年第1季8寸晶圆代工价格将会调涨5~10%。

2.1.3、8寸晶圆产品:产品涨价蔓延

8寸硅晶圆短缺以及晶圆厂产能紧缺的影响逐渐向市场渗透,而电源IC、MCU、指纹IC、LED/LCD驱动芯片、MOSFET等皆为8寸产线。

根据国际电子商情报道,多家国内外原厂发布了自2018年1月1日起涨价的通知,主要集中在MOSFET、电源IC、LCD驱动IC等产品,有的涨幅达到了15%-20%。国内厂商,富满电子、华冠半导体、芯电元、芯茂微电子、裕芯电子、南京微盟等对电源IC、LED驱动IC、MOSFET等产品进行了调价,其中MOSFET涨幅较大。国际分立器件与被动元器件厂商Vishay决定自2018年1月2日起对新订单涨价,未发货订单价格也将于3月1日起调整。

MOSFET:延长交期

MCU:恐将缺货一整年

2017年12月,全球汽车电子芯片龙头大厂NXP(恩智浦)宣布,从2018年第一季度开始,MCU、汽车电子等产品将会进入涨价通道,涨价幅度5%-10%不等。此外,自2017年以来,全球多家MCU厂商产品出货交期皆自四个月延长至六个月,日本MCU厂更罕见拉长达九个月。2017年全球电子产品制造业营运大多相当红火,连日本半导体厂也出现多年不见正成长荣景,带动IC芯片等电子元件销量走升。预估后市于全球汽车电子、物联网应用需求不断爆发、持续成长,矽晶圆厂产能满载下,2018年全球MCU市场,恐将一整年持续面临供应短缺局面。

LCD驱动IC:涨价or缺货

根据WitsView预测,一方面,由于晶圆代工厂提高8英寸厂的IC代工费用,IC设计公司第一季可能跟着被迫向面板厂提高IC报价5~10%,以反映成本上升的压力。另一方面,随着物联网、车用电子以及智慧家居等需求兴起,带动电源管理与微控制器等芯片用量攀升,已经开始挤压8英寸晶圆厂LCD驱动IC的投片量。

近年来因面板厂的削价竞争,驱动IC价格大幅滑落,早已成为晶圆代工厂心中低毛利产品的代名词,当利润更佳的电源管理芯片或是微控制器的需求崛起,也刚好给了晶圆代工厂一个绝佳的调整机会,预估截至2018年第一季,晶圆代工厂驱动IC的投片量将下修约20%。中低端IT面板用驱动IC供应吃紧,驱动IC的交期普遍都拉长到10周以上,有可能连带影响面板的供货。

2.2、硅含量提升&创新应用驱动,半导体景气周期持续

本轮半导体景气周期以存储器、硅片等涨价开始,受益于电子产品硅含量提升和下游创新应用需求推动,我们认为半导体行业有望得到长效发展。

2.2.1、硅含量提升

按照ICInsights的预测,半导体所占电子信息产业的比例,将由2016年的25%提高到接近2017年的28.1%,将会有更多的元器件被半导体所取代或整合,或者更多的新功能新应用被新设备所采用,半导体对应电子产品的重要性越来越大,预计到2021年,半导体价值量在整机中的占比将上升到28.9%,提升空间广阔。

以电动汽车为例,据strategyanalytics2015数据,传统汽车的汽车电子成本大约在315美金,而插混汽车和纯电动汽车的汽车电子含量增加超过一倍,插混汽车大约703美金,纯电动汽车大约719美金。此外,汽车智能化还将进一步提高汽车电子的用量,从而推动半导体行业的发展。

2.2.2、创新应用驱动

根据SIA数据,2016全球半导体下游终端需求主要以通信类(含智能手机)占比为31.5%,PC/平板占比为29.5%,消费电子占比13.5%,汽车电子占比11.6%。

展望未来,半导体产业除了传统3C及PC驱动外,物联网、5G、AI、汽车电子、区块链及AR/VR等多项创新应用将成为半导体行业长效发展的驱动力。

物联网IOT:到2020年全球产业规模将达到2.93万亿美元

物联网设备增长带动全球市场快速增长。据ICInsights等机构研究,2016年全球具备联网及感测功能的物联网市场规模为700亿美元,比上年增长21%。预计2017年全球物联网市场规模将达到798亿美元,增速为14%。2018年全球市场增速将达30%,规模有望超千亿美元。

市场调研机构Gartner数据显示,2017年全球物联网市场规模将达到1.69万亿美元,较2016年增长22%。在新一轮技术革命和产业变革带动下,预计物联网产业发展将保持20%左右的增速,到2020年,全球物联网产业规模将达到2.93万亿美元,年均复合增长率将达到20.3%。

5G:射频芯片和滤波器价值提升

据中国信息通信研究院预测,5G商用部署后,至2025年中国的5G连接数将达到4.28亿,占全球连接总数的39%。华为2018年抢先发布了首款3GPP标准的5G商用芯片和终端,2019年,华为将推出5G手机。5G时代频段和载波聚合技术会增加射频元件的使用数量,新技术提高了射频部分元器件的设计难度,带来元器件单机价值量提升。在半导体领域体现在射频芯片和滤波器两部分价值的提升。智能手机使用的RF前端模块与组件市场于2016年产值为101亿美元,到了2022年,预计将会成长至227亿美元。

人工智能AI&区块链:特殊应用芯片高速成长

人工智能芯片的发展路径经历了从通用走向专用,从CPU到GPU到FPGA再到ASIC。

《2016-2017中国物联网发展年度报告》显示2016年全球人工智能芯片市场规模达到23.88亿美金,预计到2020年将达到146亿美金,增长迅猛,发展空间巨大。

此外,以区块链为底层技术的加密货币带动挖矿芯片及其封装市场的增长。据预测,2017年若以主流28纳米流片的芯片数目来计算,2017年对应的芯片用量约为3.2亿个挖矿芯片,2017年全年矿机芯片封装市场约为9-11亿元之间。展望2018,往后还将出现12纳米制程以下的ASIC矿机芯片,根据DIGITIMES预估,2018年矿机芯片封测市场规模预估将成长至少四倍,逼近40亿元人民币以上。

汽车电子:电动化+智能化+网联化推动汽车电子含量显著提升

随着全球能源、环境、交通安全等问题日渐突出和消费者对汽车的舒适、便利、娱乐等的要求越来越高,汽车向电动化、轻量化、智能化、联网化发展。根据普华永道和思略特预测,从2025年开始,电动车将迅速发展;而到2028年,4/5级无人驾驶汽车将成为主流。

汽车电动化+智能化+网联化趋势下,汽车电子含量显著提升,主要来自于两方面:一是电动化带来功率半导体、MCU、传感器等增加;二是智能化和网联化带来车载摄像头、雷达、芯片等增加。在智能化带来的增量方面,自动驾驶级别每提升一级,传感器的需求数量将相应的增加,到L4/L5级别,车辆全身传感器将多达十几个以上。

以特斯拉为例,Autopilot2.0传感器包含12个超声波传感器,8个摄像头以及1个雷达。未来5年,随着汽车自动化级别的逐步提高,在雷达和摄像头模块的驱动下,ADAS/AD半导体市场将加速增长。英飞凌认为:2025年左右,L3自动驾驶车辆的单车半导体成本平均为580美元;2030年左右,L4/L5自动驾驶车辆的单车半导体成本平均为860美元。

据《中国汽车电子行业分析报告》数据显示,2013年,我国汽车电子市场规模为3120亿元,到2015年时,已增至3979亿元,呈现逐年快速增长态势。预计到2020年,我国汽车电子市场规模将达到7049亿元。

2.2.3、半导体景气周期持续

美国半导体行业协会(SIA)数据显示,2018年1月全球半导体销售额增长22.7%,达到创纪录的376亿美元,连续18个月实现增长。其中,美国半导体销售额同比飙升40.6%,创有史以来最大增幅;欧洲销售额增长19.9%,亚太及所有其它地区销售额增长18.6%,中国市场销售额增长18.3%,日本销售额增长15.1%。

SEMI预估,2018年半导体产值年增率约5%至8%,再创新高,2019年可望续增,产值将首度站上5,000亿美元大关。研究机构Gartner预期半导体市场2018年仍持续是个好年,但相较于2017年成长将会趋缓,2018年预测约达到7.5%,而在往后2019-2020年成长将呈现持平的状态。

根据ICInsights数据显示,在集成电路市场的四大产品类别:模拟、逻辑、存储和微元件中,2017-2022年模拟市场增速最高达到6.6%,而微元件市场仅为3.9%,整体集成电路市场年复合增长率为5.1%。

3、提高自给率迫在眉睫,大国战略推动产业发展

3.1、市场虽大自给率低,芯片国产化迫在眉睫

中国半导体市场接近全球的1/3。根据WSTS数据,2016年全球半导体销售额为3389亿美元,其中我国半导体销售额1075亿,占全球市场的31.7%。中国为全球需求增长最快的地区。2010年-2016年,全球半导体市场规模年均复合增速为6.3%,而中国年均复合增速为21.5%。随着5G、消费电子、汽车电子等下游产业的进一步兴起,叠加全球半导体产业向大陆转移,预计中国半导体产业规模进一步增长。

自给率水平低,核心芯片缺乏,国产化迫在眉睫。在2014及2015年的统计中芯片进口就超过了2000亿美元,超过了原油,成为中国进口量最大的商品。根据ICinsights数据,2015国内半导体自给率还没超过10%,16年自给率刚达到10.4%。预计15年到20年,国内的半导体自给产值CAGR能达到28.5%,从而达到2020年国产化比例15%的水平。

特别是核心芯片自给率极低。我国计算机系统中的CPUMPU、通用电子统中的FPGA/EPLD和DSP、通信装备中的嵌入式MPU和DSP、存储设备中的DRAM和NandFlash、显示及视频系统中的DisplayDriver,国产芯片占有率都几乎为零。

这种情况对于国家和企业而言都是非常不利的,不管是从国家安全还是电子产业的发展而言,全力推动半导体产业目前已经成为了全国上下的一致共识,整个行业的发展动力非常充足。

根据ICInsight的数据,2016年全球20大半导体企业中,仍然以海外公司为主。其中美国有8家,日本、台湾地区和欧洲各占3家,韩国占2家,新加坡有1家,没有一家大陆半导体公司上榜。不管是设计制造还是IDM模式方面,大陆半导体产业和国际先进水平仍然存在不小差距。

3.2、大国战略推动产业发展,大基金撬动千亿产业资金

国内半导体发展大致可以分为三个阶段:

第一阶段为1982-2000,称之为大框架阶段。1982年成立了国务院计算机与大规模集成电路领导小组,由于当时的国际环境比较好,我们提出以市场换技术,以北京、上海、无锡为中心建立半导体产业基地,尤其是90s的无锡华晶,成为国内瞩目的半导体标杆性企业。

第二阶段为2000-2014,18号文之后的15年,商业化初步阶段。2000年国务院[18号文],出台《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》,到2011年,国务院很快发布了关于《进一步鼓励软件和集成电路产业发展若干政策》的通知,就是4号文,在税收和财政上给予半导体产业优惠政策,产业分工得以初步实现。晶圆厂迎来一波建设浪潮,2000年后,天津摩托罗拉投资14亿美元建成月产2.5万片的8英寸工厂,上海中芯国际投资15亿美元建成月产4.2万片的8英寸工厂。到2003年,国内出现一批晶圆代工企业,如上海宏力、苏州和舰(联电)、上海贝岭、上海先进(飞利浦),北京中芯环球等。

第三阶段为2014-2030,以2014年发展纲要颁布为起点的15年,进入跨越式发展推进阶段。2014年6月,国务院颁布了《国家集成电路产业发展推进纲要》,提出设立国家集成电路产业基金(简称“大基金”),将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。且明确提出,到2020年,集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小,全行业销售收入年均增速超过20%,企业可持续发展能力大幅增强;到2030年,集成电路产业链主要环节达到国际先进水平,一批企业进入国际第一梯队,实现跨越发展。

据集邦咨询统计,截至2017年11月30日,大基金累计有效决策62个项目,涉及46家企业,累计有效承诺额1,063亿元,实际出资794亿元,分别占首期总规模的77%和57%,投资范围涵盖IC产业上、下游。大基金在制造、设计、封测、设备材料等产业链各环节进行投资布局全覆盖,各环节承诺投资占总投资的比重分别是63%、20%、10%、7%。

我们对大基金投资标的进行了汇总,截至2018年1月19日,大基金已成为50多家公司股东,涉及18家A股公司、3家港股公司,目前大基金持股市值超200亿。

在国家集成电路产业投资基金之外,多个省市也相继成立或准备成立集成电路产业投资基金,目前包括北京、上海、广东等在内的十几个省市已成立专门扶植半导体产业发展的地方政府性基金。根据国家集成电路产业基金的统计,截至2017年6月,由“大基金”撬动的地方集成电路产业投资基金(包括筹建中)达5145亿元。

目前大基金二期已经启动,募集金额有望超过一期,一期规模为1387亿元。大基金总经理丁文武透露,大基金将提高对设计业的投资比例,并将围绕国家战略和新兴行业进行投资规划,比如智能汽车、智能电网、人工智能、物联网、5G等,并尽量对设备和材料给予支持,推动其加快发展。

4、大陆设计制造封测崛起,材料设备重点突破

4.1、产业生态逐步完善,三业发展日趋均衡

经过多年的发展,通过培育本土半导体企业和国外招商引进国际跨国公司,国内逐渐建成了覆盖设计、制造、封测以及配套的设备和材料等各个环节的全产业链半导体生态。大陆涌现了一批优质的企业,包括华为海思、紫光展锐、兆易创新、汇顶科技等芯片设计公司,以中芯国际、华虹半导体、华力微电子为代表的晶圆制造企业,以及长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技等芯片封测企业。

根据集邦咨询数据,2017年中国半导体产值将达到5176亿元人民币,年增率19.39%,预估2018年可望挑战6200亿元人民币的新高纪录,维持20%的年增长速度,高于全球半导体产业增长率。

近年来,国内半导体一直保持两位数增速,制造、设计与封测三业发展日趋均衡,但我国集成电路产业结构依然不均衡,制造业比重过低。2017年前三季度,我国IC设计、制造、封测的产业比重分别为37.7%、26%和35.5%,但世界集成电路产业设计、制造和封测三业占比惯例为3∶4∶3。

我国2016年设计业占比首次超越封测环节,未来两年在AI、5G、物联网,以及区块链、指纹识别、CIS、AMOLED、人脸识别等新兴应用的带动下,预估设计业占比将在2018年持续增长至38.8%,稳居第一的位置。

制造产业加速建设,尤其以12寸晶圆厂进展快速。2018年将有更多新厂进入量产阶段,整体产值将有望进一步攀升,带动IC制造的占比在2018年快速提升至28.48%。

封测业基于产业集群效应、先进技术演进驱动,伴随新建产线投产运营、中国本土封测厂高阶封装技术愈加成熟、订单量增长等利多因素带动,我们预计2018年封测业产值增长率将维持在两位数水平,封测三巨头增速将优于全行业。

4.2、设计:自主发展,群雄并起

我国部分专用芯片快速追赶,正迈向全球第一阵营。专用集成电路细分领域众多,我国能够赶上世界先进水平的企业还是少数,这主要有两类。一是成本驱动型的消费类电子,如机顶盒芯片、监控器芯片等。二是通信设备芯片,例如,华为400G核心路由器自主芯片,2013年推出时领先于思科等竞争对手,并被市场广泛认可。上述芯片设计能较好地兼顾性能、功耗、工艺制程、成本、新产品推出速度等因素,具备很强的国际竞争力。但是,在高端智能手机、汽车、工业以及其他嵌入式芯片市场,我国差距仍然很大。

收购受限,自主发展。随着莱迪思(以FPGA产品为主营业务)收购案被否决,标志着通过收购海外公司来加速产业发展的思路已经不太现实,越是关键领域,美国等国家对于中国的限制就会严格,只有自主发展,才是破除限制的根本方法。

海思展讯进入全球前十。根据ICInsights2017年全球前十大Fabless排名,国内有两家厂商杀进前十名,分别是海思和紫光集团(展讯+RDA),这两者分别以47.15亿美元和20.50亿美元的收入分居第七位和第10位,其中海思的同比增长更是达到惊人的21%,仅仅次于英伟达和AMD,在Fabless增长中位居全球第三。

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。

2017年中国IC设计产业厂商技术发展仅限于低端产品的状况已逐步改善,海思的高端手机应用处理芯片率先采用了10nm先进制程,海思、中兴微的NB-IoT、寒武纪、地平线的AI布局在国际崭露头角,展锐、大唐、海思的5G部署也顺利进行。

根据集邦咨询预估的2017年IC设计产业产值与厂商营收排名数据,今年前十大IC设计厂商排名略有调整,大唐半导体设计将无缘前十,兆易创新和韦尔半导体凭借优异的营收表现进入排行前十名。

海思:受惠于华为手机出货量的强势增长和麒麟芯片搭载率的提升,2017年营收年增率维持在25%以上。

展锐:受制于中低端手机市场的激烈竞争,2017年业绩出现回调状况。

中兴微电子:以通讯IC设计为基础,受到产品覆盖领域广泛的带动,预估营收成长率超过30%。

华大半导体:业务涉及到智能卡及安全芯片、模拟电路、新型显示等领域,2017年营收也将超过人民币50亿元。

汇顶科技:在智能手机指纹识别芯片搭载率的持续提升和产品优异性能的带动下,在指纹市场业绩直逼市场龙头FPC,预计今年营收增长也将超过25%。

兆易创新:首次进入营收前十名,凭借其在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。

而在芯谋研究发布的2017年中国十大集成电路设计公司榜单上,比特大陆以143亿元的年销售额跃升第二,成为中国芯片设计业的年度黑马。比特大陆是全球最大的比特币矿机生产商,旗下的蚂蚁矿机系列2017年销量在数十万台,市场占有率超过80%。

2018年,中国IC设计产业在提升自给率、政策支持、规格升级与创新应用三大要素的驱动下,将保持高速成长的趋势,其中,中低端产品市场占有率持续提升,国产化的趋势将越加明显。另一方面,资金与政策支持将持续扩大。大基金第二期正在募集中,且会加大对IC设计产业的投资占比,同时选择一些创新的应用终端企业进行投资。此外,科技的发展也引领终端产品规格升级,物联网、AI、汽车电子、专用ASIC等创新应用对IC产品的需求不断扩大,也将为2018年IC设计产业带来成长新动力。

4.3、制造:产业转移,3代工+3存储

晶圆制造产业向大陆转移。在半导体向国内转移的趋势下,国际大厂纷纷到大陆地区设厂或者增大国内建厂的规模。据ICInsight数据,2016年底,大陆地区晶圆厂12寸产能210K(包括存储产能),8寸产能611K。本土的中芯国际、华力微以及武汉新芯的12寸产能合计为160K。

晶圆代工三强:中芯国际、华虹半导体、华力微

在晶圆代工市场,大陆厂商面临着挑战与机遇。一方面,大陆设计公司在快速成长,本土设计公司天然有支持本土制造厂商的倾向;另一方面,制造业发展所需资金、人力与知识积累的门槛越来越高,在这些方面中国厂商与世界领先厂商的差距有拉大的趋势。如何在现有基础上稳扎稳打,逐步缩小与世界先进水平的差距,相当考验以中芯国际、华宏宏力、华力微为代表的大陆代工厂的经营能力。

全球晶圆代工稳步增长,行业集中高。ICInsight预计2016-2021年的纯晶圆代工厂将年均以7.6%的复合增速增长,从2016年的500亿美元增长到2021年的721亿美元。纯晶圆代工行业集中度很高,前四大纯晶圆代工厂合计占据全球份额的85%,其中台积电一家更是雄踞近60%的市场份额。基于晶圆代工行业高技术高投入的门槛,我们判断晶圆代工行业格局短期不会有太大变化,但国内中芯国际可能会是增速最快的一家。

国内先进制程落后相差两代以上。半导体晶圆制造集中度提升,只有巨头才能不断地研发推动技术的向前发展。世界集成电路产业28-14nm工艺节点成熟,14/10nm制程已进入批量生产,Intel、三星和台积电均宣布已经实现了10nm芯片量产,并且准备继续投资建设7nm和5nm生产线。而国内28nm工艺仅在2015年实现量产,且仍以28nm以上为主。

本土晶圆厂最先进量产制程目前仍处于28nmPoly/SiON阶段,虽然在28nm营收占比、28nmHKMG量产推进及方面皆取得不错的成绩。中芯国际是国内纯晶圆制造厂龙头,在传统制程(≥40nm)已具备相当的比较优势,同时积极扩展28nm领域,但面临最大的障碍是28nm良率不足的问题,一旦未来6-12个月内取得突破,将为公司打开更广阔空间,相应的扩产力度和节奏都将大大提高。梁孟松入职中芯担任联合CEO,极大地提高了关键制程确定性。梁孟松早年是台积电和三星的技术核心人物,台积电的130nm、三星的45/32/28nm每一节点都有梁的突出贡献。我们认为在梁主导研发之后,将有效整合中芯现有资源,加快突破28nm的进程以及进军14nm研发。但另一方面,台积电(南京)、联芯(厦门)、格芯(成都)等外资厂商的同步登陆布局也将进一步加剧与本土厂商在先进制程的竞争。

存储器三强:长江存储、合肥长鑫、福建晋华

长江存储是由紫光集团与武汉新芯合作成立,首期投入超过600亿元,预计未来还将追加300亿美元。2016年底动工国家存储器基地项目,2017年2月宣布与微电子所联合研发的32层3DNANDFlash芯片顺利通过测试,目前已累积多个3DNAND专利,有望2018年底顺利投产,预计2020年月产能将达30万片。紫光还计划在成都和深圳投资两条总产能14万/月的NANDFlash12寸生产线。但是紫光的NANDFlash制程节点仍落后国际大厂1-2代。目前长江存储的重心放在3DNANDflash的开发上面,同时也在推进20/18nm的DRAM开发,DRAM进度慢于NANDFLASH,预计DRAM最快将于2020年量产。

合肥长鑫存储由兆易创新、中芯国际前CEO王宁国与合肥产投签订协议成立,项目预算金额为180亿元人民币。兆易创新负责研发19nm工艺制程的12英寸晶圆移动型DRAM,目标于2018年底前研发成功,实现产品良率不低于10%。届时,合肥长鑫将成为中国第一家自主化大规模DRAM工厂,将是世界第四家突破20nm以下DRAM生产技术的公司。

福建晋华项目由台联电提供技术专攻利基型DRAM(消费电子),已投资56.5亿元在晋江建设12寸晶圆厂,初期将导入32nm制程,规划产能为每月6万片,预计2018年9月开始试产。

4.4、封测:力争先进,三足鼎立

现代电子封装包含的四个层次:零级封装——半导体制造的前工程,芯片的制造,晶体管互连7-500纳米;一级封装——半导体制造的后工程,芯片的封装,通常的封装是指一级封装,封装体内互连20-500微米;二级封装——在印刷线路板上的各种组装,基板上互连100-1000微米;三级封装——手机等的外壳安装,仪器设备内互连1000微米。

根据封装材料分类,可分为金属封装体(约占1%):外壳由金属构成,保护性好、但成本高,适于特殊用途;陶瓷封装体(约占2%):外壳由陶瓷构成,保护性好、但成本高,适于特殊用途;塑料封装体(约占93%):由树脂密封而成,成本低,占封装体的90%以上,被广泛使用。

目前主流市场封装形式粗略地可分为的两种:引线框架型和球栅阵列型。

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。集成化并不是相互独立的,集成化可以根据不同的微型化组合形成多种解决方案。

微型化发展出FOWLP,封装的“先进制程”

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封装优点包括成本低、散热佳、电性优良、信赖度高,且为芯片尺寸型封装,尺寸与厚度皆可达到更小要求等。WLP封装另一项优势在于封装制程采取整批作业,因此晶圆尺寸越大,批次封装数量越多,成本能压得更低,符合晶圆厂由8吋转进12吋发展趋势,WLP专业封测厂利润空间也可提高。

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。

Fan-OutWLP技术是先将芯片作切割分离,然后将芯片正面朝下黏于载具(Carrier)上,并且芯片间距要符合电路设计的节距(Pitch)规格,接者进行封胶(Molding)后形成面板(Panel)。后续将封胶面板与载具分离,因为封胶面板为晶圆形状,又称重新建构晶圆(ReconstitutedWafer),可大量应用标准晶圆制程,在封胶面板上形成所需要的电路图案。由于封胶面板的面积比芯片大,不仅可以采用扇入(Fan-In)方式制作I/O接点,也可以采用扇出(Fan-Out)方式制作,如此便可容纳更多的I/O接点数目。

集成化发展出SIP,超越摩尔极限

随着摩尔定律发展接近极限,集成电路的集成化越来越高,呈现出两种集成路径,一是moremoore,即在设计和制造端将多个功能的系统集成在一个芯片上,即SOC技术(Systemonchip),同时封测端发展出的FO-WLP技术正好可以用来封装SOC芯片;二是morethanmoore,即是在封测端将多个芯片封装成一个,即SIP技术(SysteminPackage)。

SIP是从封装的立场出发,对不同芯片进行并排或叠加的封装方式,将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件。SiP有效地突破了SoC在整合芯片途径中的限制,极大地降低了设计端和制造端成本,也使得今后芯片整合拥有了客制化的灵活性。

SIP封装并无一定形态,SIP封装可根据不同芯片排列方式与不同内部结合技术的搭配,生产定制化产品,满足客户定制化需求,例如采取多种裸芯片或模块进行平面式2D封装(MCM等)或3D(MCP、SatckDie、PoP、PiP等)封装,其内部的互连技术可以使用引线键合(WireBonding),也可使用倒装焊(FlipChip)或硅通孔(TSV)等,还可采用多功能性基板整合组件的方式,将不同组件内藏于多功能基板中(即嵌入式封装),最终实现功能整合。

TSV助力SIP向3D发展

TSV(ThroughSiliconVia)和WB金属线连接以及倒装FC中的bumping都是一种连接技术。TSV在芯片间或晶圆间制作垂直通道,实现芯片间垂直互联。相比引线键合技术以及倒转片技术,TSV连线长度缩短到芯片厚度,传输距离减少到千分之一;可以实现复杂的多片全硅系统集成;可以显著减小RC延迟,提高计算速度;显著降低噪声、能耗和成本。

TSV最早应用于CIS封装,目前成本较高,主要应用于图像传感器、转接板、存储器、逻辑处理器+存储器、RF模组、MEMS晶圆级3D封装等高端封装。未来若在成本控制方面有所突破,相信TSV技术大有取代引线键合互联之势。

先进封装技术(FC、FOWLP、SIP、TSV)重构了封测厂的角色。FOWLP使得封测厂向上延伸到制造工序;SIP和TSV使得封测厂向下游延伸到微组装(二级封装)。

苹果iPhone7的A10处理器采用了台积电的FoWLP和SIP相结合的技术,台积电内部称作InFoWLP技术。A10处理器是将应用处理器与移动DRAM整合在同一个封装中,相比传统POP封装,由于InFOWLP封装不使用基板,可减少0.6厘米的厚度,为未来几年的移动封装技术立下新的标杆。

苹果AppleWatchS系列芯片是最早大规模使用SiP技术的典型的应用。同时iPhone中也具备多个SiP模组,在iPhone7中SiP模组多达5个。

从市场上看,根据Yole数据,先进封装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%),半导体行业(4-5%),PCB行业(2-3%)以及全球电子产品工业(3-4%)和全球国内生产总值(2-3%)。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,产出预计将超过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,占先进包装收入的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%。

THE END
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4.西安电子科技大学微电子学院相比纯电子芯片,以硅基光电芯片、Ⅲ-Ⅴ族半导体光电芯片及柔性光电芯片为代表的光电芯片在信息处理、光学传感和显示方面具有传输处理速度更快、更为灵敏和功耗更低等显著优点。这些核心光电芯片,配合高速驱动、读出、放大和时钟电路等,通过高精度、高可靠性的光电耦合封装技术,形成功能模块或子系统,应用在数据中心、超级...https://sme.xidian.edu.cn/m/view.php?aid=2156
5.电子元器件代理电子芯片销售存储器芯片代理艾电科技(深圳)有限公司是一家国内芯片代理和国外品牌分销的综合服务商,公司代理产品主要覆盖:汽车电子,网络通讯,工业控制,医疗电子,消费电子等是一家专业的代理公司,艾电科技(深圳)有限公司.http://www.idchip-kj.com/
6.深圳市国微电子有限公司深圳市国微电子有限公司成立于1993年,是国家“909”工程首家启动的集成电路设计公司。主要从事特种集成电路的研发、生产、测试和销售服务。产品方向涵盖微处理器、可编程器件、存储器、网络总线及接口、模拟器件、SoPC系统器件和定制芯片等七大系列。2012年底完成重组后成功上市,现隶属于新紫光集团旗下上市公司紫光国微(股...https://www.ssmec.com/
7.国产车规MCU芯片公司名单盘点(一)目前,车规芯片已经广泛应用在动力系统、车身、座舱、底盘和安全等诸多领域。而汽车芯片与计算、消费电子芯片不同的是,汽车芯片很少单独亮相,都是内嵌在各大功能单元中,而且多数场合是核心。 部分汽车MCU芯片公司名单 芯旺微电子 中颖电子 华大北斗科技 比亚迪半导体 ...https://www.dongchedi.com/article/7134969818956055040
8.中国IC芯片公司排名(排行榜)中国IC芯片公司有哪些?中国IC芯片公司排行榜:华微电子、贵州雅光电子科技股份有限公司、富满微、扬州晶新微电子有限公司、盛景电子、四川圣融达容阻科技有限公司、杰发科技、河南芯睿电子科技有限公司、一径科技、深圳市金誉半导体股份有限公司等。同时还可以了解中国IC芯https://www.jobui.com/rank/company/view/quanguo/icxinpian/
9....会中关村科技园区管理委员会一线探访光子芯片“加速”进行时光子芯片是利用光子作为信息传输和处理载体的新型集成芯片,以光为信息载体,具有大带宽、高并行、低功耗的天然优势,被认为是未来大容量数据传输、人工智能加速计算等领域最具前景的解决方案之一。 突破摩尔定律限制 传统电子芯片性能主要取决于芯片集成的晶体管数量,芯片集成的晶体管数量越多,芯片计算能力就越强。随着计算...https://kw.beijing.gov.cn/art/2022/8/8/art_9760_639896.html
10.慧晟芯片网,电子元器件现货网,采购ic芯片,元器件就上芯片网...慧晟芯片网【www.microchip.wang】电子芯片网汇聚多个优势品牌ic芯片采购服务,千万终端钟爱的电子元器件采购网,提供芯片采购,电子元器件采购就上芯片网,认准【芯片网】品牌 '慧晟芯片采购网'https://www.microchip.wang/
11.众人看好的光芯片,国产有什么机会展望未来 3 年,硅光芯片(或光电融合)将是光通信的一大趋势,它将支撑大型数据中心的高速信息传输。目前,硅光芯片技术研究由美国、欧洲和日本引领,100Gb / s、200Gb / s、400Gb / s 硅光系列产品占据全球相干光模块市场约 30% 以上。[8] 顾名思义,硅光芯片就是在硅光子和硅电子芯片上取长补短,发挥二者...https://www.ithome.com/0/645/680.htm
12.电子设计入门教程硬件篇之集成电路IC(二)集成电路硬件前言:本文为手把手教学的电子设计入门教程硬件类的博客,该博客侧重针对电子设计中的硬件电路进行介绍。本篇博客将根据电子设计实战中的情况去详细讲解集成电路IC,这些集成电路IC包括:逻辑门芯片、运算放大器与电子零件。电子设计中存在的集成电路IC是嵌入式工程师工作中必须接触的事物,希望这篇博文能给读者朋友的工程项目...https://blog.csdn.net/black_sneak/article/details/139327387
13.集成电路半导体集成电路电子产品油墨喷码机 IC电子芯片激光打标机 激光打码机 ¥900.00 集成电路半导体厂房净化车间装修工程设计方案 咨询入口 产品推荐 三星LTI460HM03 DID液晶拼接单元|内置拼接处理器可跨屏漫游功能 原装光洋编码器TRD-2T60BF TRD-2T3600V TRD-2T2048B增量型质保 ...https://hangjingic.cn.china.cn/
14.国产MCU芯片厂排名及分析竞争优势:产品以高性价比、高可靠性、低不良率、高直通率为核心竞争力。专注在现有工控MCU芯片、OLED显示驱动芯片、IIOT芯片及汽车电子芯片的相关技术研发,以及各类产品持续往高端化提升,采用的制程技术也不断向较高阶制程迁移。 峰岹科技 核心技术:电机驱动控制处理器内核ME; ...https://www.wlxmall.com/info/2117.html
15.光芯片:光电子领域核心器件,下游应用广泛,国产替代正当时光芯片技术门槛高、产品线难以标准化,厂商采用IDM模式可以拥有单独生产光芯片的能力,实现生产环节协同优化,满足客户多样化需求。 IDM厂商具有较强的横向产品扩张能力。各类有源、无源芯片核心工艺均包括外延生长、光刻、刻蚀、镀膜等环节,根据长光华芯《4月28日投资者关系活动记录表》,三五族化合物半导体的光电子芯片...https://emcreative.eastmoney.com/Fortune/V/Share_ArticleDetail/20230312101349598334860
16.新一代激光芯片但值得一提的是,受益于我国 5G 规模建设的提速,以 及全球化贸易摩擦,中国光芯片企业在 25Gbps CWDM/MWDM/LWDM 激光器突破方 面,展现出竞争能力的提升,超过 5 家企业已经可以实现批量生产供应。 目前我国光芯片国产化挑战众多, 主要体现在以下几点:1)一是我国光电子芯片流 片加工严重依赖国外:高速DFB、EML 芯片...https://www.eet-china.com/mp/a257294.html