在半导体封测领域,台湾企业日月光在全球都处于领先位置
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现如今,基于相关部门以及中国半导体企业对于自主化的重视,我国半导体行业的发展充满生机与活力,前景十分广阔。
但不可否认的一点是,现如今中国的半导体行业依旧处于落后的状态。一方面,在重要的半导体制造技术诸如光刻以及软件设计工具上,中国相较于西方发达国家有几十年的差距;另一方面芯片自给率方面,业内研究机构表示,即便到了2025年中国半导体芯片的自给率也不过维持在20%左右。
简单点说,中国芯片半导体行业“落后挨打”的窘境,依旧存在。
值得一提的是,由于中国半导体发展起步较晚,所以中国半导体相关行业技术落后是既定的事实。但是,在国内企业的不断发力之下,中国半导体依旧取得了可观的成绩。与此同时,国内半导体企业也正在奋力追赶。
在半导体封测领域,台湾企业日月光在全球都处于领先的位置。
随着中国大陆封测公司的不断发展,目前也取得了又一的成绩。在5nm封装技术这一芯片制造领域上,国产封测巨头技术堪比日月光。
在过去一年,芯片荒是一个令人闻风丧胆的名词。不管是苹果、特斯拉这样的国际巨头,还是国内的一众智能手机、新能源车厂商,都深受其害。而在芯片荒的背后,则是全球半导体企业不断堆积的订单、快速增长的营收以及持续膨胀的市场规模。
SEMI的最新报告预计,2021半导体制造设备总销售额为1030亿美元,在2020年创纪录的710亿美元基础上增长44.7%,再创新高。此外,SEMI还预计,到今年年底全球半导体设备市场规模将扩大至1140亿美元。
报告显示,在过去一年,半导体产业晶圆代工和组装/封装/测试都取得获得了飞速增长,前者产值规模增长43.8%达到880亿美元的新纪录,预计今年年底将增长至990亿美元。
2021年,半导体短缺导致许多人开始关注供应链的弹性,并且美国也在呼吁发展国内的芯片产能。2021年6月参议院通过的《美国创新与竞争法案 》(USICA) 建议提供520亿美元用于援助美国国内半导体生产,目前此法案正在等待众议院通过。
虽然许多人的主要关注点是增加国内生产的芯片数量,但我们不应忽视芯片封装的基本过程,封装可以保护芯片免受损坏,并将芯片的电路连接到外部世界。芯片封装是一个对于供应链弹性以及维持未来电子技术进步都很重要的领域。
集成电路 (IC) 芯片在硅晶圆上生产,单个芯片(“裸片”)会以重复的模式生产,在每个晶圆上分批次制造。一个 300 毫米晶圆(直径约 12 英寸)是最现代晶圆厂通常使用的尺寸,可能承载数百个大型微处理器芯片或数千个微型控制器芯片。生产过程分为“生产线前端”(FEOL)阶段和“生产线后端”(BEOL)。在“生产线前端“(FEOL),通过图案化和蚀刻工艺在硅体中创建了数十亿个微型晶体管;在“生产线后端”(BEOL),铺设了金属迹线网以连接所有东西。走线由称为“通孔”的垂直段组成,它们依次连接水平布线层。如果一个芯片上有数十亿个晶体管(iPhone 13的A15处理器有 150 亿个),则需要数十亿根电线来连接它们。每个单独的裸片在展开时可能总共有几公里的布线,因此我们可以想象BEOL工艺非常复杂。在芯片的最外层(有时会使用芯片的背面和正面),设计人员会放置一个微型焊盘,用于将芯片连接到外部世界。
晶圆加工完成后,每个芯片都会用测试机单独“探测”,以确定哪些芯片的性能是好的。封装既可以为芯片提供物理保护,也可以将电信号连接到芯片中的不同电路。芯片封装完成后,可以被放置在手机、电脑、汽车或其他设备的电子电路板上。其中一些封装必须针对极端环境进行设计,例如汽车的发动机舱或手机信号塔。另外一些封装必须非常小,以便用于内部紧凑型设备。在所有情况下,封装设计人员都必须考虑使用材料和热膨胀等因素,以最大程度地减少芯片的开裂,减少可能会影响芯片可靠性的热膨胀。
半导体材料是一类具备半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间,电阻率约在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围 内),一般情况下导电率随温度的升高而提高。半导体材料具有热敏性、光敏性、掺杂性等特点,是用于晶 圆制造和后道封装的重要材料,被广泛应用于汽车、照明、家用电器、消费电子、信息通讯等领域的集成电路或各类半导体器件中。
半导体材料和设备是半导体产业链的基石,是推动集成电路技术创新的引擎。晶圆厂必须购买设备和材料并 获取相应的制程工艺才能正常运作。另一方面,三者相互制约,材料的改进常常需要设备和工艺的同步更新,才能有效避免木桶效应。
半导体材料:制程升级和晶圆厂扩产,行业高景气度
半导体材料市场规模庞大,行业景气度高。2020年全球半导体材料市场规模达到553亿美元,近5年 CAGR为5%。半导体材料主要分为晶圆制造材料和封装材料,2011年晶圆制造材料与封装材料市场 份额平分秋色,占比均在50%左右。2020年晶圆制造材料占比上升至63.11%,封装材料下降至 36.89%。
半导体制造材料对比半导体封装材料:制造材料占比稳步上升
我们认为,在中期维度方面,封装材料基于更高的国产化率,能够更早地实现国产替代。同时,国 内封测全球领先,定增扩产明显,下游驱动更为直接。在长期维度方面,半导体制造材料相较于封 装材料拥有更高的壁垒和国产化潜力,所以制造材料的长期成长空间更大。
半导体材料市场:种类繁多,单一市场较小
半导体制造材料中,硅片占比最大(约33%),其次是气体和光刻胶及配套试剂。半导体封 装材料中,封装基板占比最大(约40%),其次是引线框架和键合线。整体来看,各细分半 导体材料市场普遍较小。
半导体硅片:国内8寸和12寸片加速验证,未来有望持续高增长
根据Mordor intelligence数据,受疫情影响2020年全球硅片市场规模107.9亿美元。随着未来晶圆 厂新增产能的不断开出,半导体硅片未来6年年复合增速6.1%,2026年市场将达到154亿美元。预 计2021年12寸和8寸片的市占率分别为71.2%和22.8%。