靠什么来支撑集成电路可靠性设计行业高估值

基金密集投放 集成电路产业急剧升温(股)
来源:中国证券网?上海证券报
第2页 :集成电路板块10大概念股价值解析
  个股点评:
  调研记要
  类别:公司研究机构:中航证券有限公司研究员:李皓日期:
  调研要点:
  公司定位的问题:上海贝岭定位于芯片设计企业,制造类业务由于转型需要及2012年火灾因素已经基本剥离。鉴于公司的芯片设计业务集中于混合集成电路领域,该领域企业典型业态是IDM模式,原因在于混合集成电路对特色制造工艺的依赖程度相当高,国外厂商如TI、国内企业如均采取这样的构架。坐落于上海的贝岭周边拥有较为丰富的制造资源,公司持有华虹宏力和先进半导体两家晶圆代工厂的股权并拥有良好的合作关系,一定程度上可以弥补缺憾。根据混合集成电路领域的行业规律,我们认为上海贝岭的主营业务和业态均有可能发生一定变化,可能对现有业务进行升级。
  公司主营业务问题:贝岭现有业务中,约45%的营业收入来源于集成电路贸易,毛利率仅3.22%,很显然这块业务对业绩会有明显的拖累,也与公司芯片设计型企业的定位不符,预计未来最先剥离的业务将是该项。在芯片业务中,智能电表芯片(计量和PLC)业务占据了较大的比重,根据前期我们对智能电表领域的研究成果,智能电表的出货量高峰期已经过去,并且相关芯片的集中度极其高(特别是PLC芯片领域),支撑公司高速发展的动力可能会不足;公司的电源管理和驱动类芯片业务均是市场竞争激烈的领域,同时无晶圆的策略与IDM厂商的竞争并无明显优势。综合来看公司现有业务与年报中所描述的尚处于中低端领域的状况相符,毛利率显著低于同类企业。我们认为上海贝岭产品线向高端演进所依赖的方式除自身研发而外还极有可能通过外部并购或内部的资产整合来完成。
  同业竞争的问题:公司在前几年的资本运作中,遵循的原则之一就是消除同业竞争,这也是公司剥离RFID业务的原因之一。从现有局面看,同业竞争的局面并未完全清除,如公司的平板显示驱动电路业务与晶门科技就存在着一定的竞争关系,放到整个中国信息集团层面,华大和上海华虹设计等公司仍旧存在着业务重叠的局面。我们注意到华大剥离的股权而非电子信息集团内部资源接盘的现实表明在集团内部消除同业竞争的行动并未停止。中国电子信息产业集团的五大业务板块中,其他业务板块均不同程度实现了实质性的整合,做为集团优先发展的集成电路板块未来的整合预期是重中之重。
  AH股估值差异的问题:集成电路企业在A股和港股市场上存在较大的估值差异是一个客观存在的事实,这一点公司也较为认可。按照4月11日的收盘水平,业务及规模相近的企业中,A股企业、士兰微市值为123亿、71.47亿;港股上市企业中国电子27亿(港币)、晶门科技8.74亿(港币)。我们认为巨大的估值差异将导致港股资产的再融资能力削弱,特别是受半导体硅周期左右的估值逻辑和集成电路设计制造环节重资本投入的双重压力下,适当将港股资产转化成A股资产从中国电子信息集团层面会是有利而无害的策略。
  中国电子信息集团的整合预期:中国电子信息集团五大业务板块的构架已经清晰,在国资集团如大唐科技和清华控股等频频于集成电路板块动作的当下,做为优先发展的主业板块集成电路的整合我们认为只是时间问题,特别是在其他业务板块已经基本梳理整合完毕的时点下,集成电路板块的动作将随之而来,深度和广度可能会超预期。中国电子直控的A股集成电路的上市企业仅上海贝岭一家,但该项重组尚存在重大不确定性。
  买入评级:我们并不打算测算上海贝岭的业绩,原因在于我们认为未来一年其业务构架可能出现较大的变化。现有业务中低端的现状很显然不符合中国电子信息集团优先发展集成电路产业的思路,集团内外部优质资产均有可能是整合的标的。从中国电子集团已有的动作来看,“缩减控制层级和打造平台企业”是两个主要的形式,上海贝岭基本符合条件,予以买入评级。
  风险提示:整合时间和形态具有不确定性;市场和估值波动存在风险。
  :古有长城护主权,今有长城保安全
  类别:公司研究机构:长城证券有限责任公司研究员:周伟佳日期:
  在国家产业大跃进的背景下,国产厂商面临巨大的发展机遇。长城电脑拥有十几年的技术积淀,依托自身强大的研发和制造实力,在中国电子集团的强力支持下,很有可能重新崛起,成为信息安全的主流厂商,首次覆盖,给予“推荐”评级。
  信息安全大潮来袭。根据最新Gartner公布的数据显示,2014年第三季度全球服务器出货量达到253万台,同比增速仅为1%,国产服务器市场出货量同比增速却达到15.63%,是全球市场增速的15倍,成为全球增长的动力。“棱镜门”事件以后,中国服务器市场本土品牌优势也一步步显现,本土品牌服务器份额逐渐提高。
  老骥伏枥,志在千里。公司自2000年开始进入信息安全领域,依托自身强大的研发和制造实力,坚持自主创新,目前已具有安全计算机主板及整机的自主研发设计和生产制造能力,在可信计算、安全存储、计算机底层安全防护、虚拟化等多个领域掌控核心技术,为实现信息安全化打下坚实的基础。
  CEC实力雄厚,提供坚实后盾。CEC是国内领先的自主可控软硬件产品及信息安全服务提供者,拥有从操作系统、中间件、数据库、安全产品到应用系统的可控软件产业链,形成了从安全咨询、系统集成、安全运维等全生命周期的信息安全服务体系。集团可为长城电脑在信息安全领域大发展提供有力支撑。
  现有主营业务稳步发展,潜力较大。从全年情况来看,公司经营效益自二季度开始渐趋良好。2014年以来公司开始自主投资建设光伏电站,积极消化逆变器产能。公司高端电源业务盈利状况良好。重要子公司冠捷科技第三季度实现扭亏为盈。另外,预计公司“中电长城大厦”项目将创造20亿利润。
  市值相对较小,建议买入布局。与其他信息安全公司相比,公司市值较小。目前公司处于变革前夜,我们按公司现有业务发展预计的公司14/15/16年EPS为0.04/0.06/0.09元,对应目前股价PE为170/117/80倍。
  考虑到公司市值尚未包含对其在信息安全领域未来发展的预期,仍有较大向上空间,首次覆盖,给予“推荐”评级。
  风险提示:国产服务器市场扩张低于预期,公司服务器业务推进进程低于预期
  同方国芯:智能卡和特种IC设计领导企业
  类别:公司研究机构:股份有限公司研究员:董瑞斌,陈平日期:
  半导体产业宏观环境:政府大力扶持、市场快速扩张。(1)国家对于半导体行业的扶持将有力地促进整体行业的发展。具体包括市场空间和产业资金的扶持,最明显的例子是二代身份证全部采用国产芯片,设立1200亿元半导体产业;(2)中国半导体市场高速发展,外部需求的扩张将有效刺激国内半导体行业的成长;(3)公司为国内优质的芯片设计企业,看好公司在政府扶持及本国半导体市场高速增长背景下的发展前景。
  掌握芯片设计环节核心竞争壁垒:强大的研发能力,相关产品供应商资质。(1)芯片设计企业的传统核心竞争力包括市场战略和研发能力;(2)研发能力的关键在于专业的设计人才,目前国内芯片设计企业人才缺乏较严重,而同方国芯拥有行业内相对领先的研发团队资源;(3)从智能卡和军品市场来看,它们主要涉及垄断性行业,市场战略相对不重要,关键在于获得供应商资质;(4)公司的政府背景融合高校科研实力,斩获军用特种集成电路和智能卡芯片领域众多供应商资质。
  从具体发力点看,短期内看好智能卡芯片及军用FPGA国产化替代,长期内看好公司智能卡相关智能终端芯片及可编程器件军转民市场。(1)短期内:看好金融IC卡、SWP-SIM卡芯片国产化替代,以及4G SIM卡、居民健康卡、二代居民身份证芯片出货量增长;同时军用特种集成电路受益军队信息化建设、军品采购自主可控的政策推动,预计将保持快速增长;(2)长期来看,与智能卡相关的智能终端(如POS机等)芯片、功率器件等市场、可编程器件军转民市场潜力更加巨大。
  给予“增持”评级。我们预计同方国芯年销售收入分别为15.21/18.98/24.38亿元,对应的分别为4.26/4.99/6.38亿元,对应的EPS为0.70/0.82/1.05元。我们采用分部估值法,给予公司12个月目标价36.26元,对应倍PE,对应市值220亿元。给予“增持”评级。
  主要不确定因素。国微电子军工产品业务不透明带来的估值误差。
  :设备类产品营收增长,释放积极信号
  类别:公司研究机构:股份有限公司研究员:吴娜日期:
  报告摘要:
  业绩下滑严重,低于市场预期。2014年公司实现营业收入9.62亿元,与上年相比增长11.89%;归属于上市公司股东净利润4,187万元,与上年相比下降59.38%;基本0.12元。净利润下滑的主要原因是设备类产品毛利下降,以及重大专项结项导致管理费用增加。
  设备类业务迎来拐点,有望持续增长。受益于光伏设备和TFT设备收入的增长,2014年设备类产品实现收入4.64亿元,较上年同比增长23.68%。2014年以来,光伏行业开始回暖,国内集成电路、TFT和锂电池行业投资规模扩大,相关设备的市场需求增大,为公司设备类产品创造良好的市场环境。我们认为,随着销售额的增长,设备类产品的毛利润率有望得到改善。
  电子元器件业务稳定增长。得益于近年来军工电子元器件国产化政策的支持及公司元器件新品研发成果在市场的逐步投放,产品销售规模扩大,电子元器件产品实现收入4.16亿元,同比增长8.72%,其中,军品收入占电子元器件收入的比重达到73.83%,为3.07亿元,同比增长10.09%。
  半导体设备龙头企业,长期受益政策扶持和国内市场需求。在国内市场需求和政府大力扶持的有利条件下,集成电路和平板显示产业重心正在向大陆转移,为设备类企业提供良好的发展机遇。2014年大陆拉单晶设备、FPD设备和半导体设备进口额分别为5.71亿美元、29.91亿美元和44.43亿美元。公司开发的先进设备打破国外厂商的长期垄断,有望逐步替代国外设备,成为国内市场的重要供应商。
  盈利预测。预计公司15/16/17年营收为11.26/13.10/15.19亿元,EPS分别为0.26/0.32/0.37元,当前股价对应动态PE分别为109/88/75倍。
  考虑到公司的行业地位和长期投资价值,维持“增持”评级。
  风险提示。1)公司设备业务销售持续低迷;2)军工电子元器件市场增长不及预期。
  长电科技:成立芯智联,剥离材料厂
  类别:公司研究机构:股份有限公司研究员:秦媛媛,刘亮日期:
  投资要点
  长电科技2月12日晚公告长电科技51%,新潮集团39%,芯智联投资10%(新潮集团控股89.5%)共同出资成立芯智联,从事新型集成电路先进封装测试技术的研发;集成电路先进封装测试材料的研发、生产、销售。
  剥离材料厂,有利于加快MIS基板产业化:将材料厂剥离,有利于加快MIS基板产业化发展步伐,尽快达到规模经济并实现盈利。同时,由于当前仍处于亏损状态,剥离后对上市公司业绩有正面影响。
  看好公司成为全球龙头的潜力,重申推荐逻辑:2014是公司全面布局之年,与中芯国际合作,产业链强强联合,令台湾业者都为之震慑;实现了业绩拐点全面步入上升通道;完成增发扩产高端封装;收购星科金朋,取得一流的技术及客户,并且一跃为全球第三。2015年的重点在于对星科金朋的整合,我们对此充满信心,整合显成效之时就是长电再次腾飞之际。背靠中国市场,与星科整合后,技术与客户互补协同,将具备全球竞争力。中国也正在为孕育世界级半导体公司创造良好的外部环境,国家政策的大力扶植,终端品牌的崛起,半导体产业链的全面强大。天时地利人和,我们认为,公司拥有冲击全球No.1的气魄与潜力。
  盈利预测及投资建议:由于尚未公布详细财务资料以及收购尚未完全完成,暂不计入星科金朋并表,维持公司年每股收益盈利预测0.16、0.44、0.56元,维持“买入”评级。
  风险提示:下游需求低于预期;收购费用对业绩的短期影响;收购整合低于预期。
  :营收增速稳健,“云服务”助力综合实力进一步提升
  类别:公司研究机构:平安证券有限责任公司研究员:符健日期:
  事项:公司发布2014年前三季度报告:实现营业收入74.4亿元,同比增长29.8%;净利润1.1亿元,同比增长26.6%;每股收益0.37元(按最本摊薄);8.28元。
  平安观点:
  营收稳步增长,成本费用控制有效
  公司前三季度营收增速为29.8%,保持稳定增长态势,显示出公司大力拓展面向行业应用为主的IT基础设施建设及运维服务所取得的成效。考虑到四季度是公司收入结算高峰,公司全年业绩快速增长是大概率事件。
  公司前三季度毛利率较去年同期下降0.25个百分点,主要源于本期公司子公司紫光数码(苏州)集团有限公司业务扩大导致营业成本同比增长30.2%所致。
  公司成本控制有效,前三季度管理费用率同比下降0.04个百分点,销售费用率同比下降0.02个百分点。预计公司费用率将维持在较低水平。
  积极推进“云服务”战略,综合实力进一步提升
  主营业务上,公司主要围绕两条主线,一是不断完善“云-网-端”产业链,大力发展行业应用解决方案和服务,公司自主研发的云计算机“紫云1000”可满足政府、金融、广电、交通、医疗等多行业客户的信息系统建设、大数据应用及信息安全需求;二是积极发展IT增值分销业务,14年公司通过业务收购方式新增了包含主网、安全、存储、监控、网络管理等增值分销系列产品线以及面向企业、行业的相关解决方案,分销业务实力不断提升。在战略上,公司大力发展纵向贯通以大数据为线索的“云-网-端”产业链,横向拓展以云计算、智慧城市和移动互联网为主要方向的行业应用,做现代信息系统建设、运营与维护的全产业链服务提供商,从传统软件和信息技术服务商向云服务提供商迈进。
  14年8月公司董事会决定投资建设北京紫光云服务数据中心,此举有望为客户提供丰富的紫光“云计算机”信息化基础设施、云计算行业应用解决方案和互联网综合服务一揽子整体解决方案,提升公司云资源供给和大数据处理能力,夯实公司云服务产业基础,将有助于进一步提升公司业务规模和综合竞争实力。
  维持“推荐”评级,目标价34元:
  暂不考虑公司外延式扩张影响,我们预计公司14-16年EPS分别为0.74、1.05和1.50元。我们认为市场对于公司股价存在低估,维持“推荐”评级,目标价34元,对应15年约32倍PE。
  风险提示:市场竞争风险、重大技术变革风险、市场开拓风险。
  :成立工业半导体子公司,期待新进展
  类别:公司研究机构:兴业证券股份有限公司研究员:刘亮日期:
  公司公告以自有货币资金在厦门火炬高新区火炬园成立一家全资子公司。名称暂定为厦门三安工业有限公司(以有权机构核准为准),主要从事危险化学品批发、电子元件及组件、半导体分立器件、集成电路、光电子器件及其他电子器件等制造与销售;注册资金1亿元人民币。
  我们判断这是公司向工业、半导体器件进军的又一举措,这是公司2015年的重要亮点:我们认为三安已经从单纯的LED芯片厂商进军了第二代GaAs和第三代GaN,目前已经有成都亚光6000多万元订单,公司在集成电路(微波、功率器件等)领域技术储备成熟,2015年就会放量。我们看到当大陆大部分公司还忙于扩产和提高发光效率和良率的时候,三安已经向更高端的砷化镓迈进,公司这一业务的发展会让市场对公司有进一步认识,新业务的发展不会亚于LED,这点值得大家重点关注,目前公司已成立了新的子公司,我们期待公司后续更多的进展。
  竞争力加强,份额提升趋势已经显现:台湾LED芯片厂商近几个月表现非常一般,其中一个原因就是部分韩系背光订单有向三安转移的趋势,我们认为随着大陆芯片厂商技术和规模的崛起,大陆芯片龙头三安光电的竞争力必然会不断加强,份额提升是必然趋势!
  盈利预测及投资评级:公司在LED行业的龙头优势已无须多言,在宽禁带半导体方面亦有所布局,对于公司发展前景强烈看好。暂时维持公司年每股收益0.61、0.82和1.05元的盈利预测,对应2015年PE仅有21倍,继续强烈看好。
  风险提示:行业需求不及预期,行业扩张过快导致芯片价格下滑和开工率不足。
  士兰微2014年报点评:业绩符合预期,保持稳定增长势头
  类别:公司研究机构:东北证券股份有限公司研究员:吴娜日期:
  业绩符合预期,继续保持稳定增长的趋势。2014年公司实现营业收入18.7亿元,同比增长14.17%;净利润1.64亿元,同比增长42.58%;基本每股收益0.13元,符合我们的预期。
  LED业务快速增长,盈利能力大幅提升。2014年公司LED芯片和成品的营业收入分别较去年增长44.73%和113.46%,LED芯片和成品的毛利率分别较去年同期上升20.76个百分点和10.02个百分点,士兰明芯和美卡乐实现扭亏为盈。士兰明芯新建的LED厂房将于今年上半年完成净化装修,LED芯片产能将得到进一步扩充。
  集成电路业务重新回到上升通道,MEM、IGBT等产品取得较大进展。集成电路的营业收入较去年增长15.15%,主要来自LED照明驱动电路出货量的快速增长。公司的MEMS产品中加速度计和地磁传感器开始批量生产;公司开发了符合“能源之星6级能效标准”的AC-DC驱动电路,高清安防监控芯片等新产品;在IPM(智能功率模块)、IGBT等功率产品的推广上继续取得进展。随着新产品的陆续上量,公司集成电路的销售额将继续保持增长。
  拟建8英寸集成电路生产线,将有力地提升公司的制造工艺水平和盈利能力。公司作为国内少有的IDM厂商,拥有较大规模的集成电路制造能力,公司在全球6英寸及以下晶圆生产线的产能排名中位列第六。建设8英寸生产线有助于公司产品的技术升级改造,提高生产效率,缩小与国际同类企业之间的差距,从而提高公司的全球竞争力。
  盈利预测。预计公司年EPS分别为0.17元、0.21元、0.25元,当前股价对应动态PE分别为40倍、33倍、28倍。考虑公司的长期投资价值和当前股价,维持“增持”评级。
  风险提示:MEMS和IGBT产品市场推广不及预期;LED产品竞争激烈导致毛利率下降。
  :业绩迎来拐点,长期发展趋势向好
  类别:公司研究机构:国信证券股份有限公司研究员:刘翔,刘洵日期:
  近日,我们调研了通富微电,与公司董秘就公司各项业务的生产经营状况进行了充分的交流。
  核心观点
  我国集成电路产业正处于行业上升周期与国家政策扶持周期叠加共振之中,未来3-5年景气向上。从产业链的角度看,封装测试是我国集成电路领域与国外技术差距最小的环节,有望率先取得突破。在国家集成电路产业大发展的背景下,封测环节的弹性也是最大的。作为国内三大封测厂商之一,公司一方面通过产品结构与客户结构的调整,实现快速的内生性增长。产品结构方面,盈利水平较高的高引脚业务(FC/BGA/QFN)占比持续提升,带动公司整体毛利率稳步上行;客户结构方面,公司近来着力拓展台、韩市场,逐步导入MTK等大客户,并随大客户共同成长。在上述两大动力的推动下,我们预计公司15年业绩内生增速有望达60%左右。另一方面,公司也在积极考虑外延扩张,方向以高端封装为主,通过外延进一步促进产品结构的调整和转型升级。
  长期来看,公司规划将建成2个销售收入达10亿美金的生产基地。一个在南通,本次定增完成之后,预计用2到3年时间建成,以高端封测为主。另外一个会选在中西部地区,以中低端封测为主。两大生产基地建成后,公司的业务布局将更加完整,力争用5到10年时间,成为全球一流的封装测试企业。
  一直以来,公司隐身长电、华天之后,市场关注度不高。我们认为,在其高端封装制程突破后,随着客户的不断导入,公司业绩将迎来拐点,未来2年确定性强。且公司长期发展思路清晰,市值有望向长电、华天看齐,我们维持“买入”评级。
  :繁星之愿,天眼识人间
  类别:公司研究机构:股份有限公司研究员:马鹏清,张帅日期:
  投资逻辑
  航空航天事业繁荣,推升相应半导体市场需求:公司主业为航空航天市场半导体类产品,未来我国航天市场发射卫星量有望翻倍;芯片卫星出现大幅降低卫星运营成本,民营卫星的将逐渐成为市场的重要力量,对公司业务带动显著;另外公司已经完成在航空领域内产品布局,未来我国战机列装数量稳步提升,公司参与民用大飞机项目逐步成熟,主业保持稳定增长。
  布局铂亚信息,人脸识别切入,行为分析、图片分析能力是关键:公司收购铂亚信息,介入安防市场,获得人脸识别与行为动态分析的能力;随着相关业务的拓展,该技术有望在动态视频分析等安防领域内得到快速成长,同时在卫星图片处理、导航终端信息处理以及互联网应用等领域都将有广阔的市场,与公司相关业务形成协同。
  AirMule进一步提升公司科技属性:公司参股以色列企业UA10%股份,参与到垂直起降飞行汽车AirMule产业中;该产品尺寸小,更为灵活,在城市救援、电力巡视、军事等领域内应用情景广阔;美国民用直升机市场完成1%渗透率将增加超过5亿美元的市场;而中美军用直升机市场若有10%渗透,则分别带来28亿美元、3.8亿美元市场。
  估值与投资建议给予公司14-16年33百万元、40百万元、63百万元的盈利预测,对应19.16%、21.27%、55.98%的净利润增长,对应0.167元、0.202元、0.316元;若考虑铂亚信息收购,33百万元、76百万元、107百万元则对应0.167元、0.328元、0.464元。
  即便在国外成熟市场中,卫星相关业务估值在市场平均估值2倍以上,国内市场中,溢价更加显著;卫星相关业务估值在70x15PE,人脸识别以及安防类企业估值均值为45x15PE,对应15年50亿市值,16年70亿。目前公司41亿市值,加之民用卫星运营相关事件催化,给予”增持”评级。
  风险估值相对较高,市场风格轮动影响股价。
(责任编辑:张彬)
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来源:ICChina
近年来中国电子工业持续高速增长,集成电路产业进入快速发展期。2014年,中国集成电路产业完成内销产值1011亿元,同比增长9.9%,高于全行业增速1.2个百分点,内销比例达到34.7%,比上年提高0.4个百分点。
年中国集成电路产业销售收入规模及增长
当前中国集成电路行业发展已经提速,产业规模也已有以往的1600亿提升至2300多亿元,市场空间增速很快。
年中国集成电路产业规模预测
从产业链各环节的发展趋势来看,IC 设计业仍将是未来国内集成电路产业中具发展活力的领域。预计在国内资本市场持续活跃的带动下,大批 IC 设计企业积极筹划上市融资。国内 IC 设计业不仅能够获得大量发展资金,更重要的,是通过财富效应的彰显,更多的风险投资与海内外高端人才将被吸引投入到IC设计领域,从而极大推动国内 IC 设计行业的发展。与此同时。诸多国内骨干 IC设计企业正积极谋划收购兼并国际企业,这也将为国内 IC 设计业规模的扩张与实力的提升注入新的动力。预计未来 几 年,国内 IC 设计业销售收入规模的年均增速将接近 20%。到 2017 年,IC 设计业规模预计将超过 2000 亿元。
年中国集成电路产业各产业链销售收入
一、近年来中国集成电路行业持续快速增长,几家行业龙头企业实力增势显著,中国市场已成为全球集成电路市场增长的主要推动力之一。
据中国半导体行业协会统计,2015年上半年中国集成电路产业在设计业、制造业快速增长带动下增速较快,上半年中国集成电路产业销售额为1591.6 亿元,同比增长18.9%。其中,设计业销售额为550.2亿元,同比增长28.5%;制造业销售额395.9亿元,同比增长21.4%;封装测试业销售额645.5亿元,同比增长10.5%。
2014 年中国集成电路产业各价值链结构
年中国集成电路产业各产业链结构预测
截至2014年底,中国占全球半导体消费市场的份额已达到了创纪录的56.6%。过去11年中国市场复合年增长率达到了18.8%,而同期全球芯片消费的复合年增长率仅为6.6%。
中国半导体市场需求(亿元)
全球半导体设备销售收入
中国半导体设备销售占比
中国IC制造产值占全球总产值份额逐步提高
作为全球电子产品制造大国,近年来中国电子信息产业的全球地位迅速提升,产业链日渐成熟,为中国集成电路产业发展提供了机遇。特别是2014年《国家集成电路产业推动纲要》的细则落地,大基金项目启动,地方各基金纷纷建立,更是推动中国集成电路产业迎来新的黄金发展期。
二、在各方利好推动下,中国集成电路龙头企业的业绩近年来正持续向好。
集成电路行业市场调查分析报告显示,中国大陆最大、全球第四大半导体代工企业中芯国际近日发布2015年第二季度业绩显示,2015年第二季度是中芯有史以来最好的一个季度,销售额达5.466亿美元,同比增长6.9%;利润为7670万美元,同比增长35.0%。
2015年12月中国集成电路产量为1128000万块,同比增长13.1%。月止累计中国集成电路产量万块,同比增长6.8%。
月全国集成电路产量统计表
月全国集成电路产量统计图
在集成电路设计领域研究预测,中国大陆IC设计产业受惠于政府政策支持、技术层次提升与拥有广大的内需市场, 2015年总产值成长幅度将超过15%。紫光集团收购展讯和锐迪科,并获得英特尔入股之后,成为国内IC企业的巨头,紫光集团计划在未来数年内投资至少300亿元人民币(约合 47.6亿美元)开发移动芯片技术。
在集成电路封装领域,国内集成电路封装龙头长电科技宣布收购全球第四大集成电路封装企业星科金朋,未来完成收购之后,长电科技在全球封装市场份额将达到10%以上,全球排名挤入前三。
2015年中国集成电路行业细分三业齐头并进,随着紫光对展讯及锐迪科业务的整合逐步完成,将成为全球第三大手机芯片供应商。随着中芯国际深圳、上海华力微电子以及中芯国际北京等几条12英寸芯片生产线的达产、投产与扩产,2015年国内芯片制造业规模将继续快速扩大。封装测试领域,在国内本土企业继续扩大产能,以及国内资本对国外资本并购步伐提速的带动下,产业也将呈现稳定增长趋势。
三、中国市场的旺盛需求成为全球半导体市场的主要推手之一。
中国半导体企业的数量与规模都在持续增长,然而中国以外的全球半导体企业仍然是目前中国市场主要的半导体供应商。研究机构IC Insights最近发布的企业排名显示,2015年上半年全球半导体企业销售额排名前十位企业中,尚未有一家中国大陆集成电路企业入围。
2014年半导体设备厂商排名,无中国厂商入榜
在国内整机市场增长的带动下,2015年中国集成电路企业实力将持续提升,开始步入全球第一梯队,全球产业竞争格局有望被洗牌。
国内外具有芯片设计制造能力的半导体分立器件企业,如意法半导体公司(STMicroelectronics)、瑞萨电子株式会社( RenesasElectronicsCorporation ) 、艾赛思公司(IXYSCorporation)和恩智浦半导体公司(NPX),以及国内半导体行业的主要上市公司。
截至2014年底,中国拥有3家年收入至少达到10亿美元的半导体企业。普华永道中国通信、媒体及科技行业主管合伙人高建斌表示,“未来几年预计将会有越来越多的中国半导体企业通过自身增长或者并购,使得公司年收入超越10亿美元大关。”
集成电路技术介绍及行业研究
来源:国元电子
1.本篇报告主要是从技术角度向投资者介绍集成电路行业,沿着设计—制造—封装这条主线分别阐述各部分技术和市场。
本部分主要针对集成电路设计、制造、封装各环节进行说明。设计方面,主要将整个IC设计分成四个子版块:存储器、逻辑IC、模拟IC、微元件;制造方面则分成晶圆制造和晶圆加工进行详细介绍,市场方面介绍目前中国国内现有晶圆加工厂和国际厂商的技术路线等内容;封测部分则是介绍了目前市场上常见的多种封装技术,由于IC设计偏重软件部分,本篇报告对其只是进行简单介绍,重点放在了制造和封装。
2. 集成电路产业获得国家重点支持。
中国集成电路进口金额在2013年高达2,313.4亿美元,超过原油进口金额;国务院于2014年6月印发《国家集成电路产业发展推进纲要》;同年9月,规模超千亿的国家集成电路产业投资基金正式成立;2015年国务院印发《中国制造2025》再次提及集成电路行业,将其作为大力推动重点领域之一。由于中国集成电路产业起步晚,基础薄弱,多数关键技术均掌握在国外厂商手中,再加上该产业的特征是前期需要大量资本投入,所以需要通过政策扶持和国家资本引导、地方和民间资本介入,从而帮助国内企业海外并购和引入相关人才、进行技术研发。
3.中国有巨大的集成电路市场需求。
2015年中国集成电路进口金额2,307亿美元,连续3年超过2,000亿美元,同时我们还注意到国际厂商纷纷在国内设厂,扩展其在中国业务,在全球集成电路市场出现下滑时,中国集成电路产业继续保持高速增长。
第一部分集成电路:从发明到应用
1.1集成电路简介
集成电路(IC)是指经过特种电路设计,利用半导体加工工艺,集成于一小块半导体(如硅、锗等)晶片上的一组微型电子电路。结构上,IC非常紧凑,可使多达数十亿的晶体管等元件存在于一个人类指甲大小的面积上。半导体优越的技术性能、半导体设备制造技术的飞速发展、集成电路高效率的大规模生产以及采用结构单元的电路设计方式,使标准化集成电路迅速取代了过去运用分立元件的传统电路设计。
IC巨大的技术优势体现在两方面:成本与性能。芯片通过光刻技术被整体印制成独立单元,加上采用极少材料的封装技术——使成本得以大幅降低;微小的体积以及元件的紧密排布使信息切换速度极快并且产生更少的能耗——其工作性能亦十分卓越。
图1:分立电路和集成电路产品
资料来源:ebay,Intel官网,国元研究中心
图1左侧是典型的前置放大器分立电路,电路板面积12880平方毫米,晶体管数量62颗,右侧英特尔酷睿i7中央处理器,核心面积159.8平方毫米,晶体管数量约14.8亿颗。
如今集成电路已被广泛应用于所有电子设备,并推动了电子时代的到来,传媒、教育、娱乐、医疗、军工、通讯等各领域的发展均离不开性能卓越的集成电路设备。同时正因IC低成本、高性能的特质,才使得计算机、移动电话以及其他家用电子电器变为当今社会生活中不可或缺的组成部分。
1.2集成电路的发明与发展
1947年底第一块晶体管问世,同为主动元件,相对于真空管,晶体管具有体积小、能耗低,性能优越的特点,并且克服了真空管易碎的缺点,使其很快就成为了新兴产业。在实际运用中,由于晶体管需要逐一单个生产,由其构成的分立电路亦十分复杂且体积庞大,造成了大量使用上的不便,于是1952年英国人Dummer就提出集成电路的想法,取得突破的是德州仪器的Kilby在1958年基于锗晶体研制出世界第一块IC,但Kilby使用极细的金属丝作为连接线,这种情况下难以大规模生产IC,1959年初,仙童公司的Noyce用光刻技术在硅基质上制作金属铝连线,使得整个IC都可以用平面工艺制作,在此基础上工业大规模生产IC成为可能,两人也因此被认为是集成电路的共同发明者。
根据集成电路技术所实现的具体功能,集成电路主要可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号(幅度随时间变化),其输入信号和输出信号成比例关系,应用于各类模拟信号处理单元、放大器、滤波器、调制解调器等等。数字集成电路则处理各种数字信号(在时间上和幅度上离散取值),应用领域十分广泛,如计算机CPU、内存、各类电器的微控制器等。数/模混合集成电路在同一个电路系统中通过信号转换,结合了模电以及数电单元,以实现复杂的技术控制功能,基于该技术的SoC(系统级芯片)现已成为IC领域最具潜力的发展方向之一。
图2:模拟、数字、数模混合电路代表产品
资料来源:公开市场资料,国元研究中心
左图是模拟电路代表产品——运用模拟信号传输技术的无线电通讯雷达站,中图是数字电路代表产品——实现超高速数字运算功能的国产超级计算机,右图是SoC(系统级芯片)示意图。
由于数字集成电路具有数字运算、逻辑处理的功用,该技术被广泛应用于现代集成电路芯片制造领域。其中,CMOS数字集成电路现已成为构建特种运算、逻辑、控制电路的主流技术。
从时间角度划分,在技术发展的早期,简单的集成电路受技术规模的局限,单个芯片往往只能承载数个晶体管。过低的电路集成度同时意味着芯片设计过程十分简单、制造产量极低。伴随着科技的进步,数十亿的晶体管得以被置于一块芯片之上。良好的电路设计要求周密的线路规划,这使得新型的电路设计方法同样实现了飞速的发展。
表1:不同时间段芯片集成度
晶体管数量
逻辑门(logic gate)数量
小规模集成电路
中规模集成电路
大规模集成电路
500-20,000
超大规模集成电路
20,000-1,000,000
10,000-99,999
特大规模集成电路
1,000,000及更多
100,000及更多
资料来源:国元证券研究中心
第二部分集成电路产业
2.1IC产业化过程
IC产业化初期主要用于航天和军事,美国阿波罗11号登月成功和两次海湾战争是IC应用于航天和军事最成功的案例,1980年IBM研制出第一代商用化PC,IC在民用电子领域的发展逐渐加速,其发展过程主要经历了三次重要的变革,每次变革主要是因为单一公司的资本支出或技术无法支撑IC产业进一步发展,在此过程中,行业内公司的经营模式变得多样化,新的厂商的进入也导致整个行业发生结构性变化。
图3:集成电路产业垂直分工历程
数据来源:半导体关联图暨厂商名录,国元证券
第一次变革——电脑元件的标准化。1960年至1970年,系统厂商包办了所有的设计和制造,随着电脑的功能要求越来越多,整个设计过程耗时较长,使得部分系统厂商产品推出时便已落伍,因此,有许多厂商开始将使用的硬件标准化,1970年左右,微处理器、存储器和其他小型IC元件逐渐标准化,也由此开始区分系统公司与专业集成电路制造公司。
第二次变革——ASIC(特殊应用集成电路)技术的诞生。虽然有部分集成电路标准化,但在整个电脑系统中仍有不少独立IC,过多的IC使得运行效率不如预期,ASIC技术应运而生,同时系统工程师可以直接利用逻辑门元件资料库设计IC,不必了解晶体管线路设计的细节部分,设计观念上的改变使得专职设计的Fabless公司出现,专业晶圆代工厂Foundry的出现填补了Fabless公司需要的产能。
第三次变革——IP(集成电路设计知识产权模块)的兴起。由于半导体制程的持续收缩,使得单一晶片上的集成度提高,如此一来,只是用ASIC技术,很难适时推出产品,此时IP概念兴起,IP即将具有某种特定功能的电路固定化,当IC设计需要用到这项功能时,可以直接使用这部分电路,随之而来的是专业的IP与设计服务公司的出现。
2.2IC生产技术
IC多采用单片单晶硅作为半导体基质,并在该基质上构建各种复杂电路。单晶硅材料可由常见的富含二氧化硅的砂石经过提炼获得,同时,硅元素仅次于氧元素,是地壳中第二丰富的元素,构成地壳总质量的26.4%。由价格低廉的沙子到性能卓越的芯片,集成电路“点石成金”的制作流程可分为设计、制造、封测(封装和测试)三个步骤。
图4:集成电路芯片生产流程
资料来源:北京君正招股说明书,国元研究中心
经过提纯得到的多晶硅经过高温熔融,通过拉晶工艺制成纯度高达99.9999999%以上的高纯单晶硅晶柱。切割晶柱并通过抛光、研磨等工艺,得到薄而光滑的晶圆,后进行检测。按照设计好的电路,对晶圆进行显影、掺杂、蚀刻等复杂的加工处理,分小格,将集成电路“印”在晶圆上。经过晶圆测试后,从晶圆上切割出质量合格的晶块,后进行封装。封装测试通过后,得到可以使用的集成电路芯片。
整个IC生产技术的提高体现在这三个领域各自的进化,设计端由早期工程师手工设计进化至如今引入了EDA(电子设计自动化)技术;制造端体现在晶圆尺寸的增加和集成度的提高;封测端则由芯片层级拓展至系统层级。下部分也将按该制作流程,介绍每部分技术和市场情况。
第三部分IC设计、制造与封测
3.1设计部分
3.1.1IC设计的演变
初期的IC设计是由工程师们手工绘制版图,电路设计都是从器件的物理版图设计入手,随着计算机软件技术的进步,工程师可以设计出集成度更高的电路图,同时设计方法也发生了改变,Top-Down(自顶向下)设计方法逐渐取代Bottom-Up(自底向上)成为主流设计方法。Top-Down设计是一开始就进行规格制定,类似于建筑设计时需要确定几个房间和每个房间的用途,以及需要遵守的规则;然后是借助HDL(硬体描述语言)、EDA等工具生成电路图。
图5:IC设计的不同阶段
资料来源:国元证券研究中心
3.1.2IC设计的市场情况
IC设计最初作为大公司的一个部分,1984年Xilinx的成立正式开启无工厂代工模式(Fabless),发展至今也仅仅有30多年的时间,2015年IC设计产业的市场规模达842亿美元,总部设于美国的IC设计公司囊括了全球IC设计产业营收的62%,台湾IC设计公司占比为18%,排名第二,中国大陆与欧洲IC设计公司势力此消彼长。大陆IC设计产业近年来急起直追,目前全球市场占比已达10%,排行第三;欧洲IC设计产业则受到当地第二大与第三大IC设计公司CSR、Lantiq分别被高通(Qualcomm)、英特尔(Intel)收购影响,导致欧洲IC设计公司的全球占比下滑到2%。
图6:2015年全球各地区IC设计公司营收占比
资料来源:IC Insights,国元证券研究中心
目前市场上从事IC设计的公司数量众多,仅仅中国2015年设计企业总数就达到了736家,不同种类的IC设计所用到的软件和需要遵守的规则差别较大,较早进入这个市场的公司先发优势明显,主要包括:丰富的设计经验、参与标准的制定和专利。本部分主要从市场的角度介绍目前各个领域的IC设计情况。
IC产品依其功能,主要可分为存储器IC、微元件IC、逻辑IC、模拟IC,各个领域可再进行细分。
图7:IC产品分类图(依功能划分)
图8:各部分IC市场份额
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
存储器是指利用电能方式存储信息的半导体介质设备,其存储与读取过程体现为电子的存储或释放,广泛应用于内存、U盘、消费电子、智能终端、固态存储硬盘等领域,存储芯片根据断电后所存储的数据是否会丢失,可以分为易失性存储器(Volatile Memory)和非易失性存储器(Non-Volatile Memory),其中DRAM与NAND Flash分别为这两类存储器的代表。尽管存储芯片种类众多,但从产值构成来看,DRAM与NAND Flash 已经成为存储芯片产业的主要构成部分。
图9:存储芯片的分类
资料来源:DRAMeXchange,国元证券研究中心
存储芯片一直由IDM厂商主导,而且相对于制造工艺,IC设计在存储芯片领域起到的作用并不明显,这里只简单介绍NAND Flash和DRAM两大存储市场的现状。
表2:2016年第一季度NAND Flash品牌厂商营收排名
营收(百万美元)
市场份额(%)
资料来源:DRAMeXchange,国元证券研究中心
表3:2016年第一季度DRAM品牌厂商营收排名
营收(百万美元)
市场份额(%)
资料来源:DRAMeXchange,国元证券研究中心
模拟IC和逻辑IC
模拟IC用于处理连续性的光、声音、速度、温度等自然模拟信号。按技术类型来分有只处理模拟信号的线性IC和同时处理模拟与数字信号的混合IC;按应用来分可分为标准型模拟IC和特殊应用型模拟IC。标准型模拟IC包括放大器、信号界面、数据转换、比较器等产品。特殊应用型模拟IC主要应用在4个领域,分别是通信、汽车、电脑周边和消费类电子。
表4:2014年前十大模拟IC厂商销售额(单位:百万美元)
Marketshare(%)
Texas Instruments
Analog Devices
Skyworks Solutions
Linear Technology
资料来源:IC insights,国元证券研究中心
逻辑IC可分为标准逻辑IC及特殊应用IC(ASIC),标准逻辑IC提供基本逻辑运算,并大量制造,而ASIC是为单一客户及特殊应用而量身定做的IC,具有定制化、差异化及少量多样的特性,主要应用于产业变动快、产品差异化高及整合度需求大的市场。
微元件IC包括微处理器(MPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)及微周边设备(MPR)。MPU是微元件IC中的最重要的产品,主要用于个人电脑、工作站和服务器,CPU是其中的一种,目前以Intel公司为MPU产业龙头。MCU又称为单片微型计算机或者单片机,是把中央处理器的频率与规格适当缩减,并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器,至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等,都可见到MCU的身影。DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片,近年来,数字信号处理器(DSP)芯片已经广泛用于自动控制、图像处理、通信技术、网络设备、仪器仪表和家电等领域;DSP为数字信号处理提供了高效而可靠的硬件基础。MPR则是支持MPU及MCU的周边逻辑电路元件。
3.2制造部分
集成电路制造过程可分为晶圆制造和晶圆加工两部分。前者指运用二氧化硅原料逐步制得单晶硅晶圆的过程;后者则指在制备的晶圆材料上构建完整的集成电路芯片。
3.2.1晶圆制造
由于芯片极高的电路集成度,其电路对于半导体基质(晶圆)的材料纯度要求亦十分严苛。由各种元素混杂的硅石到硅纯度达99.9999999%(称为9N)的硅单晶晶圆,晶圆的制造流程,因此可以被认为是硅材料不断提纯的过程:
1)“冶金级硅”制备:从二氧化硅到“金属硅”
由硅石等富含二氧化硅(SiO2)的矿物资源通过提纯得到高纯度二氧化硅。充足的高纯度二氧化硅原料与富含碳原子(C)的煤炭、木炭等反应物被置于电炉中,在1900℃的高温下,二氧化硅与碳发生氧化还原反应:SiO2 + 2 C → Si + 2 CO,初步制得硅(Si)材料。
图10:从二氧化硅到“金属硅”
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
由于此过程类似通过氧化还原反应冶炼铁、铜等金属的冶金过程,故此过程制备的硅材料被称为“冶金级硅”,又称“金属硅”。“高纯”金属硅材料的硅含量可达98%,但这仍不能达到制成集成电路芯片的纯度要求。
2)西门子制程:从金属硅到多晶硅
冶金级硅的产量占全球硅元素产品产量的20%,该产品被大量运用于铝硅合金铸造业与化工产业。其中,仅有5~10%的冶金级硅被用于再次提纯,进而制成高纯度“电子级硅”(电子级硅产量不到全球硅产品产量的1~2%)。
为进一步提纯硅材料,产业多先转化冶金级硅材料为含硅元素的挥发性液体,如三氯硅烷(HSiCl3)、四氯化硅(SiCl4),或直接转化为气体硅烷(SiH4)。之后,在密闭反应室中置入表面温度达1150℃的高纯硅芯,通入三氯硅烷气体。通过化学分解作用,高纯度硅材料得以直接“生长”于硅芯表面,由此提高硅材料纯度。
图11:从“金属硅”到多晶硅
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
该制程被称为化学气相沉积法(CVD),用以制备高纯多晶硅。该技术于1954年德国西门子公司申请专利,故又称“西门子制程”。此后的改良西门子法大大降低了制造能耗,并可使制备的多晶硅材料纯度达到99.9999%(6N)。
其他制程,如流化床反应器技术(FBR)、升级冶金硅技术(UMG-Si)等,亦被应用于高纯多晶硅生产,但改良西门子法仍占据产量的多数(达总产量的88%)。
3)柴可拉斯基制程(“拉晶工艺”):从多晶硅到单晶硅
6N纯度的多晶硅材料仍不能应用于微电子领域。并且电学性质方面,多晶硅的导电性以无法达到芯片级技术要求。为有效控制半导体材料的量子力学特性,硅材料的纯度仍需进一步提高。通过反复提纯的过程,最终用于集成电路生产的硅材料纯度需达到99.9999999%(9N)水平。
由高纯多晶硅提纯高纯单晶硅,主流的制备工艺为“柴可拉斯基制程”:柴可拉斯基制程指制备半导体(如硅、锗、砷化镓)、金属、盐类、合成宝石等的单晶的晶体生长过程。
图12:从多晶硅到电子级硅
资料来源:德国CGS公司,国元证券研究中心
上一步骤制备的高纯多晶硅,在1425℃的高温下熔融于坩埚容器中。可加入掺杂剂原子如硼(B)、磷(P)原子对半导体进行掺杂,以制成具有不同电子特性的p型或n型半导体。将转动的高纯单晶硅晶棒没入熔融的多晶硅中,缓慢地转动并同时向上拉出晶棒。同时,盛放熔融物的坩埚以晶棒转动的反向转动。通过精确控制温度变化、拉晶速率、旋转速度,得以从熔融物中提取出标准化的大型圆柱体单晶晶柱,晶柱可高达两米,重约数百千克。
硅晶柱直径决定了切割出晶圆的直径,更大的晶圆意味着单块晶圆上得以印刻更多的集成电路晶片,生产效率可以得到极大提升。现阶段,晶圆制造厂主要生产直径为200mm和300mm的晶圆。到2018年,450mm直径的晶圆预计可以实现量产。另外,为保证单晶硅材料纯度,晶柱生长的过程通常于惰性气体(如氩气Ar)环境下在惰性反应容器(如石英坩埚)中进行。
在国内,此工艺常被形象地称为制备高纯单晶硅的“拉晶工艺”,此法制备的高纯单晶硅硅锭纯度可达99.9999999%(9N),具有优良的半导体量子力学特性,可以被用于集成电路制造领域——该材料因此被称为“电子级硅”。另外,在工业生产中悬浮区熔法等技术也被用于多晶硅至单晶硅的提纯过程。其缺点是制备的晶柱直径往往小于拉晶法的制成直径。
4)最后一步:从晶柱到晶圆
制备了高纯单晶硅晶柱后,需经过:1晶柱裁切与检测、2外径研磨、3切片、4圆边、5研磨、6蚀刻、7去疵、8抛光、9清洗、10检验、11包装等等十一个步骤进行处理。
图12:从晶柱到晶圆
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
3.2.2晶圆加工
晶圆加工技术是指在晶圆上制造用于电气电子设备中的集成电路的过程。该技术是一个多步骤、反复处理的过程。在实施过程中多次重复运用掺杂、沉积、光刻等工艺,最终实现将高集成度的复杂电路“印制”在半导体基质上的目的。整个晶圆加工过程一般历时六至八周,需要在高度专业化的晶圆加工厂中进行。
图14:无尘车间
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
晶圆加工过程与晶圆制造不同,晶圆加工领域的工厂各自遵循本公司特有的生产流程。同时,先进的加工技术逐年推陈出新,使得生产流程不断地发生着改变。但是多样化的制程工艺无外乎从属于以下四个范畴:沉积、清除、成像、电学性质改变。
沉积是指制程中涉及生长、涂覆或将其他材料转移至晶圆上的步骤。沉积技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电化学沉积(ECD)、分子束外延(MBE)、相对先进的原子层沉积(ALD)以及其他技术。
清除是指从晶圆上清除材料的技术。例如蚀刻工艺(湿蚀刻或干蚀刻)与化学机械研磨技术(CMP)。
成像塑造或改变沉积的材料,一般称为光刻技术。例如,常见的光刻工艺先将晶圆表面覆盖一层化学物质——光刻胶,之后光刻机聚焦、校准并移动印有电路图的光罩,将晶圆上的选中部分曝光于短波光线下。被曝光的区域此后被显影剂溶液洗去。在蚀刻或其他制程之后,剩余的光刻胶由等离子体灰化法清除。
电学性质改变指掺杂半导体,形成源极与漏极的步骤。该技术过去由扩散炉技术实现,现在多运用离子植入技术。掺杂过程之后晶圆接受炉内退火或更先进的快速热退火(RTA)处理。退火过程激活了植入的掺杂剂。电学性质改变目前也包括了通过紫外线制程降低low-k绝缘体材料介电常数的技术。
高端集成电路设计复杂,所需制程步骤繁多;多层金属连接层技术用以实现大量元件间的有效连接。当代芯片加工多经历300多道制程步骤;可包含11层的金属导线层。
图15:光刻原理
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
图16:掺杂及构建CMOS单元原理
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
“印刻”于晶圆上的半导体元件需以金属导体连接以实现特定的电路功能。以上各种技术工艺按制程的先后顺序,可划分为前段制程(FEOL)与后段制程(BEOL)。以集成于芯片上的元件的相互连接为分水岭:FEOL指沉积金属导电层以前,于半导体基质上形成独立元件(如三极管、电容、电阻、独立的CMOS)的前半段制程;BEOL指金属层沉积后,创建金属导线,连接元件,并构成绝缘各导线的介电层的后半段制程。
图17:晶圆加工制程图例
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
左图体现晶圆加工前段制程与后段制程的具体内容;右图为晶圆上单个CMOS模块的纵切图,从下到上的三个部分符合芯片的三个制程:FEOL前段制程、BEOL后段制程、Packaging封装制程。
3.2.3IC制造的市场情况
IC制造属于资产和技术密集型产业,早期进入的厂商凭借其先发优势获取市场份额,赚取高额利润,然后将部分利润投入研发,取得技术上的领先,从而形成了如今市场上强者恒强的局面。
图18:2015年主要的Foundries
资料来源:IC insights,国元证券研究中心
技术方面,各大厂商的主要差别体现在制程工艺。英特尔是近20年来技术的领跑者,2015年Intel利用14nm技术推出了3款处理器,同年年底,Intel提前发布了开发成功10nm技术的消息。台积电在晶圆代工技术的先进性和产能规模方面一直处于全球领先地位,2015年台积电公布了10nm支撑计划,预计在2016年三季度开始量产,值得注意的是,根据台积电公布的2015年第四季度各种制程收入,其28nm和16/20nm制程创收占比49%。三星在2014年与格罗方德合作,在14nm FinFET制程上进展顺利,2015年初将14nm FinFET推进到量产,同时,三星还宣布在2016年底将10nm FinFET技术投入量产。
国内现有集成电路产能主要由两部分构成,国内晶圆代工厂和国际厂商在国内设厂。前者主要有中芯国际、华虹宏力和武汉新芯,后者有英特尔、三星和联电分别在各地的代工厂。
图19:中国集成电路现有产能分布图
资料来源:Bain analysis,半导体行业观察,国元证券研究中心
同时,鉴于国内出台相关政策支持集成电路产业发展,各大厂商也争相加大投资,用于扩充产能和改进技术。主要有:
台积电于南京兴建月产能2万片12寸晶圆厂,采用16nm制程,预计2018年下半年量产。
联电与厦门市政府合资兴建月产能5万片12寸晶圆厂,预计2016年底投产,月产能达6000片。
英特尔增资55亿美元升级大连厂,月产能由1.5万片12寸晶圆扩增至3~4万片,预计2016年底前完工。
力晶与合肥市政府兴建月产能4万片12寸晶圆厂,预计2018年达产。
格罗方德与重庆市政府合资设计12寸晶圆厂,预计2017年完工。
武汉新芯规划2017年底将2.2万片12寸晶圆扩充至7万片12寸晶圆,新增产能用来生产3D NAND Flash。
根据Gartner公司统计,2015年全球晶圆代工厂前十大排名中,中国大陆有两家企业入围,分别是中芯国际和上海华虹。中芯国际连续两年全球排名第五,但其营收增幅高居第一,上海华虹2015年全球晶圆代工排名第十,其Java智能卡芯片出货量在2015年突破7.2亿颗,再创历史新高。
3.3封装部分
3.3.1封装技术介绍
集成电路封装是半导体设备制造过程中的最后一个环节。在该环节中,微小的半导体材料模块会被置于一个保护壳内,以防止物理损坏或化学腐蚀。集成电路芯片将通过封装“外壳”与外部电路板相连。
封装过程后,通过封装测试的成品集成电路设备,将作为成品最终投入的下游设备的应用中去。
图20:集成电路封装
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
封装技术的发展演变
追随摩尔定律,芯片集成度日益提高,单体集成电路需要日益增多的引脚与外部设备连接,以实现更复杂的逻辑控制功能;同时,随着科技进步,各类电子设备向着小型化、智能化发展,电路系统的微缩要求集成电路芯片的体量不断减小。所以,保证性能的前提下,“多引脚、小体量”的芯片封装始终是集成电路封装技术的发展方向。
随着封装技术的发展,集成电路封装模式不断推陈出新。目前,各种封装技术均用于不同的市场领域。这里,按照各种工艺出现的先后顺序介绍市场上主流的一些封装技术。
最早的集成电路封装于扁平的陶瓷管体内,由于其可靠性与较小的体量,在军事领域被应用多年。随后陶瓷管体的封装模式很快进步至塑料管体的DIP(双列直插式封装)。
图21:双列直插式封装
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
在1980年代,VLSI规模集成电路的引脚数量超过了DIP封装的技术限制。PGA(插针网格阵列)封装及LCC(无引线芯片载体)封装投入生产,用以突破DIP封装的限制。
图22:插针网格阵列封装(左)和无引线芯片载体封装(右)
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
表面黏着式封装出现于80年代早期,并于80年代末期兴盛。用于小外形集成电路的鸥翼型封装与J-引脚封装采用优化的引脚间距,使得运用该技术的封装比等效的DIP封装占用面积少30-50%,厚度薄70%。
图23:鸥翼型封装(左)和J-引脚封装(右)
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
下阶段,封装技术迎来了巨大的技术创新——表面阵列封装。该技术在封装管体的表面铺设连接节点,因此得以提供比此前封装技术更多的外部连接(此前的封装方式只在管体周围引出接点)。其中BGA(球栅阵列)封装成为广泛应用的封装技术之一。
图24:球栅阵列封装
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
BGA封装技术在1970年代便已经存在。1990年代,该技术演进至FCBGA(倒装芯片球栅阵列)封装。FCBGA封装允许存在多于任何封装技术的针脚数量。在FCBGA管壳内,晶片被正面朝下倒装并通过类似于印刷电路板的基体(不通过引线),与管体球栅建立连接。因此FCBGA可以允许成阵列的输入输出信号分散连接至整个晶片表面,而非限制于芯片四周。
图25:倒装芯片球栅阵列封装
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
相较于集成电路内部信号传输,芯片电路接出晶片,穿过封装管体,接入印刷电路板,会经历各种不同的电学性质。这将产生更大的能耗并依赖特殊的设计技术。近期的技术发展注重于堆叠多块晶片的SIP(系统级封装)或3D-IC(三维集成电路)封装;以及在小块基质上组合多块晶片的MCM(多芯片模组)封装。
图26:系统级封装和多芯片模组封装
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
3.3.2IC封装的市场情况
上一部分主要介绍市场上存在的各种封装技术,市场上的公司普遍将封装业务和测试业务结合在一起,本部分将主要介绍相关市场和公司的情况。
全球封测产业主要表现为日月光、安靠与长电三强鼎立的结构。继长电集团成功并购星科金朋后,日月光与矽品宣布合组控股公司,近期市场上又传出通富微电收购安靠的消息,整个封测行业集中度会进一步提升。
图27:2015全球前五大封测厂市场占有率
资料来源:公开市场资料,国元证券研究中心
2015年国内封装测试业继续保持快速增长,其规模达到1,384亿元,同比增速达10.2%。截止至2015年底,国内有一定规模的IC封装测试企业比2014年增加2家达87家,其中本土企业或内资控股企业29家,外资和台资企业在国内IC封测业占有多数地位依然没有改变。
根据封测协会不完全统计,至2015年国内封装测试企业在BGA、CSP、WLP(WLCSP)、FC、FCBGA、BUMP、SiP等中高端先进封装的销售占比约为30%,国内部分企业总体业务中,先进封装的占比已达到40-50%的水平。
国内公司现有封测技术
华进半导体封装先导技术研发中心有限公司的2.5D TSV硅转接板制造及系统集成技术,包括高深宽比(10*100μm)TSV互连、双面多层细节距RDL和超细节距微凸点(40μm节距)及多层/多芯片flip-chip封装技术,实现功能更多、尺寸更小、速度更快的电子模块封装制造。
华天科技(昆山)电子有限公司的焊盘通孔全填充的12寸图像传感芯片WLCSP封装技术,包含了晶圆键合、干法蚀刻、Low-K切割、Ti/Cu RDL等12寸晶圆极关键制程工艺,实现了焊盘通孔全填充的硅通孔结构以及芯片侧面包封结构。在提高产品性能和增强产品可靠性、大幅度降低成本和节约能耗、提升良率和提高经济效益的同时、实现了自动化智能化生产。
苏州晶方科技半导体科技股份有限公司的12英寸硅通孔晶圆级芯片尺寸封装技术,首次将TSV技术引入影像传感芯片的12英寸晶圆级封装,通孔绝缘及路线再分布时RDL使用电泳材料作为绝缘层,封装后影像传感器的厚度约为500μm,可立即支持各种电子产品,符合目前超薄趋势。
江苏长电科技股份有限公司的超小超薄芯片高可靠性封装技术,包括特殊设计的导线架技术,特殊结构的包封技术,使得产品在电能、热性能及可靠性上可与世界先进产品媲美。
南通富士通微电子股份有限公司的12英寸28纳米晶圆级先进封装测试制程技术,采用先进的密节距凸点制造技术及TCB-NCP/MUF等flip chip封装技术,实现了移动智能终端应用处理器芯片的封装,满足了芯片的高集成度、电性能、小外形及低成本的要求。
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