自然选择_产业经济研究：产经分册：半导体芯片全产业链图谱_22页_10mb

自然选择与产业经济研究总结

核心内容

本文档主要围绕半导体制造技术与产业经济分析，涵盖了半导体材料、封装技术、晶圆制造、芯片设计、测试流程以及中国半导体设备市场的发展现状。

半导体材料

• 主要元素：

  • 半导体元素：硅（Si）、锗（Ge）
  • 其他元素：
    • 硼（B）、碳（C）、氮（N）、铝（Al）、磷（P）、镓（Ga）、砷（As）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）、铊（TI）、铅（Pb）、铋（Bi）
  • 气体：
    • 氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）

• 硅元素特性：

  • 硅是地壳中第二丰富的元素，主要以SiO₂形式存在。
  • 硅熔炼过程通过多步净化得到电子级硅（EGS），纯度要求为杂质原子 ≤ 1/100万硅原子。

封装技术

• 封装技术分类：

  • 1代：Wire bond（打线），工艺成熟，成本低，但芯片面积较大。
  • 2代：Flip chip（倒装封装），解决批量生产问题，成本低，省面积，用于高端产品。
  • 3代：InFO、HBM、CoWos，用于高性能芯片集成封装。

• CoWos技术：

  • 台积电独有技术，用于高端芯片封装。

• HBM与HMC技术：

  • AMD采用HBM技术，美光采用HMC技术。

• 封装测试流程：

  • CP测试：包括常温、高温烘烤、客户定制测试。
  • FT测试：将芯片切割、封装，再进行测试，最后分级。

芯片设计与制造

• 芯片设计：

  • 设计公司为fabless，如高通、博通、英伟达等。
  • 设计依赖辅助软件和Foundry提供的晶体管模型。

• 晶圆代工：

  • 主要代工逻辑芯片、CPU、IGBT、MEMS等。
  • 主要代工厂包括台积电、格罗方德、联华电子、三星、中芯国际等。

• 晶圆尺寸：

  • 6寸（150mm，500nm）、8寸（200mm，350nm-180nm）、12寸（300mm，90nm-10nm）。
  • 12寸晶圆是主流，用于高端制造。

• 晶圆测试：

  • 测试厂按测试时间收费，部分测试厂存在测试结果造假行为。

封装与测试

• 封装测试流程：

  1. CP测试：测试整片晶圆，包括常温、高温、客户定制测试。
  2. FT测试：将合格芯片切割、封装、测试、分级。

• 封装技术对比：

  • CSP（Chip Size Package）：使用基板代替leadframe，减少芯片体积。
  • Wire bond：传统技术，成本低但面积大。
  • Flip chip：倒装封装，省面积，成本低。

晶圆制造设备

• 设备构成：

  • 光刻设备：30%
  • 刻蚀设备：20%
  • PVD设备：15%
  • CVD设备：10%
  • 量测设备：10%
  • 离子注入设备：5%
  • 抛光设备：5%
  • 氧化设备：5%
  • 其他沉积设备：0%

• 半导体设备市场：

  • 2017年市场规模为682.1亿元，2018年为834.7亿元。
  • 光刻机国产化率约为26%，刻蚀机约为24%。

中国半导体设备发展

• 主要设备制造商：

  • 光刻：上海微电子、中电科45所
  • 硅：北方华创、中微公司
  • 介质：中燃公司
  • PVD：北方华创、中电科45所、中电科48所
  • CVD：北方华创、中电科45所、中电科48所、沈阳荆拓
  • 量测：睿励科学、东方晶源、中科飞测
  • 离子注入：中科信、中论科48所
  • 抛光：中电科45所、盛美半导体
  • 清洗：北方华创、盛美半导体、至纯科技

• 国内设备投资：

  • 2017年投资总额为173.2亿元，汇率为6.9900。
  • 2018年投资总额为1210.7亿元。

半导体产业经济数据

• 主要设计公司：

  • Qualcomm：手机CPU，2017年营收17078亿元，增长11%。
  • Broadcom：网络设备芯片、手机WiFi芯片，2017年营收16065亿元，增长16%。
  • Nvidia：GPU，2017年营收9228亿元，增长44%。
  • MediaTek：低端手机CPU，2017年营收7875亿元，下降11%。
  • Apple：手机CPU，2017年营收6660亿元，增长3%。
  • AMD：电脑CPU，2017年营收5249亿元，增长23%。
  • HiSilicon：手机芯片、电源管理芯片，2017年营收4715亿元，增长21%。
  • Xilinx：FPGA芯片，2017年营收2475亿元，增长7%。
  • Marvell：通信芯片、DSP、IP，2017年营收2390亿元，下降1%。
  • Unigroup：射频芯片、基带芯片，2017年营收2050亿元，增长9%。

• 主要制造公司：

  • 三星：存储器，2017年营收37925亿元，增长36%。
  • Intel：CPU，2017年营收32585亿元，增长13%。
  • SK Hynix：存储器，2017年营收17437亿元，增长56%。
  • TSMC：Foundry，2017年营收16312亿元，增长12%。
  • Micron：存储器，2017年营收15406亿元，增长45%。

• 中国半导体企业：

  • 中芯国际：IC设计，2017年营收2500亿元。
  • 华虹宏力：IC制造，2017年营收1800亿元。
  • 华力微电子：封装测试，2017年营收2200亿元。
  • 华润微电子：2017年营收700亿元。
  • 武汉新芯：2017年营收600亿元。
  • 先进半导体：2017年营收300亿元。
  • 粤芯半导体：2017年营收70亿元。

• 全球市场规模：

  • 2017年全球半导体市场规模为3389亿元。
  • 2018年预计达到4123亿元。

未来趋势

• AI、物联网、汽车电子芯片：刚起步，未来有较大发展空间。
• 细分功能芯片：市场机会更多。
• 国产替代：在光刻、刻蚀、沉积、量测等领域，国内企业正在逐步发展，但整体国产化率仍较低。

晶圆制造流程

• 主要步骤：
  1. 光刻：使用光刻胶和掩模，将电路图案转移到晶圆上。
  2. 刻蚀：去除不需要的部分，形成电路结构。
  3. 沉积：通过CVD、PVD等方式在晶圆上沉积材料。
  4. 离子注入：改变晶圆材料的导电性。
  5. 抛光：去除多余材料，使晶圆表面平整。
  6. 测试：包括CP测试和FT测试，用于筛选合格芯片。

中国半导体产业投资

• 主要投资企业：

  • 紫光集团：投资额5585亿元，月产能51.5万片。
  • 中芯国际：投资额1038亿元，月产能28.7万片。
  • 华力微电子：投资额387亿元，月产能7.5万片。
  • 华虹宏力：投资额636亿元，月产能4.0万片。
  • 合肥长鑫：投资额494亿元，月产能12.5万片。
  • 福建晋华：投资额370亿元，月产能6.0万片。

• 投资趋势：

  • 2017年投资总额为10862亿元。
  • 2018年投资总额为1210.7亿元。

半导体设备市场结构

• 设备需求：

  • 2017年设备需求为8689亿元。
  • 2018年设备需求为1007亿元。

• 设备结构：

  • 光刻设备：占30%
  • 刻蚀设备：占20%
  • PVD设备：占15%
  • CVD设备：占10%
  • 量测设备：占10%
  • 离子注入设备：占5%
  • 抛光设备：占5%
  • 氧化设备：占5%
  • 其他沉积设备：占0%

• 半导体设备市场结构（2017）：

  • 光刻设备：65%
  • 刻蚀设备：25%
  • PVD设备：15%
  • CVD设备：10%
  • 量测设备：10%
  • 离子注入设备：5%
  • 抛光设备：5%
  • 氧化设备：5%
  • 其他沉积设备：0%

总结

• 半导体制造是一个高度复杂的流程，包括晶圆制造、封装、测试等多环节。
• 封装技术在不断演进，从Wire bond到Flip chip再到InFO，旨在提高性能和降低成本。
• 晶圆代工是半导体产业的重要环节，主要由台积电、三星、格罗方德等公司主导。
• 中国半导体设备市场正在逐步发展，但整体国产化率仍较低，需进一步突破。
• 设计公司和制造公司分工明确，fabless公司负责设计，Foundry公司负责制造。