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消费需求占全球44%,中国大陆成晶圆建厂热地

2019-04-27 11:27:43

转自“格隆汇”APP4月26日文章

编者按:当前,中国经济进入调结构转型关键期,过去的钢筋水泥无法带来自主产业发展的主导权,中兴缺芯之痛,让国人不禁唏嘘,偌大的国家,居然连所有人都在使用的芯片都造不出来。与近邻韩国相比,我们在半导体行业落后了30年,80年代的韩国重金砸研发,搞出了存储器芯片,这两年经济复苏,存储器芯片价格翻番涨,韩国人从我们身上赚取了百亿美金利润,还有高通、博通、英特尔他们。每年,我们进口的芯片价值2000亿美金,和进口石油的规模差不多,这每年的2000亿美金进口额,是中国现代化的耻辱,是我们“钢筋水泥”粗放式发展的带来的苦果。

庆幸,政府与产业界人士已然决心改变现状。大基金二期已经成立,国内半导体产业正焕发出从未有之勃勃生机。半导体领域的创新创业正如火如荼展开,是挑战也是机遇。

值难得的历史性投资机遇之际,有幸与各位分享半导体的“那点事”。

根据中国半导体行业协会统计数据,2018 年我国集成电路设计业、制造业以及封测业都实现了快速的增长。全行业合计实现销售收入6,531.4 亿元,同比增长20.69%。其中制造业实现销售收入 1,818.2 亿元,同比增长25.56%,半导体制造业占我国集成电路产业总产值的比例已经达到27.84%。

提到代工,就不能不提及半导体产业的基础材料晶圆。

晶圆:芯片的基石

在早期的19世纪60年代,半导体公司都是采用IDM模型,其中涵盖设计、制造、封装和测试所有的芯片生产流程。

随着技术的不断升级和整体产线建设的成本不断提升,整个半导体产业开始向着垂直分工模式发展。也就是半导体公司不再涵盖所有的芯片制造环节,逐步分离出专注于半导体制造各个环节的公司。随之而来的诞生出各类fabless、foundry和封测公司等。

从整个半导体制作的核心产业链来看的话。其中晶圆制造环节的收入占据产业链整体销量的的51%左右,其附加值远超过了其他两个环节。

“点沙成金”的晶圆代工

晶圆厂就是从事将沙子原料(石英)转化成“芯片”的点金工作。在接受到芯片设计厂商的订单后,首先需要将晶圆给制作出来,其次还需要按照设计图的要求,通过光刻等一系列的操作将其制作成最终的芯片。其整体的制作时间长,工艺复杂,生产过程不能收到任何差错。所以只要在集成电路生产的地方发生小小的地震对于整体生产线的影响是非常之大的。

总体上晶圆代工厂商主要负责两大块:

1)晶圆(Wafer)的制作:

芯片设计师类似于房屋设计师,将电路设计图交由建筑工人将房子盖出来。而盖房子需要地基,制作芯片同样需要晶圆,用来安置所有电子元件的基板就是晶圆(Wafer)。

晶圆的制作可以想象成部队的练兵,将沙子中的多晶硅通过一系列残酷严格的训练,最终得到高纯度99.9999%的单晶硅。具体的技术方法如下:

在得到高纯度的单晶硅后,晶圆厂会使用切割工具,将晶柱切成一片片的薄片,宛如薄薄的火腿片一样,再经过抛光后,就变成了晶圆(Wafer),也就是晶片的基板。

8英寸(200mm)和12英寸(300mm)所对应的就是高纯度单晶硅切成薄片后的晶圆直径。而从面积大小上看,12英寸相比8英寸可以使用的面积更大,使用效率几乎提升了2.5倍左右。但生产更大尺寸的晶圆,制造的难度与晶圆的大小也是成正向相关的。

2)光罩制作 (光蚀刻与微影成像):

在完成了晶圆制造之后,还需要进行下一轮的关键制造。在蓝色晶圆部分上面搭建电路结构,这就像在地基上面搭建房屋一样,通过金属溅镀、涂布光阻、蚀刻技术和光阻去除等一层层的搭建起来。

种种的技术叠加在一起,理解起来有点困难。其实之前有看过一种通俗的解释比较好,就相当于你拿着喷漆,覆盖不同形状的硬纸板在晶圆上,一层一层将喷涂在晶圆上,搭建一层又一层的电路。然后在喷涂的过程中,通过各种方法,消除多余的漆,最后留下需要的部分,最终切割形成芯片。

龙头占据市场主导

晶圆代工的销量每年仍然呈现一个稳步上升的态势,2018年全球晶圆代工行业市场规模710亿美金,其中纯晶圆代工产值576亿美金,IDM晶圆代工产值134亿美金,其中纯晶圆代工占比已经全球晶圆销量的80%,纯晶圆代工仍然为市场主流的晶圆制造方式。

就像芯片制程的发展一样,随着芯片向着更小的7nm进阶,建设每条晶圆长线将耗费十亿至百亿美金的投入 ,晶圆代工的现代制程已经进入到了一个资本和技术双重密集型的时代,纯晶圆代工未来仍然是主流的发展方向。

2018年大陆半导体市场为1,550亿美元,而产出为238亿美元, IC自给率为15.3%,高于2013年前的12.6%。可以说的是中国的IC整体自供率而且,预测到了2023年之时,这一比率将提升至20.5%。相比于中国作为半导体最大的市场来说,IC整体的自供率还是处于较低的水平。

中国晶圆代工市场增速一枝独秀,正在加速进行追赶。2018年中国纯晶圆代工需求增长41%,中国在纯晶圆代工的市场份额也从17年的14%增长到了19%,可以看出中国半导体晶圆市场的增长速度超过了世界上任何其他地区,并且政府也在继续高速推进IC设计发展计划,以支持国内半导体产业。

中国大陆成为全球晶圆建厂热地。

中国半导体产业总产值占全球的比例只有20%(包括外资在华产业贡献),本土企业占比仅11%,而中国的消费需求占全球的比重是44%。因此,在国产化替代进口机遇下,中国大陆迎来建厂高潮。

2017年到2020年的四年间,全球预计新建62条晶圆加工产线,其中中国大陆将新建26座新晶圆厂,成为全球新建晶圆厂最积极的地区,整个投资计划占全球新建晶圆厂的42%,成为全球新建投资最大的地区。

国内晶圆厂规划建设数据一览:

如果我们从晶圆代工厂总部所在地区来看的话,其实大陆市场还有这较长的路需要稳步前行。目前台湾地区仍然是全球晶圆代工的主要地区,台积电占据了全球59%的市场份额,与台积电的相比,中国大陆的厂商还存在着不小的差距,但未来的发展值得期待。

中芯国际:中国大陆的后起之秀

目前芯片的制程越来越小,投资额越来越高。一条14nm先进制程的半导体代工厂投资额高达120-150亿美元。未来5纳米技术水平预计只有三星、台积电、英特尔有能力实现量产,这三家企业可以承担如此巨大的资本开支,其他企业已无力跟进,先进制造产能将快速集中。

14nm的先进制程已经成为关键的赛道。在14nm的产线可以说是一个集资金和技术密集型的关键赛道,下一个技术焦点是10nm、7nm。这也将成为大陆厂商的市场机会所在。

阵营份额分类:晶圆代工领域可划分成两大阵营,跨国企业集团以及大陆本土业者:台积电、联电以及其他跨国企业均在大陆拥有晶圆厂,而GF也正在四川成都兴建12英寸晶圆厂进程中,至于中芯国际(SMIC)以及华虹半导体(HHGrace)等则是大陆本土的晶圆代工厂商。

从技术和制程等方面来看大陆晶圆代工厂商。中芯国际是世界领先的集成电路晶圆代工企业之一,已经成为晶圆代工第二梯队的领头羊企业,能够提供0.35微米到28纳米不同技术节点的晶圆代工与技术服务,并且14nm已经开始进入到客户的验证阶段。

中芯国际14纳米技术研发已经到达关键节点,良率达95%。截至2017年,中芯国际是FinFET相关技术专利的全球五大专利权受让人之一,16/14纳米关键节点技术FinFET专利申请数量位列全球第五,对FinFET技术有充足的积累。各项先进制程也在不断的追赶当中。

结语

独立掌握半导体产业命运,不仅事关中国经济的高质量发展,还事关产业安全,没有本土自产的芯片,科技创新产业发展的命运就会被外方掐住,对国力的提升,人民收入水平的提高构成重大威胁。我们期待着中国大陆可比肩台积电的龙头早日成功,虽前路艰难曲折,但举国之力,科创板的大力发展,必将加速我国半导体制造业的发展。

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来源:格隆汇APP | 责任编辑:连政
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