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,扇出预计将超过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%。
具体看FOWLP市场,FOWLP市场包括两个部分,一是单芯片扇出封装(coreFO),应用于原先Fan-in无法应用的通讯芯片、电源管理IC等大宗应用市场;二是高密度扇出封装(HDFO),FoWLP可作为多芯片、IPD或无源集成的SiP解决方案,应用于AP以及存储芯片。如台积电的InFO技术在16nmFinFET上可以实现RF与Wi-Fi、AP与BB、GPU与网络芯片三种组合。
根据Yole数据,预计2017年FOWLP市场达到14亿美元,2022年市场规模将上升到23亿美元,未来年复合成长率达20%。
国内封测三强进入第一梯队,抢先布局先进封装
中国半导体要赶上世界先进水平大约还需要十年时间,但封装技术门槛相对较低,国内发展基础相对较好,所以封测业追赶速度比设计和制造更快。中国半导体第一个全面领先全球的企业,最有可能在封测业出现。
成长迅速,大陆封测三巨头快速追赶。内生增长+外延并购双向驱动,长电+华天+通富过去十年已经完成了基础框架搭建,内生稳步快速增长;2014年以来,相继华天收购美国FCI,长电收购星科金朋,通富微电收购AMD苏州和槟城两座工厂,完成规模体量的快速扩张。
根据拓墣产业研究院10月份的报告显示,在专业封测代工的部分,2017年全球前十大专业封测代工厂商营收,前五名依次为日月光、安靠、长电科技、矽品和力成,后五名依次为:天水华天、通富微电、京元电、联测和南茂科技。长电科技、华天科技、通富微电组成大陆封测三强。
封测产业高端化,技术上完成国产替代。国内封测产业已经具备规模和技术基础。目前大陆厂商与业内领先厂商的技术差距正在缩小,基本已逐渐掌握最先进的技术,大陆厂商的技术劣势已经不明显。业内领导厂商最先进的技术大陆厂商基本已逐渐掌握,比如凸快技术、晶圆级封装和3D堆叠封装等。在应用方面,FC封装技术大陆三大封测厂均已实现批量出货,WLP晶圆级封装也有亿元级别的订单,SiP系统级封装的订单量也在亿元级别。
根据YoleDevelopment统计,2016年全球先进封装供应商排名中,中国长电科技将以7.8%的市占率超过日月光、安靠(Amkor)、台积电及三星等,成为全球第三大封装供应商。
从短期看,日月光合并硅品,美国安靠收购日本J-Device,体量庞大,长电目前处于对星科金朋的整合消化期,华天和通富距离第一梯队还有一段差距,短期难以从规模上超越。从长远看,国内封测技术已经跟上全球先进步伐,随着国内上游芯片设计公司的崛起,下游配套晶圆建厂逻辑的兑现,辅以国家政策和产业资本的支持,国内封测企业全面超越台系厂商,是大概率事件。
4.5、设备:星星之火,等待燎原
半导体集成电路制造过程及其复杂,需要用到的设备包括硅片制造设备、晶圆制造设备、封装设备和辅助设备等。
硅片制造设备
以IC集成电路用的300毫米(12寸)大硅片为例,生产工艺流程如下:拉晶—滚磨—线切割—倒角—研磨—腐蚀—热处理—边缘抛光—正面抛光—清洗—外延—检测。晶体生长设备直接决定了后续硅片的生产效率和质量,是硅片生产过程中的重中之重。硅片尺寸越大,纯度越高,对生产工艺和设备的要求也就越高。目前国产单晶炉生产的硅片良率在50%左右,进口单晶炉能达到90%以上,国产设备在技术上还有较大提升空间。
晶盛机电是目前国内唯一能生产大尺寸单晶炉的厂商。目前在半导体级别8英寸单晶炉领域已成功实现进口替代,12英寸单晶炉也进入小批量产阶段。
晶圆制造设备
在晶圆制造中,总共有七大生产区域,分别是扩散(ThermalProcess)、光刻(Photo-lithography)、刻蚀(Etch)、离子注入(IonImplant)、薄膜生长(DielectricDeposition)、抛光(CMP,即化学机械抛光)、金属化(Metalization),共涉及7大类设备:扩散炉(氧化),光刻机,刻蚀机,离子注入机,薄膜沉积设备,化学机械抛光机和清洗机。
根据SEMI的数据,以一座投资规模为15亿元美金的晶圆厂为例,晶圆厂70%的投资用于购买设备(约10亿元美金),设备中的70%是晶圆的制造设备,封装设备和测试设备占比约为15%和10%。晶圆制造设备中,光刻机,刻蚀机,薄膜沉积设备为核心设备,分别占晶圆制造环节设备成本的30%,25%,25%。
美日荷三国垄断,半导体设备行业集中度非常高
全球半导体设备十强里面,只有美日荷三个国家的企业入围。2016年前五大厂商应用材料、ASML、LamResearch、TokyoElectron和KLA-Tencor合计市场份额高达92%,其中应用材料AMAT市场占有率为24%。
荷兰ASML几乎垄断了高端领域的光刻机,市场份额高达80%。ASML新出的EUV光刻机可用于试产7nm制程,价格高达1亿美元。AMAT在CVD设备和PVD设备领域都保持领先,LamResearch是刻蚀机设备领域龙头。
国产设备星星之火可以燎原
随着我国半导体产业持续快速发展,国内半导体设备业呈现出较快发展的势头。在国家科技重大专项以及各地方ZF、科技创新专项的大力支持下,国产半导体设备销售快速稳步增长,多种产品实现从无到有的突破,甚至有些已经通过考核进入批量生产,在国内集成电路大生产线上运行使用。