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2020年中國封測行業發展概況及未來發展趨勢分析[圖]

2020年03月27日 13:52:33字號:T|T

    一、封測行業受益于半導體產業鏈東移的優勢

国产三级农村妇女在线    國內半導體自給率有提升空間。自2005年以來中國一直是集成電路最大的消費國,2018年中國的半導體市場規模達到2380億美金,中國半導體市場占全球市場份額達到51%。但是中國半導體市場依賴進口,2018年晶圓代工產業自給率僅為21%,邏輯封測產業自給率為41%,存儲封測產業自給率僅為9%,無晶圓設計產業自給率僅為自給率僅為32%,存儲芯片產業自給率為1%,半導體設備產業自給率為14%。隨著供應鏈安全重要性的提高,國內密集出臺產業政策扶持半導體產業發展,未來半導體自給率有比較大的提升空間。

中國半導體產業自給率及預測(2017-2024年)

中國半導體產業自給率及預測(2017-2024年)
-
2017
2018
2019E
2020E
2021E
2022E
2023E
2024E
中國晶圓代工產業自給率(%)
21%
21%
22%
23%
22%
23%
23%
25%
中國邏輯封測產業自給率(%)
39%
41%
41%
42%
43%
44%
45%
47%
中國存儲封測產業自給率(%)
10%
9%
10%
12%
14%
16%
22%
22%
中國無晶圓設計產業自給率(%)
28%
32%
33%
35%
36%
38%
40%
42%
中國存儲芯片產業自給率(%)
1%
1%
2%
4%
7%
11%
16%
17%
中國半導體設備產業自給率(%)
16%
14%
13%
14%
16%
17%
19%
18%

數據來源:公開資料整理

    可以看到全球半導體銷售額呈現逐年增長的姿態,從2001年的1472.5億美元一路提升至2019年的4110億美元。雖然在2019年全球半導體銷售額的略微下滑主要由于全球貿易環境的緊張,以及半導體最主要的下游消費電子市場自17H2的疲軟,但是在19H2我們也看到了半導體市場隨著5G時代到來的重現生機。

全球半導體銷售額情況

數據來源:公開資料整理

    從2018年12月開始,半導體月度銷售額持續下滑至2019年5/6月,但是從6月開始全球半導體銷售額呈現恢復的態勢,環比數據明顯優于2018年同月份環比數據。

2018年及2019年全球半導體月度銷售額對比(十億美元)

數據來源:公開資料整理

国产三级农村妇女在线    中國市場巨大,國產替代需求強勁。而對于未來的半導體市場來看,我們認為中國將會是未來最大的半導體市場。2015年中國在全球把半導體銷售額上占據了全球的24%,至2019年中國已經將其占比提升至35%。

国产三级农村妇女在线中國近年占全球半導體銷售額情況(十億美元)

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2016-2021年全球半導體各應用市場的年復合增速預測

国产三级农村妇女在线數據來源:公開資料整理

    中國市場拉動半導體晶圓代工需求。近年來中國本土半導體設計企業快速成長,除了海思半導體成長為技術水平和營收規模能躋身世界一流的大型半導體設計公司外,同時涌現了像兆易創新、匯頂科技和圣邦股份等細分領域龍頭。初創半導體設計公司數量近兩年快速增加,2018年中國半導體設計公司的數量為1698家,相比2014年增加149%。中國半導體設計公司的快速成長帶動了本土晶圓代工需求。2017年純晶圓代工廠在中國銷售額增速為30%,達到76億美元,是當年全球純晶圓代工市場增速的三倍;2018年純晶圓代工廠在華銷售額增速為41%,是當年全球純晶圓代工市場增速的8倍。

2010-2018年我國芯片設計企業數量變化

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国产三级农村妇女在线純晶圓代工區域結構(2018年,百萬美元)

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国产三级农村妇女在线    晶圓廠建設未來將拉動配套晶圓代工的封測需求。2017年至2020年間全球計劃投產半導體晶圓廠62座,其中26座位于中國大陸,占全球總數的42%。中國晶圓產能正在擴大,預計將從2015年的每月230萬片,增至2020年的每月400萬片,2015-2020年復合增長率達到12%。而大陸晶圓產能占比從2011年的9%提升至2018年的13%。

国产三级农村妇女在线2019年國內重點晶圓代工廠產能建設情況

2019年國內重點晶圓代工廠產能建設情況
狀態
項目名稱
晶圓尺寸
產能(K/WPM)
投資
投產
SK海力士半導體
12英寸
80
86億美元
投產
中芯國際(天津)二期
8英寸
100
15億美金
在建
中芯南方集成
12英寸
35
102億美金
在建
華虹半導體(無錫)一期
12英寸
40
25億美金
在建
三星半導體二期一階段
12英寸
80
70億美金
在建
廣州粵芯
12英寸
40
70億元
在建
中芯集成(紹興)
8英寸
-
58.8億元
在建
海辰半導體(無錫)
8英寸
100
67.9億元
在建
中芯集成(寧波)二期
8英寸
30
39.9億元
在建
上海塔積半導體
12英寸
50
359億元
在建
上塔塔積半導體
8英寸
60
在建
上塔塔積半導體(碳化硅)
6英寸
-

數據來源:公開資料整理

    二、封測行業概況及趨勢

    1、封測是IC產業鏈的關鍵環節

    智研咨詢發布的《2020-2026年中國半導體封測行業市場行情監測及未來前景展望報告》數據顯示:IC封測屬于半導體中后段制程,是半導體產業鏈中必不可少的環節,它分為封裝和測試環節。封裝是指將通過測試的晶圓加工得到獨立芯片的過程,使電路芯片免受周圍環境的影響(包括物理、化學的影響),起著保護芯片、增強導熱性能、實現電氣和物理連接、功率分配、信號分配,以溝通芯片內部與外部電路的作用,它是集成電路和系統級板如印制板(PCB)互連實現電子產品功能的橋梁。測試是指檢測不良芯片,確保交付芯片的完好。可分為兩階段,一是進入封裝之前的晶圓測試,主要測試電性;另一則為IC成品測試,主要在測試IC功能、電性與散熱是否正常。

集成電路產業鏈

數據來源:公開資料整理

    集成電路主要由設計、制造以及封測三大板塊組成。2017年,中國集成電路這三塊的營收占比分別為38.3%、26.8%、34.9%。相比世界IC產業三業合理占比3:4:3,我國封測行業占比偏高,說明我國封測產業相對先進,而IC制造相比世界平均水平差距較大。封測行業市場份額高度集中,馬太效應顯現,并購提升行業集中度。2018年全球OSAT前十大廠商市占率超過80%,行業高度集中。因為OSAT與Foundry在產業鏈上緊密關聯,依靠臺積電在Foundry市場超過50%份額的壟斷地位,臺灣地區在OSAT市場也扮演著主導角色。2018年前十大OSAT廠商中,中國大陸/臺灣地區共8家、美國1家以及新加坡1家。而隨著半導體行業進入成熟期,市場競爭越發激烈,馬太效應越發顯著,導致近年行業并購頻發,中國封測廠也通過并購迅速提升自身技術實力和規模。

国产三级农村妇女在线2018年全球封測廠前十營收排名(百萬美元)

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国产三级农村妇女在线2014-2018年封測行業并購事件

2014-2018年封測行業并購事件
公司
并購事件
力成
2017年收購MicronAkita
日月光
2017年收購矽品
安靠
2016年收購歐洲封測龍頭Nanium
通富微電
2015年收購AMD蘇州和檳州封測廠
長電科技
2014年收購全球第四大封測廠星科金朋
華天科技
2014年收購美國封測廠FCI

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国产三级农村妇女在线    大陸封測企業通過并購和自身研發,迅速拉近與海外企業的差距。例如長電通過并購星科金朋擁有了SIP、TSV、Fan-out等先進封裝技術。目前大陸封裝龍頭的先進封裝的產業化能力已經基本形成,只是在部分高密度集成等先進封裝上與國際先進企業仍有一定差距。同時通過并購,中國封測企業快速獲得海外客戶資源,實現了跨越式發展。

全球OSAT先進封裝技術對比

全球OSAT先進封裝技術對比
-
SIP
TSV
WLCSP
BUMP
Fan-out
FC
日月光
安靠
長電科技
矽品
通富微電
-
-
華天科技

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    2、行業趨勢:先進封裝是未來主要的行業增量

    半導體封裝技術的發展可分為四個階段:第一階段(1970年前),直插型封裝,以DIP為主;第二階段(1970-1990),表面貼裝技術衍生出的SOP、SOJ、PLCC、QFP四大封裝技術以及PGA技術;第三階段(1990-2000):球柵陣列(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、倒裝芯片(FC)等先進封裝技術開始興起;第四階段(2000-至今),從二維封裝向三維封裝發展,從技術實現方法上發展出晶圓級封裝(WLP)、硅通孔(TSV)、3D堆疊等先進封裝技術,以及系統封裝(SiP)等新的封裝方式。先進半導體封裝可以通過增加功能和提高性能,提高半導體產品價值的同時降低成本。

封測行業技術發展趨勢

數據來源:公開資料整理

    先進封裝是是未來封測行業增長的主要來源。從2017年到2023年,半導體封裝市場的營收將以5.2%的年復合增長率增長。其中,先進封裝市場CAGR將達7%,而傳統封裝市場CAGR僅為3.3%。在不同的先進封裝技術中,3D硅穿孔(TSV)和扇出晶圓級封裝(Fan-out)將分別以29%和15%的速度成長。構成大多數先進封裝市場的覆晶封裝(Flip-chip)將以近7%的CAGR成長;而扇入型晶圓級封裝(Fan-inWLP)的CAGR也將達到7%,主要由移動通信推動。而目前先進封裝市場結構跟OSAT市場整體類似,臺灣地區占據主要市場份額,占比達到52%,中國大陸是目前第二大市場,占比為21%。

2017-2023年先進封裝增長趨勢預測

數據來源:公開資料整理

2018年全球先進封裝市場結構

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国产三级农村妇女在线    目前先進封裝演進方向主要分為減小尺寸的方向,主要實現方式是FC、Fan-out、Fan-inWLP和Bumping,和異質結融合的方向,主要實現方式是Sip、3D封裝和TSV,通過這兩類型技術,實現在更小尺寸里集成更多功能,同時實現更高的封裝效率。而Fan-out和Sip系統級封裝是目前被公認的在這兩個方向上具有最大增長潛力的封裝技術。

    Fan-out目前在蘋果芯片上被廣泛采用,最早由英飛凌于2004年提出。Fan-out是晶圓級芯片尺寸封裝解決方案(WLCSP)的一種。通過芯片埋入到模塑料重構圓片,把I/0從芯片表面扇出到芯片和模塑料重構表面,以滿足BGA焊球節距要求。因此,對比WLP扇入封裝,扇出封裝對于芯片I/O數目、封裝尺寸沒有限制,可以進行多芯片的系統封裝。進一步地,晶圓級扇出技術取消了基板和凸點,不需倒裝工藝,具有更薄的封裝尺寸、優異的電性能、易于多芯片系統集成等優點。目前Fan-out市場主要分為兩種類型:一、核心市場:包括基帶、電源管理及射頻收發器等單芯片應用,該市場是Fan-out解決方案的主要應用領域,并將保持穩定增長;二、“高密度”市場,包括處理器、存儲器等應用,該市場具有較大的不確定性,需要高性能扇出型解決方案,但是該市場具有很大潛力。

    而SIP系統級封裝是從封裝的立場出發,對不同芯片進行并排或疊加的封裝方式,將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件,以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件組裝到一起,實現一定功能的單個標準封裝模組。在復雜系統中,SiP封裝具有顯著優勢:(1)封裝效率大大提高,SIP封裝技術在同一封裝體內加多個芯片,大大減少了封裝體積。(2)SIP封裝實現了以不同的工藝、材料制作的芯片封裝形成一個系統,實現嵌入集成無源元件的組合。(3)SIP封裝技術可以使多個封裝合而為一,可使總的焊點大為減少,也可以顯著減小封裝體積、重量,縮短元件的連接路線,從而使電性能得以提高。(4)SIP封裝采用一個封裝體實現了一個系統目標產品的全部互連以及功能和性能參數,可同時利用引線鍵合與倒裝焊互連以及其他IC芯片直接內連技術。(5)SIP封裝可提供低功耗和低噪音的系統級連接,在較高的頻率下工作可獲得幾乎與SOC相等的匯流排寬度。總之,SiP封裝天然適合產品周期較短、產品更新快、產品復雜程度高的場景,可以廣泛運用于可穿戴設備、藍牙耳機、射頻等領域。

国产三级农村妇女在线    (1)5G時代,SIP射頻前端市場規模快速增長

国产三级农村妇女在线    由于5G新增了n412.6GHz,n773.5GHz和n794.8GHz頻段,同時考慮到5G手機將繼續兼容4G、3G、2G標準,因此5G手機的射頻前端相比4G復雜程度將大大提高,相比4G手機,5G手機中的濾波器將從40個增加至70個,頻帶從15個增加至30個,接收機發射機濾波器從30個增加至75個,射頻開關從10個增加至30個。手機射頻前端整體市場規模將從2017年的123億美元增長到2022年的228億美元,復合年增長率達到13%。我們認為SIP封裝技術將獲得更廣泛的采用,以縮小射頻模組尺寸。目前,射頻前端模組的SiP架構中,在單個封裝中包含10-15個裸片(開關、濾波器、功率放大器)和幾種類型的互連技術(引線鍵合、倒裝芯片、銅柱)。而5G手機中射頻器件數量將大幅增加,這與智能手機輕薄化的大趨勢相逆,所以采用SIP封裝縮小模組尺寸成為必然需求。

国产三级农村妇女在线    我們認為SIP封裝將受益于天線集成趨勢。2018年7月,高通宣布推出全球首款面向智能手機和其他移動終端的全集成5G新空口(5GNR)毫米波及6GHz以下射頻模組系列—QTM052毫米波天線模組系列和QPM56xx6GHz以下射頻模組系列,這兩個系列可與高通驍龍X505G調制解調器配合,共同提供從調制解調器到天線且跨頻段的多項功能,支持緊湊封裝尺寸以適合于移動終端集成。QTM052模組可將無線電收發器、電源管理IC、射頻前端組件和相控天線陣列集成于緊湊的封裝尺寸中,其封裝面積可支持在一部智能手機中最多安裝4個QTM052模組。

    2017年SIP射頻前端市場規模為25億美元,到2023年SIP射頻前端市場規模有望增加到49億美元,復合增速為12%。到2023年,手機SIP射頻前端和其它無線連接SIP射頻市場將分別達到SIP射頻市場規模的82%和18%。

    (2)SIP封裝在以TWS為代表的可穿戴設備上具有巨大應用潛力

    2018年全球可穿戴設備出貨量為1.8億臺,相比2017年增長27%,預計到2022年全球出貨量將達到4.8億臺。2019年一季度,全球可穿戴設備出貨4960萬部,同比增長55.2%,雖然腕帶可穿戴設備占據最大市場份額(63.2%),但耳帶設備的增長速度最快(135.1%),占所有可穿戴設備出貨量的34.6%。

国产三级农村妇女在线全球可穿戴設備出貨量預測(百萬)

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国产三级农村妇女在线2019年主要可穿戴設備廠出貨量(百萬)

2019年主要可穿戴設備廠出貨量(百萬)
公司
1Q19出貨
1Q19市占率
出貨同比
1Q18市占率
蘋果
12.8
25.80%
49.50%
26.80%
小米
6.6
13.30%
68.20%
12.30%
華為
5
10.00%
282.20%
4.10%
三星
4.3
8.70%
151.60%
5.30%
Fitbit
2.9
5.90%
35.70%
6.80%
其它
18
36.30%
26.00%
44.80%
合計
49.6
100%
55.20%
100%

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    TWS耳機具有空間小、零組件多、結構復雜等特點,是SIP封裝天然的應用場景。TWS耳機與普通藍牙耳機對比,在便攜度、高清音質、體積、智能化水平、防水等方面優勢明顯,但在元器件數量和復雜度上也大幅提升。以AirPods為例,一對AirPods耳機以及1個充電設備共有28個主要組件以及數百個元器件。除了聲學器件、解碼芯片等組件外,AirPods集成了數個不同功能的傳感器,包括語音加速傳感器、運動加速傳感器、光學傳感器和MEMS麥克風。未來TWS有望集成更多功能,包括降噪、身體健康監測等,模組內元件數量將持續提升,同時更多品牌的加入將導致產品開發周期縮短,先進封裝技術有望成為關鍵解決方案。

單只Airpods內部芯片元件及數量

數據來源:公開資料整理

    (3)UWB商用化有望打開SIP封裝新的成長空間

    2019年9月發布的新款iphone系列中全系配置了超寬帶(UWB)芯片,是UWB技術規模商用推廣的重要標志。UWB技術是一種無線載波通信技術,它通過發送和接收具有納秒或微秒級以下的極窄脈沖來實現無線傳輸。由于脈沖時間寬度極短,因此可以實現頻譜上的超寬帶。相比WIFI和藍牙技術,它具有抗多路徑干擾能力強、定位精度高、時間精度高、電磁兼容能力強、能效高等優點,其對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低、截獲率低。UWB技術主要用于室內定位,在智慧家居、倉儲物流、煤礦和隧道等高風險作業場地、工業制造等領域有廣泛運用潛力。我們認為隨著iPhone率先采用UWB芯片,安卓廠商有望迅速跟進。三星同恩智浦和博世等公司已經組建FiRa聯盟,旨在發展UWB生態系統,UWB有望成為藍牙、GPS一樣的的標配。

    同WIFI模組類似,UWB模組中包括定位芯片、發射芯片、接收芯片和基帶處理芯片,結構復雜,因此SIP封裝是UWB芯片理想的封裝形式。UWB技術的商用化有望打開SIP封裝新的成長空間。而有多年生產和技術積累經驗的SIP封裝供應商長電科技有望分享行業成長的紅利。

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