大力完善封测产业,中国电子产业奋起直追

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对于中国大陆的半导体产业链布局,包括作者在内的很多读者都只是关注前段的设计产业和晶圆制造,而在IC产业链的后段封测上面,却关注得不多。但如果没有完善的封测产业,前段的工作做得最好,也不能把一个符合需求的IC交付给客户。中国近年来在上面也做了不少的工作,助力中国半导体的发展。

封测产业在半导体中的地位

在谈封测之前,我们先要来了解一下集成电路从设计到生产的整个流程。

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半导体集成电路产业链

在半导体产业,IC产品的源头来自IC设计,IC设计使用CAD等辅助工具,将客户或自行开发产品的规格与功能,藉由电路设计由IC表现出来,就是如何将一片芯片的功能从逻辑设计到晶圆设计之流程。

设计好IC的电路之后,就需要投入到下一步的制造。

IC制造的流程是将晶圆厂所做好的晶圆,以光罩印上电路基本图样,再以氧化、扩散、CVD、蚀刻、离子植入等方法,将电路及电路上的元件,在晶圆上制作出来。由于IC上的电路设计是层状结构,因此还要经过多次的光罩投入、图形制作、形成线路与元件等重复程序,才能制作出完整的集成电路。

然后就是到了文章提到的封装测试流程。

IC封装是将加工完成的晶圆,晶切割过后的晶粒,以塑胶、陶瓷或金属包覆,保护晶粒以免受污染且易于装配,并达成芯片与电子系统的电性连接与散热效果。而IC测试则可分为两阶段,一是进入封装之前的晶圆测试,主要测试电性;另一则为IC成品测试,主要在测试IC功能、电性与散热是否正常,以确保品质。

封装和测试制程一般我们一般合称封测,因为在集成电路的制造后段制程中,他们的地位同等重要。在半导体产业链中的地位和市场也是不容忽视的。

根据Gartner的相关数据显示,根据Gartner的统计和预测,2015年全球半导体封装测试代工业的营业收入为283.12亿美元,较2014年增长6.1%。而整个2015年全球半导体营收总值达到3,337亿美元,封测所占半导体比重为8.5%,但就是这不到10%的份额也是异常重要。

封装就是给芯片穿上“衣服”,保护芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤,增强芯片的散热性能,标准规格化以及便于将芯片的I/O端口连接到部件级(系统级)的印制电路板(PCB)、玻璃基板等,以实现电气连接,确保电路正常工作;测试就是检查出不良芯片,给客户交付完好的芯片,这对保证半导体产业的良性发展起着重要的作用。

全球封测产业现状

封测厂可以分成两类,一类就是自己生产IC,并拥有自己封测厂的所谓专属(in-house)封测厂,如NXP和TI等;另一类就是专门为IC厂作封测代工服务的专业(Subcontractor)封测厂,如矽品、日月光、安靠、力成、南茂、长电科技等都属于专业的封测厂。

和晶圆代工一样,目前的封测厂的领先者还是台湾。台湾阵容市占率最高,高达55.9%,美国也是当中的重要参与者,而随着中国大陆在封测产业的加大投入,封测产业呈现了美、台、中国大陆三足鼎立的现状。

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2013年~2016年全球主要封测代工国家市占率变化

具体到公司上来看,和其他半导体领域一样,也出现了产业集中的现状,根据集邦科技统计,日月光去年在全球半导体封测业市占为18.7%,与矽品结合后,市占将达28.9%;艾克尔去年全球占率11.3%,通富微电市占为1.4 %。


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全球半导体封测业市占(2015)

芯片封装(Package)行业, 这是一个技术和劳动力密集产业,在半导体产业链中是劳动力最密集的。

参考台湾本土半导体产业链中的联发科、台积电、日月光和矽品的人均创造营收指标, 可以看出,专注于技术的 IC 设计行业人均创造营收大约是圆晶制造行业的 3 倍左右,大约是封测行业的 10 倍左右。技术和资本密集的晶圆制造环节人均创造营收大约为芯片封装环节人均创造营收的 3 倍左右。半导体产业这两个中下游的环节在人力成本上具有显著区别。

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封装是半导体产业的劳动密集行业

除了产业集中化之外,封测产业,尤其是在封装领域也出现了技术的进化,给半导体封测厂商带来新的挑战。

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半导体封装的演进路线

从封装的演进史上看,半导体封装每十年有一次技术的转变,而这些转变的驱动力则来自电子产品的高效能与教书的需求。

自上世纪90年代起,主流的封装技术则多集中在高脚数形态的BGA以及较小尺寸的CSP封装技术,而存储应用方面,则以薄型化的TSOP为多。随着智能设备的推进,未来的封装将会集中在3D IC上,而台积电引领的WLP封装,还有苹果正在推动的SIP封装,也都是下一代封装的重要节点。

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扇入型晶圆级封装在整个半导体市场中的份额

就从最新发布的苹果iPhone 7上的A10处理器用到的扇出型先进封装(Fan-Out WLP)来看,,据数据显示,2014年FIWLP市场规模为53亿美元,2014-2020年复合年增长率为7%;等效300mm晶圆数量将达到400万片,复合年增长率为8%;而封装器件出货量为360亿颗,复合年增长率为9%,如图2所示。过去几年中,相比模拟、混合信号和数字IC,MEMS和CMOS图像传感器逐步占据更多的市场份额。

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FLWLP出货量预测

而扇出型封装的技术也在持续演进。

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FIWLP技术路线图

而苹果介绍手表的时候,提到的SIP封装,也是封装的另一个重点。市调机构预估,2015年全球SIP(系统级封装)模块数量可达105亿个,总值达250亿美元。预期到2018年,全球系统级封装模块数量可达150亿个,市场规模高达400亿美元,年复合成长率达到13%。

中国电子市场越来越大,国家对半导体的重视的,自主可控等多重因素下,中国半导体企业正在全力投身于构建属于自己的的封测产业版图。能否随着新技术的兴起,紧盯WLP、SIP和3D IC等新封装需求,巩固原有封装市场,夯实中国半导体产业链基础,就成为封测从业者考虑的首要问题。

大踏步前进的中国封测产业

为了争取在封测产业建立自己的地位,中国企业正在采用各种方式进攻半导体封测。

从公开新闻中我们可以看出,自从2014年开始,中国大陆全力进攻半导体封测产业,其中长电科技主导收购了星科金朋;华天科技收购了美国 FCI;通富微电收购了苏州AMD和马来西亚槟城AMD各85%股权;同方国芯认购台湾力成和南茂增发股份后获得两家公司各25%股份。

其中主要集中将精力集中在通富微电和江苏长电。

江苏长电科技股份有限公司是由江阴长江电子实业有限公司整体变更设立为股份公司,是著名的分立器件制造商,集成电路封装生产基地,并名列中国电子百强企业之一,也是国家重点高新技术企业和中国自主创新能力行业十强,为中国大陆封测业龙头。

当中以江阴长电先进封装有限公司最为显著。这是是由江苏长电科技股份有限公司和新加坡APS公司共同投资建立的合资公司,成立于2003年8月。 主要着力于半导体芯片凸块(wafer bumping)及其封装产品WLCSP、FCOL、FCOS、TCP/COF及COG……的开发、制造和销售,现已具备大批量生产能力。从营收上看,芯片封测占约98%;芯片销售占约2%。

2014年11月5日,宣布向台星科母公司星科金朋(新加坡)发出不具法律约束力收购提议,金额7.8亿美元,但不包括星科金朋在台两家子公司。 星科金朋(新加坡)为全球排名第四大封测厂,在韩国、大陆、新加坡、马来西亚、台湾设有厂区,提供凸块、FC-CSP、FC-BGA、WLP、Fan-out等先进封装服务。 收购后,长电将取得星科金朋WLP、Fan-out、3D封装等技术;星科金朋则可扩展大陆市场的布局。

南通富士通微电子(Nantong Fujitsu Microelectronics Co., Ltd.;通富微电)成立于1994年,2007年在深交所上市,总部在江苏省南通市,现有员工4000多人,专营从事集成电路封装、测试。由南通华达微电子与富士通(中国)合资成立,分别持股31.09%、21.38%。主要客户包括:联发科、瑞昱、大中积体、华为(海思)、中兴通讯、展讯、联芯、锐迪科、国民技术、国科等。

通富微电先前已有积极扩张动作,去年以3.7亿美元,收购美国电脑中央处理器大厂超微(AMD)位于苏州及马来西亚封测厂,今年若再并购安靠,将超越江苏长电,成为大陆半导体封测业龙头,全球排名也窜升至第二,进逼龙头厂日月光。

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近年来中国大陆封测产业的并购


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中国大陆扶植的半导体封测产业的观察

经过了一系列的合纵连横之后,中国封测产业取得了长足的进步。

2014年,中国大陆的封测产值中91%是外资及合资的,中国封测厂长电+天水华天+南通约占总产值的9%。而长电在兼并了星科金朋之后,市占率提升,并扩展了其在美洲与欧洲的个人电脑和通信等市场,营收也跃升全球第四。

受益于国家政策的强力支持和内需市场的快速拉动,并在收购的多重影响下,我国集成电路封测业持续快速发展,在全球半导体封测业领域,仅次于中国台湾和日本,位列第三,据中国半导体行业协会发布的统计数据,2015年我国集成电路封测业的销售规模1384亿元,同比增长11.7%。而2015年我国封装测试业占整个IC产业的比重为38.30%,继续在产业链结构中位居第一位。

而近10年来,中国半导体电子封装行业成长尤为迅速,电子封装企业总数由2001年的70余家,发展到目前的330余家,销售额已经占据半导体产业的一大半。

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2011—2015年中国IC产业结构

发展到2016年,全球封测产业瞬间变成矽品日月光、安靠和长电科技三强鼎立的结构。继长电集团成功购并星科金朋(STATS-ChipPAC)后,日月光、矽品也终于完成结盟动作,全球封测产业链正不断搜括天时、地利及人和优势下,安靠最后是否会答应通富微的高价被并,已成为全球封测产业链的新话题,且最终会影响封测产业的走势。

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2015年中国十大半导体封测企业排名

总结

从中国半导体封测产业的发展方向上来看,和其他半导体领域一样,依然是先求有,后求进步。通过国家投资基金、政策扶持和并购等,构建产业园。从收购相对比较弱小的封测厂,找到了入门全,然后通过全力扶持国内的某一两家企业,在技术方面推动。

而从芯片的封装走势上看来,电子系统或电子整机正朝多功能、高性能、小型化、轻型化、便携化、高速度、低功耗和高可靠方向发展。也就是说,上述的兼并重组只是手段,目的是推动中国封装产业和技术走向高端领域。外资圈人士直言,台湾日月光、矽品技术领先,保守估计仅有二年。例如在5G带来的新封装需求;后摩尔定律时代的封装要求;物联网等新兴半导体市场带来的需求;国际整并购带来的挑战(如矽品和日月光合并)。尤其在面对台积电等的FOWLP等晶圆级封装时,如何跟进并整合领先优势,就成为中国半导体的未来发展方向。

 

 
 
 
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