不能忽視的封測產業,中國正在奮起直追
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對於中國大陸的半導體產業鏈布局,包括作者在內的很多讀者都只是關注前段的設計產業和晶圓製造,而在IC產業鏈的後段封測上面,卻關注得不多。
但如果沒有完善的封測產業,前段的工作做得最好,也不能把一個符合需求的IC交付給客戶。
中國近年來在上面也做了不少的工作,助力中國半導體的發展。
封測產業在半導體中的地位
在談封測之前,我們先要來了解一下集成電路從設計到生產的整個流程。
半導體集成電路產業鏈
在半導體產業,IC產品的源頭來自IC設計,IC設計使用CAD等輔助工具,將客戶或自行開發產品的規格與功能,藉由電路設計由IC表現出來,就是如何將一片晶片的功能從邏輯設計到晶圓設計之流程。
設計好IC的電路之後,就需要投入到下一步的製造。
IC製造的流程是將晶圓廠所做好的晶圓,以光罩印上電路基本圖樣,再以氧化、擴散、CVD、蝕刻、離子植入等方法,將電路及電路上的元件,在晶圓上製作出來。
由於IC上的電路設計是層狀結構,因此還要經過多次的光罩投入、圖形製作、形成線路與元件等重複程序,才能製作出完整的集成電路。
然後就是到了文章提到的封裝測試流程。
IC封裝是將加工完成的晶圓,晶切割過後的晶粒,以塑膠、陶瓷或金屬包覆,保護晶粒以免受污染且易於裝配,並達成晶片與電子系統的電性連接與散熱效果。
而IC測試則可分為兩階段,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,以確保品質。
封裝和測試製程一般我們一般合稱封測,因為在集成電路的製造後段製程中,他們的地位同等重要。
在半導體產業鏈中的地位和市場也是不容忽視的。
根據Gartner的相關數據顯示,根據Gartner的統計和預測,2015年全球半導體封裝測試代工業的營業收入為283.12億美元,較2014年增長6.1%。
而整個2015年全球半導體營收總值達到3,337億美元,封測所占半導體比重為8.5%,但就是這不到10%的份額也是異常重要。
封裝就是給晶片穿上「衣服」,保護晶片免受物理、化學等環境因素造成的損傷,增強晶片的散熱性能,標準規格化以及便於將晶片的I/O埠連接到部件級(系統級)的印製電路板(PCB)、玻璃基板等,以實現電氣連接,確保電路正常工作;測試就是檢查出不良晶片,給客戶交付完好的晶片,這對保證半導體產業的良性發展起著重要的作用。
全球封測產業現狀
封測廠可以分成兩類,一類就是自己生產IC,並擁有自己封測廠的所謂專屬(in-house)封測廠,如NXP和TI等;另一類就是專門為IC廠作封測代工服務的專業(Subcontractor)封測廠,如矽品、日月光、安靠、力成、南茂、長電科技等都屬於專業的封測廠。
和晶圓代工一樣,目前的封測廠的領先者還是台灣。
台灣陣容市占率最高,高達55.9%,美國也是當中的重要參與者,而隨著中國大陸在封測產業的加大投入,封測產業呈現了美、台、中國大陸三足鼎立的現狀。
2013年~2016年全球主要封測代工國家市占率變化
具體到公司上來看,和其他半導體領域一樣,也出現了產業集中的現狀,根據集邦科技統計,日月光去年在全球半導體封測業市占為18.7%,與矽品結合後,市占將達28.9%;艾克爾去年全球占率11.3%,通富微電市占為1.4 %。
全球半導體封測業市占(2015)
晶片封裝(Package)行業, 這是一個技術和勞動力密集產業,在半導體產業鏈中是勞動力最密集的。
參考台灣本土半導體產業鏈中的聯發科、台積電、日月光和矽品的人均創造營收指標, 可以看出,專注於技術的 IC 設計行業人均創造營收大約是圓晶製造行業的 3 倍左右,大約是封測行業的 10 倍左右。
技術和資本密集的晶圓製造環節人均創造營收大約為晶片封裝環節人均創造營收的 3 倍左右。
半導體產業這兩個中下游的環節在人力成本上具有顯著區別。
封裝是半導體產業的勞動密集行業
除了產業集中化之外,封測產業,尤其是在封裝領域也出現了技術的進化,給半導體封測廠商帶來新的挑戰。
半導體封裝的演進路線
從封裝的演進史上看,半導體封裝每十年有一次技術的轉變,而這些轉變的驅動力則來自電子產品的高效能與教書的需求。
自上世紀90年代起,主流的封裝技術則多集中在高腳數形態的BGA以及較小尺寸的CSP封裝技術,而存儲應用方面,則以薄型化的TSOP為多。
隨著智能設備的推進,未來的封裝將會集中在3D IC上,而台積電引領的WLP封裝,還有蘋果正在推動的SIP封裝,也都是下一代封裝的重要節點。
扇入型晶圓級封裝在整個半導體市場中的份額
就從最新發布的蘋果iPhone 7上的A10處理器用到的扇出型先進封裝(Fan-Out
WLP)來看,,據數據顯示,2014年FIWLP市場規模為53億美元,2014-2020年複合年增長率為7%;等效300mm晶圓數量將達到400萬片,複合年增長率為8%;而封裝器件出貨量為360億顆,複合年增長率為9%,如圖2所示。
過去幾年中,相比模擬、混合信號和數字IC,MEMS和CMOS圖像傳感器逐步占據更多的市場份額。
FLWLP出貨量預測
而扇出型封裝的技術也在持續演進。
FIWLP技術路線圖
而蘋果介紹手錶的時候,提到的SIP封裝,也是封裝的另一個重點。
市調機構預估,2015年全球SIP(系統級封裝)模塊數量可達105億個,總值達250億美元。
預期到2018年,全球系統級封裝模塊數量可達150億個,市場規模高達400億美元,年複合成長率達到13%。
中國電子市場越來越大,國家對半導體的重視的,自主可控等多重因素下,中國半導體企業正在全力投身於構建屬於自己的的封測產業版圖。
能否隨著新技術的興起,緊盯WLP、SIP和3D IC等新封裝需求,鞏固原有封裝市場,夯實中國半導體產業鏈基礎,就成為封測從業者考慮的首要問題。
大踏步前進的中國封測產業
為了爭取在封測產業建立自己的地位,中國企業正在採用各種方式進攻半導體封測。
從公開新聞中我們可以看出,自從2014年開始,中國大陸全力進攻半導體封測產業,其中長電科技主導收購了星科金朋;華天科技收購了美國 FCI;通富微電收購了蘇州AMD和馬來西亞檳城AMD各85%股權;同方國芯認購台灣力成和南茂增發股份後獲得兩家公司各25%股份。
其中主要集中將精力集中在通富微電和江蘇長電。
江蘇長電科技股份有限公司是由江陰長江電子實業有限公司整體變更設立為股份公司,是著名的分立器件製造商,集成電路封裝生產基地,併名列中國電子百強企業之一,也是國家重點高新技術企業和中國自主創新能力行業十強,為中國大陸封測業龍頭。
當中以江陰長電先進封裝有限公司最為顯著。
這是是由江蘇長電科技股份有限公司和新加坡APS公司共同投資建立的合資公司,成立於2003年8月。
主要著力於半導體晶片凸塊(wafer bumping)及其封裝產品WLCSP、FCOL、FCOS、TCP/COF及COG……的開發、製造和銷售,現已具備大批量生產能力。
從營收上看,晶片封測占約98%;晶片銷售占約2%。
2014年11月5日,宣布向台星科母公司星科金朋(新加坡)發出不具法律約束力收購提議,金額7.8億美元,但不包括星科金朋在台兩家子公司。
星科金朋(新加坡)為全球排名第四大封測廠,在韓國、大陸、新加坡、馬來西亞、台灣設有廠區,提供凸塊、FC-CSP、FC-BGA、WLP、Fan-out等先進封裝服務。
收購後,長電將取得星科金朋WLP、Fan-out、3D封裝等技術;星科金朋則可擴展大陸市場的布局。
南通富士通微電子(Nantong Fujitsu Microelectronics Co.,
Ltd.;通富微電)成立於1994年,2007年在深交所上市,總部在江蘇省南通市,現有員工4000多人,專營從事集成電路封裝、測試。
由南通華達微電子與富士通(中國)合資成立,分別持股31.09%、21.38%。
主要客戶包括:聯發科、瑞昱、大中積體、華為(海思)、中興通訊、展訊、聯芯、銳迪科、國民技術、國科等。
通富微電先前已有積極擴張動作,去年以3.7億美元,收購美國電腦中央處理器大廠超微(AMD)位於蘇州及馬來西亞封測廠,今年若再併購安靠,將超越江蘇長電,成為大陸半導體封測業龍頭,全球排名也竄升至第二,進逼龍頭廠日月光。
近年來中國大陸封測產業的併購
中國大陸扶植的半導體封測產業的觀察
經過了一系列的合縱連橫之後,中國封測產業取得了長足的進步。
2014年,中國大陸的封測產值中91%是外資及合資的,中國封測廠長電+天水華天+南通約占總產值的9%。
而長電在兼并了星科金朋之後,市占率提升,並擴展了其在美洲與歐洲的個人電腦和通信等市場,營收也躍升全球第四。
受益於國家政策的強力支持和內需市場的快速拉動,並在收購的多重影響下,我國集成電路封測業持續快速發展,在全球半導體封測業領域,僅次於台灣和日本,位列第三,據中國半導體行業協會發布的統計數據,2015年我國集成電路封測業的銷售規模1384億元,同比增長11.7%。
而2015年我國封裝測試業占整個IC產業的比重為38.30%,繼續在產業鏈結構中位居第一位。
而近10年來,中國半導體電子封裝行業成長尤為迅速,電子封裝企業總數由2001年的70餘家,發展到目前的330餘家,銷售額已經占據半導體產業的一大半。
2011—2015年中國IC產業結構
發展到2016年,全球封測產業瞬間變成矽品日月光、安靠和長電科技三強鼎立的結構。
繼長電集團成功購併星科金朋(STATS-ChipPAC)後,日月光、矽品也終於完成結盟動作,全球封測產業鏈正不斷搜括天時、地利及人和優勢下,安靠最後是否會答應通富微的高價被並,已成為全球封測產業鏈的新話題,且最終會影響封測產業的走勢。
2015年中國十大半導體封測企業排名
編輯觀點
從中國半導體封測產業的發展方向上來看,和其他半導體領域一樣,依然是先求有,後求進步。
通過國家投資基金、政策扶持和併購等,構建產業園。
從收購相對比較弱小的封測廠,找到了入門全,然後通過全力扶持國內的某一兩家企業,在技術方面推動。
而從晶片的封裝走勢上看來,電子系統或電子整機正朝多功能、高性能、小型化、輕型化、便攜化、高速度、低功耗和高可靠方向發展。
也就是說,上述的兼并重組只是手段,目的是推動中國封裝產業和技術走向高端領域。
外資圈人士直言,台灣日月光、矽品技術領先,保守估計僅有二年。
但依然面臨不大的挑戰。
例如在5G帶來的新封裝需求;後摩爾定律時代的封裝要求;物聯網等新興半導體市場帶來的需求;國際整併購帶來的挑戰(如矽品和日月光合併)。
尤其在面對台積電等的FOWLP等晶圓級封裝時,如何跟進並整合領先優勢,就成為中國半導體的未來發展方向。
摩爾精英
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