經過瘋狂的2016，中國半導體業產業邁入新階段

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半導體是許多工業整機設備的核心，普遍應用於計算機、消費類電子、網絡通信、汽車電子等核心領域。

半導體主要由四個組成部分組成： 集成電路(約占 81%)，光電器件(約占 10%)，分立器件(約占 6%)，傳感器(約占 3%)， 因此通常將半導體和集成電路等價。

集成電路按照產品種類又主要分為四大類：微處理器(約占18%)，存儲器(約占 23%)，邏輯器件(約占 27%)，模擬器件(約占 13%)。

世界半導體的產品結構

半導體是需求推進的市場，在過去四十年中，推動半導體業增長的驅動力已由傳統的 PC 及相關聯產業轉向移動產品市場，包括智慧型手機及平板電腦等，未來則可能向可穿戴設備、 VR/AR 設備轉移。

需求推動半導體產業的發展

經濟景氣度越高，消費者就會越肯花錢在智慧型手機、個人電腦等電子系統上，連帶為半導體市場帶來成長動力，從 IC insights 數據可以看出， 全球 GDP 成長率與半導體市場的成長率關聯性十分密切。

1990~2014 年半導體市場增速和全球 GDP 增速

受宏觀經濟因素的影響， 全球半導體元器件需求不振。

根據 SIA 公布的數據，2015 年全球半導體市場銷售額為 3352 億美元，同比下降了 0.2%。

全球半導體市場下滑的主要原因是 PC 銷售下降和智慧型手機出貨增速放緩。

根據 IDC 統計， 2015 年全球 PC 和平板出貨量同比下降約 10%，而智慧型手機的增速從 2014年 27%降至 10.13%。

與之前相對應的是中國半導體市場依舊保持較高景氣度， 半導體市場規模達到1649 億美元，同比增長 6.1%，成為全球為數不多的仍能保持增長的區域市場。

全球與中國半導體市場規模和增長情況

但與飛速增長的中國半導體規模不匹配的是，中國半導體自給率太低。

這就把中國的咽喉暴露在所有人面前。

2015 年中國半導體市場規模達到 1649 億美元， 不過自給率僅為 13.5%左右。

為改善供需

失衡的問題， 國務院發布《國家集成電路產業發展推進綱要》， 募集超過 1300 億元資金， 改善大陸半導體業在擴充先進位程產能以及國際併購時資金不足的問題。

目前已投資了包括紫光集團、中芯國際、長電科技、中微半導體、 艾派克等半導體產業鏈公司.

後續更頒布了一系列的方針政策，扶持中國半導體的建設。

中國半導體自給率低

我們知道，中國目前與國際半導體產業強國在產業機構、創新環境等方面還有較大差距，不可能一步跨入「第一集團」行列， 根據《中國製造 2025》 的規劃， 未來中國將沿著「產業鏈整合、技術鏈升級、價值鏈提升」的道路發展，分階段地在企業實力、技術水平和市場能力方面夯實基礎，積累實力，實現中國半導體產業的持續健康發展。

中國半導體產業的發展路線

IC設計發展迅猛

大致上看，集成電路產業鏈可以大致分為電路設計、晶片製造、封裝及測試三個主要環節。

集成電路生產流程是以電路設計為主導，由集成電路設計公司設計出集成電路，然後委託晶片製造廠生產晶圓，再委託封裝廠進行集成電路封裝、測試，最後銷售給電子整機產品生產企業，其中製造與封裝過程中，需要利用許多高精設備和高純度材料。

中國半導體產業界現在已經從各個方位布局，推進半導體建設。

集成電路產業鏈

一、中國積極布局Fabless

集成電路是電子信息產業的基石， 而 IC 設計作為集成電路產業鏈上游， 是最具創新的重要環節，具有高投入、高風險、高產出的特點。

一般而言， IC 設計大致分為以下五個主要步驟：

（一） 規格制定： 客戶向晶片設計公司提出的設計要求，包括晶片需要達到的具體功能和性能方面的要求。

（二） HDL 編程：使用硬體描述語言（VHDL， Verilog HDL）將實際的硬體電路功能通過 HDL 語言描述出來模塊功能以代碼來描述實現。

（三） 邏輯綜合：邏輯綜合的結果就是把設計實現的 HDL 代碼翻譯成門級網絡。

（四） 仿真模擬： 仿真模擬檢驗編碼設計的正確性，看設計是否精確地滿足了規格中的所有要求。

設計和仿真驗證是反覆疊代的過程，直到驗證結果顯示完全符合規格標準。

（五） 布線：即普通信號布線了，包括各種標準單元（基本邏輯門電路）之間的走線。

IC設計流程

而中國正在積極布局 fabless。

從銷售額來看， 中國晶片設計業持續高速增長， 產值由2004 年 82 億元逐年成長至 2015 年 1325 億元， 2004~2015 年複合成長率達29%。

集成電路設計業銷售額（億元）

根據 TrendForce 研究統計顯示， 由於強大的市場購買力與自有品牌不斷茁壯，自 2009 年以來， 中國 IC 設計業產值在全球市場的占有率逐步攀升，從 2009 年的 7.1%迅速上升到 2015 年的 18.5%。

fabless 2009~2015 產值表現

IC Insights數據顯示中國的 fabless產業成長顯著，2014年全球前五十大 fabless供應商排行榜上有九家中國公司，分別為海思、展訊、大唐、南瑞智芯、中國華大、中興、瑞芯、銳迪科、全志、，而 2009 年只有海思一家公司上榜。

大陸業者進入全球 50 大 fabless

與此同時，諸多中小型 IC 設計公司也是帶動中國 IC 設計產業成長的重要原因。

中國 IC 設計公司從 2000 的 98 家快速增加至 2014 年 664 家， DIGITIMESResearch 預估，十三五規劃期間， 中國 IC 設計公司將有機會超過 1000 家。

（根據魏少軍教授在2016年的ICCAD上的發言，中國的IC設計公司截至2016年底，已經超過了1300家）

中國IC設計公司的數量

我國目前 IC 設計過度依賴通信晶片。

在通信、智慧卡、計算機、多媒體、導航、模擬、功率和消費電子等 8 個領域中， 通信晶片設計領域由於其良好的成長性和巨大的市場容量占據 50%市場容量， 而其他領域產業規模較小。

IC設計產業結構

現階段中國 IC 設計企業仍然相對弱小。

2015 年，中國最大的 IC 設計企業海思半導體的銷售收入僅為全球第首位 IC 設計企業 Qualcomm 銷售收入的 1/5， 前十大 IC 設計企業銷售收入僅為全球前十大 IC 設計企業 1/7。

二．IP嚴重依賴國外

IP （Intellectual Property）核是指集成電路設計中預先設計、驗證好的功能模塊，由於性能高、功耗低、技術密集度高、智慧財產權集中、商業價值昂貴，是集成電路設計產業的最關鍵產業要素和競爭力體現。

隨著 SOC(System on Chip，晶片級系統)的興起，「 購買 IP 核+自研 SoC」已成為 IC 設計的主流模式， 全球各企業對 IP 核的數量、質量和服務的需求不斷增加。

從 2013 年全球十大半導體 IP 供應商排行榜來看， 66%的營收集中在全球前三大 IP供應商處。

其中 ARM無庸置疑是全球 IP核龍頭企業，市占率為高達 43.2%，而排名第二的 Synopsys 與排名第三的 Imagination Technologies ，市占率分別為 13.9%與 9%。

2013 全球 IP 廠商排名

據 Gartner 統計， 2013 年全球 IP 核的銷售額超過 24 億美元。

Markets andMarkets 預計 2017 年全球 IP 市場營收將達 57 億美元。

在中國市場，中國矽智慧財產權交易中心統計 2013 年中國 IP 核市場規模約為 2 億美元，約占全球市場份額的 10%， 不過需求嚴重依賴外部供給， 85%以上為國外供應商提供。

目前，國內 IC 設計公司購買 IP 核的支出相當高。

根據 CSIP 統計，近半數企業採購 IP 核的支出占項目總預算的比例在 20%以下， 38.7%的企業的 IP 核採購支出占預算的比例在 20%-40%，而未使用第三方 IP 核的比例占到近 10%。

三、中國兩大 IC 設計龍頭：海思，展訊

海思半導體： 中國 IC 設計龍頭。

海思半導體成立於 2004 年 10 月，前身是華為集成電路設計中心。

海思的業務包括消費電子、通信、光器件等領域的晶片及解決方案， 已成功應用在全球 100 多個國家和地區。

經過數年的快速發展，海思半導體成長為中國本土最大的集成電路設計企業，2016 年銷售收入預計達 39.78億美元， 排名中國 TOP1， 世界 TOP6。

海思半導體銷售收入（百萬美元）

目前， 海思半導體的移動智能終端晶片全面應用於華為的整機產品，整體性能比肩國際的同類產品水平。

與此同時， 海思通過獨立運作的商業模式， 將逐步實現對外運營，供應非華為手機， 發展成為一家專業、 全球性的晶片供應商。

展訊通信，聚焦手機晶片： 展訊通信成立於 2001 年 4 月， 始終致力於智慧型手機、功能型手機及其他消費電子產品的手機晶片平台開發，產品支持 2G、 3G 及 4G無線通訊標準。

2014 年展訊被紫光集團私有化後與銳迪科合併，變成了紫光的晶片事業部。

展訊發展史

2015 年展訊通信在全球移動晶片的出貨量達 5.3 億片，占全球基帶晶片市場的22%，排在高通（38%）和聯發科（26％）之後位列全球第三。

回顧 2011 年，展訊全球移動晶片的出貨量僅 2.1 億，僅占全球基帶晶片市場的 10％。

僅僅五年時間，展訊實現了晶片出貨量 250％的增長，從全球市占率 10%迅速增長到22%。

Foundry亟待騰飛

前面提到，集成電路設計之後，就要經過製造，這就是Foundry的任務，台灣的台積電及時全球Fab中的佼佼者。

根據財報資料顯示，台積電2016 年營收來到9479.4 億元，距離兆元大關僅一步之遙，較2016 年增加12.4%，而稅後純益達到3,342.47 億元，也較2015 年成長9% 的比例，每股EPS 12.89 元，再創歷史新高紀錄。

2010-2015 年全球半導體代工市場（億美元）

受益於政策扶持和國內相對高的經濟增速， 2015 年中國晶圓製造業增速達到了26.5%，比 2014 年的增速高出了 8 個百分點，銷售額 900.8 億元。

大陸 IC 製造產值(億元)

大陸晶圓產能大幅提升，台積電在南京新建一座 12 寸廠， 聯電與力晶分別在廈門與合肥的 12 寸工廠已經動工，格羅方德也表示要在重慶建廠，算上中芯的話，全球前四大純代工廠都計劃在大陸擴大產能。

晶圓代工廠在大陸的情況

根據 SEMI 的統計，全球在 2016 年與 2017 年將開始興建的晶圓廠至少有 19座，其中有半數以上都是在中國。

2016&2017 年新建生產線

國際晶圓代工巨頭紛紛布局大陸市場， 國內自主晶圓代工產業發展卻不容樂觀。

相較於集成電路產業鏈中設計業不斷利好政策出台，晶圓製造環節由於資本支出高， 回報周期長受到忽視， 導致市場占有率不斷下滑，與國際先進水平差距不斷拉大。

中國晶圓代工產業市占率不斷下滑

目前，中芯國際作為國內最大集成電路晶圓製造企業，積極進行產業布局，提供0.35um 到 28nm 晶圓代工與技術服務。

憑藉先進工藝和產能實力，目前中芯國際已成為世界排名第五的集成電路代工企業。

國內前十大IC製造企業

半導體製造企業的競爭是核心技術的競爭，具體表現在創新與技術研發經費的投入上。

相比之下，我國的半導體研發投入較少。

2015 年， 三星投入 151 億美元，台積電投入 108 億美元，而中國最大半導體製造商中芯國際投入僅為 14 億美元。

要追趕國際領先的晶圓製造廠， 縮小技術差距有待大基金和社會資本的投入以及產業鏈的有效整合。

資本支出（十億美元）

一、12 寸晶圓成市場主流

晶圓直徑越大，每片晶圓能夠生產的晶片數量就越多，採用大尺寸晶圓，增加的成本並不高，但是可以大幅增加產量，從而降低單顆晶片的成本。

由於目前在450mm（18 英寸）晶圓產線發展上遇到了資金和技術的雙重壓力，半導體公司紛紛轉向 300mm 矽片也就是 12 英寸矽片。

自 2009 年起 12 英寸矽片成為全球矽圓片需求的主流(大於 50%)，預計 2017 年將占矽片市場需求 64%的份額。

全球不同尺寸矽片市場現狀及發展預測

IC insights 數據顯示全球營運中的 12 寸（300mm）晶圓廠數量持續成長，預期2016 年預期可達到 100 座。

目前全球有 8 座 12 寸晶圓廠預計 2017 年開張，到2020 年底，預期全球將有再 22 座的 12 寸晶圓廠營運，讓全球應用於 IC 生產的 12 寸晶圓廠總數達到 117 座。

12寸晶圓廠數量

被中國龐大的市場需求所吸引，全球半導體大廠包括英特爾、聯電、力晶、三星、海力士、中芯國際等均擴大在中國布局， 根據統計，在大陸興建的十二寸晶圓廠的總月產能超過 480000 片。

晶圓代工龍頭台積電南京廠投產後，大陸十二寸晶圓總月產能將超過 500000 片， 相當於台積電一半以上的產能。

大陸主要的12寸晶圓廠

二、28nm是現在最主要的工藝

根據 ITRS 路線圖的演進， 45 納米的下一代工藝節點是 32 納米，然後是 22 納米。

不過， 因為當工藝進步到 32 納米時，使用基本相同的光刻設備便可以延伸至 28 納米， 密度更高、電晶體的速度提升了約 50%， 但成本基本相同， 與 20/22納米相比， 28 納米具有 1.5-2 倍的成本優勢。

因此，綜合技術和成本等各方面因素， 28 納米都將成為未來很長一段時間內的關鍵工藝節點。

2011 年第四季度，台積電首先實現了 28 納米工藝的量產。

隨後，三星於 2012年、格羅方德於 2013 年第四季度、聯電於 2014 年第二季度、中芯國際於 2015年第三季度分別實現 28 納米工藝的量產。

截止 2014 年底，台積電是目前全球28 納米市場中的最大企業，占全球 28 納米代工市場份額的 80%。

國際主流晶圓製造廠 28 納米工藝量產進程

隨著 28 納米工藝技術的成熟， 28 納米工藝產品市場需求量呈現爆髮式增長態勢：從 2012 年的 91.3 萬片到 2014 年的 294.5 萬片，年複合增長率高達 79.6%，並且這種高增長態勢將持續到 2017 年。

之後隨著 14/16 納米工藝技術的逐漸進步，28 納米產品的市場需求量將會出現小幅下滑。

全球 28nm 工藝產品年需求量（千片）

2015 年至 2016 年， 28 納米工藝主要應用領域為手機應用處理器和基帶。

2017年之後， 28 納米工藝雖然在手機領域的應用有所下降，但在其它多個領域的應用則迅速增加，如 OTT 盒子和智能電視等應用領域市場的增長速度較快。

預計2019 年至 2020 年，混合信號產品和圖像傳感器晶片也將會規模採用 28 納米工藝。

28nm工藝在各市場的份額預測

國家已將推動晶片國產化上升至國家安全的高度，並頒布多項與集成電路製造相關的政策。

這些政策也將有力推動我國晶圓製造業向先進位程的演進步伐。

封裝測試——中國半導體產業鏈最強音

封裝測試是半導體生產流程的重要組成部分之一。

封裝是保護晶片免受物理、化學等環境因素造成的損傷，將晶片的 I/O 埠聯接到印製電路板(PCB)、玻璃基板等，以實現電氣連接，確保電路正常工作的工藝步驟。

測試主要是對晶片、電路以及老化後的電路產品的功能、性能測試。

封裝工藝的基本流程為：矽片減薄、矽片切割、晶片貼裝、晶片互連、成型技術、去飛邊毛刺、切筋成型、上焊錫、打碼等工藝。

封裝工藝流程

封裝大致經過了如下發展進程：

結構方面： TO－>DIP－>PLCC－>QFP－>BGA －>CSP；

材料方面：金屬、陶瓷－>陶瓷、塑料－>塑料；

引腳形狀：長引線直插－>短引線或無引線貼裝－>球狀凸點；

裝配方式：通孔插裝－>表面組裝－>直接安裝

封測業在集成電路產業鏈中，相對技術和資金門檻較低，屬於產業鏈中的"勞動密集型"。

由於我國發展集成電路封測業具有成本和市場地緣優勢，封測業相對發展較早。

隨著長電科技收購星科金朋，南通富士通收購 AMD 封裝工廠等一系列整合，以及長電科技、通富微電、天水華天與晶圓代工線的戰略聯盟，使得國內封測業無論是產業規模還是最新的封裝技術都上了一個台階。

2015 年統計數據顯示國內集成電路產業的銷售收入規模為 1384 億元，比 2014年的 1047 億元增長 32%，在集成電路設計、晶片製造和封裝測試三大產業中，封裝測試業的規模仍然保持最大，占到 38.34%。

全球主要國家封測業市占率變化顯示台灣封測廠商在技術與產能領先的狀況下，表現優於全球市場表現;與此同時， 中國大陸在政府政策及本土市場快速發展的驅動下，再加上購併效益，其封測市占率快速提升，從 2013 年 8%迅速上升至2015 年的 15%。

2013 年～2016 年全球主要國家封測業市占率變化

自 2014 年起，大陸多家封裝企業開展了一系列的境外併購。

隨著國內封測企業海外市場的不斷拓展，產業鏈合作加強，中國集成電路封測產業已初具國際競爭力。

國內封測產業海外併購案例

國內排名第一的半導體封測企業長電科技，通過收購新加坡星科金朋公司，躋身世界半導體封測行業前三位， 2015 年銷售額實現 92.2 億元。

國內前十大封測企業

一、先進封裝市占率上升

如今器件小型化、高性能以及降低成本發展趨勢對於產品封裝提出了更為嚴格的市場需求， 隨著技術進步， 業內提出了晶圓級封裝（包括 Fan-Out WLP、 Fan-InWLP）、 Flip Chip 和 2.5D/3D 等先進封裝解決方案。

封裝技術演變

晶圓級封裝（WLP）： 是整片晶圓生產完成後，直接在晶圓上進行封裝測試，完成之後才切割製成單顆 IC， 封裝後的晶片尺寸等同晶粒原來大小。

傳統的 WLP多採用擴散型晶圓級封裝（Fan-in WLP），但是伴隨 IC 信號輸出的接腳數目增加，衍生出擴散型晶圓級封裝（Fan-out WLP）。

Fan-Out WLP 與 Fan-In WLP 結構比較

倒裝晶片 Flip Chip： 傳統封裝採用將晶片的有源區面朝上，背對基板鍵合， 而倒裝晶片將有源面朝下，與基板布線層直接鍵合。

2.5D/3D： 是把不同功能的晶片或結構，通過堆疊技術，使其在垂直方向上形成立體集成和信號連通。

受益於 Fan-Out WLP 和 2.5D/3D 的大量應用，以及 Fan-In WLP 和 Flip-Chip的穩步增長，Yole 預測，先進封裝市場營收將從 2014 年 192 億美元增長到 2020年的 317 億美元，複合年增率為 8%。

先進封裝目前占據整個封裝市場的 38%市場份額，預計 2020 年將增長至 46%。

2014-2020 年先進封裝營收預測（十億美元）

據不完全統計， 在國內布局的封測企業中， 17 家涉及先進封裝領域，半數是中國企業。

中國主要的封測廠商包括長電科技、華天科技、通富微電和晶方半導體都具有先進封裝能力。

中國先進封測企業分布

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