全球半导体产业现状分析

2014-03-22杨宏强

电子与封装 2014年10期

关键词：代工半导体设计

杨宏强

（三星电机上海分公司，上海 200336）

全球半导体产业现状分析

杨宏强

（三星电机上海分公司，上海 200336）

半导体是一种重要的电子元器件，半导体产业是衡量一个国家或地区技术水平的重要标识之一。基于此，首先阐述并理清了半导体、半导体产业和半导体封测相关的基本概念（定义、功用、制作流程）。之后，详细分析了半导体、封测产业的特点（商业模式、进入壁垒），全球半导体、封测产业的整体状况以及半导体前20强公司、封测前10强公司的运营现状。最后，从半导体产业特点、分工及转移角度给出了分析结论：半导体、封测代工产业不易进入；封测代工业能长期保持小幅增长；发展中国家、地区应该优先发展封测业。

半导体；封测；产业特点；全球顶尖公司；现状分析

1 半导体、半导体封测的概念

1.1半导体

半导体（器件）是指导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件。半导体是一种重要的电子元器件，广泛应用于消费类电子、通讯、精密电子、汽车电子、工业自动化等产品中，它是电子信息产业的基础（在电子元器件中半导体产值约占30%～40%，在电子产品整机中约占10%～20%），是衡量一个国家或地区技术水平的重要标识之一。

根据CSIP（中国电子工业科学技术交流中心）的数据，半导体产品包括四类产品：集成电路（2470.7亿美元，占82%）、光电器件（230.9亿美元，占8%）、分立器件（213.9亿美元，占7%）、传感器（79.7亿美元，占3%）。通常人们把集成电路等同于半导体（本文中的半导体也专指集成电路，后文也将以此展开论述）。集成电路又可分为四类：微处理器（652.0亿美元，占26%），存储器（607.5亿美元，占25%），逻辑器件（787.8亿美元，占32%），模拟器件（423.4亿美元，占17%），参见图1[1]。

图1 2011年全球半导体产品构成

1.2半导体产业

半导体的制作技术复杂，资金投入巨大，产业链长，结构专业化高，属典型的技术、资金密集型产业。一般将半导体产业分为半导体设计业、半导体制造业和半导体封测业三个子产业群。

半导体的制作流程一般为：半导体设计→半导体制造→封测，具体制作流程参见图2。

图2 半导体制作流程

有时，在考虑半导体产业链时，会将最上游的设备、原材料等厂商计入在内，称为泛半导体产业链。图3是全球泛半导体产业链产值分布图，包含材料、设备、EDA、IP/服务（知识产权供应商，收取基本授权费和版税）、半导体设计、半导体制造、封装测试、IDM集成器件制造。从图3可以看出，2011年全球泛半导体产业链产值约4468亿美元[1]。

图3 泛半导体产业链

1.3半导体封测

半导体封测包含封装和测试。封装是指将通过测试的晶圆加工得到独立芯片的过程。具体来看，半导体封装的功用有：保护芯片，使芯片免受周围环境的影响；增强导热性能；实现电气和物理连接、功率分配、信号分配，使芯片内部与外部电路连接。测试是对封装后的产品进行性能测试以确保其功能的完整性，一般包括直流特性、交流特性或Timing特性、逻辑功能等的测试。

半导体封装有多种形式，按材料分为金属封装、陶瓷封装、金属-陶瓷封装、塑料封装，按密封性分为气密性封装、非气密性封装，按外型/尺寸/结构分为引脚插入式（SIP、DIP、PGA类）、表面贴片式（SOP、QFP类）、表面封装式（BGA类）等。

BGA类封装技术含量相对较高，常见的封装形式有BGA、FBGA（CSP）、SiP、MCM、MCP、FCCSP、FCBGA、3D（PoP、TSV）、WLP等。其一般的封测过程为：来自晶圆前道工艺的晶圆（Wafer）通过划片工序后，被切割为小的晶片（Die），然后将切割好的晶片用胶水或者Film贴装到相应的载板Substrate（或引线框架Lead Frame）上，再利用超细的金属导线（金、铜等）或导电性树脂将晶片的接合焊盘（Bond Pad）连接到载板（或引线框架）的相应引脚（Lead），并构成所要求的电路（倒芯片封装技术则用焊料凸点相连）；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后，进行如后固化（Post Mold Cure）、切筋和成型（Trim & Form）、电镀（Plating）以及打印等工艺。封装完成后进行成品测试，通常经过入检（外观检查）、测试（性能测试）和包装等工序，最后入库出货。

与半导体封装和测试技术和产品相关的材料、设备、器件和应用终端产业链统称为半导体封测产业（或半导体封测子产业）。

2 半导体产业特点及现状分析

2.1半导体产业特点

根据半导体产业的商业模式可以分为两种：IDM（Integrated Device Manufacture，集成器件制造）模式和垂直分工模式（半导体设计、半导体制造和封装测试）。1987年台湾积体电路公司（TSMC，台积电）成立前，只有IDM一种模式（自1958年TI公司开始），此后半导体产业的专业化分工成为一种趋势。

根据各厂商的具体功能可以细分为：IDM（涉及半导体整个产业链，从半导体设计、制造直至最后的封测，如英特尔、TI、东芝等）、Fabless半导体设计商（专注于半导体设计，也称作芯片设计，如高通、博通、联发科等）、Foundries半导体制造商（专注于半导体制造，常称作晶圆制造代工，为Fabless和IDM （委外订单）提供代工服务，如台积电、联电、中芯等）、Packaging（Assembly and Test）封装测试商（专注于封装与测试，也称作封测代工OSAT，为Fabless和IDM（委外订单）提供封测服务，一般封装约占封测总产值的80%，测试约占20%，如日月光、安靠、矽品、星科金朋等）、多元化制造商（从事以上两种及以上业务，如三星电子，它既是IDM，又从事晶圆代工）。各厂商的进入壁垒、市场风险与收益、风险抵御能力如图4所示[2]。

图4 各厂商进入壁垒、市场风险与收益、风险抵御能力对比（资料来源：兴业证券，2008年12月）

根据IC Insights（2014年5月）的报告，近15年来半导体设计业在全球半导体市场的比例持续上升，已达到29.2%，具体参见图5[3]。由于半导体设计商与IDM直接面对客户，二者之间竞争异常激烈。相对而言，IDM具有品牌优势（如英特尔）或电子终端品牌（如三星、松下、索尼等），半导体设计商只能捕捉市场热点迅速推出新产品或提供差异化产品成为细分行业龙头[2]。

图5 1999—2013年半导体设计在全球半导体市场的比例（数据来源：IC Insights，2014年5月）

2.2半导体产业现状分析

关于半导体产业的现状，可以选取半导体顶尖公司的现状进行分析。根据HIS的统计数据，2013年全球半导体产值为3181亿美元，比2012年增长了5%，主要是由于智能手机处理器转换至28 nm和20 nm技术，及内存芯片的大量需求，有效扭转了行业的发展颓势（2012年比2011年下降了2.4%）。另据美国半导体产业协会（SIA）的统计数据，2013 年全球半导体产业产值增长了 4.8%，美国地区增长了 13%，亚太地区增长了 7%，欧洲地区增长了 5.2%，日本则下降 15%。表1是近两年全球半导体公司营收20强。

从表1、表2可以看出：

（1）半导体产业的集中度较高，2013年20强占到全球半导体总产值的74.1%，CR4为37.6%，CR8为53.6%，为低集中寡占型（40%≤CR8≤70%），但若考虑各公司具体产品的应用市场，应属极高寡占型（如微处理器、存储器等的市场）。

（2）全球半导体产业的重镇在美国。具体来看，美国公司入选数量最多，总产值最高，且保持了一定的增速；韩国、中国台湾、日本、欧洲各有2~4家公司入选，中国内地尚无公司进入。韩国和中国台湾的公司增速较快，欧洲公司表现一般，日本公司则处在衰退中。从表2中b/a值可以看出：韩国半导体公司的平均规模最大，其次是美国，中国台湾和日本公司平均规模相当，欧洲平均规模最小；韩国和美国公司的平均规模也超过20强的平均规模；根据平均名次可以看出：韩国、美国的公司平均排名靠前，中国台湾的公司平均排名偏后。

（3）IDM公司在20强中有12家（60%），产值占20强总产值的71.2%，平均年增长率4.3%；半导体设计公司在20强中有4家（20%），产值占14.9%，平均年增长率18.7%；半导体制造代工公司在20强中有3家（15%），产值占11.9%，平均年增长率13.7%；封测代工公司在20强中有1家（5%），产值占2.0%，年增长率10.3%；这说明IDM公司在全球半导体公司中仍居于主导地位，其平均规模超过半导体设计、制造代工、封测代工公司（71.2%/60%=118.7%），但其成长性不及半导体设计和制造代工、封测代工公司。

表1 2012—2013年全球半导体公司营收20强（按公司归属地，单位/ 亿美元）

表2 2013年全球半导体营收20强公司分析（按公司归属地，单位/ 亿美元）

3 半导体封测子产业特点及现状分析

3.1封测子产业特点

3.1.1 全球封测业概况

根据Gartner（2014年4月）的数据，2013年全球半导体封测子产业总产值500亿美元，IDM和封测代工（OSAT）各占一半（封测代工的年增长率2.3%），具体参见图6[4]。预计到2018年封测子产业总产值630亿美元，封测代工产值将达到330亿美元，其市场份额将进一步上升，达到52%。

图6 全球IDM和封测代工产值、市场份额比较（数据来源：Gartner，2014年4月）

3.1.2 封测业特点

关于半导体设计、制造代工、封测代工业之间的比较，可参看图4各厂商的进入壁垒、市场风险与收益、风险抵御能力对比。从图4可以看出：封测无论技术壁垒、资金壁垒、市场收益与风险、面临的风险、抵御风险的能力都处于较低的地位。

选取两个典型指标再进行观察：研发投入率、人均产出，参见图7、8[5]。从图7可以看出，在全球3家龙头半导体公司中（选择以高通为代表的半导体设计公司、以台积电为代表的半导体制造代工公司、以日月光为代表的封测公司），半导体设计公司的研发投入率最高，封测代工公司的研发投入率最低。从图8可以看出，在半导体产业成熟度较高的中国台湾半导体产业链中（选择以联发科为代表的半导体设计公司、台积电为代表的半导体制造代工公司、日月光为代表的封测公司），半导体设计公司的人均产出最高（2007—2009年约是半导体制造代工公司的3倍，是封测代工公司的10倍），封测代工公司的人均产出最低。

图7 高通、台积电、日月光研发投入率比较图（数据来源：华泰证券，2011）

2012年，高通的研发投入率为20%、台积电为8%、日月光为5%，封测代工公司的研发投入率仍低于半导体制造代工公司和半导体设计公司。

2012年，联发科的人均产出为14.2百万新台币/人、台积电为13.6百万新台币/人、日月光为3.4百万新台币/人，封测代工公司的人均产出仍低于半导体制造代工公司和半导体设计公司。

图8 联发科、台积电、日月光人均产出比较图（数据来源：华泰证券，2011）

3.2半导体封测子产业现状分析

关于封测子产业的现状，同样选取封测顶尖公司的现状进行分析。根据Gartner的统计数据，2013年全球半导体产值为250.8亿美元，比2012年增长了2.3%（2012年比2011年增长了2.1%），主要是由于半导体设计业在全球半导体市场比例的持续增长及IDM对自身封测业务的资金投入度逐渐降低。表3是近三年全球半导体公司封测代工公司营收10强[4]。

从表3可以看出：

（1）半导体封测代工业的集中度较高，2013年10强占到全球半导体总产值的65.7%，CR4为46.4%，CR8为61.0%，为低集中寡占型（40%≤CR8＜70%），且近三年在持续上升（2011年CR8为59.0%，2012年CR8为59.8%）；

（2）全球半导体封测代工业集中在亚洲地区（唯一入选的美国公司Amkor，其主要工厂也在韩国、中国内地、菲律宾、中国台湾）。具体来看，中国台湾公司入选数量最多（5家），总产值最高（占10强的57.9%，占全球的38.0%），有较低的增速（2.6%），但净利润率全球最高（2012年平均达10.7%）；美国有1家公司入选（占10强的18.0%，占全球的11.8%），增速和净利润率一般；新加坡有2家公司入选（占10强的14.1%，占全球的9.3%），增速和净利润率都不高（下降或亏损）；中国内地有1家公司入选（占10强的5.0%，占全球的3.3%），增速较高（15%），但净利润率不高（0.2%）；日本有1家公司入选（占10强的5.0%，占全球的3.3%），由于合并，故增速较快。

表3 2011—2013年全球半导体封测代工公司营收10强（按公司归属地，单位/ 亿美元）

4 结论

基于前文的分析，可以得出以下结论：

（1）产业特点：半导体属典型的技术、资金密集型产业，半导体封测代工则属技术、资金、劳动密集结合型产业。加之半导体、半导体封测代工产业的集中度都较高，故进入半导体、封测代工产业的壁垒较高，不易进入、发展、壮大。

（2）产业分工：IDM、半导体设计全球领先公司多集中在美国、韩国，半导体制造代工、封测代工多集中在中国台湾；日本半导体产业处在衰退中，中国内地尚无全球领先的IDM、半导体设计、制造代工、封测代工公司（居行业前三位）。IDM公司在全球半导体产业中居于主导地位，但其整体成长性不如半导体设计和制造代工；封测代工业能长期保持小幅增长，但整体行业净利润率不高。

（3）产业转移：半导体产业在全球进行产业转移时，最先将封测业向发展中国家、地区转移（发挥其成本优势）；发展中国家、地区在发展半导体产业时，也应该优先发展封测业（考虑到技术、资金、员工技能等因素），等积累到一定程度后再向半导体设计和制造代工、IDM延伸，这是半导体产业发展的必经之路。

[1] 芯闻参考——对集成电路产业的认识和思考[R]. 中国电子工业科学技术交流中心，2012，7.

[2] 刘亮，蒋婷婷. 遭遇景气低点，等待行业拐点——半导体行业深度报告[R]. 兴业证券，20081230.

[3] IC Insights. Taiwanese and Chinese Companies Represented Five of Eight Fastest Growing Top-25 Fabless IC Suppliers in 2013[EB/OL]. 2014-05-07. http://www.icinsights. com/news/bulletins/Taiwanese-And-Chinese-Companies-Represented-Five-Of-Eight-Fastest-Growing-Top25-Fabless-IC-Suppliers-In-2013.

[4] Gartner Market Share Analysis: Semiconductor Packaging and Test Services, Worldwide [R]. Gartner，2014，4.

[5] 姚宏光. 半导体封装行业研究报告[R]. 华泰联合证券，20110331.

[6] 各公司网站及财务报告[R].

Analysis in Current Status of Global Semiconductor and Packaging Industry

YANG Hongqiang
（Samsung Electro-Mechanics,Shanghai200336,China）

Semiconductor is a kind of important electronic components and the semiconductor industry is one of the important symbols to measure the technology level of a country or region. Based on it, the paper explains and clarifies the basic concept including definition, function and manufacturing process of semiconductor, semiconductor industry, packaging (assembly and test) and packaging industry firstly. Then, it analyzes the industry characteristics including the business model and barrier to entry of semiconductor and packaging, the whole status of global semiconductor and packaging industry, and the current status of global top 20 companies in the field of semiconductor and packaging in details. Finally, it comes to a conclusion based on the analysis in the industry characteristics, industrial division and transfer of industry in the semiconductor industry, which is that it is not easy to enter the semiconductor and packaging industry, packaging industry can increase by a small margin in the long terms, and developing country or region should give priority to the development of packaging industry.

semiconductor; packaging (assembly and test); industry characteristics; global top company; analysis in current status