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盘点国内58个封测项目产能,剖析半导体封测成本及行情趋势

盘点国内58个封测项目产能,剖析半导体封测成本及行情趋势

自去年10月8英寸晶圆厂传出涨价以来,到现在上至材料、下至设备,整个半导体产业都深陷产能危机。相信许多从业者对此类消息已经“免疫”,甚至还产生了厌恶情绪。本文不围绕“涨价”话题来展开,而是针对半导体封测的成本、供需、产能做分析,希望能给业内的朋友带来一些启示。

日前,《国际电子商情》针对8英寸晶圆产能、汽车芯片供需做了盘点和分析。在这两篇文章的基础上,我们再针对全球半导体封测的成本、市场现状及趋势做了剖析,并统计了近年来国内58个新增封测项目的产能(详见文末表2)。ChYesmc

自去年10月8英寸晶圆厂传出涨价以来,到现在上至材料、下至设备,整个半导体产业都深陷产能危机。相信许多从业者对此类消息已经“免疫”,甚至还产生了厌恶情绪。本文不围绕“涨价”话题来展开,而是针对半导体封测的成本、供需、产能做分析,希望能给业内的朋友带来一些启示。ChYesmc

芯片的成本由哪些因素决定?

一颗芯片的成本可分为硬件成本和软件成本,本文重点探讨硬件成本。ChYesmc

芯片的硬件成本大致是在裸片/封测/掩膜成本相加的基础上,再除以良率及IP专利费。IP专利费可分为一次性付清和非一次性付清两种,对于非一次性付清的模式,每片芯片所缴纳的专利费,视不同情况有不同的算法,可是固定的金额数,也可是百分比。ChYesmc

而裸片成本=晶圆成本/(每片晶圆的裸片数*良率)。在良率相同的情况下:若晶圆尺寸一样,则裸片尺寸越小,单片晶圆的营收就越大;若裸片尺寸不变,晶圆面积越大就生产芯片数量越多。因此,半导体芯片领域呈现出这样一种趋势——晶圆尺寸越来越大,IC制程越来越小。ChYesmc

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图1 全球4大晶圆代工厂2020年每片晶圆的营收金额(单位:美元) 制图:国际电子商情 数据来源:IC InsightsChYesmc

IC Insights最新数据(图1)显示,得益于7nm工艺的强劲需求及5nm工艺量产的推动,2020年台积电每片晶圆的营收达到1634美元(约¥1.06万元),而格罗方德每片晶圆的均价为984美元(约¥0.64万元)。而联华电子、中芯国际每片晶圆的价格为675美元(约¥0.44万元)和684美元(约¥0.45万元)。很明显,台积电的对先进制程工艺的追求,赋予了其更高的营收。ChYesmc

芯片尺寸越小、越薄,对工艺制程的要求就越高,工艺制程难度的大小与掩膜成本的高低正相关。从晶圆到芯片需大致经历——湿洗、光刻、离子注入、蚀刻、等离子冲洗、热处理、气相淀积、电镀、化学、机械表面处理等步骤。掩膜成本可看作是芯片加工成本与上述所需设备的折旧成本相加。ChYesmc

以40/28nm掩膜成本为例:有数据统计,40nm低能耗加工工艺的掩膜成本费约为200万美金;28nm SOI加工工艺费约为400万美金;28nm HKMG加工工艺费约为600万美金。到先进制程工艺的芯片,掩膜成本高达数亿至数十亿美金。据英特尔官方估算,其10nm制程芯片的掩膜成本至少需要10亿美金。当然,掩膜成本也会随着芯片产量的增加而有所下降。ChYesmc

封测成本占据芯片成本多大的比例?

去年11月20日,封测大厂日月光向客户发出通知称,将调涨2021年第一季封测平均接单价格5%-10%,理由是客户需求强劲导致封测产能供不应求。实际上,在这之前因IC载板涨价、导线架材料成本增加,日月光去年Q4已经针对封测新单和急单上调了20%-30%的价格。封测成本究竟在芯片成本构成中占了多大比例?ChYesmc

讨论该话题前,首先要区分不同的封装形式。当前,市面上主流的封装形式有传统封装和先进封装。其中,传统封装包括DIP、SOP、TSOP、QFP、WB BGA等;先进封装包括倒装类(FlipChip、Bumping)、晶圆级封装(WLCSP、FOWLP、PLP)、2.5D封装(Interposer)和3D封装(TSV)等。在半导体封装市场中,目前传统封装仍占主要地位,但随着芯片制程的不断缩小,未来先进封装将成为主流。ChYesmc

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图2 2025年全球封装市场规模预测(含外包和IDM) 制图:国际电子商情 数据来源:Yole DéveloppementChYesmc

据Yole Développement数据(图2)显示:2019年,全球封装市场规模为680亿美元,其中先进封装的规模为290亿美元。到2025年,全球封装市场规模将达850亿美元,年均复合增速(CAGR)约为4%,先进封装市场规模达420亿美元,CAGR为6.6%(晶圆级封装规模为55亿美元CAGR 8.9%,SiP封装规模为188亿美元,CAGR 6%)。ChYesmc

以传统封装为例:晶片在完成了光刻、蚀刻之后,接下来由各类后道制造设备来进行封装——晶片和基片、散热片堆叠在一起,最终形成带针脚和商标的CPU。封装成本一般可占到芯片硬件成本的5%-25%,不过也有个别芯片的封装成本占硬件成本的50%甚至以上。此外,封装成本也与生产芯片的数量有关,产量越大的芯片封装成本也相对更低。ChYesmc

芯片在封装的过程中,还会用到引线框架、键合丝、黏结材料、包封材料等材料。封装框架材料采用铜、银等金属,键合丝材料主要采用金、银、铜等金属,芯片固晶还采用了银浆。去年铜价、银价均有上涨,2020年3月末至今年2月底,国内铜价从每吨3.5万元上涨到每吨7万元;2020年全年,白银价格涨幅超过48%,2021年2月,白银价格接近30美元/盎司。以上均是导致封装材料成本增加的原因。

原创
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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