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
ChYesmc
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
ChYesmc
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。
