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收藏!“集成电路产业链”最通俗易懂的一篇!

2017-07-28

IC产业有时又被称为半导体产业,由设计、制造、封测三个环节构成。

譬如,全球首屈一指的芯片设计公司高通就以“无晶圆厂”模式闻名于世。高通会将自己设计好的芯片交由其他晶圆厂(如台积电、三星)代工,再转交封测厂(如日月光)进行封装与测试。无晶圆厂模式让芯片设计公司省掉一大笔晶圆厂运营及建造成本。

那么,在IC产业链里面,各大半导体厂商都扮演何种角色?咱们今天就来好好聊一下!

两种业务模式

IC(半导体)产业目前主要有两种业务模式,一种是整合元件制造商模式(IDM);另一种是垂直分工模式,即IP核+Fabless+Foundry+封装测试厂。在台积电未成立之前,世界上只有一种IDM模式,台积电的诞生使半导体产业开始向走向分工模式。

IDM模式及其厂商

IDM厂商拥有自己的晶圆厂,能够一手包办IC设计、芯片制造、芯片封装、测试,甚至延伸到了下游电子终端。目前,全球涌现了一大批Fabless和Foundry,不过IDM仍占据主要的地位。

国外IDM厂商主要有:英特尔(Intel)、SK海力士、美光、NXP、英飞凌、索尼、德州仪器(TI)、三星(Samsung)、东芝(Toshiba)、意法半导体(ST)等。

大陆IDM厂商主要有:华润微电子、士兰微、扬杰科技、苏州固锝、上海贝岭等。

台湾IDM厂商主要有:旺宏、华邦等。

缺陷:成本高,对市场反应迟钝

一般来说,IDM厂需要雄厚的运营资本才能支撑此营运模式,故目前仅有极少数的企业能维持。

总体上,IDM的资本支出与Foundry 相当,却远高于Fabless;IDM 的研发投入占销售收入比重比Fabless 低,却要远高于Foundry。所以,一个成功的IDM 所需投入最大。

譬如,三星虽有自己的晶圆厂、能制造自己设计的芯片,然而因建厂和维护产线的成本太高,故同时也为 Apple 的iPhone、iPad 的处理器提供代工服务,就连Intel也有转向晶圆代工厂的趋势。

除了成本高以外,IDM厂另一大局限就是对市场的反应不够迅速。由于IDM企业的“体量”较大,所以“惯性”也大,因此对市场的反应速度会比较慢。

优势:利润率高,技术领先

当然,作为目前全球最为主流的一种半导体模式,IDM厂的优势还是非常明显的。

首先,IDM厂可以整合内部资源。

在IDM 企业内部,从IC 设计到完成IC制造所需的时间较短,主要的原因是不需要进行硅验证(SiliconProven),不存在工艺流程对接问题,所以新产品从开发到面市的时间较短。

而在垂直分工模式中,由于Fabless 在开发新产品时,难以及时与Foundry 的工艺流程对接,造成一个芯片从设计公司到代工企业的流片(晶圆光刻的工艺过程)完成往往需要6-9 个月,延缓了产品的上市时间。

其次,IDM厂利润率高。

在整个IC产业链,最前端的产品设计、开发与最末端的品牌、营销利润率最高,中间的制造、封装测试环节利润率较低。譬如,在美国上市的IDM企业平均毛利率是44%,净利率是9.3%,远远高于Foundry 的15%和0.3%以及封装测试企业的22.6%和1.9%。

最后,IDM厂拥有绝对领先的技术优势。

大多数IDM都有自己的IP(Intellectual Property,知识产权)开发部门,经过长期的研发与积累,企业技术储备比较充足,技术开发能力很强,具有绝对领先的技术优势。

IP核模式及其厂商

IP(知识产权)的供应商处于半导体产业的最上游,由于现在的IC设计已步入SoC(系统级芯片)时代,所以一款SoC设计的芯片内可能会包含CPU、DSP、Memory、以及各类I/O 接口等,而这些内部单元都是以IP的形式集成在一起。

由于大多数Fabless没有足够的精力和时间单独开发IP,必须借助于IP供应商的IP来加快产品设计和缩短面市时间,所以最近几年IP供应商成长很快。

目前,全球各大IP供应商主要靠授权费和版税来挣钱,设计公司一般会先购买IP技术授权费,在芯片设计完成并销售后,再按照芯片销售的平均价格向IP供应商支付一定比例的版税。

不过由于设计成本变得日益昂贵,许多IP厂开始进行商业模式变革,将由一些设计用仿真模型组成的设计套件部分(DesignKit)授权给设计公司,将GDSII部分(硬核)授权给Foundry厂商,以减轻设计公司的授权成本。

有些IP厂商还免费提供部分设计套件,设计公司前期不用花一分钱就可以完成前端设计仿真甚至后端布局布线工作,直到设计接近完成时再考虑是否需要取得商业授权来完成设计并量产,以降低设计公司的风险。

全球领先的半导体IP核供应商:ARM(被软银收购,全球最大的IP核供应商)、Synopsys、Imagination Technologies(收购MIPS科技公司) 、Cadence、Silicon Image、Ceva、Sonic、Rambus、eMemory、Vivante Corporation等。

IP供应商的困境

一般情况下,真正拥有出色或独特IP的小型IP 厂商,最终都以被并购收场。例如,MIPS 收购Chipidea、ARM收购Artisan,而Imagination Technologies最终又吃下了MIPS,这些IP厂大多都被系统厂商或者规模比自己更庞大的IP公司收购。

而且,IP 供应商的营业收入仅占IP 所产生的真实价值的一小部分,相当大的一部分IP收入,均流向了Intel(英特尔)、Qualcomm(高通)、TI(德州仪器)等拥有内部IP部门的半导体公司,他们才是真正掌握核心技术的巨头。

除此之外,大部分专业IP 厂商只能掌握中低端的IP,多数IP 因为数量巨大而很难卖出高价。

Fabless模式及其厂商

Fabless,也就是IC设计公司,没有自己的加工厂和封测厂,IC 产品的生产只能依靠专门的代工厂(Foundry)和封装测试厂商。当然,除了进行IC设计还要负责IC 产品的销售。某些Fabless 具有强大的研发实力,也拥有顶尖的IP核产品,IP 授权费和版税成为其重要的收入来源,如芯片专利巨头Qualcomm。

国外Fabless有:高通、博通、英伟达、AMD、美满电子、赛灵思、Dialog、Altera等。

中国顶尖的Fabless有:联发科(台湾)、海思、展讯、晨星半导体(台湾)、联咏科技(台湾)、瑞昱半导体(台湾)等。

Foundry模式及其厂商

Foundry(代工厂)即无芯片设计能力,但有晶圆生产技术的厂商。目前,全球Foundry模式的厂商大多聚集在亚洲,尤以中国大陆、台湾、新加坡、日本和韩国最为著名。

一般来说,Foundry 只专注于 IC 制造环节,不涉足设计和封测,不推出自己的产品,只为Fabless 和 IDM (委外订单)提供代工服务,并收取一定比例的代工费。

Foundry可以同时为多家设计公司提供代工,获利相对稳定,但仰赖实体资产,投资规模较大,且维持产线运作的费用高,从这方面来说,Foundry的进入门槛非常之高。

Foundry的客户主要有两类:一类是Fabless公司,例如Qualcomm、Nvidia、Xilinx、AMD等。另一类是IDM厂商,例如Intel,ON,ST,TI,Toshiba等。

全球顶尖的Foundry有:台积电、格罗方德、联华电子、中芯国际、力晶、华虹半导体、towejazz(以色列)、dongbu hitek(韩国)等。

封装测试厂

一块芯片的诞生大致会经历如下几个环节:设计-晶圆制造-封装-测试。封装,顾名思义就是把裸片(die)用塑料封起来,外部只留接触的pin脚。而测试,也可叫FT(final test),目的是最后出厂时保证你这个产品的性能可满足设计要求。

封装测试企业只专注于封测环节,为Fabless 或者IDM 提供封测服务,并收取一定比例的加工费。

目前,台湾封测厂无论是技术还是产能均雄踞全球之首。譬如,排名世界第一的封测大厂日月光,以及名列前茅的矽品、力成、南茂、欣邦、京元电子等均出自台湾。

不过,近年大陆本土封测厂凭借一系列并购动作,地位也迅速攀升。2014年,长电科技一举吃下了曾排名第四的新加坡封测大厂星科金朋,通富微电也于2015年收购AMD苏州和AMD槟城两家封测工厂各85%股份。

大陆3大封测巨头:长电科技、华天科技以及通富微电

长电科技:通过收购星科金朋,获取了SiP、FoWLP等一系列先进封装技术,借此抢占未来五年先进封装技术的先机,能够为国际顶级客户和高端客户提供下世代领先的封装服务。

收购了星科金朋后,长电科技一跃晋升2016年全球前10大委外封测厂第三位,业务覆盖国际、国内全部高端客户,包括高通、博通、SanDisk、Marvell、海思、展讯、锐迪科等。

华天科技:在昆山、西安、天水三地均有全面布局,指纹识别、RF-PA、MEMS、FC、SiP等先进封装产量不断提高,产品结构不断优化,已具备为客户提供领先一站式封装的能力,2017年公司的先进封装产能有望逐步得到释放。

其中,昆山厂主攻高端技术,深化国际战略布局。昆山厂目前主营晶圆级高端封装,订单量最大的是CIS封装,Bumping封装也开始逐步小批量的生产。

西安厂立足中端封装,突破手机客户,以基本封装产品为主,定位于指纹识别、RF、PA和MEMS,MEMS产量已经突破1000万只/月,而指纹识别的产能也开始释放。

天水厂定位以中低端引线框架封装与LED封装为主,是公司此前营收的主要来源,未来随着天水厂的扩产计划逐步完成并经历产能爬坡后,生产经营将逐步步入稳定状态,营收能力也有望实现较大幅度的提升。

而从技术上来看,华天科技2016年发展的最大亮点要数指纹识别产品的封装技术,公司针对不同的需求而开发出了适合的指纹识别封装工艺,尤其是为瑞典FPC和汇顶开发的“TSV+SiP”指纹识别封装产品已经成功应用于华为系列手机。

通富微电:收购的AMD苏州、槟城两厂主要从事高端集成电路封测业务,产品包括CPU(中央处理器)、GPU(图形处理器)、APU(加速处理器)以及Gaming Console Chip(游戏主机处理器)等,封装形式包括FCBGA、FCPGA、FCLGA以及MCM等,先进封装产品占比100%。

通过该次收购,通富微电实现了两厂先进的倒装芯片封测技术和公司原有技术互补的目的,公司先进封装销售收入占比也因此超过了七成。

内容来自半导体设备工程师

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