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1、 半導(dǎo)體行業(yè)8寸晶圓制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析 報(bào)告綜述:5G、汽車電動(dòng)化、智能制造拉動(dòng) 8 寸晶圓制造需求提升。智能手機(jī)方面,8 寸 晶圓上制造的芯片仍占據(jù)可觀地位,以 iPhone X 為例,8 寸晶圓上生產(chǎn)的裸 芯片數(shù)量上占比 72%,硅面積占比 32%;未來(lái)伴隨 5G 換機(jī),PMIC、CIS 芯 片、射頻芯片用量提升,帶動(dòng) 8 寸晶圓需求提升。汽車方面,79%(按硅面積) 的芯片仍在 8 寸晶圓上生產(chǎn),隨著新能源汽車的放量和自動(dòng)駕駛逐步滲透,對(duì) 8 寸晶圓需求將大幅提升。工業(yè)方面,對(duì)模擬芯片、分立器件需求較大,我們 估計(jì) 70%左右的工業(yè)芯片在 8 寸晶圓上生產(chǎn),未來(lái)隨著智能制造的逐步滲透, 需
2、求提升空間廣闊。6 寸晶圓向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移趨勢(shì)確定,8 寸晶圓向 12 寸轉(zhuǎn)移有限,短期收益不 足。6 寸晶圓需求向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移方面,根據(jù) Yole 的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè),非摩爾定 律器件(功率分立器件、MEMS傳感器、CIS、射頻芯片)2020 年仍有 55% 的晶圓需求在 6 寸及以下晶圓,未來(lái)有望逐步向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移;6 寸及以下晶 圓廠的陸續(xù)關(guān)閉和相關(guān)芯片出貨量增加成為轉(zhuǎn)移的重要驅(qū)動(dòng)力。但 8 寸需求向 12 寸晶圓轉(zhuǎn)移會(huì)遇到信號(hào)完整性、出貨量較低時(shí)平均成本較高、效率改善不 顯著等諸多因素的阻礙,預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)移空間有限,進(jìn)程緩慢,短期難以對(duì) 8 寸晶圓 總需求產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響。8 寸晶圓制造產(chǎn)能
3、潛在增量有限。受二手設(shè)備供給不足,價(jià)格高昂影響,通過 新建和擴(kuò)建等方式新增 8 寸產(chǎn)能成本提高,近期新增產(chǎn)能成本已和本世紀(jì)初相 差不大,但是 8 寸晶圓價(jià)格相比本世紀(jì)初卻有大幅的下降,且建設(shè)的 8 寸晶圓 廠預(yù)期使用年限更短,成本收益權(quán)衡下難有廠商繼續(xù)通過新建和擴(kuò)建的方式大 幅增加產(chǎn)能。未來(lái)產(chǎn)能僅有可能通過技改和新增設(shè)備的方式,但受限于有限的 潔凈室空間,潛在增量有限。供需關(guān)系緊張態(tài)勢(shì)料將加劇。我們粗略測(cè)算 21、22、23 年需求產(chǎn)能比將分別 達(dá)到 90%、96%、102%,供需緊張態(tài)勢(shì)將持續(xù);由于頭部 8 寸代工廠綁定了 優(yōu)質(zhì)的客戶以及芯片設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移晶圓廠需要巨大的成本,因此預(yù)期頭部廠商產(chǎn)能
4、 將更加緊張,有更大的潛在提價(jià)空間。1、8 寸晶圓制造供需現(xiàn)狀分析根據(jù) SUMCO 的統(tǒng)計(jì),8 寸晶圓需求在 2019 年末觸底達(dá)到 4800 千片/月,2020 年盡管有疫情的 影響,但是受到 5G、汽車電動(dòng)化浪潮推動(dòng),8 寸晶圓需求逐步回暖,2020 年二季度整體 8 寸晶圓 需求達(dá)到 5200 千片/月左右,三季度受庫(kù)存影響晶圓需求略有減少。相比 6000 千片/月左右的晶圓 制造產(chǎn)能來(lái)看,供需關(guān)系尚未達(dá)到全領(lǐng)域供不應(yīng)求的狀態(tài),但考慮到歐洲部分晶圓產(chǎn)能受限于疫情, 消費(fèi)、汽車等領(lǐng)域供求關(guān)系緊張。受益于 5G 建設(shè)和換機(jī),以通訊、消費(fèi)類產(chǎn)品為主的 8 寸晶圓代工廠產(chǎn)能供不應(yīng)求。華虹半導(dǎo)體、
5、 中芯國(guó)際、聯(lián)電等大陸和臺(tái)灣廠商下游以 3C 產(chǎn)品為主,2020 年二季度以來(lái),產(chǎn)能持續(xù)滿載。汽車半導(dǎo)體受疫情沖擊大,三季度強(qiáng)勁反彈。2020 年第二季度全球汽車產(chǎn)量?jī)H約 1330 萬(wàn)臺(tái),第 三季度反彈至 2090 萬(wàn)臺(tái),環(huán)比增長(zhǎng)達(dá) 57%。前五大汽車半導(dǎo)體廠商收入(包括汽車外的業(yè)務(wù)收 入)也從二季度的 109 億美元提升至 129 億美元,環(huán)比增長(zhǎng) 18%,單季收入達(dá)到了 2018 年整體 8 寸產(chǎn)能供不應(yīng)求時(shí)的水平。工業(yè)領(lǐng)域受疫情沖擊,未來(lái)有望逐步回暖。以全球主要經(jīng)濟(jì)體之一的美國(guó)為例,從美聯(lián)儲(chǔ)理事會(huì)統(tǒng) 計(jì)的工業(yè)生產(chǎn)指數(shù)上看,截至 2020 年 12 月初工業(yè)生產(chǎn)尚未恢復(fù)至疫情前水平,拖累了
6、工業(yè)半導(dǎo) 體市場(chǎng)需求。從英飛凌工業(yè)業(yè)務(wù)的收入也可以看到,由于下游需求的疲軟,2020 年三季度工業(yè)業(yè) 務(wù)收入仍為負(fù)增長(zhǎng)。未來(lái),我們認(rèn)為隨著 5G 智能手機(jī)需求、電動(dòng)汽車需求的進(jìn)一步釋放、工業(yè)領(lǐng)域需求的逐步回暖, 供不應(yīng)求的情況將逐步從 3C 產(chǎn)品領(lǐng)域拓展到汽車領(lǐng)域,最后蔓延至整個(gè) 8 寸晶圓制造行業(yè),并將 在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)持續(xù)。從半導(dǎo)體器件的交期趨勢(shì)已可初見端倪,根據(jù)富昌電子的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),英飛凌 作為全球最大的汽車半導(dǎo)體分立器件供應(yīng)商,分立器件交期普遍延長(zhǎng),部分產(chǎn)品價(jià)格(如低壓、高 壓 MOSFET)也已出現(xiàn)上漲,安森美半導(dǎo)體情況亦然。2、需求回暖,6 寸向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移帶來(lái)增量8 寸晶圓以生產(chǎn)
7、 OSD 器件、模擬芯片和低階邏輯類芯片為主。從具體產(chǎn)品類別上看,主要包括 CIS 芯片、PMIC(130nm-65nm)、MCU(180nm-90nm)、RF IC、MEMS(0.7um-2um)、功率分 立器件(1um)、顯示驅(qū)動(dòng) IC、嵌入式非易失性存儲(chǔ)(eNVM)等,廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽 車、工業(yè)、新興物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中。從下游占比來(lái)看,對(duì)于 8 寸晶圓(200mm 晶圓),2018 年邏輯類器件需求占比 27%,其次是模擬 芯片,占比 23%,光電子、分立器件、微處理器、存儲(chǔ)、傳感器分別占比 17%、16%、10%、8% 和 5%。12 寸晶圓(300mm 晶圓)以生產(chǎn)邏輯芯片、NAND
8、 和 DRAM 為主,三者分別占比 31%、32%和 26%,占到 12 寸晶圓總需求的 90%以上。汽車、工業(yè)、智能手機(jī)為 8 寸晶圓主要下游。從下游應(yīng)用來(lái)看,對(duì)于 8 寸晶圓,汽車、工業(yè)(包 括智慧工廠、智慧城市、自動(dòng)化)、智能手機(jī)為主要下游,分別占比 33%、27%和 19%。而對(duì)于 12 寸晶圓,智能手機(jī)、PC/平板、服務(wù)器為主要下游,分別占比 32%、20%、18%,汽車、工業(yè)類 應(yīng)用占比較小,分別僅占 5%左右。2.1 5G、電動(dòng)汽車、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng) 8 寸晶圓需求旺盛智能手機(jī):5G 手機(jī) 8 寸晶圓硅面積提升靜態(tài)角度看,依托 8 寸晶圓生產(chǎn)的芯片在智能手機(jī)中依然占據(jù)可觀地位
9、。以 iPhone X 為例,其中 用到的 121 個(gè)裸芯片中,87 個(gè)在 8 寸的晶圓上生產(chǎn),數(shù)量上占比 72%,硅面積占比 32%。動(dòng)態(tài)角度看,消費(fèi)電子產(chǎn)品對(duì) 8 寸晶圓的需求量逐年快速增長(zhǎng)。通過追蹤 2012-2017 年 iPhone BoM 信息可以發(fā)現(xiàn),從需求不同尺寸晶圓硅面積的變化情況來(lái)看,如果以 2012 年為基期,由于 制程的升級(jí)提高了晶圓的產(chǎn)出效率,因此對(duì) 12 寸晶圓的需求基本持平,但對(duì)于 8 寸和 6 寸晶圓的 需求卻快速增長(zhǎng),2012-2017 年 CAGR 分別為 9.5%和 6%,累計(jì)硅面積需求增長(zhǎng)分別為 57%和 34%,其中 8 寸晶圓需求的增長(zhǎng)主要來(lái)源于 P
10、MIC 數(shù)量的增加等因素。5G 將進(jìn)一步提升手機(jī)的單機(jī)硅面積,帶來(lái)晶圓需求的提升:一方面,邏輯、存儲(chǔ)升級(jí)帶動(dòng) 12 寸晶圓需求增加。5G 手機(jī)相對(duì)于 4G 手機(jī),DRAM 從 1-12GB 升級(jí)到 6-12GB,NAND 從 8-512GB 升級(jí)到 128-512GB,處理器也從 4-8 核升級(jí)至 8 核,攝像頭 數(shù)量的增加帶動(dòng) CIS 芯片數(shù)量從 1-7 個(gè)提升至 4-7 個(gè),另外,還增加了 5G 調(diào)制解調(diào)器。根據(jù) SUMCO 的測(cè)算,5G 手機(jī)相比于 4G 手機(jī),單機(jī) 12 寸晶圓的需求將提升 70%。另一方面,CIS、PMIC、RFIC 帶動(dòng) 8 寸晶圓需求也將進(jìn)一步提升。低階 CIS
11、需求旺盛。CIS 方面,高像素(48M 及以上)CIS 芯片主流制程為 55nm,部分已采用 40nm 或 28nm,在 12 寸晶圓上生產(chǎn);而低像素(2M/5M 及以下)CIS 芯片主要在 8 寸晶圓上生 產(chǎn)。手機(jī)是 CIS 的主要市場(chǎng),隨著多攝配置的不斷普及,前置攝像頭不斷增加,200 萬(wàn)像素、500 萬(wàn)像素?cái)z像頭需求提升;后置攝像頭方面,承擔(dān)景深攝像、微距攝像職能的副攝像頭廣泛地使用 了 200 萬(wàn)像素配置,拉動(dòng)低像素 CIS 芯片市場(chǎng)需求維持旺盛。根據(jù) Frost&Sullivan 的預(yù)測(cè),200 萬(wàn)及以下像素手機(jī) CIS 芯片出貨量預(yù)計(jì)將從 2020 年的 16.4 億顆增長(zhǎng)至 20
12、21 年的 17.6 億顆,并 在之后 3 年中整體維持年均 17.5 億顆左右的旺盛需求。另外,低像素 CIS 芯片也將在手機(jī)之外的 智能、物聯(lián)浪潮中興起更大的需求。5G 手機(jī) PMIC 用量倍增。一方面,5G 手機(jī)需要支持更多的 Ratios 和頻帶,給手機(jī)內(nèi)部電源管理 帶來(lái)了更大的壓力,因此需要更多的 PMIC;另一方面,多核處理器、高清顯示、高像素?cái)z像頭 都增加了功耗,對(duì)快充需求的提升、無(wú)線充電功能的增加也拉動(dòng)了 PMIC 的用量。4G 手機(jī)平均 PMIC 用量在 4-5 顆,而升級(jí)到 5G 后用量可達(dá)到 7-8 顆。以小米系列為例,小米 8(4G)PMIC 的用量為 4 顆,小米 1
13、0(5G)PMIC 的用量則達(dá)到了 8 顆,其中增加的 4 顆分別為 2 顆標(biāo)準(zhǔn)電源管理芯片、1 顆基帶電源芯片、1 顆無(wú)線充電電源芯片, 5G 及其他功能升級(jí)帶來(lái)了 PMIC 用量的翻倍增長(zhǎng)。5G 手機(jī)對(duì)于 5G 頻帶的支持需要增加額外的射頻芯片。這里以 Qorvo 給出的解決方案為例,5G 通信需要增加單獨(dú)的射頻模塊,在下面方案的射頻模塊中,Sub-6GHz 的支持新增了兩個(gè) QM81050 APT 射頻芯片(Band N77/N79)。而從圖 15 小米 10 和小米 8 的拆解中也可以看到,小 米 10 相對(duì)小米 8 新增了 Qualcomm QPM5677 PAM(Band N77/
14、N78)和 Qualcomm QPM5679 (Band N79)兩款芯片支持 N77、N78、N79 頻帶的通信。5G 手機(jī)有望快速滲透,帶動(dòng) 8 寸晶圓需求提升。受益于 5G 手機(jī) PMIC、RFIC、CIS 用量提升, 單機(jī) 8 寸晶圓需求提升,2020 年智能手機(jī)單機(jī) 8 寸晶圓需求為 0.45 平方英寸(由 SUMCO 2018 年預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)算得),我們假定 2020-2023 年單機(jī)晶圓需求增速為 5%,則 2023 年單機(jī) 8 寸晶圓需求 將達(dá)到 0.53 平方英寸。手機(jī)出貨量方面,后續(xù)隨著疫情的恢復(fù)以及 5G 產(chǎn)業(yè)鏈的成熟,5G 手機(jī)有 望快速滲透并帶動(dòng)整個(gè)手機(jī)出貨,2020-2
15、024 年總體出貨量 CAGR 有望達(dá)到 4.8%,其中 5G 手機(jī) 出貨量有望從 2020 年的 2.4 億臺(tái)增長(zhǎng)到 2024 年的 8 億臺(tái),滲透率有望達(dá)到 54%。伴隨著 5G 手 機(jī)的快速滲透,智能手機(jī)領(lǐng)域 8 寸晶圓制造需求有望快速提升。汽車:電動(dòng)化、自動(dòng)駕駛推動(dòng)半導(dǎo)體需求提升,8 寸晶圓增量最大汽車半導(dǎo)體器件主要通過 8 寸晶圓制造。從汽車各類半導(dǎo)體器件的用量來(lái)看,根據(jù) Gartner 的數(shù) 據(jù),ASIC/ASSP 是用量最大的部分,占比 33%;其次是 MCU 和分立器件,分別占比 17%和 15%;光電子、傳感器、模擬芯片分別占比 10%、10%和 7%;邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片占比
16、最小,分 別為 5%和 2%。由于標(biāo)準(zhǔn)邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片用量較小,所以對(duì)應(yīng) 12 寸晶圓需求較小,根據(jù) SUMCO 2018 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),8 寸晶圓需求占到了汽車半導(dǎo)體需求中的 79%,12 寸晶圓需求僅占 比 12%。未來(lái)汽車半導(dǎo)體含量有望快速提升,電動(dòng)化、自動(dòng)駕駛和舒適性升級(jí)是主要驅(qū)動(dòng)力。電動(dòng)汽車滲 透率提升;自動(dòng)駕駛由目前的僅 ADAS 和碰撞預(yù)警未來(lái)將升級(jí)至 L3/L4/L5;半導(dǎo)體含量更高的高 階舒適和安全配置逐步向中端汽車滲透都成為重要推動(dòng)力。電動(dòng)化方面,動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)電氣化升級(jí)將提高以功率半導(dǎo)體為主的半導(dǎo)體用量。單車用量方面, 根據(jù)英飛凌的數(shù)據(jù),2015-2019 年燃油車(IC
17、E)半導(dǎo)體含量由 338 美元提升至 417 美元,升級(jí)至 MHEV、FHEV/PHEV、BEV 對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體含量還將提升至 531、785、775 美元,其中功率半導(dǎo) 體的增量分別為 90、305、350 美元。新能源車出貨量方面,根據(jù)英飛凌及相關(guān)機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè),各類 電動(dòng)汽車銷量有望從 2018 年的不足 500 萬(wàn)輛增長(zhǎng)至 2030 年的近 6000 萬(wàn)輛,增幅為 10 倍以上, 帶動(dòng)汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)高速發(fā)展。自動(dòng)駕駛為汽車帶來(lái)顯著半導(dǎo)體需求增量。自動(dòng)駕駛已成大趨勢(shì),環(huán)境信息的感知是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕 駛的基礎(chǔ),越高級(jí)別的自動(dòng)駕駛對(duì)信息感知能力的需求越高,對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體價(jià)值量也會(huì)相應(yīng)提 升。根據(jù) NXP
18、 和 Strategy analysis 的數(shù)據(jù),L1/2 級(jí)別的自動(dòng)駕駛僅需要 1 個(gè)攝像頭模組、1-3 個(gè) 超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá),以及 0-1 個(gè)融合傳感器,新增半導(dǎo)體價(jià)值在 100-350 美元,而 L3 級(jí)別新增半導(dǎo)體價(jià)值量在 600 美元左右,至 L4/5 級(jí)別自動(dòng)駕駛車輛將會(huì)引入 7-13 個(gè)超聲波雷達(dá)和激光 雷達(dá)、6-8 個(gè)攝像頭模組并會(huì)引入 V2X 模塊以及多傳感器融合方案,新增半導(dǎo)體價(jià)值在 1000 美 元以上。根據(jù) Strategy analysis 的預(yù)測(cè),至 2025 年,汽車出貨中將有 73%配備不同程度的自動(dòng)駕駛功能, 其中 Level 1 46%,Level2 2
19、7%,至 2035 年,95%的車有不同級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能,其中 Level 3 及以上將占比 20%以上,帶動(dòng)半導(dǎo)體需求快速提升??傮w汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模方面,根據(jù) IHS 的預(yù)測(cè),汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將從 2020 年的 292 億美 元增長(zhǎng)至 2023 年的 451 億美元,20-23 年 CAGR 為 15.6%。對(duì)應(yīng)的晶圓需求方面,根據(jù) SUMCO 的測(cè)算,2018 年汽車半導(dǎo)體晶圓總需求約 2000 千片/月,其中 8 寸片約 1600 千片/月,至 2022 年,有望增長(zhǎng)至 3100 千片/月以上,其中 8 寸片需求達(dá)到 2400 千片/月以上。工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng):智能制造持續(xù)滲透、物聯(lián)網(wǎng)
20、連接數(shù)提升,對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體需求提升工業(yè)領(lǐng)域半導(dǎo)體器件主要在 8 寸晶圓生產(chǎn)。工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)τ谀M芯片、分立器件、 MCU/MPU、射頻、傳感器、MEMS、光電子器件均有較大需求,主要以 8 寸晶圓上生產(chǎn)為主。 從具體類型器件應(yīng)用占比來(lái)看,根據(jù) Omdia 的統(tǒng)計(jì),工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM芯片、分立器件、微處理器 和邏輯芯片需求占比最大,分別占比 26%、24%、20%、20%,光電子器件、傳感器執(zhí)行器、 存儲(chǔ)芯片需求較小,合計(jì)僅占比 10%。按照 70%的邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片、微處理器在 12 寸晶圓 生產(chǎn),其余均在 8 寸晶圓生產(chǎn)的假設(shè)粗略估計(jì),約 71%的工業(yè)半導(dǎo)體在 8 寸晶圓上生產(chǎn)。工業(yè)半導(dǎo)體空間
21、廣闊,智能制造興起拉動(dòng)需求增長(zhǎng)。智能制造是工業(yè)半導(dǎo)體需求的重要推動(dòng)力,從 目前智能制造的滲透率來(lái)看,以中國(guó)為例,根據(jù)國(guó)家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心的統(tǒng)計(jì),2018 年 中國(guó)智能制造滲透率最高的電子領(lǐng)域滲透率僅 11%,2020 年平均滲透率僅 8.6%,未來(lái)仍有廣闊 空間。全球視角來(lái)看,根據(jù) ABI Research 的預(yù)計(jì),工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及智慧城市/建筑 2020 年連接數(shù) 18.5 億個(gè),隨著智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市的逐步推進(jìn),預(yù)計(jì) 2023 年合計(jì)連接數(shù)達(dá)到 29.8 億個(gè),3 年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 17%以上,對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體需求也將同步提升。疫情后經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、政策為重要催化劑。根據(jù)世界銀行、IM
22、F 等機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè),2021 年世界經(jīng)濟(jì)預(yù)計(jì) 迎來(lái)強(qiáng)勁反彈,全球 GDP 增速有望達(dá)到 4.8%。經(jīng)濟(jì)的反彈帶來(lái)需求和企業(yè)收入的增長(zhǎng),企業(yè)有 更多的資金和動(dòng)力對(duì)智能制造改造進(jìn)行投入,相關(guān)半導(dǎo)體需求有望提升。政策方面,以中國(guó)為 例,早在 2015 年中國(guó)制造 2025計(jì)劃中就已明確要加快發(fā)展智能制造的戰(zhàn)略,進(jìn)入 2020 年, 又相繼推出智能制造十四五發(fā)展規(guī)劃(2021-2025)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2021- 2023 年),其中智能制造十四五發(fā)展規(guī)劃提出 2025 年智能工廠普及率超過 20%,對(duì)應(yīng)現(xiàn)在 8.6% 的滲透率有一倍以上的提升空間。根據(jù) Omdia 的預(yù)測(cè),全球工業(yè)半導(dǎo)體
23、市場(chǎng)規(guī)模有望從 2020 年的 410 億美元增加至 2023 年的 480 億美元,3 年復(fù)合增速 5.4%。其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量提升也將拉動(dòng)半導(dǎo)體器件用量增加。據(jù)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì) GSMA 統(tǒng)計(jì), 全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量受益于 5G 商用化和 WiFi 6 的發(fā)展,將從 2019 年的 120 億臺(tái)提升至 2025 年的 246 億臺(tái)(包含上述工業(yè)領(lǐng)域),2019 到 2025 年將保持 12.7%的復(fù)合增長(zhǎng)率,推動(dòng) 8 寸晶 圓用量增加。2.2 6 寸晶圓需求向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移趨勢(shì)確定目前仍在 6 寸及以下晶圓上生產(chǎn)的產(chǎn)品主要包括部分 MEMS傳感器、射頻器件、功率分立器 件,未來(lái)這部分晶
24、圓需求有望逐步轉(zhuǎn)移到 8 寸晶圓上。6 寸晶圓需求向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移空間大。根據(jù) Yole 的統(tǒng)計(jì),2017 年 6 寸及以下的晶圓仍在非摩爾定 律器件晶圓需求上占據(jù)主導(dǎo)地位,分別占比 38%和 29%,2020 年預(yù)計(jì)分別占比 31%和 24%,從 占比的角度看,2020 年 6 寸及以下晶圓向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移的空間為 55%,當(dāng)年對(duì)應(yīng) 3000 千片/月 (等效 8 寸片)左右的市場(chǎng)空間。部分 6 寸晶圓廠退出、下游放量驅(qū)動(dòng)需求轉(zhuǎn)移。一方面,不斷有 6 寸及以下晶圓廠退出,根據(jù) IC insights 的統(tǒng)計(jì),2009-2019 年有 64 家 6 寸及以下晶圓廠關(guān)閉;同時(shí)德州儀器、瑞薩、
25、ADI 等廠 商目前計(jì)劃在未來(lái) 1-3 年內(nèi)關(guān)閉旗下的全部或部分 6 寸晶圓廠。6 寸晶圓產(chǎn)線的關(guān)停會(huì)使得需求 向 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移,增加 8 寸晶圓整體需求。另一方面,在物聯(lián)網(wǎng)和新能源汽車的推動(dòng)下,MEMS 傳感器、功率分立器件需求放量,產(chǎn)品出貨量的提升使得晶圓尺寸從 6 寸遷移到 8 寸成為更為 經(jīng)濟(jì)、更具效率的選擇。根據(jù) Yole 的預(yù)測(cè),非摩爾定律器件中 8 寸晶圓占比將從 2020 年的 38%上升到 2023 年度的 48%, 而 6 寸晶圓占比將從 31%下降到 23%,6 寸以下晶圓占比從 24%下降至 19%。2.3 8 寸晶圓需求向 12 寸轉(zhuǎn)移有限、短期激勵(lì)不足僅不足 1/
26、3 模擬和混合信號(hào)半導(dǎo)體元器件將從 8 寸晶圓向 12 寸晶圓轉(zhuǎn)移,且進(jìn)程緩慢。這些轉(zhuǎn)移 到 12 寸晶圓上生產(chǎn)的器件(下圖中藍(lán)色部分)往往出貨量較大,這些應(yīng)用往往毛利率更低,競(jìng)爭(zhēng) 更激烈,而且使用數(shù)字信號(hào)技術(shù)來(lái)對(duì)功能進(jìn)行補(bǔ)足,因此轉(zhuǎn)移到 12 寸晶圓上收益較大。消費(fèi)和無(wú) 線通信為上述領(lǐng)域的代表,而工業(yè)和汽車領(lǐng)域的應(yīng)用不容易受到影響。制約半導(dǎo)體器件從 8 寸晶圓向 12 寸晶圓轉(zhuǎn)移的因素主要如下:隨著制程的縮小,光罩成本和設(shè)計(jì)成本會(huì)顯著增加。光罩方面,以臺(tái)積電數(shù)據(jù)為例,130nm 每個(gè) 光罩組需要用到 29 層光罩,而 7nm 制程下則需要 74 層光罩;對(duì)應(yīng) 180nm、130nm 制程光罩
27、組成 本僅 8 萬(wàn)美元和 12 萬(wàn)美元,而 65nm、40nm、28nm 對(duì)應(yīng)的光罩組成本分別上升至 50、90、150 萬(wàn)美元。設(shè)計(jì)成本方面,180nm 的設(shè)計(jì)成本僅 400 萬(wàn)美元左右,制程提升到 65nm 則需要 2200 萬(wàn) 美元左右的設(shè)計(jì)成本,其他成本如嵌入軟件成本和產(chǎn)能爬坡成本也會(huì)顯著增加。光罩和設(shè)計(jì)等成 本的增加對(duì)于一些用量不算龐大、對(duì)制程要求不高的器件就會(huì)成為向 65nm 及以下制程遷移的足夠大的阻礙。信號(hào)完整性隨制程減小而降低,限制模擬器件轉(zhuǎn)向更為先進(jìn)制程。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的縮小,標(biāo)稱電 源電壓也會(huì)隨之下降,250nm 工藝下標(biāo)稱電源電壓為 2.5V,而到了 65nm 節(jié)點(diǎn)將下降
28、至 1.02V, 到 14nm 節(jié)點(diǎn)將下降至 0.7V 左右。信號(hào)完整性也會(huì)隨著電源電壓的降低而降低,而模擬電路尤其 容易受到信號(hào)完整性的影響。因此,8 寸晶圓上的成熟工藝節(jié)點(diǎn)不僅成本低,也更為適合模擬電 路的應(yīng)用,適合應(yīng)用在如對(duì)可靠性、準(zhǔn)確性要求很高的應(yīng)用中,比如醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等。模擬和分立器件從 8 寸晶圓遷移到 12 寸帶來(lái)的毛利率改善相對(duì)于邏輯器件更小。模擬器件毛利 率(常達(dá) 60%左右)相比于存儲(chǔ)和邏輯器件毛利率(40%左右)更高。模擬器件前端成本占比較 低,僅 50%,而邏輯器件可達(dá)到 75%。因此模擬器件前端晶圓成本僅占收入的 20%,而邏輯器件 要占到收入的 45%左右,晶圓制
29、造效率的提高于模擬器件而言對(duì)盈利能力影響更小,因而從 8 寸 晶圓遷移到 12 寸晶圓的動(dòng)力也更小。MEMS 和傳感器對(duì)制程不敏感,遷移對(duì)效率提升亦有限。一方面,MEMS 和傳感器制造對(duì)半導(dǎo) 體線寬先進(jìn)與否不敏感,特殊工藝和基本材料屬性是決定產(chǎn)品性能的根本因素,傳感器芯體中通 常只封裝很少的電器元件,如一個(gè)力敏傳感器芯只有 4 個(gè)電阻元件,材料屬性(如結(jié)構(gòu)機(jī)械特性、材質(zhì)化學(xué)特性)和生產(chǎn)工藝(如刻蝕深度、精度、材料應(yīng)力控制)決定了 MEMS 和傳感器的 性能。另一方面,MEMS 和傳感器后端制造成本占比更高,可達(dá)到 4-8 成,毛利率在 40%-50%左 右,因此晶圓成本占收入的 10%-36%
30、,相對(duì)于邏輯器件對(duì)晶圓生產(chǎn)效率敏感性也較低。因此,從 8 寸遷移到 12 寸晶圓生產(chǎn)的動(dòng)力也較低。部分存儲(chǔ)類芯片對(duì)于 8 寸晶圓的需求仍然存在,且預(yù)期較長(zhǎng)期內(nèi)仍將相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)于 eNVM(嵌 入式非易失性存儲(chǔ))而言,由于 eNVM 需要根據(jù)不同的應(yīng)用頻繁修改和優(yōu)化,同類型產(chǎn)品產(chǎn)量較 少,在 8 寸晶圓上生產(chǎn)折舊、光罩、研發(fā)、IP(硅知識(shí)產(chǎn)權(quán))成本均更低,因而更具有成本效 益。從聯(lián)電和中芯國(guó)際在各類 eNVM 上提供的制程上可以看到,目前 eNVM 代工工藝主要以 90nm 及以上為主,其中中芯國(guó)際僅提供 90nm 以上的工藝。華虹半導(dǎo)體目前仍有 1/3 以上的收入 由 eNVM 貢獻(xiàn)。專用、高
31、壓邏輯芯片依賴 8 寸晶圓,部分低端邏輯芯片對(duì)于 8 寸晶圓需求仍存在。邏輯類芯片而 言,高壓類器件(DDIC 等)對(duì)工藝參數(shù)有非常嚴(yán)格的容差限度,8 寸晶圓上的特色工藝更為成 熟,能夠保證成品率。而 ASIC/ASSP 屬于定制化的集成電路,與 eNVM 邏輯類似,同類產(chǎn)品出 貨量相比標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件較少,在需求提升不顯著的情況下,8 寸晶圓上生產(chǎn)更具成本效益。而部 分低端標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件需求仍然存在,廣泛應(yīng)用于無(wú)線電話、數(shù)字電子、機(jī)頂盒、移動(dòng)電視、個(gè)人 多媒體產(chǎn)品、汽車、工業(yè)、智能卡及其他消費(fèi)性產(chǎn)品中。8 位和部分 16 位 MCU 對(duì) 8 寸晶圓的需求亦仍存在。以家電主控 MCU 為例,過去 5
32、 年變化不 大,依然主要采用 8 寸晶圓上的 0.11um 制程生產(chǎn)。從 8 寸晶圓廠向 12 寸晶圓廠遷移并不一定意味著更高效率。雖然從 8 寸遷移到 12 寸一般來(lái)說(shuō)能 帶來(lái)更高的效率,但僅代表理論水平或平均情況,實(shí)際情況中不同尺寸晶圓廠生產(chǎn)效率受晶圓尺 寸外多種因素影響。根據(jù) Mckinsey 對(duì)于部分不同尺寸晶圓廠的統(tǒng)計(jì),雖然 8 寸晶圓廠的平均效率 低于 12 寸晶圓廠的平均效率,但是對(duì)于頭部的 8 寸晶圓廠來(lái)說(shuō)(比如前 25%),其效率要顯著高 于 12 寸晶圓廠的平均效率。因此選擇在運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)、工藝成熟、具備高效率的 8 寸晶圓廠投片 效果非??赡芎糜谠谝话愕?12 寸晶圓廠投
33、片,這也是限制部分器件從 8 寸晶圓遷移到 12 寸晶圓 的原因之一??傮w來(lái)看,從 8 寸晶圓向 12 寸晶圓轉(zhuǎn)移存在較多障礙,遷移的空間有限,除了少數(shù)應(yīng)用量的提升 和對(duì)技術(shù)更高的需求外,大部分應(yīng)用均缺乏足夠的激勵(lì)從 8 寸晶圓轉(zhuǎn)移到 12 寸,因此,我們認(rèn) 為,短期內(nèi)該部分因素對(duì) 8 寸晶圓需求的負(fù)面影響有限。3. 成本收益權(quán)衡下,潛在產(chǎn)能增量有限根據(jù) Semi 的統(tǒng)計(jì),2018 年全球 8 寸晶圓的產(chǎn)能約為 5700 千片/月,預(yù)計(jì)到 2022 年增加至 6400 千片/月,年均產(chǎn)能增速在 3%左右。我們的看法與 Semi 的預(yù)測(cè)相近,即未來(lái)兩年內(nèi) 8 寸晶圓產(chǎn)能不會(huì)有大的增加,僅會(huì)有少量
34、增 量,依據(jù)主要是從廠商視角來(lái)看,目前建設(shè) 8 寸晶圓廠成本較高,但潛在收益有限:首先,對(duì)于一家工廠而言,增加 8 寸產(chǎn)能可以通過以下四種方式:1)通過增加當(dāng)前潔凈室中的設(shè)備數(shù)量增加產(chǎn)能:這需要潔凈室仍有可用空間。2)晶圓廠增加附屬的 Fab,即在現(xiàn)在建筑的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建:如果主晶圓廠被稱為 Fab 4,則新 增的 Fab 將被稱為晶圓廠 Fab 4A,且需要工廠中仍有足夠多的可用的支持性的基礎(chǔ)設(shè)施。3)購(gòu)買其他晶圓廠:該項(xiàng)選擇時(shí)間和成本考量下均是最優(yōu)選擇,但不對(duì)市場(chǎng)整體供給產(chǎn)生影 響。4)建立一個(gè)全新的工廠:即使在這種情況下,許多工廠也會(huì)盡可能安裝二手設(shè)備,以降低投資 成本。從成本對(duì)比來(lái)看,
35、直接購(gòu)買其他晶圓廠是成本最低的選擇,對(duì)于 180nm 的 8 寸晶圓廠而言,僅需 5000 萬(wàn)美元/萬(wàn)片月產(chǎn)能;其次是在原有的潔凈室內(nèi)增加生產(chǎn)工具,如果使用二手設(shè)備,需要 1.2 億美元/萬(wàn)片月產(chǎn)能,使用新設(shè)備則需要 2 億美元/萬(wàn)片月產(chǎn)能;擴(kuò)建的方式使用二手工具對(duì)應(yīng)成 本也為 2 億美元/萬(wàn)片月產(chǎn)能,使用新設(shè)備對(duì)應(yīng)成本為 2.5 億美元/萬(wàn)片月產(chǎn)能;設(shè)立全新工廠的方 式成本最高,使用二手設(shè)備和新設(shè)備對(duì)應(yīng)成本分別為 3.2 和 4 億美元/萬(wàn)片月產(chǎn)能。目前二手設(shè)備供給不足、價(jià)格升高,廠商難以通過購(gòu)買二手設(shè)備節(jié)約成本。新設(shè)一個(gè)晶圓廠需要 800-1000 臺(tái)不同的設(shè)備,晶圓廠往往通過使用二手設(shè)備
36、代替新設(shè)備的方式節(jié)省成本。而進(jìn)入 2018、2019 年后,市場(chǎng)上總的二手設(shè)備供應(yīng)量尚不足 500 臺(tái),二手設(shè)備的供給受限成為節(jié)約成本 的障礙。另外,由于 8 寸二手設(shè)備供不應(yīng)求,價(jià)格也節(jié)節(jié)攀升,以二手刻蝕機(jī)為例,2016 年價(jià)格 在 65 萬(wàn)美元左右,而在 2019 年上半年已達(dá)到 200 萬(wàn)美元左右,逼近新設(shè)備的價(jià)格,也增加了新 增產(chǎn)能的成本。新建及擴(kuò)建方式下產(chǎn)能擴(kuò)充成本與 8 寸晶圓 ASP 不匹配。一方面,通過對(duì)比本世紀(jì)初與近幾年 8 寸晶圓廠的建設(shè)成本可以看到,每萬(wàn)片 8 寸月產(chǎn)能對(duì)應(yīng)的建設(shè)成本從 2.3 億美元下降至 1.7 美元, 下降幅度僅為 30%,而 ASP 方面,以世界先
37、進(jìn)為例,從 2002 年至 2019 年下降幅度達(dá) 48%,顯著 高于建設(shè)成本的下降幅度。另一方面,伴隨二手和新設(shè)備價(jià)格均節(jié)節(jié)攀升,2016-2019 年建設(shè)成 本已見上升態(tài)勢(shì),我們統(tǒng)計(jì)在內(nèi)的 3 家晶圓廠新建和擴(kuò)充成本在 2016、2018、2019 年分別 1.4、 1.7、2.1 億美元/萬(wàn)片月產(chǎn)能,但 2019 年 8 寸晶圓 ASP 基本和 2016 年持平。另外,從未來(lái)晶圓廠 的使用年限預(yù)期的角度來(lái)看,當(dāng)前預(yù)期值也會(huì)顯著小于本世紀(jì)初。因此,從晶圓代工和 IDM 廠商 角度來(lái)看,目前建設(shè)新的 8 寸晶圓廠未來(lái)能否完全回收成本將成為一個(gè)較大顧慮,另外初期也會(huì) 面臨較大的折舊壓力,限制新
38、的市場(chǎng)進(jìn)入者。增加設(shè)備或技術(shù)改造的方式增加產(chǎn)能從成本端看更加可行,但潛在空間有限。從 Semi 的預(yù)測(cè)中 也可以看到,2020 年之后并未有新 Fab 投產(chǎn),產(chǎn)能的增加主要來(lái)自于設(shè)備增加或技術(shù)改造。但該 種方式受限于有限的潔凈室空間,帶來(lái)的產(chǎn)能增量有限,且 8 寸晶圓供求關(guān)系緊張之前出現(xiàn)過數(shù) 次,該種方式增加產(chǎn)能的潛力已被很大程度上釋放,不會(huì)對(duì)未來(lái)供需格局產(chǎn)生決定性影響。4. 供需緊張態(tài)勢(shì)或持續(xù)加劇我們依據(jù) SUMCO 的數(shù)據(jù)按照下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?8 寸晶圓的需求做了粗略拆分,同時(shí)依據(jù) IHS、 Omdia 等咨詢機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)對(duì)汽車和工業(yè)市場(chǎng)的預(yù)測(cè)將增速假定為 16%和 5%,智能手機(jī)受益于 5G 換機(jī)帶來(lái)的 PMIC、射頻、CIS 等芯片單機(jī)用量提升,單機(jī) 8 寸晶圓需求增速假定為 5%,出貨量 增速根據(jù) IDC 預(yù)測(cè) 20-23 年 CAGR 為 5.3%,其他領(lǐng)域假定維持穩(wěn)定。8 寸晶圓制造供需緊張態(tài)勢(shì)或持續(xù)加劇。在上述假設(shè)下,2021、2022、2023 年 8 寸晶圓制造需求 將分別達(dá)到約 5650、6150、6700 千片/月,需求 3 年復(fù)合增速約 9%;供給根據(jù) Semi 和我們的預(yù) 測(cè)將分別達(dá)到 630
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