半导体行业深度报告回溯半导体周期趋势聚焦产业发展机遇

半导体行业深度报告-回溯半导体周期趋势聚焦产业发展机遇一、

半导体产业是现代信息技术基础(一)

点沙成金的半导体行业从晶体管到集成电路再到高度集成。晶体管的出现开启了半导体工业的

篇章，接着将分立器件集成化、缩小结构尺寸、提升数量、降低功耗，

成为技术发展的迫切需求，集成电路应运而生。所谓集成电路，是指在

单个半导体晶片上，将晶体管、电阻、电容及连接线等有机结合的电路

结构，其本质上是晶体管制造工艺的延续。集成电路、分立器件、被动

元件以及各类模组器件通过

PCB板连接，又构成了智能手机、PC等各

类电子产品的核心部件。集成电路的出现，在一定程度上预示着半导体

工业走向规模产业化和技术上的成熟，也预示着半导体技术向微电子技

术方向上的演变。随着工艺水平和封装技术的提升，集成电路又逐步由

小规模（SSI）、中规模（MSI），逐步发展至大规模（LSI）、特大规模

（VLSI）乃至巨大规模（GSI）。当前，半导体产业经过半个多世纪的发

展，不仅带来了世界经济与技术的飞速发展，也带来了整个社会的深刻

变革，从日常使用的电子产品到航空航天，处处都有半导体的身影。可

以毫不夸张的说，半导体技术是现代电子信息技术发展的原动力和重要

基础。半导体产业是一个快速发展的高前景性行业。产业具有三方面特性，其

一，半导体产业属于非资源耗尽型的环保类产业，集成电路的制造不需

要像钢铁、化工、建筑等行业消耗大类的能源与有限的资源，制造所用

的原材料是地壳中蕴含十分丰富的沙子（二氧化硅），可以说是取之不

尽用之不竭的。其二，集成电路的设计与制造技术中的高新技术含量和

技术附加值非常高，故产出效益极大，被称为“吞银吐金”的工业。其

三，半导体工业是充满技术驱动与效益驱动的高活性产业，集成电路作

为电子信息技术的基础，能够与与

IT（信息通信）产业、计算机产业构

成三位一体的良性循环，驱动产业不断快速发展。(二)

集成电路是行业主导，存储芯片是景气风向标半导体按照功能划分为分立器件、集成电路、传感器和光电子器材四大

类。根据

WSTS数据，2018

年集成电路、光电子器件、分立器件和传感

器的全球市场规模分别为

3933

亿美元、380

亿美元、241

亿美元和

134

亿美元，占

4688

亿美元半导体市场整体规模的比例分别约为

83.9%、

8.1%、5.1%和

2.9%。其中集成电路是半导体最主要的门类，分立器件、

传感器和光电子器材虽应用广泛，但实际需求与单价均与集成电路差距

较大。通常人们所说的“芯片”是指封装好的集成电路。集成电路（IntegratedCircuit，IC）又可细分为数字电路和模拟电路。模拟电路是处理模拟信号

的电路，如声音、温度、湿度、光照、压力、位置、速度等都可归到模

拟信号的范畴。模拟芯片把模拟信号先转换为数字信号，输入到大容量、

高速、抗干扰能力强、保密性好的现代化数字系统处理后，再重新转换

为模拟信号输出。比较经典的模拟电路有射频芯片、指纹识别芯片等；

数字电路是处理数字信号的电路，数字芯片包括微器件（MPU、MCU、

DSP等）、存储器（DRAM、NANDFlash、NORFalsh等）和逻辑

IC（手

机基带、以太网芯片等）。据

WSTS统计，2018

年存储

IC、处理器

IC、

逻辑

IC、模拟

IC的全球市场规模分别为

1651

亿美元、680

亿美元、1097

亿美元和

588

亿美元，占集成电路市场整体规模的比例分别约为

35%、

14%、23%和

12%。存储芯片是集成电路产业的温度计和风向标。其占集成电路市场整体规

模的比例达

35%。存储

IC按照信息保存类别，可分为易失性存储器和

非易失性存储器。前者主要包括静态随机存储器（DRAM）、动态随机

存储器（SRAM），在外部电源切断后，存储器内的数据也随之消失；后

者从早期的不可擦除

PROM、到光可擦除

EPROM、电可擦除

EEPROM发展到现在主流的

Flash，在外部电源切断后能够保持所存储的内容。按

是否可以直接被

CPU读取，可分为内存（主存，如

RAM）和外存（如

ROM，硬盘等）。在存储芯片市场中，规模最大的是

DRAM和

NANDFlash。DRAM是最

常见的系统内存，其性能出色但断电易失，是最常见的系统内存；Flash闪存芯片是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中

被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性数据存储，以及在电

脑与其他数字产品间交换传输数据，如储存卡与

U盘。Flash分为

NOR和

NAND两种，区别在于存储单元连接方式不同，导致两者读取方式

不同。NANDFlash具有低成本、高写入和擦除速度等特点，因此主要用

在大容量存储领域，如嵌入式系统（非

PC系统）的

DOC（芯片磁盘）

和常用的闪盘，如手机、平板电脑、U盘、固态硬盘等。NOR具备更快

的读取速度，但相比

NAND成本较高，且写入速度慢，因此主要用于功

能手机、DVD、TV、USBKey、机顶盒、物联网设备等小容量代码闪存

领域，其占据容量为

0~16MBFlash市场的大部分份额。随着功能机的消

亡，NORFlash市场曾一度缩减，近年来来随着下游物联网等新兴应用

的兴起，市场空间也随着蕴藏增长潜力。二、

回溯半导体产业周期（略）从产业发展历程来看，半导体行业变迁即是一部宏观经济要素周期史，

又是一部内部技术变革驱动史，二者的双同作用下，推动半导体行业不

断快速发展，并呈现由美国向日本、再由日本向韩国、中国台湾、最后朝着中国大陆不断转移的趋势。综合来看，我们按照发展程度，将半导体行业划分为四大阶段：诞生阶段（1950-1970）：半导体产业起步于上世纪

50

年代，1947

年贝

尔实验室采用锗材料研制出了第一只点接触三极管，奠定了微电子工业

的基础，标志着

IC产业的诞生。60

年代中期，将硅表面的

氧化层做成绝缘薄膜，发展出扩散、掩膜、照相和光刻于一体的平面处

理技术，并实现了集成电路的规模化生产。这一时期，主要由系统厂商

主导，企业内设有半导体产业所有的制造部门，仅用于满足企业自身产

品的需求，IBM、TI、Intel、AMD等知名公司相继诞生。初级阶段（1970-1990）：半导体产业转变为

IDM（IntegratedDeviceManufacture，集成器件制造）垂直模式，即负责从设计、制造到封装测

试所有的流程。美国将装配产业转移到日本，家电的兴起，促进半导体

行业快速发展，日本孵化了、三菱、索尼等厂商。发展阶段（1990-2010）：随着下游应用拓展到

PC、移动互联网领域，垂

直化分工成为

IC行业主要趋势，无生产线的

IC设计公司（Fabless）与

标准工艺加工线（Foundry）相结合的方式开始成为集成电路产业发展的

新模式，开始形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面。

代工模式的兴起导致产业分工转移到韩国、中国台湾地区，孕育出三星、海

力士、等厂商。高级阶段（2010-至今）：半导体行业已实现高度专业化，产业分工进一

步细化。下游需求成为产业转移的一大动力，由需求带动销售，中国半导体行业开始崛起，下游

5G、IoT应用趋势将推动半导体行业进一步发

展。三、

中游细分环节梳理半导体产业链中游核心为集成电路产业，按工艺流程划分为

IC设计、

IC制造和

IC封测三环节。IC设计厂商根据下游客户需求设计芯片，

并交给晶圆代工厂商制造，之后经由封测厂商进行封装并测试，最后

将性能良好的

IC产品交由整合厂商。其中

IC设计环节需购买专门的

IP/EDA工具，IC制造和封测环节需购买专门的设备及化工材料。设计环节具有依赖经验积累的特殊性，且对专业人才高度倚重，处于

半导体价值链的最高端，毛利率高，主要为欧美、日韩企业垄断，我

国设计企业快速发展，成为全球重要参与者，但短期赶超尚不可待，

仍需时间积累；制造环节属于资本、技术密集型产业，借助先

发优势占取市场份额，并通过赚取的高额利润加大研发，取得技术上

的领先，从而形成强者恒强的局面，国内则远远落后于中国台湾地区，中短期内难以超越；封测环节属于劳动密集型产业，技术含量最低，国内发

展较快，并成功跻身第一梯队。(一)

IC设计——产业链中附加值最大的环节1、美国占据主导，中国蓬勃发展IC设计业属于知识密集型行业，是产业链中附加值最高的环节。IC设计

是将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图的过程，也是一个把产品从抽象过程一步步具体化、直至最终物理实现的过程。整个

IC设计过程可以粗略的分为确定项目需求、系统级设计、前端设计、后端设

计四部分。受益于全球电子信息产业的快速发展，以及半导体行业垂直分

工趋势的进一步细化，全球集成电路设计行业一直呈现持续增长的势头。

2018

年全球

IC设计行业销售额为达

1139

亿美元，以

2010

年数据为基数，

8

年间复合增长率达

7.58%。Fabless模式为主，美国占据主导IC设计公司按照有无工厂可分为

IDM和

Fabless两种模式。根据

ICInsights数据显示，2018

年总部在美国的公司在

IDM、Fabless领域全球市占率分别

为

46%、48%，其次为韩国，在

IDM、Fabless领域全球市占率分别为

35%和

小于

1%，第三名为中国台湾，IDM和

Fabless市占率分别为

2%和

16%。中国以

小于

1%的

IDM份额和

13%的

Fabless份额紧随其后。美国在

IC设计领域市场

份额上依然占据绝对主导地位。从全球排名来看，全球前十大

IC设计公司基本由美国公司占据。2018

年，

前十大公司中，美国占据

6

席，中国台湾占据

3

席，大陆地区华为海思上榜，跻身前五，与排名第四的联发科的

78.94

亿美元差距甚小。这表明，大陆半导体设计公司在实力上，已达到比肩国际领先公司的水平。2019

年三季度，受

到中美贸易战影响持续，华为被美国列入实体清单，其营收受到较大影响，

脱离前十位列。、、博通和

(Xilinx)切断与华为的交易，

导致美系

IC设计公司营收衰退幅度扩大，全球

IC设计产业的产值呈现衰

退状态。前十大公司中，美国占据

6

席，中国台湾占据

3

席，英国戴泺格（Dialog）

突围入列。中国企业快速崛起，但总体规模小且自给率低我国的集成电路设计产业虽起步较晚，但凭借着巨大的市场需求、经济的稳

定发展和有利的政策环境等众多优势条件，已成为全球集成电路设计行业

市场增长的主要驱动力。2018

年我国

IC设计行业销售额达

2519

亿元，以

2010

年数据为基数，8

年间复合增长率达

27.36%，远超全球复核增速

19.79

个百分点，但总体规模合计才可匹及美国一家百亿美元规模的企业，整体市

场规模相对较小。从企业数量来看，我国

IC设计企业的数量自

2012

年以来逐年增加，并逐

步进入到全球市场的主流竞争格局中。根据

2018

年中国

IC设计产业年终

报告数据显示，截至

2018

年底，中国大陆（含香港特别行政区）IC设计

企业达

1698

家，其中营业额小于

1000

万的最多，达到

843

家；1000-5000万的企业数量，合计为

406

家；5000

万-1

亿的企业占比

14.19％，为

241

家；而营收＞1

亿的企业合计

208

家，占比

12.25％，合计销售总和达到

2017.64

亿元，占全行业销售总和的

79.85％。国产芯片自主化比例非常低，除了通信设备里因为海思和紫光展锐两个大

公司存在有超过

10%的比例之外，其他领域的自给率都非常的低，甚至很多

的领域都是接近

0%。此外，核心芯片缺乏，高端技术长期被国外厂商控制，

导致我国芯片进出口差额呈持续扩大趋势，严重威胁国家安全战略。2、EDA软件和框架构成生态壁垒一个完整的产业生态圈往往是由技术先导企业引领，在主导技术的同时，逐

步拓展产业人才、伙伴，并产生用户粘性，形成产业链规模优势、资金优势、

技术优势和客户优势，导致后进入的企业即使在技术或者资金、市场等单独

一面有突出优势的企业也难以打破壁垒。对于

IC设计行业来说，技术上的

EDA软件、底层框架，以及产业链上的伙伴客户以及用户粘性相辅相成，

形成了行业进入的生态壁垒。EDA工具绑定芯片设计在芯片设计的环节中，EDA软件（电子设计自动化，ElectronicDesignAutomation）是集成电路设计必需、也是最重要的软件工具，EDA产业也是

IC设计最上游、最高端的产业，行业内普遍将

EDA软件称为--芯片之母。当前集成电路正朝着速度快、容量大、体积小、功耗低的方向发展，实现这

种进步的主要原因除了制造技术已进展到纳米级以外，另一个核心就是

EDA技术，目前已渗透到

IC设计的方方面面，功能十分全面。从发展历程

来看，EDA技术是同大规模集成电路技术、计算机技术和电子系统设计技

术的发展同步的，先后经历了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程

（CAE）、电子系统设计自动化（EAD）阶段和现代

EDA阶段。设计者以

计算机为工具，在

EDA软件平台上，用硬件描述语言（VerilogHDL）完成

文件设计，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、

布局、布线和仿真，直至达到对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程

下载等工作。其主要用于三方面的辅助设计工作：IC设计、电子电路设计

和

PCB设计。EDA技术的产生和发展，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，使

IC产品的开发周期大大缩短，且性能和价格比得到很大程度的提高。经过几十

年，现代

EDA工具发展到从仿真、综合到版图，从前端到后端，从模拟到

数字再到混合设计，以及后面的工艺制造等，几乎涵盖了

IC设计的方方面

面，功能十分全面。EDA在集成电路产业领域内属于“小而精”的产业链环节。随着集成电路

芯片市场规模不断提高，市场对

IC设计的需求加大，EDA行业也随之发

展，但相较几千亿美元的集成电路产业体量而言规模较小且增速较低。根据

电子系统设计联盟(ESDAlliance)

数据显示，

2018

年全球

EDA行业市场规模为

97.04

亿美元，较

2017

年同比增长

4.49%。2019

年

Q1

行业收入为

26.06

亿美元，同比增长

12.89%。其中，2014-2018

年复合增长率在

6.89%左右。EDA行业存在高度垄断，全球做

EDA的厂商约六七十家，但核心只有美

国的（Synopsys）、楷登电子科技（Cadence）及

2016

年被德国西

门子收购的明导国际（MentorGraphics），垄断了我国

95%、全球

65%的

市场份额，能够给客户提供完整的前后端技术解决方案。国内目前只有华

大九天规模较大，此外还有、芯禾科技、蓝海微、九同方微、博达

微、、珂晶达、创联智软等

EDA企业，但大部分以点工具为

主，缺乏全面支撑产业发展的能力，存在产品不够全、与先进工艺结合存

在不足、人才不足等问题。2018

年我国现存

10

余家

EDA公司销售额累计

3.5

亿元，占全球份额不足

1%，与国际巨头之间的差距还非常巨大。国产

EDA企业生存环境狭窄，市场培育艰难。EDA产业投资周期长，见效

慢。基本上开发一个

EDA工具需要

6

年左右的时间，才能真正被市场接受、

应用，像Synopsys和

Cadence两大巨头在研发上的投入占比约在35%-40%，

产业的培育需要较长时间、充分的资金以及政策支持。目前我国产业面临的

最大问题首先是工具产品不全，国内最大厂商已有的产品线仅占

集成电路所需工具的三分之一左右。其次是对先进工艺芯片支持不够，国外

EDA公司在新工艺开发阶段就与全球领先的晶圆制造厂进行全方位合作，

而国内

EDA厂商只能在工艺开发完以后拿到部分数据，无法接触到先进工

艺的核心部分，难以针对先进工艺设计、改良

EDA软件，即使能够研发出

全套的

EDA工具，在短期内也难以与三巨头企业的产品抗衡。市场的垄断、

技术的封锁、产业链的不协同，反作用于国内

EDA企业，形成恶性循环，

使得国内

EDA行业培育艰难。底层架构绑定操作系统处理器架构是一个比较抽象的概念，如果把处理器比作一个人，那么他既需

要有正常的工作能力（执行能力），又要有足够的逻辑能力（明白做事的顺

序），最后还要能听懂别人的话（机器语言，即指令集），才能正常工作，

这些集中在一起，就构成了所谓的架构，我们也可以理解为一套“工具”、

“方法”和“规范”的集合。不同的架构之间工具、方法、规范都可能不同，

这就造成了他们之间的不兼容性。目前处理器架构主要分为复杂指令集（CISC）架构和精简指令集（RISC）架

构。延续前面的例子，比如让一个人吃饭，最开始可以命令他“先拿勺子，

然后舀起一勺饭，然后张嘴，然后送到嘴里，最后咽下去”，这样训练久了，

我们可以直接对他人下达“吃饭”的命令，这就是“复杂指令集”和“精简

指令集”的逻辑区别。复杂指令集架构主要以

Intel掌握的

X86

架构为代表，主导

PC和服务器领

域。精简指令集（RISC）架构主要以

IBM、ARM为首的

ARM/MIPS/Power架构等。ARM在移动设备、汽车电子、物联网等领域中占据绝对主导。在

移动设备市场，ARM处理器的市场份额超过

90%，苹果、三星、华为等都

使用的是

ARM框架。此外，MIPS/Power/

RISC-V等其他精简指令集芯片架

构也在其他不同的领域各有应用。芯片框架的困境在于应用生态。IntelX86

框架独霸全球，归功于同微软

windows系统结盟，构建了自身的牢不可破的客户壁垒；ARM框架同样利

用移动互联网的发展机遇，牢牢把握住了

Android、IOS手机软件系统，建

立起一套商业生态体系。目前，除了

X86

架构、ARM框架外，还有

MIPS、

RISC-V等其他框架，在下游应用不变的情况下，已有的生态壁垒难以突破，

随着下游物联网、AI等技术应用的创新，新的处理器框架有望打破原有壁

垒，形成新的产业生态。在生态垄断的情况下，IC设计厂商要想自主设计芯片，只能采取授权的方

式。Intel是一家典型的

IDM厂商，自主包揽芯片的架构、设计和生产，利

润可观，其掌握的

X86

架构仅授权给

AMD一家公司，其他厂商都无法生

产。ARM则自主设计，不从事制造、销售环节，并通过三种不同的模式对

外提供授权获得收益。一是使用层级授权，拥有使用授权的用户只能购买已

经封装好的

ARM处理器核心，不能作任何更改；二是内核层级授权（IP授

权），无法对指令集架构进行修改，只能修改

IP核，比如三星、

(TI)、博通等；三是架构/指令集层级授权，可以对

ARM架构进行大幅度改

造，甚至可以对

ARM指令集进行扩展或缩减。以华为为例，其处理器已获得

ARMv8

架构级别的永久授权，即便

ARM不

再授权

ARM指令集给华为，可以完全自主设计

ARM处理器，但这种形式

仅可达到相对自主的程度，当

ARM发布下一代指令集架构时，华为需要在

ARMV8

的基础上自主开放出

ARMV9

指令集架构，且需要和

ARM系统

兼容，其技术难度要大得多。(二)

IC制造——紧随摩尔定律的规模化制造环节1、确立了

Foundry的制造模式IC制造即是指制造厂商将设计好的版图制造成实际的集成电路或分立器件，

再交给封测厂商进行后道工序的过程。近年来随着人工智能、新能源汽车、

物联网的迅速发展及

5G时代的到来，全球晶圆制造市场发展迅速，根据

Gartner预测，2018

年全球晶圆制造市场营收达

628.72

亿美元，2018-2023

年

均符合增长率将达

4.5%。集成电路晶圆制造一般采用晶圆代工（Foundry）模式。晶圆制造的主体可

分为

IDM企业和晶圆代工（Foundry）模式，晶圆代工占据主要比例，2013-

2018

年来纯晶圆代工厂商销售额占整个晶圆制造市场的比例平均约为

86%。

Foundry模式起始于

20

世纪

80

年代的创立，使得晶圆设计与制作分

化，由此引发了全球集成电路产业链的一场生态革命。很多

IDM厂商都转

向

Fabless，同时对晶圆代工提出更高的要求。从行业格局来看，全球最主要的晶圆代工厂有、三星、GlobalFoundries、

UMC、等。根据拓墣产业研究院数据，2019Q4

台积电在

Foundry厂商中独占鳌头，占据全球

52.7%的市场、三星紧随其后占据

17.8%，格罗

方德、联华电子分别以

8%、6.8%的市占率位居第三、第四，大陆最大的晶

圆代工厂中芯国际仅占

4.3%，位列第五。从市场分布来看，美国依旧是纯晶圆销售的主要市场，2018

年市场销售额

达

308

亿美元，较

17

年下降

2%；中国成为全球纯晶圆销售的主要增长极，

其中

18

年市场销售额达

107

亿美元，较

17

年增长

42%，19

年市场销售额

达

114

亿美元，同比

6%，成为全球唯一增长区域；欧洲、日本市场则有较

大萎缩，19

年分别下降

11%、13%。2、尺寸与制程是晶圆制造的分水岭晶圆制造属于技术及资本密集型行业，其最关键的技术为制造流程的精细

化技术，为攻克最先进制程需巨额资本开支及研发投入，因而产业集中度很

高。在摩尔定律的驱动下，IC技术提升的关键因素，主要在于“特征尺寸缩小”

以及“晶圆尺寸加大”两方面。在“特征尺寸缩小”方面，体现为工艺制程

进步，特征尺寸每缩小一半，芯片便增加

4

倍以上，故能大幅提高生产效率、

降低生产成本并且提升

IC功能。而在“晶圆尺寸加大”方面，则是反应在

每片晶圆产出芯片数量增加，继而降低生产成本与提高产量两大部分。先进晶圆制程已进阶至

7nm，国内制程工艺落后两到三代。目前晶圆制造的

制程已达到纳米级别，假设指甲的厚度为

0.1mm，那么

1

纳米就相当于把指

甲的侧面切成

10

万条线。以

14nm为例，其制程就是指在芯片中，线宽最

小可以做到

14nm的尺寸，可以说工艺水平已经达到十分微小的级别了。从

全球晶圆制造商制程规划来看，以、、GlobalFoundries为主

导的晶圆厂商工艺水平已达到

7nm，并逐步向

5nm、3nm进阶。而我国最大

的晶圆代工厂商在

19

年年底

14nm才实现量产，按每两年制程前

进一代的规律来看，我国制程工艺落后国际龙头两到三代。晶圆尺寸呈现从

4

寸→6

寸→8

寸→12

寸→18

寸的路径变化。1980

年代是

4

英寸硅片占主流，1990

年代是

6

英寸占主流，2000

年代是

8

英寸占主流，

2002

年与

IBM首先建成

12

英寸生产线，到

2005

年

12

英寸硅片的市

场份额已占

20%，2008

年其占比上升至

30%，2017

年继续上升至

67%，12

英寸单晶硅片成为了绝对的主导地位。随着

18

寸硅片的生产技术逐渐成熟，

未来

12

英寸也将朝着

18

英寸过渡。三)

IC封测——后摩尔时代最具发展潜力环节IC封装就是把

Foundry生产出来的芯片裸片（die）封入一个密闭空间内，

受外部环境、杂质和物理作用力的影响，同时引出相应的引脚，最后作为一

个基本的元器件使用。IC测试就是运用各种方法，检测出在制造过程中，

由于物理缺陷导致的不合格芯片样品，主要分为两个阶段：一是进入封装之

前的晶圆测试；二是封装后的

IC成品测试。半导体封测主要流程包括贴膜、打磨、去膜再贴膜、切割、晶圆测试、芯片

粘贴、烘焙、键合、检测、压膜、电镀、引脚切割、成型、成品测试等。封

装的核心在于如何将芯片

I/O接口电极连接到整个系统

PCB板上，键合是

关键环节即用导线将芯片上的焊接点连接到封装外壳的焊接点上，外壳上

的焊接点与

PCB内导线相连，继而与其他零件建立电气连接。1、OSAT将成为封测行业的主导模式集成电路封测属于

IC产业链偏下游的行业，通常封装和测试都是一体的，

即做完封装后直接进行产品的测试。随着人们对集成电路品质的重视，也有

测试产业也逐步从封测产业独立出来，成为不可或缺的子行业。IDM和

OSAT（OutsourcedSemiconductorAssembly&

Test，半导体封装测试

代工模式）是半导体封测产业的两种主要模式。Gartner数据显示，OSAT模

式一直呈增长态势，2013

年以后

OSAT模式的产业规模就超过了

IDM模

式，2018

年

OSAT和

IDM模式市场占比分别为

54%、46%，伴随着半导体

行业垂直分工趋势，OSAT模式将成为封测行业的主导模式。2、从传统封装技术到先进封装技术集成电路封装技术的发展是伴随着集成电路芯片的发展而发展起来的，通

常而言，“一代芯片需要一代封装”。封装的发展史也是芯片性能不断提高、

系统不断小型化的历史。随着集成电路器件尺寸的缩小和运行速度的提高，

对集成电路也提出新的更高要求。回顾封装产业发展历程，我们按照封装技术进程，以

2000

年为节点，将封

装产业分为传统封装阶段和先进封装阶段。传统封装：传统封装技术发展又可细分为三阶段。其特点可总结如下，技术上：To-DIPLCC-QFP-BGA-CSP；引脚形状：长引线直插-短引线或无引线贴装-球状凸点

焊接；装配方式：通孔封装-表面安装-直接安装；键合方式：引线连接-焊锡

球连接。阶段一（1980

以前）：通孔插装（ThroughHole，TH）时代，其特点是插孔

安装到

PCB上，引脚数小于

64，节距固定，最大安装密度

10

引脚/cm2，以

金属圆形封装（TO）和双列直插封装（DIP）为代表；阶段二（1980-1990）：表面贴装（SurfaceMount，SMT）时代，其特点是引

线代替针脚，引线为翼形或丁形，两边或四边引出，节距

1.27-0.44mm，适

合

3-300

条引线，安装密度

10-50

引脚/cm2，以小外形封装（SOP）和四边

引脚扁平封装（QFP）为代表；阶段三（1990-2000）：面积阵列封装时代，在单一芯片工艺上，以焊球阵列

封装（BGA）和芯片尺寸封装（CSP）为代表，采用“焊球”代替“引脚”，

且芯片与系统之间连接距离大大缩短。在模式演变上，以多芯片组件（MCM）

为代表，实现将多芯片在高密度多层互联基板上用表面贴装技术组装成多

样电子组件、子系统。先进封装：自

20

世纪

90

年代中期开始，基于系统产品不断多功能化的需求，同时也由

于

CSP封装、积层式多层基板技术的引进，集成电路封测产业迈入三维叠

层封装（3D）时代。具体特征表现为：（1）封装元件概念演变为封装系统；

（2）单芯片向多芯片发展；（3）平面封装（MCM）向立体封装（3D）发展（4）倒装连接、TSV硅通孔连接成为主要键合方式。具体的先进封装囊

括倒装、晶圆级封装以及

POP/Sip/TSV等立体式封装技术，其特征分述如

下：3D封装技术：MCM技术集成多个集成电路芯片实现封装产品在面积上的

集成，那么让芯片集成实现纵向上的集成则是

3D封装技术的主要功效。3D封装可以通过两种方式实现：封装内的裸片堆叠和封装堆叠。封装堆叠又可

分为封装内的封装堆叠和封装间的封装堆叠。3D封装会综合使用倒装、晶

圆级封装以及

POP/Sip/TSV等立体式封装技术，其发展共划分为三个阶段：

第一阶段采用引线和倒装芯片键合技术堆叠芯片；第二阶段采用封装体堆

叠（POP）；第三阶段采用硅通孔技术实现芯片堆叠。倒装芯片技术（FlipChip，FC）不是特定的封装类型，而是一种管芯与封装

载体的电路互联技术，是引线键合技术（WireBond，WB）和载带自动键合

技术（TapeAutomatedBonding，TAB）发展后的更高级连接技术。WB与

TAB的芯片焊盘限制在芯片四周，而

FC则将裸芯片面朝下，将整个芯片面积与

基板直接连接，省掉了互联引线，具备更好的电气性能。圆片级封装技术（WaferLevelPackage，WLP）技术是在市场不断追求小型化

下，倒装技术与

SMT和

BGA结合的产物，是一种经过改进和提高的

CSP。

圆片级封装与传统封装方式（先切割再封测，封装后面积至少>20%原芯片

面积）有很大区别，WLP技术先在整片晶圆上同时对众多芯片进行封装、

测试，最后切割成单个器件，并直接贴装到基板或

PCB上，因此封装后的

体积等于芯片原尺寸，生产成本也大幅降低。WLP又可称为标准

WLP（faninWLP），随后又演化出扩散式

WLP（fan-outWLP），是基于晶圆重构技

术，将芯片重新布置到一块人工晶圆上，然后按照与标准

WLP工艺蕾丝步

骤进行封装。堆叠封装（PackageonPackage，PoP）属于封装外封装，是指纵向排列的逻

辑和储存元器件的集成电路封装形式，它采用两个或两个以上的

BGA堆叠，

一般强抗下逻辑运算位于底部，储存元器件位于上部，用焊球将两个封装结

合，主要用于制造高级便携式设备和智能手机使用的先进移动通讯平台。硅通孔技术（TSV，Through-Silicon-Via）也是一种电路互联技术，它通过在

芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连。与以

往的

IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向

堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。

TSV是

2.5D和

3D封装的关键技术。系统级封装技术（SysteminaPackage，SiP）是将多种功能芯片，包括处理器、

存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。与系

统级芯片（SystemOnaChip，SoC）相对应。不同的是系统级封装是采用不

同芯片进行并排或叠加的封装方式，而

SOC则是高度集成的芯片产品。整体而言，封装技术经历了由传统封装（DIP、SOP、QFP、PGA等）向先

进封装（BGA、CSP、FC、WLP、TSV、3D堆叠、SIP等）演进。目前全球

集成电路主流封装技术为第三代封装技术，即

BGA（球栅阵列封装）、CSP

（芯片级封装）、FC（倒装芯片）。其中倒装芯片封装技术被认为是推进低

成本、高密度便携式电子设备制造所必需的项工艺，已广泛应用于消费类电

子领城。而第四代封装技术，WLP（晶圆级封装）、TSV（硅通孔技术）、

SIP（系统级封装）等仍在小规模推广中，在技术升级下它们亦将会成为未

来封装方式的主流。3、国内封装产业率先突围全球

IC封测产业规模一直保持着个位数增长的态势（除

2014

年激增导致

2015

年数据略降外），2017

年全球封测行业收入

533

亿美元，占半导体行

业整体收入的

13%，2018

年全球封测行业收入预计

560

亿美元，保持

4.5%

的增速。根据前

25

名封测厂商所在区域统计，中国台湾以

53%的销售额占

据了封测行业的半壁江山，紧随其后的为中国大陆和美国，分别以

21%和

15%的份额排名第二、第三，马来西亚、韩国、新加坡、日本则分别占据

4%、3%、2%、2%的份额。从市场占比来看，国内封装企业已经进驻全球第一梯

队，具备一定的国际竞争力。当前摩尔定律逐渐到头，IC成本不断上升，促使业界开始依靠

IC封装来扩

大在超越摩尔时代的获利。因此，得益于对更高集成度的广泛需求，以及下

游

5G、消费类、存储和计算、物联网、人工智能和高性能计算等大趋势的

推动，先进封装将成为推进

IC封装产业的主推动力。根据

Yole数据，2018

年先进封装与传统封装占比分别为

42.1%和

57.9%，同时预测，截止

2024

年行业整体复合增长率为

5%，其中，先进封装占比将达到

49.7%，符合增长

率达

8.2%，占据行业整体份额的一半；传统封装则保持

2.4%的复合增长率，

份额逐步缩小。从先进封装技术平台细分来看，倒转技术应用最广，占据

75%左右的市场份

额，其次为

Fan-inWLP和

Fan-outWLP。从未来发展速度来看，Yole预测

2018-2024

年，2D/3DTSV技术、嵌入式封装技术

EmbeddedDie（使用复合

基板）、Fan-outWLP因未来广阔的市场空间而增速较快，分别将保持

26%、

49%、26%的复合增长率。其中

Fan-out将主要用于、网络、汽车领

域；2D/3DTSV技术将主要应用于人工智能（AI）/机器学习（ML）、高性

能计算（HPC）、数据中心、图像传感器、微机电领域；EmbeddedDie技术

则主要应用于汽车和医疗领域。受益于下游消费电子产业的崛起以及半导体产业转移趋势，中国

IC封测行

业快速发展，自

2015

年以来，保持两位数增长趋势，远高于全球增速水平。

据前瞻产业研究院发布的统计数据显示，2018

年我国集成电路封装测试行

业市场规模突破

2000

亿元，达到了

2193.9

亿元，同比增长

16.1%。中国先进封装占比低但成长迅速。虽然近年来国内领先企业在先进封装领

域取得较大突破，先进封装的产业化能力基本形成，但在高密度集成等先进

封装方面中国封装企业与国际先进水平仍有一定差距。目前我国

IC封装市

场中，还是

DIP、QFP、QFN/DFN等传统封装技术占主体，据集邦咨询顾

问统计，2018

年中国先进封装营收约为

526

亿元，占中国

IC封测总营收的25%，远低于全球

42.1%的比例。国内先进封装的市场份额也仅占全球

10%

左右的市场份额。Yole数据显示，中国封测企业

2018

年在先进封装领域加

速提高产能，增长率高达

16%，是全球的

2

倍，其中在收购星科金

鹏之后，其先进封装产品出货量全球占比

7.8%（2017

年），排名第三，仅

次于和。收购兼并是国内封测企业起步的契机。国内封装企业以与通富微

电为代表，2018

年市场规模分别为

233.36

亿元和

71.64，分别占国内市场份

额的

11%和

3%。封装行业技术门槛低，需要通过不断加大投资来提高边际

产出，因此行业公司往往追求产量规模的扩大。我国封测企业的快步发展有

赖于开启对海内外的并购，不断扩大公司规模。如长电科技联合产业基金、

芯电半导体收购新加坡封测厂星科金朋，收购美国

FCI，

联合大基金收购

AMD苏州和槟城封测厂，则购入英飞凌智瑞达部

分资产。四、

半导体行业发展趋势(一)

后摩尔定律时代摩尔定律是由

GordonMoore在

1965

年提出的集成电路特征尺寸随时间按

照指数规律缩小的法则，具体可归纳为：集成电路芯片上所集成的电路数目，

每隔

18

个月就翻一番。在半导体行业发展的前

50

年，真实晶体管的密度发

展规律基本遵循摩尔定律，人类社会飞速进入信息时代，同时在半导体工业

界也诞生了一大批巨无霸企业，比如

Intel和

Qualcomm等等，摩尔定律成

为指导半导体行业的发展蓝图。当前半导体制程已拓展至

7nm，特征尺寸越

来越接近宏观物理和量子物理的边界，导致高级工艺制程的研发越来越困

难，研发成本也越来越高，摩尔定律逐渐到达极限。2010

年国际半导体技术发展路线图（ITRS）将晶体管密度预计修订为：到

2013

年低，每个集成电路上集成的晶体管数目增速将会放缓，变为每三年

翻一番。此外，在摩尔定律面临来自物理极限、经济限制等多重压力的现实

下，集成电路技术潮流分化为延伸摩尔（MoreMoore）、超越摩尔（MorethanMoore）和超越

CMOS（BeyondCMOS）三个主要方向，系统集成、系统封

装以及新材料新技术成为行业技术突破方向。延伸