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晶圆厂扩产进行时:特色工艺被重视

理财投资网 2022-04-30 12:55

理财投资网 记者 李靖恒自去年以来,半导体行业的缺芯问题受到了广泛关注。作为半导体产业链的关键环节,晶圆制造制约着芯片的产能。近期,国内几家主要晶圆厂的年报也显示出了对扩产的重视。

国内的晶圆厂主要包括中芯国际(688981.SH、00981.HK)、华虹半导体(01347.HK)、华润微(688396.SH)等。其中,中芯国际和华虹半导体是主要做代工的晶圆厂。而华润微是一家半导体垂直整合制造商(包括芯片的设计、制造和封装),同时也拥有一部分晶圆代工业务。

近日,华润微董事会秘书办人士告诉理财投资网记者,去年该公司的晶圆代工收入占到了总营收的约一半,剩下的是自有产品业务。

作为全球最大的制造中心,现阶段我国集成电路产品和技术仍需依赖进口。国内现有集成电路产业规模与实际集成电路需求仍不匹配,产业链上的相关企业依然存在较大的成长空间。中芯国际在年报中表示。

经过数十年的发展,全球集成电路行业的头部效应较为明显,已形成了少数企业占据市场主导地位的行业生态。伴随市场需求、行业格局和技术路线的不断更迭,集成电路产业在经历了多次结构性调整后,已由单一的垂直整合制造模式演变为垂直整合与垂直分工模式并存的稳定业态。在垂直分工模式中,集成电路制造企业主要指纯晶圆代工企业,为集成电路设计公司提供制造服务。中芯国际称。

晶圆厂扩产:产线、产品与制程

上述华润微人士告诉理财投资网记者,截至去年年底,该公司6英寸晶圆的月产能是23万片,8英寸晶圆月产能是13万片。今年的8英寸晶圆预计扩产10%,12英寸的晶圆产线按计划今年年底通线。

目前,上海等地区的疫情对半导体产业链的影响受到广泛关注,因为国内很多半导体厂商都位于长三角地带。但该华润微人士对记者表示,现在的疫情对华润微的影响比较小,因为公司的生产基地在无锡和重庆,上海主要是做市场和研发。

而中芯国际有一部分工厂位于上海,中芯国际4月27日在投资者互动平台上表示:今年以来公司在各地的工厂一直持续生产。4月中旬,公司在上海的个别工厂曾部分受到短期影响,但目前均已恢复正常生产。公司没有出现停工停产现象。

根据中芯国际的年报,该公司2021年晶圆总产量约为675.5万片(约合8英寸等效产能,比如一片12英寸晶圆相当于2.25片8英寸晶圆),同比增加19.3%。2022年初,上海临港新厂破土动工;位于北京和深圳的两个项目也在推进,预计年底前投入生产。

中芯国际在今年2月公布的投资者关系活动记录表中曾介绍,公司的扩产计划包括老厂扩产和新建厂两部分。其中,位于北京、上海、深圳的新建厂都是12英寸的厂。今年预期有50亿美元的资本开支,用于购买新的土地、建设新的厂房。2021年实际产能增长超过预期,每月增长了10万多片8英寸等效产能。2022年等效8英寸月产能增长预计在13万片到15万片之间。

华虹半导体则在年报中介绍,该公司去年8英寸晶圆月产能为17.8万片,与2020年持平;12英寸晶圆月产能为6万片,同比增加200%。其中,华虹半导体的12英寸晶圆厂位于江苏无锡,于2019年投产。2022年,我们将继续致力于华虹无锡12英寸生产线的产能扩充,力争于今年年底将总产能释放至超过9万片/月华虹半导体表示。每一家代工厂都有自己特色专长的地方,往往某个品类相对较好。华润微人士告诉记者,晶圆厂不同的产线往往也对应不同类型的下游产品,比如,华润微在市场上比较有优势的是电源管理类的产品,代工60%以上都是电源管理芯片。

而根据华虹半导体的年报,该公司的晶圆代工在嵌入式存储、分立器件、逻辑与射频平台方面相对较多,分别占到了营业收入的28.2%、34.2%、16.7%。

而中芯国际则把应用分类主要分为智能手机、智能家居、消费电子以及其他类产品,分别占到了32.2%、12.8%、23.5%和31.5%。

晶圆产线的另一个关键因素是制程。华润微人士告诉记者,以前该公司的制程可以做到0.18微米,去年开始可以做到0.11微米。

华虹半导体的制程在55纳米及以上,整体在向相对更先进的制程变化。其中,55纳米及65纳米占营业收入的比例从2020年的0.7%上升到了2021年的9.7%,90纳米及95纳米则从10.4%上升到了17.2%。而其余微米级别制程的营收占比均有所下降。

中芯国际的制程在0.35微米到14纳米之间。一般来说,芯片28纳米及以上被称为成熟制程,以下被称之为先进制程。而当制程线宽越来越小时,传统的半导体技术很难应对,这时需要引入FinFET(鳍式场效应晶体管)工艺。中芯国际来自FinFET和28纳米工艺的收入占比从2020年的9.2%上升到了2021年的15.1%。

FinFET工艺极大地推动了面向低功耗、大算力的终端应用市场的发展,鉴于其高资金投入、高技术壁垒的特点,目前全球具备FinFET量产能力的晶圆代工企业为数不多,产能需求强劲。中芯国际表示。

根据中芯国际的介绍,90纳米到22纳米用的设备基本型号是一样的,在分配搭建产能的时候有一定的灵活性。现在主要的产能给了40纳米和55纳米,未来产能可以根据客户产品的迭代需求调配。其中,40纳米因过去行业没有建设那么多产能,缺口还是比较大。

不过,中芯国际也在年报表示:自公司被美国列入实体清单以来,生产经营面临巨大挑战。2020年12月18日,中芯国际被美国商务部列入实体清单,对用于10纳米及以下技术节点(包括极紫外光技术)的产品或技术,美国商务部会采取推定拒绝的审批政策进行审核。同时公司为部分特殊客户提供代工服务也可能受到一定限制。

该事项对公司短期内运营及财务状况无重大不利影响,对10纳米及以下先进工艺的研发及产能建设有重大不利影响。中芯国际当时在相关公告中曾如此表示。

特色工艺:另一条道路

在工艺方面,除了追求制程之外,另一条技术路线则是发展特色工艺。

中芯国际在年报中介绍,特色工艺聚焦于特殊功能的实现,被认为是摩尔定律之外的重要发展分支(摩尔定律即通过不断缩小制程线宽来提高芯片的集成度)。特色工艺产品类别广泛,并能形成特色集群优势,拥有各自的市场定位和发展趋势。比如,电源管理、高压驱动、微控制单元、射频、图像传感等细分领域。

华润微人士亦向记者介绍,该公司生产的功率半导体也是特色工艺的代表。与处理器芯片不同,功率半导体在制程方面不追求极致线宽,也不遵循摩尔定律,而专注于结构和技术改进以及材料迭代。

该人士认为,对于特色工艺产品,如果在制造过程中做一些定制化的设计,产品的性能就会有很大不一样。相比单独的设计厂商,华润微有自己的晶圆厂,因此可以在工艺方面进行定制化。如果只是设计而制造交给其他代工厂的话,一般来说代工厂只愿意提供通用品,除非是非常大的客户。

据华润微年报介绍,去年该公司功率器件事业群销售收入同比增长35%,毛利率同比提高12个百分点,净利润增长约150%。其中,MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)产品销售收入同比增长33%,IGBT(绝缘栅双极型功率管)产品销售收入同比增长57%。IGBT被广泛用于光伏以及汽车电子领域。

华润微介绍称,目前功率半导体市场规模在全球半导体行业的占比在8%-10%之间。功率半导体是电力电子装置的必备,行业周期性波动较弱。近年来,功率半导体的应用领域已从工业控制和消费电子拓展至新能源、轨道交通、智能电网、变频家电等诸多市场,行业市场规模呈现稳健增长态势。

华虹半导体也在年报中表示:公司致力于先进特色工艺技术的持续创新,包括嵌入式非易失性存储器、功率器件、模拟及电源管理、逻辑及射频等特色工艺。

记者观察到,上述三家公司都在年报中提及了BCD特色工艺平台。华润微人士向记者介绍,目前该公司生产电源管理芯片的就是BCD平台,很多代工厂目前都在引入这种平台。

所谓BCD,是一种单片集成工艺技术,能够在同一芯片上制作Bipolar(双极)、CMOS(互补金属氧化物半导体)和DMOS(双扩散金属氧化物半导体)器件。其中,Bipolar工艺适合生产模拟功能器件,CMOS工艺适合生产数字功能电路,DMOS工艺适合生产功率器件。

华虹半导体也年报中称,2021年BCD工艺平台的出货量实现三位数的增长。

中芯国际则在2021年导入了55纳米BCD平台。高压显示驱动平台也是一种特色工艺,去年中芯国际的55纳米及40纳米高压显示驱动平台进入风险量产,0.15微米高压显示驱动平台进入批量生产(芯片的投产包括小批量试产、风险量产、批量生产三个阶段)。

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