華虹集團下設四座制造基地,即金橋基地、張江基地、康橋基地和無錫基地。
8寸晶圓供需雙擊造成長景氣周期,特殊工藝是公司核心壁壘。(1)伴隨物聯(lián)網(IoT)、汽車電子、MOSFET、MCU、智能卡等下游應用增長迅猛勢頭,同時8寸晶圓在以上應用領域具有競爭力,造成8寸需求提升。(2)供給端設備和硅片出現(xiàn)錯配,產生產能卡口且短期無法解決。(3)公司深耕8寸特殊工藝,并積極向12寸特殊工藝布局,長穩(wěn)定盈利可期。
一超多弱下晶圓代工發(fā)展模式固化,但“華虹系”有望走出代工特色道路。晶圓代工產業(yè)整體展現(xiàn)出“一超多弱”的市場格局(臺積電以55.9%的市場份額高居第一,而其他廠商的市占率均未超過10%,且先進制程爬坡速度逐代提升),在此格局下晶圓代工大體有兩種模式,要么耗費大量資金、人員投入到先進制程的研發(fā)當中努力躋身晶圓代工行業(yè)第一梯隊。要么利用特殊工藝構筑競爭壁壘,避免第二梯隊激烈市場競爭獲得盈利。而華虹系走出第三道路:上市公司華虹半導體具有特殊工藝領先產能保證盈利,體外華力微電子專注先進制程研發(fā)保證長期開拓更大市場,我們認為該模式具有非常高的靈活性。
綜合以上,我們認為華虹半導體發(fā)展模式具有特殊性,一方面8寸線緊張趨勢下公司特殊工藝具備核心競爭壁壘,另一方面大華虹體系下華力微電子專注先進制程工藝。有望走出中國晶圓代工特色道路。

1. 華虹半導體:8寸晶圓代工企業(yè)龍頭
華虹半導體全稱華虹半導體有限公司,于2005年1月成立,2014年10月上市。公司是全球領先的200mm(8寸)純晶圓代工廠,主要專注于研發(fā)及制造專業(yè)應用的200mm晶圓半導體。公司的主要工藝技術包括嵌入式非易失性存儲器、邏輯及射頻、分立器件、模擬及電源管理、獨立非易失性存儲器。產品主要應用于電子消費品、通訊、計算機、工業(yè)及汽車市場。客戶主要分為兩大類:(i)集成器件制造商;(ii)系統(tǒng)及無廠半導體公司。
2017年全球半導體市場實現(xiàn)超過20%的高增長,中國集成電路產業(yè)規(guī)模與增速全球領先,在此背景下2017年公司營業(yè)收入再創(chuàng)歷史新高,達53.7億元,同比增長11.6%。歸母凈利潤為9.5億元,同比增長12.75%。盈利能力方面,公司毛利率從2013年的21.45%上升至2017年的33.06%,保持連續(xù)六年成長,主要得益于平均銷售價格提升及產品組合優(yōu)化,部分被折舊成本增加所抵消。凈利率為17.69%,月產能為16.8萬片,同比增加8.39%。

2017年,公司在嵌入式非易失性存儲器(eNVM)、功率器件、模擬及電源管理、邏輯及射頻SOI等技術領域深耕創(chuàng)新,繼續(xù)保持領先地位。核心業(yè)務表現(xiàn)強勁,所銷售產品幾乎涵蓋了所有的相關領域,尤其是金融IC卡、身份證、深溝槽超級結、IGBT和電源管理芯片。2017年金融IC卡出貨量同比增長超過200%,創(chuàng)歷史新高;純金融IC卡、社保卡、居民健康卡等帶金融支付功能的智能卡芯片出貨約4.3億顆。2017年微控制器(MCU)芯片出貨超過30萬片200mm晶圓,并持續(xù)穩(wěn)步增長。

2. 8寸線產能持續(xù)緊張,特殊工藝成為公司核心競爭壁壘
2.1. 8寸晶圓下游應用持續(xù)緊張
伴隨物聯(lián)網(IoT)、汽車電子、智能卡等下游應用增長迅猛勢頭,驅動芯片、指紋識別、MOSFET、MCU等芯片需求強勁,且這些芯片多采用成熟制程,由此8寸晶圓產能的需求持續(xù)緊張,導致8寸晶圓緊缺。

統(tǒng)計數據顯示,中國LED 照明市場規(guī)模逐年攀升,2017年我國LED照明產值規(guī)模為2969億元,同比增長將近21%。支持LED照明高輸入電壓的半導體產品通常選擇200mm晶圓進行生產,預期未來中國市場對LED照明半導體需求將很可觀。

據HIS,2020年全球智能卡集成電路出貨量將超過120億片。根據Maximize Market Research研究,2016年至2026年全球智能卡市場規(guī)模保持年復合增長率8.9%左右增長,有望在2026年達到176億美元的總額。智能卡集成電路市場的增長可能會增加對嵌入式非易失性存儲器工藝技術的集成電路的需求,而相關晶圓大多由8寸晶供應,將導致8寸晶需求吃緊。

汽車電子及物聯(lián)網的飛速發(fā)展帶來了MCU新增需求。近年來MCU需求呈現(xiàn)爆發(fā)態(tài)勢,而汽車市場占據全球MCU產品市場約40%。汽車市場對微控制器、高壓、模擬及電源管理應用半導體有巨大需求。生產一輛低端汽車車型往往需要30-50片相關芯片,而隨著汽車智能應用的增長,汽車電子芯片需求將繼續(xù)攀升。據IC Insights數據顯示,2017年汽車IC市場增長率達22%,市場規(guī)模達到280億美元。

新能源汽車行業(yè)發(fā)展,整車芯片數量激增,帶來對汽車電子需求強烈刺激。據 Marklines研究,2017 年全年全球新能源乘用車銷量 119.7 萬,同比增長 67%,其中我國銷量排名第一;其中12 月全球新能源汽車銷量為 16.1 萬輛,同比增長 61%。

電機驅動作為新能源汽車技術核心,而IGBT管作為電機驅動部分核心,成為新能源汽車中除電源外單價最昂貴的零件。2016年,全球累計銷售新能源汽車200萬輛,其中IGBT管的價值就高達9億美元,每輛新能源汽車上搭載的IGBT管平均價值450美元。根據IC Insights數據顯示,到 2021 年,汽車 IC 市場將會增長到 436 億美元,2017 年到 2021 年之間的復合增長率為 12.5%,為復合增長率最高的細分市場模塊??梢灶A見,未來幾年內汽車電子市場增長將拉動半導體產品需求,而具有特殊工藝優(yōu)勢的8寸晶圓將承接這部分需求。

隨著智能手機的芯片需求逐漸趨于平穩(wěn),未來物聯(lián)網新增需求將成為半導體公司重要的新收入來源。麥肯錫全球研究院估計,到2025年,物聯(lián)網可能在全球范圍內產生4萬億至11萬億美元的價值。目前物聯(lián)網的裝機數量在70億到100億之間。預計未來幾年這一數字每年將增長約15%至20%,到2020年將達到260億至300億。

據IC Insights數據顯示,MCU市場規(guī)模將于2020年達到高峰,銷售額達到209億美元,銷售267億顆芯片。汽車電子和物聯(lián)網等應用對芯片有低功耗、長時間使用及無線通信等方面的要求,而由于特殊工藝優(yōu)勢,多選用200mm晶圓進行生產。MCU需求爆發(fā)式增長,以及由于IDM廠產能不足造成的交貨周期延長,導致MCU缺貨,8寸晶圓代工廠有望從這一應用緊張需求中獲利。

在移動設備、物聯(lián)網以及汽車應用的驅動下,CIS市場正經歷高速增長。CIS(CMOS Image Sensor,CMOS圖像傳感器)是非常重要的數字感光元件,據Yole Development估計,在2015~2021年的年復合增長率將達10.4%,將從2015年的103億美元增長到2021年的188億美元。

由于以上這些應用平臺絕大多數都采用45nm及以上制程的成熟工藝,而12產線的設備主要服務于28nm及以下的先進制程,所以8寸晶圓在以上應用領域具有獨特的競爭力,因此,短時間內12寸晶圓無法取代8寸晶圓的地位。雖然隨著12寸晶圓制造成本的下降,尤其是折舊開支和光罩成本的下跌,8寸晶圓的制造成本優(yōu)勢可能會逐漸減小,但是代工廠仍能夠通過改善產品組合億專注于特定產品的方式維持自身競爭力。因此,8寸晶圓代工廠有望受惠于上述應用推升,爭取市場機遇,并在未來一段時間內維持較強的盈利能力。
2.2. 八寸晶圓供應嚴重不足,預計持續(xù)緊張
2.2.1. 硅晶圓尺寸由8寸向12寸轉換,8寸晶產能壓縮
晶圓尺寸是半導體制造工藝的重要參數,在過去的30年中,晶圓制造商在晶圓尺寸提升方面耗費了巨大的投入。在實際生產制造中,可利用的是大晶圓的中心部分,而晶圓的邊緣區(qū)域通常存在碎片、裂縫等物理損傷。晶圓尺寸半徑越大,每片晶圓上可制造的芯片數量就越多,這就意味著大批量生產成本的降低。而根據摩爾定律,集成電路的集成度也越來越高。集成度越高,意味著單位面積上所容納的元件數目就越多。因此,硅晶圓尺寸發(fā)展趨勢呈現(xiàn)6寸——8寸——12寸的轉換路線。

當前的市場主要以8寸晶圓和12寸晶圓制造為主。8寸晶圓主要應用于智能硬件中微處理器、射頻芯片、電源芯片、智能卡等,涵蓋了汽車電子、工控/醫(yī)療、消費電子等領域。而12寸晶圓主要用于制造CPU、存儲器等高性能芯片,廣泛應用于顯示器件、人工智能、車聯(lián)網、可穿戴設備等領域。
市場發(fā)展導致十二英寸的需求也在迅速崛起。為滿足市場增長需要所帶來的12寸晶圓需求,晶圓產能整體呈現(xiàn)出由8寸向12寸轉移的趨勢。根據IC Insights數據顯示,預計到2020年晶圓產能分布中8寸晶占比穩(wěn)中有降,較2014年下降約4%。

8寸向12寸的轉換是市場需求驅動,更是技術更新?lián)Q代帶來的必然結果。追求先進制程的廠商會優(yōu)先選擇12寸晶圓,這是由設備決定的,也是由效費比決定的。晶圓制造領域巨頭紛紛用12寸線替代原有的8寸線,使能夠搶占更多的市場。
而當行業(yè)巨頭基本完成8寸線向12寸線轉換升級過程時,如果出現(xiàn)針對8寸晶的強烈需求,行業(yè)巨頭就不具有產能彈性,不能夠根據新增的市場需求安排8寸晶圓產能。因此,隨著汽車電子和物聯(lián)網等上述行業(yè)的迅猛發(fā)展,市場8寸晶圓的需求明顯抬頭,基于當前生產布局的大環(huán)境,可以預見8寸晶圓制造商將由此獲利。

2.2.2. 八寸晶制造設備短缺影響產能
八寸晶制造關鍵設備的停產,以及二手晶圓設備市場八英寸設備的緊缺,將對八寸晶圓產能擴充帶來不利影響。根據二手設備供應商Surplus Global稱,在2018年初,行業(yè)需要大約2000臺全新或翻新的200 mm機臺來滿足晶圓廠的需求,而同期市場上只有500臺可用的機臺。預計在半導體設備制造廠商新的200mm設備實施到出品這段時間內,200mm晶圓制造設備仍將呈現(xiàn)不平衡的供需結構。制造設備的短缺,將從供給端造成產能卡口,阻礙8寸晶圓制造企業(yè)產能擴充的腳步。由此可以推斷,誰能夠占據制造設備供應的先機,誰就能夠在8寸線產能擴充上占據決定性的優(yōu)勢。


2.2.3. 8寸硅片產能緊張導致供給吃緊
根據SUMCO2018Q1發(fā)布行業(yè)數據,自2016年全球市場對200mm晶圓需求顯著提升,預計2018Q2的8寸晶圓需求量將達到5500千片/月,需求量呈現(xiàn)明顯的上揚態(tài)勢。由于需求旺盛及產能吃緊,我們有理由預計接下來一段時間內8寸硅片需求量將大于這一預計數字。
8寸晶圓需求吃緊也體現(xiàn)在8寸晶圓制造商產能利用率的提升上。根據華虹半導體披露數據顯示,自2015年來產能利用率一直在90%以上,2017年更是接近滿載,達到98.1%,這也反映出了目前8寸晶圓產能吃緊的現(xiàn)狀。

同樣,由于6寸晶圓向8寸轉移,2016年后6寸晶圓產能呈現(xiàn)穩(wěn)定且平緩下降趨勢。SEMI預計,到2019年6寸晶圓產能將由2016年的249萬片/月降低至243萬片/月,考慮產能轉移的效果,8寸晶圓需求量將至少提升3.2萬片/月。

根據SEMI統(tǒng)計數據顯示,到2020年,全球預計將有189個8英寸的晶圓廠,8寸廠的產能將達到570萬片/月。2017年7月,大陸已實現(xiàn)量產的8寸晶圓產能為70萬片/月,預計到2021年底將達到90萬片/月。另外,考慮到產能爬坡以及實際產能利用率等因素,未來幾年全球市場范圍內8寸晶圓供給和需求之間尚存在較大缺口,8寸晶圓的供應仍會維持緊張態(tài)勢。而華虹全球最大的200mm晶圓代工廠,勢必會受益于這一供需形勢。
2.3. 公司核心壁壘為特殊工藝
前面我們提到,對8寸線而言,在需求端,下游產品需求持續(xù)強勁,而在供給端,一方面隨著對產品性能功耗等要求的提升和技術遷移的發(fā)展,硅晶圓尺寸由8寸向12寸轉換的過程中,8寸晶圓產能被壓縮;另一方面,在晶圓制造產業(yè)的上游端,硅晶圓片持續(xù)漲價且產能緊張,8寸線相關工藝設備(包括二手設備)緊缺,整個產業(yè)八寸線產能吃緊承壓,代工價格有一定幅度上漲。
下面我們聚焦于公司個體,重點闡述下公司幾類產品背后的特殊工藝技術平臺及其技術優(yōu)勢和發(fā)展,同時重點關注大基金、無錫市政府和華虹共同參股的華虹無錫12寸項目,聚焦其建12寸線的實質還是用特殊工藝來延伸其制程從90nm到65/55nnm, 用特殊工藝來做更小制程的MCU和智能卡類產品,并展望公司未來特色工藝構筑的核心壁壘所帶來的收入增長、毛利率情況和產品組合優(yōu)化下的市場份額的提升。
2.3.1. 核心優(yōu)勢——成熟豐富的特色工藝技術平臺
具體來講,其八寸線產能利用率接近滿載,我們預期這種情形還將持續(xù)到19年,而公司產能的旺盛需求,離不開公司的核心壁壘—特殊工藝的加持和積累。
公司在1.0μm至90nm技術節(jié)點上開發(fā)并向客戶提供先進的差異化晶圓加工技術組合,尤其是設計及制造需要嵌入式非易失性存儲器工藝技術的半導體方面的專家。公司17年小于0.13μm(即從0.13μm到90nm)的制程收入占比為33.5%,大于0.35μm的制程收入占比47.2%,顯示其在成熟制程產品上品控和特點上有其獨特優(yōu)勢。

對比中芯國際,華虹半導體在分立器件方面有著較強的領先優(yōu)勢。對中芯國際來說,成熟制程依然是營收支柱。45nm及以下的成熟制程目前貢獻了中芯國際88.7%的營收,其中0.15μm及以下制程的營收占比為37.8%,90nm, 0.13/0.11μm, 0.18μm, 0.25μm, 0.35μm 以及 SPOCULL 是公司的成熟制程業(yè)務,而其成熟制程的應用包含 eNVM、混合信號/射頻工藝技術、模擬電源、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、面板驅動芯片(DDIC)、CMOS 圖像傳感器 (CIS)、CMOS 微電子機械系統(tǒng)、非易失性存儲器、物聯(lián)網解決方案以及汽車電子等領域。

華虹工藝平臺主要是嵌入式非易失性存儲器、分立器件、模擬及電源管理、射頻及邏輯、傳感器,按是否需要更先進的制程緊急程度按從高往低排序為邏輯、射頻、嵌入式非易失性存儲器、模擬及電源管理、分立器件和傳感器。主要產品包括MCU、智能卡IC、IGBT、超級結、電源驅動IC等。
收入方面,嵌入式非易失性存儲器(MCU+智能卡)和分立器件連續(xù)幾年占比超過60%,在17年占比69%。18年第一季度這兩塊收入占比分別為40%、32%,同比增長了20%、37%,主要受MCU、IGBT和MOSFET產品的旺盛需求推動。毛利率方面,公司在智能卡IC方面毛利率最高,超過40%,MCU、射頻及邏輯、電源管理方面也超30%,而分立器件毛利率較低,為25—30%,但營收增長較為快速。


我們分產品來詳細闡述華虹特殊工藝的積累和在一些方面的領先地位。
在嵌入式非易失性存儲器方面,主要有智能卡IC和MCU兩塊收入。與競爭對手相比,其嵌入式非易失性存儲器解決方案能夠在相對更小裸晶尺寸上發(fā)揮卓越性能。非易失存儲器,即NVM,具有非易失、按字節(jié)存取、存儲密度高、低能耗、讀寫性能接近DRAM,但讀寫速度不對稱,壽命有限。
智能卡方面,華虹有著非常深厚、先進、專業(yè)性的積累,是全球領先的智能卡IC代工廠。目前在智能卡上采用的的類型包括:Flash 和EEPROM。2001年,開始采用0.35微米EEPROM技術生產二代身份證芯片。10年,華虹采用0.13微米eFlash工藝,可制造0.13微米制程下最小的閃存元胞尺寸。公司已經掌握90nm低功耗嵌入式閃存工藝平臺,該工藝具有高性能(高速、低功耗等)、高存儲密度、高集成度的特點,并在17年10月份實現(xiàn)第二代90nm嵌入式閃存工藝平臺的高良率的穩(wěn)定量產,較第一代相比,F(xiàn)lash元胞尺寸縮小約25%(為目前全球90nm工藝節(jié)點嵌入式閃存技術的最小尺寸),保證高可靠性的同時提供極小面積的低功耗,同時制造成本更低(縮減了一層光罩),可在SIM卡和金融IC卡等高端智能卡芯片和MCU上加速贏得更多的市場份額??蛻舴矫?,10年開始,同方微、華大電子成為其客戶,并逐漸開始和上海華虹、大唐電信、上海復旦、國民技術等保持良好的客戶關系。16年,公司智能芯片出貨量達22億顆,約占全球23%市場份額,其中SIM卡出貨18億顆,約占全球33%市場份額,2億顆金融IC卡芯片,市場份額占比為10%。而17年其銀行卡市場份額約30%,今年預計可達到60%,增長迅猛。
現(xiàn)在的SIM卡趨勢,eSE(嵌入式安全芯片),是一種防篡改的芯片,基于硬件芯片的模塊,安全級別可以做到最高。其大小不一,設計也可不同,并可嵌入在任意一種移動設備中。基于硬件芯片的模塊,安全級別可以做到最高,如果是在eSE里實現(xiàn)的eSIM功能,其功能不僅僅是目前運營商業(yè)務,意味著eSE的適用范圍較廣,可保證任意一種設備以及各種用例(例如支付、票券兌換、交通、訪問控制、票務、公司、云計算、電子政務等)中應用程序的安全。

MCU方面,MCU,即微控制單元(Microcontroller Unit),是把中央處理器的頻率與規(guī)格做適當縮減,并將內存、計數器、U、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口,甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上,形成芯片級的計算機,為不同的應用場合做不同組合控制。作為成千上萬的智能物聯(lián)網產品的核心,MCU的優(yōu)勢在于可以對功能和性能精確定制。MCU市場仍處于成長階段,各級別的MCU的需求量持續(xù)攀升,應用范圍持續(xù)擴大。
MCU 根據位元不同分為4位MCU、8位MCU、16位MCU、32位MCU和64位MCU。根據Gartner的數據,2014年8位MCU和32位MCU的市場市場份額分別為 39.7%、38.5%。17年時分別為33%、38%。到了2018年,根據IHS的預測,8位MCU的市場規(guī)模將增長到78億美元,市場份額仍繼續(xù)超過每年MCU市場營收的三分之一以上。8位MCU創(chuàng)新空間巨大,應用無處不在(在新型消費電子、物聯(lián)網、工業(yè)控制、智能傳感器和電信及數據通信設備中都有應用),一般而言,在大量數據運算與圖像影音處理等方面,以32位MCU為主;在控制類應用方面,進入市場較早的8位MCU產品則具備諸多競爭優(yōu)勢,例如8位MCU產品很早進入消費類、醫(yī)療用品、工業(yè)控制、汽車電子等市場應用,產品穩(wěn)定,性價比滿足需求,至今仍占主導地位。這些已穩(wěn)定量產的產品,由于安全可靠與成本優(yōu)勢,也成為8位MCU之市場的發(fā)展基石。

針對8位MCU,華虹擁有5V和3.3V單電壓工藝平臺,提供最完整和最高性價比的8位MCU的代工方案。在17年8月,公司針對8位MCU市場,最新推出95納米單絕緣柵非易失性嵌入式存儲器(95納米5VSGeNVM)工藝平臺并已量產。其產品具有較小的面積和較低的讀取功耗(50μA/MHz),器件靜態(tài)功耗Ioff也只有0.5pA。在保證產品穩(wěn)定性能的同時,95納米5VSGeNVM工藝平臺以其低功耗、低成本的優(yōu)勢,使其成為制勝8位MCU的首選工藝。此外,重要的是,華虹同時擁有多種MCU所需要的細分化eFlash/eEEPROM工藝平臺,可將我們領先的嵌入式存儲技術與CMOS射頻集成及/或高壓LDMOS技術結合,大大增加可用MCU解決方案的數量。
展望華虹的MCU業(yè)務在今年能保持高增長,主要原因是:(1)ST、TI、瑞薩等IDM廠產能不足,導致交貨期延長,不少MCU廠商產品交期都從4個月延長至6個月,日本MCU廠商更是拉長至9個月;(2)汽車電子及物聯(lián)網大量導入MCU架構和新增無線充電等需求增長;(3)國際MCU大廠轉往車用、工控等高端應用市場,逐漸淡出8位MCU市場。
華虹在15年6月推出0.11微米超低漏電嵌入式閃存技術平臺(0.11 μm Ultra Low Leakage eNVM Platform),支持低至于1.08伏的操作電壓,小于0.2pA/μm的超低漏電。該平臺的存儲器IP具有10萬至50萬次擦寫次數、讀取速度達20ns等獨特優(yōu)勢,尤其是,該技術的動態(tài)功耗達25uA/MHz,靜態(tài)功耗達50nA,可大幅提升電池壽命,延長時下最熱門的物聯(lián)網及可穿戴式設備的待機時間。在18年6月,華虹在其基礎上自主研發(fā)了超低功耗模擬IP,包括時鐘管理、電源管理、模數轉換(Analog Digital Converter)等,這些IP通過了矽驗證并已經量產,可幫助客戶設計定制低功耗、高性價比、高精度等各類MCU,具有很強的技術領先優(yōu)勢。
在功率器件技術方面,華虹宏力是領導者,擁有一個專門制造功率器件產品的晶圓廠,制程大于0.25μm。通過靈活而可定制的制造平臺,可以滿足各種客戶的特定需求。在02年,開始提供200mm溝槽式MOSFET技術。在2011年,有了600V SJNFET產品和1200V NPT IGBT產品。在此方面有10年以上的量產經驗,積累和先進的工藝和技術以及開發(fā)經驗,一直在致力于開發(fā)高壓和低開啟電阻的MOSFET工藝平臺和IGBT技術工藝。其產品主要分為三類:
(1)溝槽式MOSFET,是在基于過去積累的LV MOSFET經驗基礎上開發(fā)的,其創(chuàng)造性的將溝槽應用到600V的MOSFET上,與國內大多數廠商的常規(guī)的平面型 MOSFET相比,可以有效的降低開啟電阻10%以上,同時能根據產品特性需求,提供客戶定制化服務。
(2)超級結MOSFET,電壓覆蓋400-900V。其最新研發(fā)的第三代深溝槽超級結技術,采用獨特的工藝技術,可以達到由于業(yè)界水平的性能和指標,在提升單位面積的導通電阻方面有著明顯優(yōu)勢,達到英飛凌最新一代產品指標水平。該技術的產品非常適合用于市電范圍的開關電源、AC/DC、適配器、充電器和LED照明等應用,是可提供更低功耗,更高效率,更小尺寸的綠色芯制造平臺。
(3)IGBT,華虹在基于在MOSFET和超級結方面積累的經驗上,開發(fā)出了基于溝槽結構的600—1200V非穿通型和場截止型IGBT。IGBT,即絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小,開關速度快,但導通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點,驅動功率小而飽和壓降低。下圖的簡化等效電路表明,IGBT是由GTR與MOSFET組成的達林頓結構,該結構中的部分是MOSFET驅動,另一部分是厚基區(qū)PNP型晶體管。該技術的產品非常適合用于新能源汽車、白色家電、電磁爐、馬達驅動、UPS、焊機、機車拖動、智能電網以級包括風電和太陽能等新能源應用。

在模擬器件與電源管理方面,擁有其成熟CMOS平臺的BCD/CMOS工藝,制程覆蓋從大于0.25微米到0.13微米,可廣泛應用于音頻功放、室內外照明、電源管理、工業(yè)控制、汽車電子等領域,特別是DC-DC轉換器、AC-DC轉換器、LED照明和電池管理等產品的最佳工藝選擇。
BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工藝在同一芯片上集成了具有精確模擬功能的雙極型器件(Bipolar)作為外部系統(tǒng)與數字系統(tǒng)之間的接口、數字設計的CMOS器件作為邏輯電路和信號處理的核心,以及高壓放大功率結構的DMOS器件用于驅動外部負載,可以同時實現(xiàn)硬件連接、運算以及驅動負載,非常適用于具有一定負載的功率調節(jié)任務,比如驅動芯片、電源管理芯片等等。

總的來說,特殊工藝技術能夠令尺寸較小的晶粒包含較多的模擬內容或支持汽車及其他市場分部所需的較高電壓。這些特殊工藝技術包括精度模擬CMOS、射頻CMOS、嵌入式存儲器CMOS、CIS、高壓CMOS、BiCMOS及BCDMOS。基于有需要對工藝參數采取非常嚴格的容差限度,代工廠商需要投入時間、資本及研發(fā)資源以使用該等特種工藝技術以商業(yè)可行的成品率制造晶圓,使得能以更低功耗、更低成本、更高性價比、更高集成度、更定制化的服務來增強產品的競爭力,打造公司的核心壁壘。
2.3.2. 12寸晶圓建廠潮下,華虹現(xiàn)階段優(yōu)勢有望持續(xù)
不可否認的是,8寸晶圓的短缺和短期強勁需求使8英寸晶圓制造設備難以購得及成本高昂,致使8英寸晶圓的生產成本相對更高。但對晶圓代工廠來說,占成本比重更大的是,新建的12寸產線的折舊的固定資產更高,而8寸線的設備折舊大都完成,相關服務運維費用更低,達到成本效益的生產量要求較低,成熟制程研發(fā)投入少,有些技術優(yōu)勢(包括符合高電壓設計規(guī)定、在晶圓內達致更統(tǒng)一的熱幅照量、生產較少加工分層的晶圓以削減物料成本),疊加其特殊工藝,能專注于以更低的功耗和更低的成本來改善產品組合,專注于特定產品而保持競爭力,從其產品結構就能看出,電子消費品和來自中小客戶的各種定制化產品在其的產品結構中則占比較高,而通訊產品產品占比較少,所以專注于8寸代工的華虹半導體,雖然其規(guī)模比不上臺積電、三星、中芯國際,但是其毛利率是很高的,僅次于臺積電,高于中芯國際和聯(lián)電。

同時,我們應看到摩爾定律下晶圓尺寸的變遷,從6英寸到8英寸再到12英寸。2017年是晶圓廠建設的大年,全球范圍內共計有27座晶圓廠開始投入建設,其中中國大陸有12座晶圓廠開建。

華虹半導體也在布局12寸晶圓產線——華虹無錫12寸廠項目在建。華虹半導體占股51%,大基金占股29%,無錫市人民政府和國資委合計占股20%。該項目總投資100億美元,一期項目規(guī)劃投資約25億美元建設一條月產能約4萬片的12英寸生產線,預計在19年底實現(xiàn)生產準備,預計在2022年實現(xiàn)盈利。
與其他在建的12寸代工廠有所不同的是,建華虹無錫項目,核心還是鞏固夯實公司的核心壁壘——特殊工藝,來應對摩爾定律下的對產品性能提升的要求和所帶來的市場機遇,一方面可以擴充公司特殊工藝技術所需的產能,另一方面可使其特殊工藝技術從90nm延伸至65/50nm,以覆蓋更為廣泛的產品應用,即主要是用特殊工藝來做更小制程的MCU和卡類產品,并不包括高端IGBT等功率器件產品。
3. 受益于“國家戰(zhàn)略+地方平臺+企業(yè)體系”三相支撐,公司有望走出中國特色晶圓代工發(fā)展道路
3.1. 代工產業(yè)整體分析:代工企業(yè)的兩種普遍發(fā)展思路
晶圓代工產業(yè)整體展現(xiàn)出“一超多弱”的市場格局。臺積電以55.9%的市場份額高居第一,而其他廠商的市占率均未超過10%。
這種局面是由于代工巨頭在先進制程研發(fā)水平上的巨大差距決定的。先進制程讓領先廠商可以通過靈活的定價策略在成熟市場中保持主動,擠壓落后廠商的市場和利潤空間,從而擴大自身的領先優(yōu)勢。
從制程技術方面來看,目前晶圓代工業(yè)中處于技術第一梯隊的是臺積電和三星,其10nm制程技術已經開始投入量產;處于第二技術梯隊的是格羅方德和聯(lián)電,其最先進的制程工藝為14nm;大陸晶圓代工領導企業(yè)中芯國際目前最先進的量產制程為28nm,其14nm制程預計于2019年投入量產。
臺積電是目前晶圓代工市場上的絕對龍頭,市占率達55.9%,毛利率超50%,率先投入10nm制程,并將于2018年進軍7nm制程,在全方位領先所有競爭對手。臺積電的巨頭優(yōu)勢尤其體現(xiàn)在技術研發(fā)上,其在短時間內完成了先進制程從研發(fā)到量產的過程,甩開行業(yè)平均水平一個時代以上,巨頭優(yōu)勢越發(fā)鞏固,這也是臺積電毛利率高居50%的關鍵原因。
在這種市場局面下,代工廠一般有兩種發(fā)展路徑。其一:耗費大量資金、人員投入到先進制程的研發(fā)當中,通過提升自身先進制程研發(fā)水平,努力躋身晶圓代工行業(yè)第一梯隊。如大陸晶圓代工巨頭中芯國際除了加速實現(xiàn)14nm FinFET的量產之外,還會進行更先進制程研發(fā);格羅方德14nm工藝來自于三星的合作授權,已經通過自主研發(fā)空降至7nm,并預計將于今年上半年投入量產。但這種做法存在風險,由于先進制程的開發(fā)對研發(fā)投入要求較高,企業(yè)在短時間內需要投入巨大的人力、財力,將可能造成企業(yè)虧損的局面。
行業(yè)巨頭臺積電占據代工市場過半的份額,而其余處于第二、第三梯隊的代工廠商們則要通過競爭剩余的市場份額謀求生存和發(fā)展空間。這種情況下,第二種發(fā)展路徑是:通過代工廠自身掌握的特殊工藝,占據針對該工藝的特殊應用,從而在第二梯隊的激烈市場份額競爭中殺出一條血路。
由此可見,未來一段時間內,這種市場情勢下,代工企業(yè)的發(fā)展通常有兩種路徑:一是在研發(fā)上進行大量投入,在先進制程研發(fā)水平上努力追趕行業(yè)巨頭的代工廠;一種是深耕特殊工藝晶圓制造,在“一超多弱”的市場競爭格局中掌握8寸晶圓市場份額,從而獲得發(fā)展空間和機會的晶圓代工企業(yè)。
3.2. 華虹集團:“國家戰(zhàn)略+地方平臺+企業(yè)體系”優(yōu)勢聯(lián)合,開辟晶圓代工中國特色發(fā)展道路
華虹集團作為大陸半導體行業(yè)重要的國有企業(yè),開辟出了一條具有“中國特色”的發(fā)展道路,即:既投入先進制程工藝的開發(fā),同時又兼顧體系內上市公司盈利能力。通過“企業(yè)+國家戰(zhàn)略+地方平臺”相結合,在保證公司盈利能力的同時,進軍先進制程。
為什么晶圓代工企業(yè)要進軍先進制程? 這要從代工市場格局談起。晶圓代工市場已現(xiàn)“一超多弱”的格局,而這一格局的核心就在于先進工藝技術水平的差距。作為行業(yè)巨頭,臺積電在先進制程領域的霸主地位決定了自身對先進制程市場的掌控,也帶來了極強的議價能力。
摩爾定律逐漸失效,市場普遍認為28nm制程將作為最具性價比的制程工藝長期活躍于市場。但是,先進制程面向的市場更迭迅速,其客戶具有極高的性能敏感度、不惜花費重金爭奪最先進制程的產能。先進制程的生產成本問題并不影響晶圓代工廠的盈利能力,依然能帶來高營收和高毛利率。
除了影響價格外,先進制程讓領先廠商可以通過靈活的定價策略在成熟市場中保持主動,擠壓落后廠商的市場和利潤空間,從而擴大自身的領先優(yōu)勢。由此可見,放眼長遠,如果要真正崛起,投入先進制程的研發(fā),取得先進制程技術突破,是有發(fā)展野心的晶圓代工廠不能繞過的必經之路。
先進制程的研發(fā)需要巨大的資金、人力投入,可能給上市公司帶來虧損風險。但是華虹集團開辟了晶圓代工的“中國特色”的發(fā)展路徑。華虹的發(fā)展,是基于“企業(yè)+國家戰(zhàn)略+地方平臺”的合作模式,受惠于國家集成電路發(fā)展戰(zhàn)略和地方政府合作平臺,同時其本身所具有的集團體系,也為研發(fā)先進制程和維持旗下上市公司盈利能力兩強兼顧提供了實現(xiàn)的可能。
要論證這種“中國特色”的晶圓代工發(fā)展道路,繞不開“國家戰(zhàn)略”、“企業(yè)體系”和“地方政府合作平臺”這三點。
國家集成電路產業(yè)投資基金(下文中亦稱作“大基金”)的支持為華虹半導體的先進制程研發(fā)注入了強大資金支持。放眼 2018 年,大基金初步注資 9.22 億美元,建設上海華虹集團旗下的無錫 12 寸廠 (Fab 7),預計 2019 投產。大基金除了出資 5.22 億美元取得華虹無錫 29% 的股權之外,也出資 4 億美元認購華虹半導體 18.94% 的持股,整體對于華虹的投資金額約 9.22 億美元。大基金的注資對象很大程度上體現(xiàn)了國家對集成電路的發(fā)展意志。
華虹集團本身作為國企,是國家“909”工程的成果和載體?!?09”工程投資總額超過了建國以來所有集成電路項目投資的總和、達到100億元。目前,華虹集團正在積極推進“909”工程升級改造,即12英寸集成電路生產線項目的建設。
華虹半導體受益于地方平臺,作為受國家集成電路發(fā)展戰(zhàn)略扶持的企業(yè),與地方政府通力合作,達到互利雙贏的效果。2017年8月,華虹集團與江蘇省無錫市人民政府在無錫舉行戰(zhàn)略合作協(xié)議簽約儀式,總投資約100億美元的華虹集團集成電路研發(fā)和制造基地項目正式落戶無錫高新區(qū)。雙方將積極推動多層次的戰(zhàn)略合作,凸顯出地方平臺發(fā)展優(yōu)勢。華虹集團有望通過合作帶來成熟的12寸晶圓產線和成熟的工藝制程、產品;而地方政府也將借這一機會,推動產業(yè)基地繁榮發(fā)展,形成互利雙贏的局面。
從企業(yè)體系看,華虹集團的體系布局為兼顧先進制程和盈利能力提供了可能性。華虹集團下屬成員有上海華虹宏力半導體制造有限公司(股票代碼:1347.HK)、上海華虹計通智能系統(tǒng)股份有限公司、上海集成電路研發(fā)中心、上海華力微電子有限公司等子公司;其中,華虹宏力為華虹集團旗下上市公司,主要專著研發(fā)及制造專業(yè)應用8寸晶圓,尤其是嵌入式非易失性存儲器及功率器件;而上海華力微電子有限公司為上市公司體外、華虹集團體系內國有控股公司,成立于2010年1月,總投資規(guī)模219億。
先進制程方面,下屬的華力微電子積極投入,著眼先進制程工藝研發(fā);而華虹宏力作為港股上市公司,也是全球最大的8寸晶圓代工廠,擁有盈利能力的有力保證。華虹集團本身的國企體系,即體現(xiàn)出先進制程研發(fā)的意志與決心(華力微電子),又兼顧旗下上市公司盈利能力(華虹宏力);華力微電子和華虹宏力同為華虹體系下子公司,具有潛在的合作優(yōu)勢,我們認為這種體系將有利于華虹宏力技術能力的進步和業(yè)績規(guī)模的提升。
華虹集團下設四座制造基地,即金橋基地、張江基地、康橋基地和無錫基地。目前Fab1、2、3每月可提供166千片8寸晶圓產能;12寸晶圓布局方面,位于張江基地的12英寸工藝工藝引導線和研發(fā)平臺目前已進入16-14nm研發(fā),目前張江基地Fab5可提供35千片/月的12寸晶圓產能,F(xiàn)ab6、Fab7規(guī)劃在建,有望提80千片/月的新增產能。
華力微電子工藝技術水平以55nm為起點,并向下延伸至28nm,20nm/16nm等先進技術節(jié)點,可廣泛用于智能設備、消費電子、汽車電子、物聯(lián)網等產品。公司擁有中國大陸第一條全自動12寸集成電路芯片制造生產線(Fab 5),工藝技術覆蓋50-44-28各個節(jié)點,目前在浦東康橋建設的第二條12英寸生產線(Fab 6)工藝技術從28nm起步,最終將具備14nm三維工藝的高性能芯片生產能力。目前華力微電子55/40nm產線接近盈利,28/14nm新產線研發(fā)順利進行。華力微電子在先進制程工藝研發(fā)道路上屢有斬獲,我們認為,這正是華虹體系優(yōu)勢所在。上市公司體外的華力微電子專注先進制程研發(fā),不僅避免了華虹宏力投入大量資金進行先進制程研發(fā)可能帶來的虧損風險,也體現(xiàn)了華虹集團發(fā)展先進制程的意志與光明的發(fā)展前景
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原文標題:震驚!8寸晶圓龍頭企業(yè)華虹,竟然有這么多晶圓廠
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