一直以來,硅晶圓都是我國半導體產業鏈的一大短板,目前國內企業還只能生產6英寸和8英寸的硅片,至于12英寸硅片,基本處于空白。說到硅片的尺寸,相信很多人都會一臉疑惑,到底什么是6英寸,8英寸,12英寸?它們之間有何區別?接下來就給各位詳細講解一下關于硅晶圓的一些基礎知識,保證小白都能看懂!
1、科普篇
先來看看下面這張電子產品產業鏈的圖,紅色圈出的部分就是硅晶圓,從所處位置來看,很明顯是屬于上游材料,且是半導體芯片制造最重要的基礎原材料,在晶圓制造材料成本中占比近30%。
那么8寸、12寸是什么呢?
其實可以想象成披薩,我們吃的pizza hut有9寸,有12寸,大小不同。晶圓也是一樣,按其直徑分為4寸、5寸、6寸、8寸、12寸。
晶圓越大,同一圓片上可生產的芯片就多,可以降低成本,同時所要求材料技術和生產技術也更高。
這里的“寸”當然指的是“英寸”,1英寸=25.4毫米(mm), 如果你在新聞中看到“300mm硅晶圓嚴重缺貨“,知道是幾寸了吧?
那么如此計算,6寸、8寸、12寸晶圓換個說法其實就是150mm、200mm、300mm晶圓。而12寸(300mm)被稱為大硅片。
延伸一下知識點,把晶圓尺寸和產品結合:
① 12寸:主要用于高端產品,如CPUGPU等邏輯芯片和存儲芯片。
② 8寸:主要用于中低端產品,如電源管理IC、LCDLED驅動IC、MCU、功率半導體MOSFE、汽車半導體等。
③ 6寸:功率半導體、汽車電子等。
目前主流的硅晶圓為300mm(12寸)、200mm(8寸)和150mm(6寸),其份額分別是12寸占65-70%左右,8寸占25-27%左右,6寸占6-7%左右,12寸的占比**。
2、邏輯及延續性
需求端方面:
科技產品電子化程度提高,存儲器、CPU/GPU產品需求大增,使得12 寸晶圓需求增加,12寸晶圓廠數量持續成長。
2017年和2018年全球12寸硅片的需求分別為550萬片/月和570萬片/月。預計未來三年12寸硅片需求將持續增加,2020年新增硅片月需求預計超過750萬片/月,較2017年增加200萬片/月以上,需求提升36%。
供給端方面:
12寸硅晶圓2017年和2018年產能為525萬片/月和540萬片/月,供<需。由于2017年之前硅片供>需,且擴產費用較高,投資周期長,各大廠擴產意愿低,所以全球硅片的產量增長緩慢。
到目前為止僅有SUMCO(世界第二大硅晶片供應商)預計在2019年上半年增加11萬片/月,以及Siltronic(全球第四大硅晶圓廠)計劃到19年中期擴產7萬片/月。
所以,硅晶圓目前已是供不應求的局面,隨著18年底新建12寸晶圓廠的陸續投產,供需缺口將持續擴大,且至少需持續到2019年。而在現有硅晶圓廠去庫存的情況下,價格逐漸上升,已經從12寸向8寸再向6寸蔓延。
材料國產化角度:
硅晶圓由于對純度要求超高,行業壁壘極高、呈現高度壟斷格局。目前以日本信越半導體、日本三菱住友SUMCO、環球晶圓、德國Siltronic、韓國SK Siltronic,為代表的五家公司掌握90%以上的市場份額。
中國大陸的半導體硅晶圓國內企業只能達到4~6寸硅片的性能需要,并少量供應8寸市場,12寸處于剛起步階段。
另外,12寸硅晶圓基本依賴進口,而硅晶圓供給又是不足的,可以看到一些大廠像臺積電、聯電為了保證生產,和硅晶圓主要供應商日本信越、SUMCO簽訂了1-2年的供貨合約。這會導致什么?
漲價倒是其次,嚴重的話,等國內一些新建的中小型制造公司投產后,可能陷入無硅晶圓可用的尷尬局面。所以硅晶圓國產化需要加速,不能發生卡脖子事件。
3、大硅片相關公司
上海新陽:
參股新昇大硅片項目,在上海新昇股權占比約為27.57%。大硅片項目目前月產能5-6萬片,正片已通過華力微電子認證,開始銷售。預計到年底產能達到10萬片/月。目前上海新昇財務報表與上海新陽報表不合并,新陽按權益法核算收益。
晶盛機電:
承擔的02專項“硅材料設備應用工程”中的“300mm,硅單晶直拉生長設備的開發”和“8英寸曲熔硅單晶爐國產設備研發”。項目已通過驗收,進入產業化階段。其中8英寸單晶爐已經在有研總院、鄭州合晶形成訂單銷售。
除半導體長晶爐外,半導體級單晶硅棒滾磨一體機、全自動硅片拋光機和雙面研磨機等產品已研發成功。
與中環股份協同無錫市政府下屬投資平臺共同在宜興市建設集成電路用大硅片生產與制造項目,晶盛占股10%,項目預計2018年四季度設備進場調試。
隨著國內光伏硅片廠商進軍半導體硅片領域,晶盛作為其設備供應商,可機會獲得半導體硅片設備訂單,迅速實現產業化。
中環股份:
國內最早開始發展和投產區熔硅單晶的公司,在6寸以下半導體硅片領域已具備較大市場份額。8寸半導體硅片目前已形成10萬片/月的產能,今年10月項目建成后產能將達到30萬片/月。12寸單晶硅已經實現樣品試制,拋光片試驗線預計2018年底實現產能2萬片/月。
與晶盛共同投資的江蘇地區大直徑拋光片產業化項目,預計2022年將實現8英寸拋光片產能75萬片/月,12英寸拋光片產能60萬片/月的生產規模。
整體梳理中環在內蒙、天津和江蘇的產能規劃, 預計2022年前形成8寸105萬片和12寸62萬片的月產能,有機會成為國內半導體硅片領域的領導品牌。
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最后我們再以一個知識點作為結尾,如果你認真看完這篇文章,會看到“硅晶圓”、“硅片”、“拋光片”、“單晶硅”、“區熔硅單晶”這些不同的詞,你可以都理解為一個意思,就是硅晶圓。
具體可以參考以下幾個知識點:
1、硅晶圓可分為:單晶硅(主要用在半導體器件)和多晶硅(主要用在光伏領域)
2、用于半導體的硅晶圓可分為:拋光片和外延片
3、拋光片根據生長方式的不同可以分為:直拉法、區熔法
4、硅晶圓=硅片
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