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晶圆代工介绍
5 天前   浏览:89   来源:小萍子

晶圆代工是指专门从事半导体晶圆制造生产,接受其他集成电路(IC)设计公司的委托制造,而不从事设计的业务模式。它是半导体产业中的重要环节之一,具有技术密集、资本密集以及承上启下的特点。


晶圆代工的基本概念与模式


集成电路制造企业的经营模式主要包括 IDM 模式 和 晶圆代工模式 两种。IDM(Integrated Device Manufacturer)模式指从设计、制造、封装测试到销售自有品牌IC都一手包办的半导体垂直整合型公司,早期如英特尔、德州仪器、摩托罗拉、IBM等企业均采用此模式。


而晶圆代工是指接受其他无晶圆厂设计企业(Fabless)的委托,专门从事晶圆成品的加工制造集成电路,并不自行从事产品设计与后端销售的一种半导体产业商业模式。该模式源于集成电路产业链的专业化分工,形成了无晶圆厂设计企业、晶圆代工企业、封装测试企业三大环节。


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在晶圆代工中,代工厂负责整个晶圆制造流程,包括采购原材料、生长晶圆、切割、清洗、薄膜沉积等环节,以及后续的封装和测试等步骤。这使得芯片设计公司或品牌商能够专注于产品设计、市场营销和研发等关键领域,将制造过程交给专业代工厂完成,从而节省资金与资源、降低生产成本与风险,并在市场竞争中更加灵活敏捷。


晶圆代工的产业链位置


晶圆代工行业产业链上游为半导体材料、设备及相关设计服务供应环节,主要包括硅片、光刻胶、掩模版、电子特气、溅射靶材等半导体材料,光刻机、刻蚀机、离子注入机、涂胶显影设备、薄膜沉积设备等半导体设备,以及IC设计服务。


产业链中游为晶圆代工加工服务环节,其工艺流程包括晶圆清洗、光刻、刻蚀、离子注入、退火、扩散、化学气相沉积、化学机械研磨等步骤。市面上的晶圆代工代表厂商有台积电、格罗方德、中芯国际、华虹集团、世界先进、力积电、晶合集成等。


产业链下游为晶圆封装测试环节,以及消费电子、半导体、光伏电池、工业电子等晶圆终端应用领域。


晶圆代工的发展历程


1970s-1980s:一体化设计制造(IDM)时代。 早期半导体行业实行的是IDM模式,即芯片设计、制造、封测一条龙自营。由于制造设备昂贵、技术门槛极高,小公司基本没有进入制造环节的能力,芯片产业呈现大公司主导的局面。


1980年代中期:晶圆代工模式诞生。 1987年,台积电(TSMC)由张忠谋在中国台湾创立,开创了纯制造、无设计的晶圆代工商业模式,首次打破了IDM一统天下的局面。


1990s:晶圆代工起飞。 台积电快速扩产、提升制程能力,成为全球领先的代工厂。联电(UMC)也在台湾转型为专业晶圆代工企业。美国出现了Chartered Semiconductor(后并入格罗方德)。同时,Fabless公司大量涌现,推动了移动通信、消费电子的爆发式增长,“Fabless + Foundry”模式成为新的主流。


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2020s至今:先进制程、地缘政治与全球布局。 产业进入3nm时代,台积电、三星、英特尔(重返代工市场,成立IFS)展开正面交锋。地缘政治紧张(如中美科技战)促使晶圆代工产能开始全球多地布局,例如台积电赴美国、日本设厂,三星在德州投资,中芯国际在中国大陆加速扩张。


新兴领域如汽车电子、AI芯片、物联网对晶圆代工提出更多细分需求,成熟制程(如28nm、40nm)也成为关键竞争领域,尤其在车规、工业领域。


工艺分类与市场现状


晶圆制造工艺大致可分为 先进逻辑工艺 与 特色工艺。按制程可分为先进制程和成熟制程,一般将14nm以下的称为先进制程,28nm及以上的称为成熟制程。


随着制程节点的演进,所需设备的投资额大幅上升。特色工艺(一般在40nm及以上)每5万片晶圆产能所需设备投资额在二三十亿美元,而先进制程(28nm及以下)所需的投资额至少在40亿美元以上。


当前,全球晶圆代工行业呈现“一超多强”的竞争格局。台积电作为行业龙头,占据约六成的市场份额。从地域分布来看,到2027年,中国大陆预计在成熟制程领域占主导地位,而先进制程仍以中国台湾为主。


根据SEMI数据,芯片需求不断上升带动全球半导体晶圆厂产能持续增长,产能将由2024年的3150万片/月增长至2025年的3370万片/月(以8英寸晶圆当量计算),增长率分别为6%和7%。全球半导体销售额在2025年至2030年间预计将以9%的年均复合增长率增长,到2030年总额将超过1万亿美元。


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主要参与企业与技术趋势


目前中国大陆参与晶圆代工的主要企业包括中芯国际、华虹半导体、晶合集成、芯联集成等。中芯国际是世界领先的集成电路晶圆代工企业之一,也是中国大陆集成电路制造业的领导者;华虹半导体是全球领先的特色工艺晶圆代工企业,也是行业内特色工艺平台覆盖最全面的企业之一;晶合集成在液晶面板驱动芯片代工领域全球市占率第一;芯联集成则聚焦于功率器件、MEMS、BCD、MCU等技术平台,AI领域成为其新增长点。


以台积电为例,晶圆代工技术发展趋势表现为:全球产能持续扩张,市场份额向头部企业集中;3/2nm工艺主导高端市场,先进制程加速推进,成熟制程竞争激烈;封装与制程技术协同发展,2nm工艺将以GAAFET为架构。伴随AI的发展,高性能计算(HPC)需求不断扩展,进一步推动了对晶圆代工的需求。


晶圆代工作为半导体产业的核心环节,通过专业化分工使设计公司得以聚焦创新,制造企业则持续推动工艺演进与产能扩张。当前,在AI、汽车电子、物联网等新兴需求驱动下,先进制程与特色工艺均迎来重要发展机遇,但同时也面临地缘政治、供应链依赖、技术良率等多重挑战。未来,全球晶圆代工行业将在技术竞赛与产能布局中持续演化。


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