一、 IC行业概况
半导体产品可大致划分为三大类,包括集成电路(IC)、分立式组件与光电组件等,其中IC 就占了半导体近九成的比重,可谓半导体的重心所在。IC产业若以商业模式划分,主要由IC 整合组件制造厂商(IDM)、无晶圆IC设计厂商(Fabless)、晶圆代工厂商,以及IC封装测试厂商所组成。IC设计公司(Fabless)负责IC的设计与销售业务。而IDM 厂是指从设计、制造、封装测试到销售,一手包办的垂直整合型半导体公司,具有高资本、高技术密集特性。目前的电源管理芯片市场有八成以上是被IDM厂商所占据,仍然是国外厂商占统治地位,包括TI、NS、Fairchild、On Semiconductor、ST、Maxim和Linear等。
IC设计业属于上游产业,在整体IC产业之重要性极高。据IDC公司2010年5月的统计数据,IC设计产业收入于2009年达530 亿美元,约占半导体产业总收入的23.5%。2010年中国IC 设计业产值为人民币364 亿元。预期中国IC设计业者在政府政策引导下,未来几年将陆续开发3C 整合、移动互联网、手机、数字电视等高端应用领域。晶圆制造属于中游产业。(晶圆片经曝光、化学蚀刻、氧化、扩散、溅镀导线等制程作业,使晶圆片完成IC 电路或个别组件设计所要求的功能。);封装测试属于产业下游。
IC产业为一垂直专业分工的经营模式。IC设计公司在设计完成后,其余制程包括光罩、晶圆制造、切割封装及后段测试等均委托专业公司进行,其中晶圆为主要原料,IC设计公司一般皆会针对供货商的制程技术、质量良率、产能供应及交期等重要因素进行考量,选择1至2家晶圆代工厂作为进货来源。
在IC产业链中, IC 设计环节所需的投资最低,但产品附加值最高。IC设计、封装、制造需要资金的比例大概为1:100:1000。目前,IC设计的投资占中国的风险投资总量的4-5%;这一领域的投资商多是有技术背景的公司,如宏基、Intel、高通、3I、政府投资主要使芯片制造商受益,而支持IC 设计的政策难成体系导致作用甚微。近年来,电源管理IC一直是半导体领域的投资热门。
二、IC市场规模
iSuppli现预计,2012年全球半导体销售额至3128亿美元。中国是全球最大最活跃的IC市场,是IC芯片进口额最大的国家,IC消费约在全球消费市场的三分之一,稳居全球第一。上海、江苏、北京等地已成为中国半导体发展重镇,并逐渐形成了从芯片设计、芯片制造、封装测试等完整的半导体产业链。
2011年,国内IC产业1572亿元人民币的产业规模在全球所占的份额仅为8.3%。其中IC设计业473亿元的规模仅为美国高通公司一家企业销售额的3/4。 整体而言,从2010 年开始,中国IC 市场将会步入一轮新的成长期,近几年中国IC 设计产业发展快速,平均年成长率为41.8%,远高于全球同期16.3%的数字。但市场的发展速度将不会再现前几年的高速增长态势,平稳增长将成为未来中国IC市场发展的主要形式。预测未来5 年,中国IC 产业仍将保持年均20%的增长率。
三、IC产业发展趋势
IC芯片是信息产业的核心,但产业的绝大部分生产技术和装备均来自国外。随着中国扮演世界工厂的角色,使得中国对于半导体上游零部件的需求随之扩大,为了更贴近下游市场,全球半导体巨头纷纷进一步加大了利用国际市场与资本的力度,以寻求逆势扩张的契机。中国作为全球最大的半导体市场,以及全球最大的外汇持有国,更成为跨国半导体企业扩张版图的首选,海力士早在2005年即移师中国,数年来,海力士从地方政府和国内金融机构累计获得了过百亿美元的资金支持。2007年INTEL芯片厂落户国内,并获得相关政府部门超过10亿美元的补贴。如今,包括台湾、日本及南韩在内的亚太区半导体产业也在向中国移转。日前,三星也宣布将在国内建设12英寸闪存芯片厂、并可能获得高达2000亿元的政府资助。
四、电源管理芯片行业概况
半导体用于处理两种信号,分别为数字及模拟信号。半导体主要类别包括数字IC、模拟IC及混合信号IC。模拟IC 产品一般包含但不限于电源管理IC、线性运算放大器、驱动和音频功率放大器、各种半导体传感器件、界面转换器件等。
数字IC或逻辑IC是进行逻辑计算的集成电路,一般处理的是简单的与非计算,作为一个大型IC的一个小部分。几乎所有的电子应用中都有数字IC。
模拟IC主要处理为连续信号,例如光、声音、温度等;而数字IC 则以非连续信号(以0 与1 表示)为主。
在模拟IC 产品应用上,为产品功能需求,通常都是结合模拟电路及数字电路的混合信号设计,但以模拟电路为主,并以电源管理IC(Power Management IC)之应用占最大比重。
电源管理IC是模拟IC 最基础和重要的产品,也是目前模拟IC 产业中发展较为成熟的领域且该产品属标准化规格。
电源供应器是所有电子产品必备的关键零部件,属于模拟电路技术。主要用途为提供电子产品稳定且适当电压的电源,而电源供应器的好坏,将会直接影响电子的使用寿命。
近年来,电源供应器均朝向轻薄短小、省电、耐用的方向发展。而要达到这些目标的重要关键,乃在于如何把电源供应器做到高效能、高稳压率、低耗电,这其中所有参与管制功能的IC 即被称为电源管理芯片。
电源管理芯片在电子设备中,担负着电能转换、分配、检测及其他电能管理的职责,其对电子系统的性能稳定性及电能利用效率的提高有着重要的影响,是发展新一代信息技术产业、新能源和新能源汽车产业、宇航及军用电子系统等战略性新兴产业的瓶颈性技术和关键产品。
目前,新一代电子产品性能大幅提升,对电源的效率、电池的体积,以及电能管理的智能化水平提出更高的要求;同时全球对能源效率加倍关注。世界各国已陆续对家电与消费电子产品的待机功耗与效率开始实施越来越严格的省电要求。因此,提高效率与减少待机功耗已成为消费类电子与家电产品电源的两个非常关键的指标。
2012年《中国电源管理IC企业机会在新应用市场》数据显示,全球能源需求的不断增长以及环境保护意识的逐步提升,使电源管理技术作为节能的有力推手越来越多地为人们所关注,电源管理芯片也越来越多地被应用到整机产品之中。另外,能源之星(是欧美一项针对消费性电子产品的能源节约计划,涉及电器、电机、照明等多个领域)、德国的“蓝天使标准”、中国中标认证中心(CECP)等认证将作为强制标准被推行;绿色能源发展愈加迫切,大功率LED照明、风能、太阳能、新能源汽车等产业快速发展,作为其中核心技术和关键产品的新型电源管理芯片面临巨大的发展机遇。
电源管理IC首先看重产品的可靠度,而产品可靠度与制作流程密不可分,因此与晶圆代工厂及外协厂商维持良好的合作关系也是电源管理IC 业者的致胜关键。现在用于制造的最大晶圆为12寸。然而,如此大的晶圆目前只用于生产数字IC。由于技术要求不同,模拟IC制造对先进技术的要求较数码IC制造为低。用于模拟IC制造的制造技术经常落后于数码IC制造所用者一代或以上。目前,用于模拟半导体生产的最大晶圆为8寸。
半导体的制造工序在硅片上产生制成晶粒。晶圆代工厂的主要原料是裸晶圆,为环状的硅片。裸晶圆有不同的直径(例如6寸或8寸)。不同大小的晶圆须配合不同规格的终端产品及成本考虑因素。单一晶圆上可容纳数以百计来自同一半导体设计的制品,每一粒称作晶粒。直径较大的裸晶圆面积较大,可容纳更多的晶粒。假如使用相同设计及加工技术,晶圆面积越大,单位成本越低。
五、电源管理芯片的市场规模
模拟IC 占全球半导体市场比重约15~20%。根据WSTS资料,全球模拟IC 市场规模从2007 年衰退至2009 年,2010年全球模拟IC 市场规模恢复成长动能,根据Databeans 2011年4月统计资料,2010 年全球模拟IC市场总值为420亿美元。依据WSTS 统计资料,模拟IC 占全球半导体产值约15%,主要供货商来自欧美日大厂,却没有一家有绝对的主导力量。
模拟IC以电源管理芯片(Power Management IC)之应用占最大比重。2011年全球电源管理芯片市场销售额为136.6亿美元。赛迪顾问指出:2011年,中国电源管理芯片市场销售额超过400亿元,到2012年,中国电源管理芯片市场将达到649.2亿元,未来5年,中国电源管理芯片市场复合增长率为16.3%。电源管理芯片行业毛利率较高,约在50%上下浮动。因此近年来成为半导体领域的投资热宠。
六、电源管理芯片的应用领域
消费电子、网络通信和计算机一直是电源管理芯片市场最主要的应用领域,三大领域依然占据了中国电源管理芯片市场近80%的市场份额。其中消费电子和网络通信类电源管理芯片市场增长相对较快,工业控制和汽车电子类电源管理芯片市场增速相对较慢。据Databeans最新报告预测,由于消费者对手机与便携式电子产品的高度需求,通讯和消费类电子应用领域相关的电源管理芯片、IGBT、MOSFET等器件将会出现供应紧张的状况。从未来的应用趋势看,汽车电子领域将是未来发展最快的领域,其它领域则会保持相对平稳的发展速度,而三大领域中网络通信领域将会随着各种网络应用的不断升级而保持相对较快的发展速度。
在电子系统中,电源管理是使用最为广泛的技术,从电池驱动的便携式电子产品,到各种市电驱动的台式设备,再到LED照明系统,都涉及到电源的分配与管理问题。正因为此,市场对各种电源管理芯片存在巨大的需求。未来电源管理芯片将向高转换效率和降低空载与轻载功耗方向发展,各厂商也在技术上不断改进。
七、中国电源管理芯片的现状
中国 IC 设计行业的主要产品比较集中于应用电子消费品。但消费类电子市场竞争已经进入白热化阶段,客户的需求、竞争对手的挑战都使得中国IC设计公司面临巨大的生存压力。另一方面,摩尔定律面临极限挑战,高端工艺因其高昂的前期投入成为中小设计公司可望而不可即的奢侈品。此外,低功耗的要求促使芯片设计者不得不追逐最新的40nm和28nm工艺。
在中国,包括电源芯片在内的IC设计产业经过数年的积累,虽说很多公司在技术、资金、人才等方面都有了一定的积累,但与跨国IC设计企业相比,在技术、人才、资金等方面都相对薄弱。截止2012年第一季度止,中国IC 设计企业在该行业全球的比重占不到10%。中国的本土厂商多为设计公司,产品线相对较窄,而且多为中低端产品。大概有300多家,营业额在10M美金以上的不到10%,在100M美金以上的不到10家。目前中国电源管理芯片市场的品牌构成仍是国外厂商处于领先地位,市场排名前十的企业无一例外全部为外资企业,其中美国厂商优势明显。
中国的电源管理芯片业不仅技术创新能力较弱,国内IC 企业面临的最大挑战是国外半导体巨头经过日积月累的技术沉淀,从而形成的强大的专利壁垒。目前中国的IC设计业对专利权的意识有了很大的改善,但许多公司在某种程度上仍然停留在复制阶段。同时,高级人力资源的短缺也是IC 设计行业发展的最大瓶颈,尤其是模拟IC 设计人才以及经验丰富的混合信号芯片设计人员更是如今市场上极为稀缺的高级人才。近年来,大量海归派人士和来自国外的成功企业及跨国集团,为中国IC 产业发展带来广阔的商机。这些企业的技术层次较高并拥有许多专利产品,对于提升中国IC 产业水平有相当大的帮助。