（工商管理专业论文）TX半导体公司竞争力研究.pdf

上海交通大学 硕士学位论文 tx半导体公司竞争力研究 姓名：王卫平 申请学位级别：硕士 专业：工商管理 指导教师：黄丹 20050610 i t x半导体公司竞争力研究 摘 要 半导体产业代表着当代高科技的前沿经过半个世纪的蓬勃发展为信息时代提 供了广泛的硬件基础人类进入了硅石时代继平面金氧半导体技术的发明 集成电路芯片制造成为近 5 0 年来发展最快的技术循着摩尔定律的规范集成电 路芯片最主要的特征参数线宽从 1 9 5 9 年以来的 4 6 年间缩小了 1 4 0 倍平均价格降 低了 1 0 7 倍 在高度竞争的市场环境下高科技的精进使芯片的集成度愈来愈密低成本的 诉求让晶圆的直径愈做愈大随着产业的成长半导体制造基地发生了地理性迁 移同时产业链也发生了分化整合7 0 年代末晶圆代工从集成电路整合器件制造 的全程中分解出来成为独立产业并且前景辉煌资金与技术双密集是晶圆代工产业 的特征对前沿技术的运用发展能力是产业竞争力的关键因素各自起步于 8 0 年 代目前台积电台联电和 t x 半导体已成为晶圆代工厂商中的佼佼者分别以行 业领跑者挑战者和追随者的地位贡献了全世界 8 0 的晶圆代工产能供应了全 球集成电路芯片 6 的市场需求2 0 0 4 年统计 在高度依赖对前沿技术的掌握应用整合创新并与商业运作紧密结合以 创丰厚利润的半导体芯片制造业t x 半导体公司成长的历程比较短对前沿技术 的掌握比较慢因此整体的竞争力不尽人意在市场萎缩的打击下公司的运营绩 效连续三年乏善可陈与领跑者的差距愈来愈大而中国大陆同业者的迅速成长 更使 t x 半导体公司面临着落伍的威胁 应用 s w o t工具本文对构成 t x 半导体公司竞争力的要素进行了分析找出公 司内部的优势与劣势结合产业环境的机会和威胁做出了 t o w s策略矩阵为达 到近期扭亏为盈的战略目标实现中期阶段跻身产业领跑者的战略地位进而推动企 ii 业迈入永续经营的鸿图大业本文建议 t x半导体公司在总体战略层面上要有大作 为可以考虑的战略方案是 1 横向一体化并购 i b m属下的半导体事业部整合更大的产能及智慧产权 库以提高竞争力取得晶圆代工产业世界第二的市场地位 2 自主开发核心技术通过消化整合发展与 i b m合并的技术优势在集成电 路技术及产品制造领域以 5年期追随1 0年期超越争取 1 5年内跻身为 行业领跑者 3 开发中国市场在与 i b m合并的总体战略架构下加快中国大陆市场的开 发与当地的芯片设计公司f a b - l e s s 长期合作以求市场扩大与中国 的同业者联营以共享市场份额与产能资源 关键字半导体产业集成电路芯片晶圆代工竞争力竞争战略企业并购 中国市场 iii competitiveness study of tx semiconductor manufacturing ltd abstract semiconductor industry represents the leading edge in modern advance technology. the advancement of semiconductor technology in the last half of the century has provided the broad base hardware foundation for the era of information technology. mankind has entered a new “silicon age”. following the invention of planar metal- oxide semiconductor, the production of ic has seen the fastest growth in the last 50 years. based on the moores law, the ic technology node has been drastically reduced by 140 times in the last 46 years, the average price has also reduced by 107 times. with increasing competition and advance technology development, the node of ic chip is getting smaller and more compact. the pursuit of low cost production has also pushed the diameter of silicon wafer to grow larger. as the industry grow, the semiconductor manufacturing base has shifted its geographical locations. at the same time, the industry undergone disintegration and reorganization. in the late 70s, the production shifted from total idm manufacturing into wafer foundry. the future of wafer fab seems promising. high capital investment and advance technology are 2 unique aspects of wafer fab. the state-of-the-art technology research and development is the key to the competitiveness of this industry. started in the 80s, tsmc, umc and tx semiconductors have became the leaders in wafer fab industry. as leader, challenger and follower, they have respectively contributed to 80% of worlds silicon wafer foundry capacity that supplied 6% of the global semiconductor demand (2004 statistics). in an industry that is highly dependent on mastering the state-of-the-art technology, its application, consolidation, innovation, and close link with business joint venture in order to create lucrative profit, tx semiconductor has a shorter growth history and slower grasp on the state-of-the-art technology. hence, it is not able to compete effectively as one would expect. with a weakening demand, the company operating results have not iv been promising for 3 years in a row. the gap between tx and leading competitors has grown wider. this is compounded with the fast pace development of counterparts in china, tx semiconductor is faced with the threat of becoming obsolete. using the swot analysis, this thesis attempts to analyze the essential features of tx semiconductor competitiveness in order to discover the strengths and weaknesses of the internal organization. by combining the study of the opportunities and threats posed by the environment, the thesis developed the tows strategic matrix. this is done to achieve the short term strategic objective of turnaround profit, fulfill mid term goal of becoming a leader in strategic positioning in order to push the industry into achieving sustainable profit objective. the author suggests that for tx semiconductor to make significant impact on its overall strategy, the following options can be considered: 1) lateral consolidation. acquire ibms semiconductor business in order to enlarge production scale and intellectual property rights to improve its competitiveness and become the world second largest wafer fab in terms of market share 2) establish its own research and development competency. this is done by restructuring and integrating the technology advantage provided by ibm. set a target of becoming a follower in 5 years, exceed the competitor in 10 years and eventually becoming the industry leader in 15 years. 3) develop the chinas market. expedite the business expansion in china under the strategic merger program with ibm. work out a long term partnership plan with local ic design companies (fab-less) in china in order to expand the market. set up joint venture with chinas ic producers to enjoy the market share and production resources. key words: semiconductor industryic chipwafer foundry, competitiveness, competition strategymergerchinas market, ii 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究 工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均 已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名王卫平 日期2 0 0 5 年 5 月 1 5 日 iii 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 保密 在 年解密后适用本授权书 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名王卫平 指导教师签名黄 丹 日期2 0 0 5 年 5 月 1 5 日 日期2 0 0 5 年 5 月 2 2 日 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 1 前言 半导体产业代表着当代高科技的前沿经过半个世纪的蓬勃发展为信息时代提供了广泛的硬件基础继 平面金氧半导体技术的发明 集成电路芯片制造成为近 50 年来发展最快的技术 高科技的精进使芯片的集成 度愈来愈密低成本的诉求让晶圆的直径愈做愈大 在高度竞争的市场环境下随着产业的成长半导体制造基地发生了地理性迁移同时产业链也发生了 分化整合70 年代末晶圆代工从集成电路整合器件制造的全程中分解出来成为独立产业并且前景辉煌资金 与技术双密集是晶圆代工产业的特征对前沿技术的运用发展能力是产业竞争力的关键因素各自起步于 80 年代目前台积电台联电和 tx 半导体已成为晶圆代工厂商中的佼佼者分别以行业领跑者挑战者和追 随者的地位贡献了全世界 80的晶圆代工产能供应了全球集成电路芯片 6的市场需求2004 年统计 在高度依赖对前沿技术的掌握应用整合创新并与商业运作紧密结合以创丰厚利润的半导体芯片 制造业tx 半导体公司成长的历程比较短对前沿技术的掌握比较慢因此整体的竞争力不尽人意在市 场萎缩的打击下公司的运营绩效连续三年乏善可陈与领跑者的差距愈来愈大而中国大陆同业者的迅速 成长更使 tx 半导体公司面临着落伍的威胁 在参阅了大量文献资料的基础上笔者应用学过的工商管理学知识对构成 tx 半导体公司竞争力的要素 进行了研究分析并对 tx 半导体公司在总体战略层面上提出了一些可以考虑的战略方案 全文共分 5 章 第一章简单介绍了半导体产业的历史发展未来趋势走向全球的产能与需求现状以及晶圆代工产业的 产生及发展并对产业的竞争要素进行了综合分析 第二章对晶圆代工产业的主要竞争对手台联电台联电以及中国新兴的半导体同业者进行了个别介绍和 综合分析 第三章对 tx 半导体公司的运营现状进行了介绍并对其竞争力展开了研究分析 第四章详叙了为 tx 半导体公司构思的战略建议 第五章结束语为整篇论文的观点进行了归纳综述 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 2 第一章 半导体产业简介 1 . 1 半导体产业发展回溯 二十世纪的近代科学特别是量子力学的发展使人们知道金属能够导电是因为有电子流动陶瓷不能导 电是因为无电子流动后来人们进一步的研究还发现不仅电子的流动能导电某些非金属材料的空穴流动 也能导电在不同的条件下空穴的导电性能够介乎于导与不导之间变化这种材料称之为半 导体semiconductor19301950 年代用半导体材料发明制做晶体放大器以取代真空电子管的努力就一 直持续不断 1947 年 12 月 23 日 美国贝尔实验室 bell lab 的约翰 巴丁 (john bardeen 19081991) 和沃尔特 布 拉顿 (walter brattain 19021987) 用点触型晶体管 (point contact transistor) 做成了一个助听器虽然迟至 1954 牛 5 月美国德州仪器公司ti texas instruments才研发成功世界上第一颗固体晶体管半导体业 界仍然公推这一天为发明晶体管的重大日子 及至 1957 年底半导体业者已经能够制造出 600 种以上不同 形式的晶体管广泛地应用于无线电收音机电子计算机助听器等电子产品上 早期制造的晶体管属于垒台式结构1958 年仙童半导体fairchild semiconductor研发出平面工艺技 术(pt planar technology)采用氧化黄光微影蚀刻金属蒸发等工艺可以很容易地在硅片的同一面 上制做半导体元件1958 年 9 月 12 日德州仪器公司的工程师杰克基尔比jack kilby 1923 发明 了第一片集成电路ic integrated circuit,首次证明了在同一片半导体硅晶片上能包含电阻电容等不同 的元件 1962 年 通用微电子公司(gme general microelectronics)与通用仪器公司(gi general instruments) 联手开发成功金属氧化半导体硅片mos metal-oxide semiconductor以功率低集成度高制程简单 等优点成为后来大型集成电路的基本元件 经过后续一代又一代的工程师们不间断的研发设计生产测试累积了数以万计的发明专利和智慧 产权ip目前已经形成了相当成熟的半导体集成电路制造(wafer fabrication)的产业标准和工艺简单地 说集成电路以非常高的密度微缩在小小的硅基芯片上芯片群chips产出于晶圆(wafer)晶圆的基本材 料是厚度不到 1 毫米的硬质易碎的的圆形纯硅片直径为 6 英寸8 英寸12 英寸三种标准 晶圆从毛坯到 成品 大致要经过 扩散 薄膜 缩影 蚀刻 净洗 入植 等六道主工序 设计好了的电路通过微缩投影 蚀 刻在晶圆上称为芯模 (die)一片晶圆上会尽可能多地刻满芯模经过上述各道工序加工合格出厂再 经下游的切割测试封装等工序就成为集成电路芯片ic chip的成品了 半导体晶圆产业的发展不仅依靠有形资产的大量投入更依赖持续不断的技术创新每一项重大发明 都会开拓一个新的领域带来新的市场契机自 1968 年开始与硅基技术有关的学术论文数量已经超过了与 钢铁有关的学术论文所以有人认为信息时代或许可以称为人类继石器青铜器铁器时代之后的硅石 时代(silicon age)1970 年研发出来的硅基金氧半导体有如打开了潘朵拉魔盒潮涌般的后续技术把 愈来愈多的晶体管单元微缩在一小片指甲见方的芯片上 从 1960 年的不到 10 个元件 到 1980 年的 10 万个 1990 年的 1 百万个 再到 2000 年的 4 千万个 2003 年的 4 亿个这种每年翻倍的现象验证了著名的 摩 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 3 尔定律 (moores law) 表 1 1 半导体发展史 年 代 主 要 表 征 事 项 时 代 1904 二极真空管发明 1906 三极真空管发明 真空管 1947 晶体管发明 1949 jfet 发明 晶体管 1958 集成电路(ic) 发明 (德州仪器 ti) 1959 平面技术 ic 开发 (仙童公司 fairchild) 1960 ic生产开始 1962 金氧半导体芯片(mos ic)开发 1965 ic 专利公开 (德州仪器 ti) 集成电路 ic 1970 1k dram 发明 1971 4 位元径电脑开发 lsi 1976 64k dram 发明 1982 1m dram 发明 1985 4m dram 发明 1987 32 位元径电脑开发 1988 16m dram 发明 vlsi 1991 64m dram 发明 1995 0.35 微米制程量产 1999 0.13 微米制程量产 ulsi 2003 90 纳米制程开发 纳米 文献来源: eiaj; erso;itrs 1 . 2 i t 领域的三大定律 第一定律: 摩尔定律 全球最大的半导体公司英特尔intel创始人高登摩尔博士gorden moore1965 年在电子学杂 志 35 周年志庆专刊上发表了一篇短文预言集成电路的密集度每年会增加一倍此后 40 年半导体产业的发 展令人令人信服地验证了这种成长模式成为著名的摩尔定律 第二定律:吉尔德定律 gilders law 在未来 25 年主干网的带宽每 6 个月增长一倍 吉尔德定律的提出者是被称为数码时代三大思想家之一的乔治吉尔德他认为正如上世纪 70 年代 昂贵的晶体管如今变得如此便宜一样主干网如今还是稀缺资源的网络带宽有朝一日会变得足够充裕上 网的代价也会大幅下降必然会给人类带来巨额的回报 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 4 文献来源intel website 图 1 1 摩尔定律 集成电路 3 5 年发展纵览 第三定律: 麦特卡夫定律 matcalfes law 网络的价值同网络用户数量平方成正比 也就是说n 个联网创造出 n 乘以 n 的效益该定律的提出者是以太网的发明人鲍勃麦特卡尔夫 举例说电话是一个人打给另一个人信息从一个端口到另一个端口得到的效益为 1一个电视节目 n 个 人同时收看信息从一个端口的 n 个端口得到的效益是 n而网络上每个人能够联接的 n 个人n 个人可 以跟 n 个人交换信息所以信息的传送效益是 n 的平方上网的人越多产生的效益便越多 表 1 2 英特尔公司个人电脑 c p u 芯片产品成长历程一览表 intel 产 品 产品问世年份 晶体管单元约当量 4004 1971 2,250 8008 1972 2,500 8080 1974 5,000 8086 1978 29,000 286 1982 120,000 intel386 processor 1985 275,000 intel486 processor 1989 1,180,000 intel pentium processor 1993 3,100,000 intel pentium ii processor 1997 7,500,000 intel pentium iii processor 1999 24,000,000 intel pentium 4 processor 2000 42,000,000 intel itanium processor 2002 220,000,000 intel itanium 2 processor 2003 410,000,000 文献来源intel website 按照摩尔定律和吉尔德定律未来的计算机成本将持续回落网络将呈指数级发展随着网络用户数量 迅速膨胀到数以亿计网络的价值又与麦特卡夫定律不谋而合所有这一切都给半导体业者带来巨大的挑战 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 5 和机会 1 . 3 技术走势展望 硅集成电路技术发展至今全世界数以万亿计的设备和研发投入已经形成非常强大的产业能力同时长 期的科研投入已经使人类对硅及其衍生物各种属性的了解达到了十分深入十分透彻的地步成为自然界 100 多种元素之最这是非常宝贵的知识积累半导体产业的发展与进步主要靠工艺技术的不断改进使得元 器件的特征尺寸不断缩小从而集成度不断提高功耗降低器件性能得到提高21 世纪的首 10 年微电子 技术仍然将以尺寸不断缩小的硅基补偿式金氧半导体cmos工艺技术为主流 文献来源itrs (半导体国际技术蓝图) 图 1 2 集成电路特征尺寸之一金属 线宽的定义 1 . 3 . 1 继续缩小器件的特征尺寸 所谓特征尺寸是指器件中最小线宽对 mos 器件而言通常指器件栅电极所决定的沟通几何长度是一 套工艺线所能加工的最小尺寸也是设计中采用的最小设计尺寸单位规则常常作为某个技术时代的水 平标志(technology node)基于市场竞争不断提高成品的性/价比是微电子技术发展的动力缩小特征尺寸 从而提高集成度是提高成品性/价比最有效的手段之一只有特征尺寸缩小了在同等集成度的条件下芯片 面积才可以更小等晶圆直径的芯片产出量才可以提高而且芯片的速度可靠性都得到提高相应地成本 可以降低 基于上述原由集成电路技术成为近 50 年来发展最快的技术芯片的电路集成度每 3 年提高 4 倍相 应的加工特征尺寸缩小 2 倍验证了 intel 公司创始人之一高登摩尔博士 1965 年总结出来的规律根据 统计芯片最主要的技术特征参数线宽从 1959 年以来 46 年间缩小了 140 倍而平均价格降低了 107 倍 动态随机存储器1 / 2 线宽 动态随机存储器金属线宽/ 2 典型的动态随机存储器金属 数元线 金属线宽 金属1号 (m1)线宽 微处理器 / 专用集成电路金属 1 号 1 / 2 线宽 微处理器 / 专用集成电路金属1 号 线宽 / 2 典型的微处理器 / 专用集成电路 接触性金属1 号 复合元 线宽 典型的微处理器 / 专用集成电路 非 接触性复合元 微处理器/ 专用集成电路复合芯片1 / 2 线宽 微处理器/ 专用集成电路复合元线宽/ 2 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 6 文献来源itrs 图 1 3 m o s 纳米技术趋展图 随着器件特征尺寸的缩小业者们面临两个层次的问题 1) 关键技术开发层次 目前 0.35 微米仍然有市场的需求0.25 微米0.18 微米0.15 微米0.13 微米已经进入量产但是在 0.13 微米至 70 纳米阶段最关键的加工工艺曝光技术还是个大问题谁能取得突破谁就能在 5 年后 ic产 业的发展中占有优势 另外一个关键技术是 0.13 微米以下的铜互联与低介电常数绝缘材料共用时的可靠性问 题同样谁能突破谁就可以掌握主动权 2) 基础研究层次 主要表现在 70 纳米以下量极的新器件将遇到的器件结构关键工艺集成技术散热问题材料体系以 及理论基础等方面的一系列问题 1 . 3 . 2 系统集成芯片s o c 是发展重点 集成电路 ic 不是最终产品它只有被装入整机系统才能发挥作用ic 是通过印刷电路板pcb等技 术实现整机系统的功能的 尽管 ic 的速度可以很高 功耗可以很小 但由于 pcb 板上的 ic 之间的联线延迟 pcb 可靠性以及重量等因素的限制整机系统的性能依然受到很大的限制随着系统向高速度低功耗低 电压和多媒体网络化移动化的发展系统对电路的要求愈来愈高同时由于 ic 设计与工艺技术水平不断 提高已经可以将整机系统集成为一个芯片 正是在需求牵引和技术推动的双重作用下 出现了将整个系统集成在一个 ic 芯片上的系统级芯片 soc system on chip概念soc 主要有三个关键的支持技术1 软件硬件的协同设计技术2 ip 模块 库的问题ip 模块有三种软核固核及硬核3 模块界面之间的综合分析技术 微电子技术从 ic 向 soc 的转变不仅是一个概念上的突破同时也是信息技术发展的必然结果通过以 上三个支持技术的创新必将导致又一次以系统芯片为特色的信息技术革命21 世纪将是 soc 真正快速发 1995 2000 2005 2010 2015 2020 技术标志 半线宽 纳米 记忆体 线宽 微处理器 m1 线宽 90 纳米 65 纳米 32 纳米 22 纳米 1000 100 10 45 纳米 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 7 展的时期 1 . 3 . 3 微电子与其它学科的结合 微电子技术的强大生命力在于它可以以低成本大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模 块这种技术一旦与其它学科相结合就会催生一系列崭新的技术和重大的经济增长点典型例子便是微 电子机械系统mems micro-electronic and mechanical system技术和生物芯片 1) mems 技术 微电子机械系统是微电子技术的拓宽和延伸开辟了一个全新的技术领域和产业不仅可以降低机电系 统的成本而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务在航空航天汽车生物医学环境监 控 军事以及几乎人们接触到的所有领域都有广泛的应用前景 mems 技术及其产品增长的速度非常快 2000 年全世界 mems 的市场已达到 120140 亿美元而带来的与之相关的市场将达到 1000 亿美元 2) 生物芯片 微电子与生物技术紧密结合的成果是以 dna 芯片等为代表的生物工程芯片这是 21 世纪微电子领域的 另一个热点和新的经济增长点 目前的生物芯片主要是通过平面微细加工技术以及超分子自组装技术在固体芯片表面构建微分析单元和 系统用以实现对化合物蛋白质核酸细胞以及其它生物组分的准确快速大信息量的筛选或检测 现在可以在指甲盖大小的硅片上制做出含有多达 1020 万种 dna 基因的芯片其主要研发方向包括生物芯 片的具体实现技术基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计方法等等而其加工技术则主要 依赖以微电子加工技术 1 . 3 . 4 纳米时代 以硅基金氧半导体为基础的集成电路芯片辉煌了 40 年 随着纳米时代的到来近期还会有系统集成芯 片 soc微电子机械 mems 及生物芯片的发展 2010 年后将会有明确的能取代互补金氧半导体 cmos 的构想出现 届时的半导体技术估计应该达到 22 纳米制程 此后的 5 年里芯片设计会出现以纳米碳管和纳米 导线来制做芯片电路的栅极而底材仍是硅基金氧半导体的混合物那时的芯片虽然还有 mos 的外观但其 构成的元件以及制程将大为不同了2020 年人类将开始告别硅基金氧半导体所生产的新型电晶体将仅由几 个原子组成这意味着不可能再进一步缩小其体积电子自旋理论是新型电晶体材料的理论基础应用电子 的自旋方向来定义 0 与 1 两种信号 1 . 4 产能与需求 1 . 4 . 1 产能的分布与市场发展 70 年代以前半导体产业的研发和制造主要集中在美国其次欧洲70 年代中期亚太地区的日本中国 台湾进入整个行业更加快速地发展见图 1-4从 1985 到 2004 的 20 年间美国欧洲日本和亚太地区 分别增长了 4.8 倍8.8 倍6 倍和 68.3 倍值得注意的是2000 年后的网络泡沫造成了全球半导体产业的一 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 8 次大规模萎缩跌幅达 32此后美国一直走跌与此相反亚太地区保持着平均 30的高速增长2004 年达至历史的新高 根据美国半导体产业协会 sia 的统计 2004 年全球半导体市场总量为 2130 亿美元 比 2003 年的 1663 亿美元增长了 28半导体市场研究机构 ic insights 预测 2005 年将缩减 4至 2055 亿美元进入 21 世纪 后的第一个半导体周期在 2004 年将是个顶点2005 年开始为期两年的下跌该机构指出全球半导体产 业的衰退主要与全球景气萧条以及存货过多有关历史上 6 次产业的低迷有 5 次是伴随着全球景气萧条 如 2001/2002 年度 另外 半导体存货过多必须消化也曾是半导体衰退的重要原因 2004 年 ic 出货量很大 对平均售价造成压力例如比较 2001 年与 2004 年ic 出货增加了 25但产值仅增加 12000 年半 导体的平均售价提高了 7该机构相信这次低迷不会严重也不会长2006 年将会开始复苏 单位亿美元 132134 535869 82106 142 192 295276302289 372 513 398 512 628 888 76 105 127 181 192196 209 194 238 294 397 342 321 259 328 468 332 305 389 458 146 197 282 286291 294 319 423 302 278 323 394 247 336 470 427 459 414 475 641 358 313 323 390 45 53 62 81 89 96 101 115 81 85103 134148 144154 184 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 亚太日本欧洲美国 文献来源 sia 图 1 4 全球半导体产业回溯 2 0 年的市场分布及增长纵览 1 . 4 . 2 2 0 0 4 年全球半导体公司排名 半导体市场研究机构 ic insights 披露2004 年全球半导体市场增长了 28而前 10 大半导体公司的 销售额仅增长 232004 年全球 50 大半导体公司中有 23 家公司的总部位于美国 13 家位于日本6 家位于中国台湾地区 3 家位于欧洲 3 家位于韩国 新加坡和加拿大各有一家 根据销售额 英特尔 intel 仍然是全球最大的半导体供应商英飞凌infineon增势最为迅猛得益于欧元强劲以及 dram 销售的 表现亮丽由 2003 年的第 7 位跃升至第 4 位 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 9 单位亿美元 5 5 5 15 0 4 64 4 4 3 3 9 3 43 3 3 2 3 0 9 1 5 8 1 0 7 9 1 9 0 8 8 8 5 7 6 6 5 5 7 英特尔 1 三星电子 2 德州仪器 3 英飞凌 4 瑞萨科技 5 意法半导体 6 东芝 7 台积电 8 nec 9 飞利浦 10 飞丽诗歌 11 索尼 12 amd/spansion 13 美光 14 现代 15 松下电器 16 台联电 17 富士通 18 夏普 19 qualcomm 20 文献来源ic insights 图 1 5 2 0 0 4 年全球半导体公司营收前 2 0 强 1 . 4 . 3 晶圆特征尺寸及直径尺寸的产能和实际产出 需要指出的是发展历程和技术进步的趋势并不意味着一代淘汰一代相反地实际产业分布往往是多 代并存以成本最低收益/投入比最大的原则各自占领着相关的应用领域 248 291 323 347 376 428 465 506 215 218 226 209 209 187 193 207 381 401 421 453 151 135 139 137111 111 106111 110 105 106 104 192196 197 207 197 195 199 198 194 197 201 196 172 172 168 162 149 160 164 160 164 169 172 172 245245 244 221 223 221 211 212 213 210 208 179 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 q 0 22 q 0 23 q 0 24 q 0 21 q 0 32 q 0 33 q 0 34 q 0 31 q 0 42 q 0 43 q 0 44 q 0 4 每周出品量 x 1 0 0 0 0 . 1 6 微米 = 0 . 1 6 微米 = 0 . 7 微米 文献来源s i a . s i c a s = s e m i c o n d u c t o r i n t e r n a t i o n a l c a p a c i t y s t a t i s t i c s 图 1 6 晶圆产能按技术特征尺寸半线宽的分布以及时序发展趋势图 以 8 英寸约当量统计每星期出片量 x 1 0 0 0 w s p w = w a f e r - s t a r t s p e r w e e k x 1 0 0 0 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 10 文献来源i t r s ( 半导体国际技术蓝图) 图 1 7 晶圆直径从小到大的发展趋势 目前主流量产的晶圆直径以 8 英寸( 200mm )为主 12 英寸(300mm)直径的晶圆已在 2000 年后开始出现 2012 年左右可能出现 18 英寸450mm硅片晶圆直径从 8 英寸加大到 12 英寸单片晶圆的芯片产出量 增加 260而成本仅增加 30 60 115 136 164 729 754 777 837 772781 824817 830 851 877 895 413 395 393 343 372 416 404418 376 331 333 305 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 q 0 2 2 q 0 2 3 q 0 2 4 q 0 2 1 q 0 3 2 q 0 3 3 q 0 3 4 q 0 3 1 q 0 4 2 q 0 4 3 q 0 4 4 q 0 4 每周出品量 x 1 0 0 0 1 2 英寸8 英寸6 英寸 文献来源s i a . s i c a s = s e m i c o n d u c t o r i n t e r n a t i o n a l c a p a c i t y s t a t i s t i c s 图 1 8 晶圆产能按直径大小分布以及时序发展趋势图 以 8 英寸约当量统计每星期出片量 x 1 0 0 0 w s p w = w a f e r - s t a r t s p e r w e e k x 1 0 0 0 9 年2 年延迟 1 1 年0 年延迟 9 年0 年延迟 6 英寸/ 1 9 8 1 1 8 英寸 / 2 0 1 2 8 英寸 / 1 9 9 1 1 2 英寸 / 2 0 0 1 2 6 英寸 / 2 0 1 9 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 11 1 . 4 . 4 设计生产销售模式及整合趋势 半导体集成电路按功能可以分为数码集成电路模拟集成电路微波集成电路及其它集成电路其 中数码集成电路是近年来应用最广发展最快的品种数码 i c 应用于传递加工处理数码信号可分为 通用数码 i c 和专用数码 i c 通用数码 i c 是指用户多使用领域广泛的标准型集成电路如存储器d r a m微处理器m p u 等产品反映了数码集成电路的现状和水平 专用数码 i c 是指为特定的用户某种专门的用途而设计的集成电路 还有其它的分类法如按用途分可分为处理器类c p u , m p u , m c u 和记忆体类( d r a m , f l a s h ) 按用户 可分为电脑业类和通讯业类等等 目前半导体产业有两种运营模式 1 ) 集成电路制造商i d m i n t e g r a t e d d e v i c e m a n u f a c t u r i n g 自行设计由自己的生产线制造封 装测试后的成品芯片自行销售 早期的半导体制造业先驱们都采用这个模式如德州仪器t i仙童d e c 英特尔摩托罗拉等等 2 ) i c 设计公司f a b - l e s s 与标准工艺加工线晶圆代工 ( f o u n d r y ) 相结合的方式设计公司将 所设计芯片的最终的物理版图交给晶圆代工厂商加工制造同样的封装测试也委托专业厂家完成最后 的成品芯片作为 i c 设计公司的成品而自行销售打个比方f a b - l e s s 相当于作者和出版社而 f o u n d r y 相当于印刷厂起到产业龙头作用的是前者 图 1 9 半导体晶圆的全程制做流程以及 i c 设计晶圆代工封装测试的分段流程 芯片制造的微细加工技术对生产环境有严格的高素质的要求因此催生了洁净室厂房的概念洁净室按 idm 全程制做 6销售 5测试 品质功 能检测 4封装 晶片切割 焊接塑模 3 制造 扩散薄膜缩影 蚀刻净洗入植 造出成品晶圆 晶圆 2 光罩 电路图转 为底片 晶圆制造 封装测试 1 设计 将逻辑和电路 设计成电路图 化学物理 作用过程 ic 设计 上海交通大学mba 学位论文 t x 半导体公司竞争力研究 12 照微电子技术的工艺要求标准依次分 1 0 0 0 0 级1 0 0 0 级1 0 0级和 1 0 级如 1 0 0 级是指每立方英尺内 0 . 5 微米的颗粒少于 1 0 0 粒温度 2 2 1 c 相对湿度 4 3 5 % 洁净室生产线使半导体晶圆制造的初 建投资设备购置以及运营维持的开支非常巨大因此必须有足够大的产能才能带来规模效益在 7 0 年代 以后随着微电子科技的发展更新愈来愈快产品生命周期愈来愈短的