Silicijske pločice kamen su temeljac poluvodičkih materijala. Najprije se prave u silikonske šipke izvlačenjem pojedinačnih kristala, a zatim se režu i izrađuju. Budući da je broj valentnih elektrona atoma silicija 4, a redni broj umjeren, silicij ima posebna fizikalna i kemijska svojstva i može se koristiti u kemijskim, fotonaponskim, čipnim i drugim područjima. Osobito u području čipova, svojstva poluvodiča silicija čine ga kamenom temeljcem čipova. U području fotonapona može se koristiti za proizvodnju solarne energije. Štoviše, silicij čini 25,8% Zemljine kore. Relativno je pogodan za rudarenje i ima snažnu mogućnost recikliranja, tako da je cijena niska, što dodatno povećava raspon primjene silicija.
1. Silicij - kamen temeljac materijala za čipove Silicijski materijali se dijele na monokristalni silicij i polikristalni silicij prema različitom rasporedu jediničnih ćelija. Najveća razlika između monokristalnog silicija i polikristalnog silicija je u tome što je raspored jediničnih ćelija monokristalnog silicija uredan, dok je polikristalni silicij neuredan. Što se tiče proizvodnih metoda, polikristalni silicij općenito se proizvodi izravnim izlijevanjem silikonskog materijala u posudu za taljenje i potom hlađenjem. Monokristalni silicij se oblikuje u kristalnu šipku povlačenjem jednog kristala (metoda Czochralskog). Što se tiče fizičkih svojstava, karakteristike dviju vrsta silicija prilično su različite. Monokristalni silicij ima jaku električnu vodljivost i visoku učinkovitost fotoelektrične pretvorbe. Učinkovitost fotoelektrične pretvorbe monokristalnog silicija općenito je oko 17% do 25%, dok je učinkovitost polikristalnog silicija ispod 15%.
▲Poluvodičke silicijske pločice i fotonaponske silicijske pločice
▲Struktura jedinične ćelije monokristala silicija
Fotonaponske silicijske ploče:Zbog fotoelektričnog učinka i očitih prednosti monokristalnog silicija, ljudi koriste silicijske pločice za potpunu pretvorbu sunčeve energije u električnu. U fotonaponskom polju općenito se koriste četvrtaste ćelije od monokristalnog silicija sa zaobljenim kutovima. Koriste se i jeftinije pločice od polikristalnog silicija, ali je učinkovitost pretvorbe niža.
▲Prednja i stražnja strana ćelije od monokristalnog silicija
▲Polikristalna silikonska ćelija sprijeda i straga
Budući da fotonaponske silicijske pločice imaju niske zahtjeve za parametre kao što su čistoća i iskrivljenost, proces proizvodnje je relativno jednostavan. Uzimajući monokristalne silikonske ćelije kao primjer, prvi korak je rezanje i zaobljenje. Najprije izrežite šipku od monokristalnog silicija na četvrtaste šipke prema zahtjevima veličine, a zatim zaokružite četiri kuta četvrtastih šipki. Drugi korak je dekapiranje, koje se uglavnom odnosi na uklanjanje površinskih nečistoća s monokristalnih četvrtastih šipki. Treći korak je rezanje. Prvo zalijepite očišćene četvrtaste šipke na radnu ploču. Zatim stavite radnu ploču na rezač i izrežite je prema zadanim procesnim parametrima. Na kraju očistite monokristalne silikonske pločice i pratite glatkoću površine, otpornost i druge parametre.
Poluvodičke silicijske pločice:Poluvodičke silicijske pločice imaju veće zahtjeve od fotonaponskih silicijskih pločica. Prvo, sve silicijske pločice koje se koriste u industriji poluvodiča su monokristalni silicij, kako bi se osigurala ista električna svojstva svake pozicije silicijske pločice. Što se tiče oblika i veličine, fotonaponske monokristalne silikonske pločice su kvadratne, uglavnom sa stranicama duljine od 125 mm, 150 mm i 156 mm. Monokristalne silikonske pločice koje se koriste za poluvodiče su okrugle, promjera 150 mm (6-inčne pločice), 200 mm (8-inčne pločice) i 300 mm (12-inčne pločice). Što se tiče čistoće, zahtjev čistoće za monokristalne silikonske pločice koje se koriste za fotonaponske uređaje je između 4N-6N (99,99%-99.9999%), ali zahtjev čistoće za monokristalne silicijske pločice koje se koriste za poluvodiče je oko 9N (99,9999999%)-11N (99,999999999%), a minimalni zahtjev čistoće je 1000 puta veći od monokristalnih silicijskih pločica koje se koriste za fotonapon. Što se tiče izgleda, površinska ravnost, glatkoća i čistoća silicijskih pločica koje se koriste za poluvodiče su veće od onih silicijskih pločica koje se koriste za fotonapon. Čistoća je najveća razlika između monokristalnih silicijskih pločica koje se koriste za fotonapon i monokristalnih silicijskih pločica koje se koriste za poluvodiče.
▲Proces proizvodnje poluvodičke silicijske pločice
Razvoj Mooreovog zakona je razvoj silicijskih pločica. Budući da su poluvodičke silicijske pločice okrugle, poluvodičke silicijske pločice se također nazivaju "silicijske pločice" ili "vaferi". Vaferi su "supstrat" za proizvodnju čipova i svi se čipovi proizvode na tom "supstratu". U povijesti razvoja poluvodičkih silicijskih pločica postoje dva glavna smjera: veličina i struktura.
Što se tiče veličine, razvojni put silicijskih pločica postaje sve veći i veći: u ranoj fazi razvoja integriranih krugova korištene su 0.75-inčne pločice. Povećanje površine pločice i broja čipova na jednoj ploči može smanjiti troškove. Oko 1965., s uvođenjem Mooreovog zakona, i tehnologija integriranih krugova i silicijske pločice uveli su u razdoblje brzog razvoja. Silicijske pločice prošle su kroz čvorove od 4- inča, 6- inča, 8- inča i 12- inča. Otkako su Intel i IBM zajednički razvili 12-inčnu proizvodnju čipova s pločicama 2001., trenutna glavna silicijska pločica je 12-inčna pločica, što čini oko 70%, ali 18-inčne (450mm) pločice imaju stavljeno na dnevni red.
▲Parametri različitih veličina vafla
▲Razvoj veličine silikonskih pločica
Što se tiče strukture, razvojni smjer silicijskih pločica postaje sve složeniji: u ranoj fazi razvoja integriranih krugova postojala je samo jedna vrsta logičkog čipa, ali sa sve većim brojem scenarija primjene, logičkih čipova, uređaja za napajanje , analogni čipovi, mješoviti analogni i digitalni čipovi, flash/DRAM čipovi za pohranu, radiofrekventni čipovi, itd. pojavili su se jedan za drugim, zbog čega silikonske pločice imaju različite strukturne oblike. Sada postoje uglavnom tri vrste:
PW (poljski vafel):polirana oblatna. Silicijske pločice izravno izrezane nakon izvlačenja pojedinačnih kristala nisu savršene u pogledu glatkoće ili savijanja, pa se prvo moraju polirati. Ova metoda je ujedno i najprimitivniji način obrade silicijskih pločica.
AW (Anneal Wafer):Žarenu oblatnu. Kontinuiranim razvojem procesne tehnologije i kontinuiranim smanjenjem veličina tranzistorskih značajki, nedostaci poliranih pločica postupno se otkrivaju, kao što su lokalni defekti rešetke na površini silicijskih pločica i visok sadržaj kisika na površini silicijskih pločica. Kako bi se riješili ovi problemi, razvijena je tehnologija žarenja pločica. Nakon poliranja, silicijska pločica se stavlja u cijev peći napunjenu inertnim plinom (obično argonom) za žarenje na visokoj temperaturi. Ovo ne samo da može popraviti defekte rešetke na površini silicijske pločice, već i smanjiti površinski sadržaj kisika.
EW (epitaxy Wafer):epitaksijalna silicijska pločica. Sa sve većim scenarijima primjene integriranih krugova, standardne silikonske pločice koje proizvode tvornice silicijskih pločica više ne mogu zadovoljiti zahtjeve nekih proizvoda u pogledu električnih svojstava. U isto vrijeme, defekti rešetke smanjeni toplinskim žarenjem ne mogu zadovoljiti zahtjeve sve manje širine linije. To je dovelo do pojave epitaksijalnih silicijskih pločica. Uobičajeni epitaksijalni sloj je silicijski tanki film. Sloj tankog filma silicija uzgaja se na temelju originalne silicijske pločice pomoću tehnologije taloženja tankog filma. Budući da silikonski supstrat postoji kao klica kristala u silicijskoj epitaksiji, rast epitaksijalnog sloja će replicirati kristalnu strukturu silicijske pločice. Budući da je supstratna silicijska pločica monokristal, epitaksijalni sloj je također monokristal. Međutim, budući da nije polirana, defekti rešetke na površini silicijske pločice nakon rasta mogu se smanjiti na vrlo nisku razinu.
Tehnički pokazatelji epitaksije uglavnom uključuju debljinu epitaksijalnog sloja i njegovu ujednačenost, ujednačenost otpora, kontrolu metala tijela, kontrolu čestica, greške slaganja, dislokacije i kontrolu drugih nedostataka. U ovoj fazi ljudi su postigli visoku kvalitetu epitaksijalne silicijske pločice optimiziranjem temperature reakcije epitaksije, brzine protoka plina epitaksije i gradijenata središnje i rubne temperature. Zbog različitih proizvoda i potrebe za tehnološkim nadogradnjama, epitaksijalni proces je kontinuirano optimiziran kako bi se postigla visoka kvaliteta epitaksijalne silicijske pločice.
Osim toga, trenutna tehnologija može generirati epitaksijalne slojeve s elementima za dopiranje otpornosti i koncentracijama dopinga različitim od onih kod originalne silicijske pločice, što olakšava kontrolu električnih svojstava uzgojene silicijske pločice. Na primjer, sloj epitaksijalnog sloja silicija N-tipa može se generirati na silicijskoj pločici P-tipa, stvarajući tako dopirani PN spoj niske koncentracije, koji može optimizirati probojni napon i smanjiti učinak zasuna u kasnijoj proizvodnji čipa. Debljina epitaksijalnog sloja općenito varira ovisno o scenariju uporabe. Općenito, debljina logičkog čipa je oko 0.5 mikrona do 5 mikrona, a debljina uređaja za napajanje je oko 50 mikrona do 100 mikrona jer mora izdržati visoki napon.
▲Postupak rasta epitaksijalne silikonske pločice
▲Različito dopiranje epitaksijalnih pločica
SW (SOI Wafer):SOI je kratica za Silicon-On-Insulator. SOI silicijske pločice često se koriste u RF prednjim čipovima zbog svojih prednosti kao što su mali parazitni kapacitet, mali efekt kratkog kanala, visoka gustoća nasljeđivanja, velika brzina, niska potrošnja energije i posebno niska buka supstrata.
▲ Obična silikonska MOS struktura
▲SOI MOS struktura silikonske ploče
Postoje četiri glavne metode za proizvodnju SOI silicijskih pločica:SIMOX tehnologija, Bonding tehnologija, Sim-bond tehnologija i Smart-CutTM tehnologija; princip SOI silicijskih pločica je relativno jednostavan, a glavni cilj je dodavanje izolacijskog sloja (općenito uglavnom silicijevog dioksida SiO2) u sredini supstrata.
▲Četiri tehnologije za proizvodnju SOI pločica
Iz perspektive parametara performansi, Smart-CutTM tehnologija je najizvrsnija izvedba u trenutnoj tehnologiji proizvodnje SOI silikonskih pločica. Performanse Simbond tehnologije ne razlikuju se puno od onih Smart-Cut tehnologije, ali u smislu debljine gornjeg silicija, SOI silicijska pločica proizvedena Smart-Cut tehnologijom je tanja, a iz perspektive troškova proizvodnje, Smart -Cut tehnologija može ponovno koristiti silikonske pločice. Za buduću masovnu proizvodnju, Smart-Cut tehnologija ima više troškovnih prednosti, tako da industrija sada općenito prepoznaje Smart-Cut tehnologiju kao budući smjer razvoja SOI silicijskih pločica.
▲Usporedba performansi različitih tehnologija proizvodnje SOI pločica
SIMOX tehnologija: SIMOX je kratica za Odvajanje implantiranim kisikom. Atomi kisika se ubrizgavaju u pločicu, a zatim se žare na visokoj temperaturi kako bi reagirali s okolnim atomima silicija i formirali sloj silicijevog dioksida. Teškoća ove tehnologije je kontrolirati dubinu i debljinu implantacije iona kisika. Ima visoke zahtjeve za tehnologiju ionske implantacije.
Tehnologija lijepljenja: Tehnologija lijepljenja naziva se i tehnologija lijepljenja. SOI silicijske pločice izrađene lijepljenjem nazivaju se i Bonded SOI ili skraćeno BSOI. Tehnologija lijepljenja zahtijeva dvije obične silikonske pločice, od kojih je jedna obrađena oksidnim slojem (SiO2), a zatim spojena s drugim izvorom silicija. Veza je oksidni sloj. Na kraju se brusi i polira do željene dubine ukopanog sloja (SiO2). Budući da je tehnologija spajanja jednostavnija od tehnologije ionske implantacije, većina SOI silicijskih pločica trenutno se izrađuje pomoću tehnologije spajanja.
▲Silicij na izolatoru
▲Metoda spajanja pločica za stvaranje silicija na izolatoru
Sim-bond tehnologija:tehnologija vezivanja ubrizgavanjem kisika. Sim-bond tehnologija je kombinacija SIMOX i bond tehnologije. Prednost je u tome što se debljina zakopanog oksidnog sloja može kontrolirati s velikom preciznošću. Prvi korak je ubrizgavanje iona kisika u silicijsku pločicu, zatim žarenje na visokoj temperaturi kako bi se formirao oksidni sloj, a zatim formiranje SiO2 oksidnog sloja na površini silicijske pločice. Drugi korak je spajanje silikonske pločice s drugom pločicom. Zatim žarite na visokoj temperaturi kako biste formirali savršeno spojno sučelje. Treći korak je proces stanjivanja. Stanjivanje se izvodi pomoću CMP tehnologije, ali za razliku od bond tehnologije, sim-bond ima samozaustavljivi sloj, koji će se automatski zaustaviti prilikom mljevenja na SiO2 sloj. Zatim se sloj SiO2 uklanja jetkanjem. Posljednji korak je poliranje.
Tehnologija pametnog rezanja:tehnologija pametnog pilinga. Smart-cut tehnologija je proširenje tehnologije lijepljenja. Prvi korak je oksidirati pločicu i stvoriti fiksnu debljinu SiO2 na površini pločice. Drugi korak je korištenje tehnologije ionske implantacije za ubrizgavanje vodikovih iona u fiksnu dubinu pločice. Treći korak je spajanje druge pločice na oksidiranu pločicu. Četvrti korak je korištenje tehnologije toplinskog žarenja na niskim temperaturama za stvaranje mjehurića s vodikovim ionima, što uzrokuje odljepljivanje dijela silicijske pločice. Zatim se koristi tehnologija toplinskog žarenja na visokim temperaturama za povećanje čvrstoće lijepljenja. Peti korak je izravnavanje površine silicija. Ova tehnologija je međunarodno priznata kao smjer razvoja SOI tehnologije. Debljina ukopanog oksidnog sloja u potpunosti je određena dubinom implantacije vodikovih iona, što je preciznije. Štoviše, oguljena oblatna se može ponovno koristiti, što uvelike smanjuje troškove.
▲Metoda SIM veze za formiranje silicija na izolatoru
▲ Metoda pametnog rezanja za oblikovanje silicija na izolatoru
2. Tehnologija proizvodnje visoke barijere 1. Tehnologija proizvodnje
Sirovi materijal za silicijske pločice je kvarc, koji je općenito poznat kao pijesak, koji se može eksploatirati izravno u prirodi. Proces proizvodnje pločice može se dovršiti u nekoliko koraka: uglavnom deoksidacija i pročišćavanje, rafiniranje polisilicija, ingoti monokristalnog silicija (silicijeve šipke), valjanje, rezanje pločice, poliranje pločice, žarenje, ispitivanje, pakiranje i drugi koraci.
▲CZ (Czochralski) proces proizvodnje poluvodičkih ploča
▲CZ Farad shema monokristala
Deoksidacija i pročišćavanje:Prvi korak u proizvodnji silicijskih pločica je deoksidacija i pročišćavanje kvarcne rude. Glavni procesi uključuju sortiranje, magnetsku separaciju, flotaciju, visokotemperaturno otplinjavanje, itd. Glavne nečistoće željeza i aluminija u rudi se uklanjaju.
Rafiniranje polisilicija:Nakon dobivanja relativno čistog SiO2, kemijskim reakcijama nastaje monokristalni silicij. Glavna reakcija je SiO2+C→Si+CO. Nakon završetka reakcije, CO izravno isparava, tako da ostaju samo kristali silicija. U ovom trenutku, silicij je polikristalni silicij, i to je sirovi silicij, koji sadrži puno nečistoća. Kako bi se filtrirao višak nečistoća, dobiveni sirovi silicij mora se kiseliti. Uobičajeno korištene kiseline su klorovodična kiselina (HCl), sumporna kiselina (H2SO4), itd. Sadržaj silicija nakon namakanja u kiselini općenito je iznad 99,7%. Tijekom procesa kiseljenja, iako se željezo, aluminij i drugi elementi također otapaju u kiselini i filtriraju. Međutim, silicij također reagira s kiselinom stvarajući SiHCl3 (triklorosilan) ili SiCl4 (silicijev tetraklorid). Međutim, obje tvari su u plinovitom stanju, pa su nakon kiseljenja izvorne nečistoće poput željeza i aluminija otopljene u kiselini, ali je silicij postao plinovit. Konačno, plinoviti SiHCl3 ili SiCl4 visoke čistoće reducira se vodikom kako bi se dobio polikristalni silicij visoke čistoće.
CZ metoda proizvodi monokristalni silicij:silicijske pločice se uglavnom koriste u logičkim i memorijskim čipovima, s tržišnim udjelom od oko 95%; CZ metoda je nastala iz Czochralskog izvlačenja tankih filamenata iz rastaljenog metala 1918. godine, pa se naziva i CZ metoda. Ovo je glavna tehnologija za uzgoj monokristalnog silicija danas. Glavni postupak je staviti polikristalni silicij u lončić, zagrijati ga da se otopi, a zatim stegnuti monokristalni kristal silicija i objesiti ga iznad lončića. Prilikom okomitog povlačenja, jedan kraj se uvlači u talinu dok se ne otopi, a zatim se polako okreće i povlači prema gore. Na taj će se način sučelje između tekućine i krutine postupno kondenzirati i formirati jedan kristal. Budući da se cijeli proces može smatrati procesom repliciranja zametnog kristala, generirani kristal silicija je monokristalni silicij. Osim toga, dopiranje pločice također se provodi u procesu izvlačenja monokristala, obično u dopiranju u tekućoj fazi i dopiranju u plinskoj fazi. Dopiranje tekuće faze odnosi se na dodavanje elemenata P-tipa ili N-tipa u lončić. Tijekom procesa izvlačenja pojedinačnih kristala, ti se elementi mogu izravno uvući u silicijsku šipku.
▲CZ Faradayeva metoda monokristala
▲Silicijska šipka nakon izvlačenja monokristala
Promjer valjanja:Budući da je teško kontrolirati promjer monokristalne silicijske šipke tijekom procesa izvlačenja monokristala, kako bi se dobila silicijska šipka standardnog promjera, kao što je 6 inča, 8 inča, 12 inča, itd. Nakon povlačenja monokristal, promjer silicijskog ingota bit će valjan. Površina silikonske šipke nakon valjanja je glatka i pogreška veličine je manja.
Rezanje skošenja:Nakon dobivanja silikonskog ingota, pločica se reže. Silicijski ingot postavlja se na fiksni stroj za rezanje i reže prema zadanom programu rezanja. Budući da je debljina silicijske pločice mala, rub izrezane silicijske pločice je vrlo oštar. Svrha skošenja je formiranje glatke ivice. Zakošena silicijska pločica ima manji središnji stres, što je čini čvršćom i nije je lako slomiti u budućoj proizvodnji čipova.
Poliranje:Glavna svrha poliranja je učiniti površinu vafla glatkijom, ravnom i bez oštećenja, te osigurati konzistentnu debljinu svake vafle.
Testno pakiranje:Nakon dobivanja polirane silicijske pločice potrebno je ispitati električna svojstva silicijske pločice, poput otpora i drugih parametara. Većina tvornica silicijskih pločica ima usluge epitaksijalne pločice. Ako su potrebne epitaksijalne pločice, izvršit će se epitaksijalni rast pločica. Ako epitaksijalna ploča nije potrebna, bit će zapakirana i otpremljena u druge tvornice epitaksijalne ploče ili tvornice ploča.
Zonska metoda taljenja (FZ):Silicijske pločice izrađene ovom metodom uglavnom se koriste u nekim energetskim čipovima, s tržišnim udjelom od oko 4%; silicijske pločice izrađene FZ (metodom taljenja zone) uglavnom se koriste kao energetski uređaji. A veličina silikonskih pločica je uglavnom 8 inča i 6 inča. Trenutno se oko 15% silicijskih pločica izrađuje metodom zonskog taljenja. U usporedbi sa silicijskim pločicama izrađenim CZ metodom, najveća značajka FZ metode je da ima relativno visoku otpornost, veću čistoću i može izdržati visoki napon, ali je teško izraditi pločice velikih dimenzija, a mehanička svojstva su loša, pa se često koristi za silicijske pločice uređaja za napajanje, a rijetko se koristi u integriranim krugovima.
Postoje tri koraka u izradi monokristalnih silikonskih šipki metodom zonskog taljenja:
1. Zagrijte polikristalni silicij, dotaknite ga klipnim kristalom i rotirajte prema dolje da izvučete monokristal. U komori peći pod vakuumom ili okruženjem inertnog plina, upotrijebite električno polje za zagrijavanje šipke od polikristalnog silicija sve dok se polikristalni silicij u zagrijanom području ne otopi i formira rastaljenu zonu.
2. Kontaktirajte rastaljenu zonu sa kličnim kristalom i rastalite ga.
3. Pomicanjem položaja grijanja električnog polja, rastaljena zona na polisiliciju se kontinuirano pomiče prema gore, dok se klica kristala polako okreće i rasteže prema dolje, postupno formirajući jednu kristalnu silicijsku šipku. Budući da metoda zonskog taljenja ne koristi lončić, izbjegavaju se mnogi izvori onečišćenja, a pojedinačni kristal izvučen metodom zonskog taljenja ima karakteristike visoke čistoće.
▲FZ Farad monokristalna prostorna struktura
▲Shematski dijagram izvlačenja monokristala FZ
2. Troškovi proizvodnje
Poluvodičke silicijske pločice imaju veće zahtjeve za čistoćom i električnim svojstvima od novih energetskih silicijskih pločica, tako da je potrebno više koraka pročišćavanja i opskrba sirovinama u proizvodnom procesu, što rezultira raznolikijim rasponom proizvodnih sirovina. Stoga je udio troška silikonskog materijala relativno smanjen, ali će udio troškova proizvodnje biti relativno povećan.
Za poluvodičke silicijske pločice, trošak sirovina je glavni trošak, koji čini oko 47% glavnog poslovnog troška. Drugi su troškovi proizvodnje, koji čine oko 38,6%. Slično industriji proizvodnje poluvodiča, industrija silicijskih pločica kapitalno je intenzivna industrija s velikom potražnjom za ulaganjem u fiksnu imovinu, što će generirati visoke troškove proizvodnje zbog amortizacije dugotrajne imovine kao što su strojevi i oprema. Konačno, izravni troškovi rada čine oko 14,4%.
Među troškovima sirovina za proizvodnju silicijskih pločica, polisilicij je glavna sirovina, koja čini oko 30.7%. Na drugom mjestu je ambalažni materijal s oko 17,0 posto. Budući da poluvodičke silicijske pločice imaju visoke zahtjeve za čistoćom i vakuumom, posebno za silicijske pločice koje se lako oksidiraju, zahtjevi za pakiranje su puno veći od onih za nove energetske silicijske pločice. Stoga u strukturi troškova materijali za pakiranje zauzimaju visok udio. Kvarcni lonci čine oko 8,7% troškova sirovina. Kvarcni lončić koji se koristi u proizvodnji poluvodičkih silicijskih pločica također je lončić za jednokratnu upotrebu, ali su fizikalna i toplinska svojstva lončića zahtjevnija. Tekućina za poliranje, brusni kotač i jastučić za poliranje čine ukupno 13,8% i uglavnom se koriste u procesu poliranja silikonske ploče.
▲Struktura operativnih troškova industrije silicija u 2018
▲Sirovinski sastav industrije silicija u 2018
Troškovi vode i električne energije čine oko 15% troškova proizvodnje: U troškovima proizvodnje, ukupni troškovi vode i električne energije čine oko 15% ukupnih troškova proizvodnje, od čega troškovi električne energije čine oko 11,4%, a troškovi vode oko 3,4 posto. U smislu odgovarajućih iznosa, prema financijskim podacima Silicon Industry Group za 2018., ukupni trošak električne energije i vode ekvivalentan je trošku materijala za pakiranje, čineći oko polovicu polisilikonskog materijala. Trošak električne energije nešto je veći od troška kvarcnih lonaca za oko 20%.
▲Udio troškova proizvodnje silicija u 2018
▲ Djelomična struktura troškova Silicon Industry Group u 2018. (jedinica: 10,000 juana)
3, Četiri prepreke za proizvodnju silikonskih pločica
Prepreke za silicijske pločice su relativno visoke, posebno za poluvodičke silicijske pločice. Postoje četiri glavne prepreke: tehničke prepreke, prepreke certificiranja, prepreke opreme i prepreke kapitalu.
▲ Glavne prepreke industriji proizvodnje silikonskih pločica
Tehničke barijere:Tehnički pokazatelji silicijskih pločica relativno su veliki. Osim uobičajene veličine, debljine poliranja, itd., postoje i krivljenje, otpornost, zakrivljenost itd. silicijskih pločica. Što se tiče glavnih silicijskih pločica od 300 mm, zbog visokih zahtjeva ujednačenosti naprednih procesa za silicijske pločice, u usporedbi s pločicama od 200 mm, dodani su parametri kao što su ravnost, iskrivljenost, zakrivljenost i ostaci metala na površini za praćenje zahtjeva kvalitete 300 mm silicijskih pločica . Što se tiče čistoće, zahtijeva se da silicijske pločice naprednog procesa budu oko 9N (99,9999999%)-11N (99,999999999%), što je glavna tehnička prepreka za dobavljače silicijskih pločica.
Silikonske pločice su visoko prilagođeni proizvodi; čistoća je najosnovniji parametar silicijskih pločica i također glavna tehnička prepreka. Osim toga, silikonske pločice nisu univerzalni proizvodi i ne mogu se kopirati. Specifikacije velikih silicijskih pločica u raznim ljevaonicama pločica potpuno su različite, a različita upotreba raznih terminalnih proizvoda također će dovesti do potpuno različitih zahtjeva za silicijevim pločicama. To zahtijeva od proizvođača silicijskih pločica da dizajniraju i proizvode različite silicijske pločice prema različitim proizvodima krajnjih kupaca, što dodatno otežava opskrbu silicijskim pločicama.
▲Predviđanje dobiti poslovnih segmenata tvrtke
Certifikacijske prepreke:Proizvođači čipova imaju stroge zahtjeve za kvalitetom različitih sirovina i vrlo su oprezni pri odabiru dobavljača. Postoje visoke prepreke za ulazak na popis dobavljača proizvođača čipova. Obično će proizvođači čipova zahtijevati od dobavljača silicijskih pločica da dostave neke silicijske pločice za probnu proizvodnju, a većina njih se koristi za testne pločice, a ne za masovnu proizvodnju pločica. Nakon što pločice prođu test, krenut će se u probnu proizvodnju malih serija pločica za masovnu proizvodnju. Nakon što prođe internu certifikaciju, proizvođač čipova će proizvode poslati daljnjim kupcima. Nakon dobivanja certifikata kupca, dobavljač silicijskih pločica bit će konačno certificiran i potpisat će se kupoprodajni ugovor. Potrebno je dosta vremena da proizvodi tvrtki za poluvodičke silicijske pločice uđu u opskrbni lanac proizvođača čipova. Ciklus certifikacije za nove dobavljače traje najmanje 12-18 mjeseci.
Osim toga, prepreke certificiranja od testnih pločica do masovne proizvodnje pločica: Trenutno, većina 12-inčnih pločica u Kini ostaje u ponudi testnih pločica, ali postupci certifikacije za testne pločice potpuno su drugačiji od onih za masovne proizvodnje pločica, a certifikacijski standardi za masovnu proizvodnju silikonskih pločica su stroži. Budući da testne silicijske pločice ne proizvode čipove, samo ih treba certificirati sama ljevaonica pločica, a moraju biti certificirane samo na trenutnoj lokaciji proizvodnje. Međutim, za masovno proizvedene silikonske pločice moraju biti certificirane od strane kupaca bez terminala i nadzirane u svim koracima cjelokupnog proizvodnog procesa prije nego što se mogu isporučivati u serijama. Općenito govoreći, kako bi se održala stabilnost opskrbe silicijskom pločicom i prinosa čipa. Jednom kada proizvođač pločica i dobavljač pločica uspostave odnos opskrbe, neće lako mijenjati dobavljače i obje će strane uspostaviti mehanizam povratnih informacija kako bi zadovoljile personalizirane potrebe, a povezanost između dobavljača pločica i kupaca nastavit će se povećavati. Ako se novi proizvođač silicijskih pločica pridruži redovima dobavljača, mora osigurati bližu suradnju i višu kvalitetu silicijskih pločica od izvornog dobavljača. Stoga je u industriji silicijskih pločica ljepljivost između dobavljača silicijskih pločica i proizvođača pločica relativno velika, a novim dobavljačima je teško razbiti tu ljepljivost.
Pregrade za opremu:Osnovna oprema za proizvodnju silicijskih pločica je peć za monokristale, koja se može opisati kao "stroj za fotolitografiju" u silicijskim pločicama. Peći za monokristale međunarodnih proizvođača silicijskih pločica proizvode sami. Na primjer, peći s monokristalima Shin-Etsu i SUMCO neovisno su dizajnirane i proizvedene od strane tvrtke ili su dizajnirane i proizvedene preko holding podružnica, a drugi proizvođači silikonskih pločica ne mogu ih kupiti. Drugi veliki proizvođači silicijskih pločica imaju vlastite neovisne dobavljače peći za monokristale i potpisuju stroge ugovore o povjerljivosti, što vanjskim proizvođačima pločica onemogućuje kupnju ili mogu kupiti samo obične peći za monokristale, ali ne mogu isporučiti peći za monokristale visokih specifikacija . Stoga su prepreke u opremi također razlog zašto domaći proizvođači ne mogu ući među glavne dobavljače globalnih silicijskih pločica.
Kapitalne barijere:Proces proizvodnje poluvodičkih silicijskih pločica je složen, zahtijeva kupnju napredne i skupe proizvodne opreme, a također zahtijeva stalne modifikacije i otklanjanje pogrešaka prema različitim potrebama kupaca. Zbog visokih fiksnih troškova kao što je amortizacija opreme, promjene u daljnjoj potražnji imaju veći utjecaj na iskorištenost kapaciteta tvrtki za proizvodnju silicijskih pločica, a time i na dobit tvrtki za proizvodnju silicijskih pločica. Konkretno, tvrtke koje su tek ušle u industriju silicijskih pločica gotovo su bile u stanju gubitka prije nego što su dosegle opseg isporuka i imaju visoke zahtjeve za kapitalne barijere. Osim toga, zbog dugog ciklusa certificiranja tvornica pločica za silicijske pločice, proizvođači silicijskih pločica moraju nastaviti ulagati tijekom ovog razdoblja, što također zahtijeva velika sredstva.
3. I dalje će biti kralj poluvodičkih materijala Trenutačno tržištem poluvodičkih pločica dominiraju silikonski materijali. Silicijski materijali čine oko 95% ukupnog tržišta poluvodiča. Ostali materijali su uglavnom složeni poluvodički materijali, uglavnom poluvodički materijal druge generacije GaAs pločice i poluvodički materijali treće generacije SiC i GaN pločice. Među njima, silicijske pločice su uglavnom logički čipovi, memorijski čipovi, itd., i najčešće su korišteni materijali poluvodičkih pločica. GaAs ploče su uglavnom RF čipovi, a glavni scenariji primjene su niski napon i visoka frekvencija; poluvodički materijali treće generacije uglavnom su čipovi velike snage i visoke frekvencije, a glavni scenariji primjene su visoke frekvencije i velike snage.
▲Omjer materijala za pločice
▲Opseg primjene pločica od različitih materijala
Složeni poluvodiči i silicijevi materijali nisu u kompetitivnom, već komplementarnom odnosu; zakonitosti razvoja poluvodičkih materijala (osobito pločica, supstrata i epitaksijalnih pločica) uključuju tri pravca, naime veličinu, brzinu i snagu, a ta tri pravca odgovaraju prvoj, drugoj i trećoj generaciji poluvodičkih materijala.
▲Usporedba učinka materijala prve/druge/treće generacije
Poluvodički materijali prve generacije:Ruta velike veličine: Poluvodički materijali prve generacije odnose se na silicijske materijale. Silikonski materijali su najranije razvijeni materijali za pločice, a također su i materijali s najzrelijom tehnologijom, najnižom cijenom i najpotpunijim industrijskim lancem u ovoj fazi. U isto vrijeme, kako se veličina silicijskih pločica povećava, cijena jednog čipa opada. Glavna područja primjene su logički čipovi i niskonaponska polja male snage. Veličina silicijskih pločica kreće se od 2 inča, 4 inča, 6 inča, 8 inča do današnje glavne 12-inčne tehnologije pločica. Tipične tvrtke za proizvodnju silikonskih pločica uključuju japanski Shin-Etsu Chemical, Sumco, itd. Trenutno glavne međunarodne tvornice pločica koriste silikonske materijale kao glavni materijal za proizvodnju.
▲Usporedba različitih veličina vafla
Poluvodički materijali druge generacije:ruta velike brzine. Budući da čip mora biti u stanju izdržati visokofrekventno prebacivanje u RF krugu, izumljena je poluvodička pločica druge generacije. Glavno polje primjene je RF krug, a tipično polje terminala je RF čip mobilnih terminala kao što su mobilni telefoni. Poluvodič druge generacije uglavnom predstavlja GaAs (galijev arsenid) i InP (indijev fosfid), među kojima je GaAs danas često korišteni materijal za RF čipove mobilnih terminala. Tipične ljevaoničke tvrtke uključuju Taiwan Win Semiconductors, Macronix, Skyworks, Qorvo itd., koje su tvrtke za IDM RF čipova. Trenutačni mainstream su 4-inčni i 6-inčni vafli.
Poluvodički materijali treće generacije:ruta velike snage: gotovo na istoj početnoj točki, s najviše mogućnosti. Treći put je povećanje snage, što će pospješiti njegovu široku primjenu u području strujnih krugova velike snage. Glavni materijali su SiC i GaN. Glavni terminali su industrijska, automobilska i druga polja. Power route je razvio IGBT čipove na silikonskim materijalima, dok SiC (silicijev karbid) i GaN (galijev nitrid) materijali imaju bolje performanse od IGBT-a. Trenutno su SiC pločice uglavnom 4-inča i 6-inča, a GaN materijali uglavnom 6-inča i 8-inča. Glavne svjetske ljevaonice uključuju Cree i Wolfspeed u Sjedinjenim Državama i X-Fab u Njemačkoj. Međutim, na ovom polju razvoj međunarodnih divova također je relativno spor. Domaće tvrtke kao što je Sanan Optoelectronics, iako još uvijek postoji određeni jaz u tehnološkoj razini, nalaze se u početnoj fazi cijele industrije i najvjerojatnije će razbiti strani monopol i zauzeti mjesto na međunarodnoj karti ljevaonica električne energije.
Složeni materijali zahtijevaju silikonske podloge:Iako trenutno postoji veliki broj SiC i GaN wafer čipova, kao što su GaN punjači koje su izdali Xiaomi, OPPO i Realme, a model3 koji je izdao Tesla koristi SiC MOSFET umjesto IGBT-a. Međutim, za pločice, većina potrošačkih složenih poluvodičkih čipova trenutno koristi silikonske pločice kao podloge, a zatim izrađuje složene epitaksijalne pločice, a zatim izrađuje čipove na epitaksijalnim pločicama.
Cijena složenih poluvodičkih pločica je relativno visoka:Trenutno, zbog nedovršenosti industrijskog lanca složenih poluvodiča, kapacitet proizvodnje složenih poluvodiča je nizak, a cijena pločica složenih poluvodiča je relativno visoka. To dovodi do slabog prihvaćanja kod krajnjih korisnika, a glavno rješenje za potrošačku elektroniku još uvijek je "silikonski supstrat + složena epitaksijalna pločica". U automobilskom području, IGBT na bazi silicija je još uvijek glavno rješenje. IGBT čipovi temeljeni na siliciju imaju niske cijene i širok raspon izbornih napona. Cijena SiC MOSFET uređaja je 6 do 10 puta veća od cijene IGBT-ova na bazi silicija. Uspoređujući parametre performansi SiC-MOSFET-a i Si-IGBT-a pod Infineonovim tehničkim parametrima od 650V/20A, SiC-MOSFET je još uvijek superiorniji od Si-IGBT-a u pogledu parametara performansi, ali u smislu cijene, SiC-MOSFET je 7 puta veći od Si-IGBT. Štoviše, kako se otpor pri uključivanju SiC uređaja smanjuje, cijena SiC-MOSFET-a eksponencijalno raste. Na primjer, kada je otpor pri uključenju 45 miliohma, SiC-MOSFET košta samo 57,6 USD, kada je otpor pri uključenju 11 miliohma, cijena je 159,11 USD, a kada je otpor pri uključenju jednak 6 miliohma, cijena je dosegla 310,98 dolara.
▲Infineon SiC-MOSFET usporedba s Si-IGBT
▲Infineon SiC-MOSFET cijena i odnos otpora
4, Domaći napori stvorili su ogroman tržišni potencijal.
1. Tržište silicijskih pločica ulazi u ciklus rasta.
Udio materijala za proizvodnju poluvodiča povećavao se iz godine u godinu. Poluvodički materijali mogu se podijeliti na materijale za pakiranje i materijale za proizvodnju (uključujući silicijske pločice i razne kemikalije itd.). Dugoročno, materijali za proizvodnju poluvodiča i materijali za pakiranje su u istom trendu. Međutim, od 2011. godine, kontinuiranim razvojem naprednih procesa, potrošnja materijala za proizvodnju poluvodiča postupno se povećavala, a jaz između materijala za proizvodnju i materijala za pakiranje postupno se povećavao. U 2018. godini prodaja proizvodnih materijala iznosila je 32,2 milijarde USD, a prodaja ambalažnih materijala 19,7 milijardi USD, a proizvodni materijali bili su oko 1,6 puta veći od materijala za pakiranje. Među poluvodičkim materijalima, materijali za proizvodnju čine oko 62%, a materijali za pakiranje 38%.
▲Udio potrošnje poluvodičkog materijala u 2018
▲Omjer troškova materijala za proizvodnju poluvodiča
Silicijske pločice najveći su potrošni materijal u proizvodnji poluvodiča; među proizvodnim materijalima najveći udio imaju silicijske pločice kao sirovine poluvodiča koji dosežu 37%. Od 2017., s porazom Leeja Sedola od strane "AlphaGo", nove zvjezdane tehnologije predvođene umjetnom inteligencijom bile su glavne tehnologije koje pokreću razvoj globalnih poluvodiča. Konkretno, u 2018. globalna potražnja za memorijom je naglo porasla, zajedno s pojavom blockchain tehnologije, a potražnja za silicijskim pločicama dosegla je rekordnu razinu. Povećanje globalnih isporuka poluvodiča također je dovelo do brzog povećanja isporuka silicijskih pločica. Što se tiče isporuka, 2018. je globalno područje isporuke silicijskih pločica po prvi put premašilo 10 milijardi kvadratnih inča, dosegnuvši 12,7 milijardi kvadratnih inča. U 2019., zbog trgovinskih trvenja u prvoj polovici godine, područje otpreme smanjilo se na 11,8 milijardi kvadratnih inča. Što se tiče tržišnog prometa, prodaja na globalnom tržištu u 2018. godini iznosila je 11,4 milijarde USD, au 2019. godini dosegla je 11,2 milijarde USD.
▲2009-2019 Globalno područje isporuke silicijskih ploča
▲2009-2019 Globalna prodaja silikonskih pločica
Iz perspektive segmentacije pločica, zbog visoke cijene poluvodičkih materijala druge i treće generacije i činjenice da se većina složenih poluvodiča temelji na silicijskim pločicama, silicijske pločice čine 95% globalnih supstrata pločica. Iz perspektive specifičnih veličina pločica, 12-inčne pločice glavna su vrsta globalnih silicijskih pločica. U 2018. 12-inčne pločice činile su 64% globalnih isporuka silikonskih pločica, a 8-inčne pločice činile su 26%.
▲Omjer isporuke silikonskih pločica prema veličini
Iz perspektive terminalskih aplikacija, globalna potrošnja 12-inčnih pločica uglavnom su memorijski čipovi, pri čemu Nand Flash i DRAM memorija čine oko 75% ukupno, od čega Nand Flash troši oko 33% pločica, a Nand flash ima 35% nizvodnog tržišta na tržištu pametnih telefona. Može se vidjeti da je povećanje isporuka i kapaciteta pametnih telefona glavni čimbenik koji pokreće isporuku 12-inčnih pločica. Među 12-inčnim pločicama, logički čipovi čine oko 25%, DRAM čini oko 22,2%, a drugi čipovi kao što je CIS čine oko 20%.
2. Kinesko tržište poluvodičkih silicijskih pločica ima ogroman prostor
Kinesko tržište poluvodičkih materijala stalno raste. U 2018. globalna prodaja poluvodičkih materijala dosegla je 51,94 milijarde USD, što je povećanje od 10,7% u odnosu na prethodnu godinu. Među njima, prodaja Kine iznosila je 8,44 milijarde USD. Za razliku od globalnog tržišta, kineska prodaja poluvodičkih materijala raste od 2010. i rasla je po stopi većoj od 10% u tri uzastopne godine od 2016. do 2018. Globalno tržište poluvodičkih materijala uvelike je pod utjecajem cikličkih čimbenika, posebno u Tajvanu , Kina i Južna Koreja, gdje su fluktuacije velike. Sjevernoameričko i europsko tržište gotovo su u stanju nultog rasta. Japanski poluvodički materijali dugo su bili u stanju negativnog rasta. Globalno, samo je tržište poluvodičkih materijala u kontinentalnoj Kini u dugoročnom razdoblju rasta. Kinesko tržište poluvodičkih materijala u oštrom je kontrastu s globalnim tržištem.
▲Globalna prodaja poluvodičkih materijala i stopa rasta (u milijardama američkih dolara)
▲Godišnja prodaja poluvodičkih materijala po zemlji i regiji (jedinica: milijarda američkih dolara)
Globalni poluvodički materijali postupno se premještaju na kinesko tržište kopna. Od udjela prodaje raznih zemalja i regija, prve tri zemlje ili regije činile su 55% u 2018., a učinak regionalne koncentracije je očit. Među njima, Tajvan, Kina čini oko 23% globalnog kapaciteta proizvodnje vafla, što ga čini regijom s najvećim proizvodnim kapacitetom na svijetu. Njegova prodaja poluvodičkih materijala iznosi 11,4 milijarde američkih dolara, što čini 22% udjela u svijetu, zauzima prvo mjesto, a to je regija s najvećom potrošnjom poluvodičkih materijala na svijetu devet uzastopnih godina. Južna Koreja čini oko 20% globalnog kapaciteta proizvodnje pločica, s prodajom poluvodičkih materijala od 8,72 milijarde USD, što čini 17%, što je drugo mjesto. Kontinentalna Kina čini oko 13% globalnog proizvodnog kapaciteta, s prodajom poluvodičkih materijala od 8,44 milijarde USD, što čini oko 16% svjetskog udjela, što je treće mjesto. Međutim, dugoročno gledano, tržišni udio poluvodičkih materijala u kontinentalnoj Kini povećavao se iz godine u godinu, sa 7,5% u 2007. na 16,2% u 2018. Globalni poluvodički materijali postupno se prebacuju na tržište kineskog kopna.
▲ Udio prodaje po zemlji i regiji u 2018
▲ Prodaja i udio poluvodičkih materijala u kontinentalnoj Kini (u milijardama američkih dolara)
Globalni kapacitet proizvodnje pločica dovest će do eksplozivnog rasta. Tvornica za 12-inčne napolitanke, koja predstavlja najnapredniju tehnologiju u današnjim tvornicama napolitanki, bila je na vrhuncu izgradnje od 2017. do 2019., s prosjekom od 8 12-inčnih tvornica napolitanki dodanih svake godine diljem svijeta. Procjenjuje se da će do 2023. u svijetu postojati 138 12-inčne tvornice napolitanki. Prema statistici IC Insighta, zbog neizvjesnosti kinesko-američkog trgovinskog rata u prvoj polovici 2019., velike tvornice napolitanki diljem svijeta odgodile su svoje planove povećanja kapaciteta, ali ih nisu otkazale. S oporavkom kinesko-američke trgovine u drugoj polovici 2019. i izbijanjem 5G tržišta, globalni kapacitet proizvodnje pločica u 2019. i dalje je zadržao povećanje od 7,2 milijuna komada. Međutim, s dolaskom vala zamjene na tržištu 5G, globalni proizvodni kapacitet pločica uvest će u vrhunac razdoblja povećanja od 2020. do 2022., s trogodišnjim povećanjem od 17,9 milijuna komada, 20,8 milijuna komada odnosno 14,4 milijuna komada, i postavit će rekordnu vrijednost 2021. Ovi kapaciteti pločica bit će u Južnoj Koreji (Samsung, Hynix), Tajvanu (TSMC) i kontinentalnoj Kini (Skladište rijeke Yangtze, Skladište Changxin, SMIC, Huahong Semiconductor, itd.). Kontinentalna Kina će činiti 50% povećanja kapaciteta.
▲Broj 12-inčnih tvornica oblatni širom svijeta, 2002-2023
▲ Povećanje globalnog proizvodnog kapaciteta (jedinica: milijun komada godišnje, 8-inčni ekvivalent pločice)
Izgradnja tvornica vafla u kontinentalnoj Kini otvorit će razdoblje brzog rasta. Od 2016. godine kontinentalna Kina je počela aktivno ulagati u izgradnju tvornica vafla i pokrenut je val izgradnje tvornica. Prema predviđanjima SEMI-ja, od 2017. do 2020. u svijetu će biti izgrađene i puštene u proizvodnju 62 tvornice napolitanki, od čega će 26 biti u Kini, što će činiti 42% ukupnog broja. Broj gradnji u 2018. bio je 13, što čini 50% širenja. Rezultat širenja sigurno će dovesti do povećanja kapitalnih izdataka i izdataka za opremu za tvornice vafla. Prema SEMI-ju, do 2020. instalirani kapacitet tvornica pločica u kontinentalnoj Kini dosegnut će 4 milijuna 8-inča ekvivalentnih pločica mjesečno, u usporedbi s 2,3 milijuna u 2015., s godišnjom stopom rasta spoja od 12%, što je mnogo veći od ostalih regija. U isto vrijeme, Nacionalni veliki fond također je mnogo uložio u industriju proizvodnje poluvodiča. U prvoj fazi ulaganja Velikog fonda, prerađivačka industrija činila je čak 67%, daleko više od industrije dizajna i industrije pakiranja i testiranja.
▲2010-2020 Kinesko ulaganje u tvornicu poluvodičkih ploča (jedinica: 100 milijuna USD)
▲ Omjer ulaganja prve faze Nacionalnog velikog fonda
Do kraja 2019. još uvijek postoje 9 8-inčne tvornice napolitanki i 10 12-inčne tvornice napolitanki u izgradnji ili planiranju u Kini. Osim toga, budući da je većina kineskih 12-inčnih tvornica napolitanki trenutno u probnoj proizvodnji ili proizvodnji malih serija, one su na dnu proizvodnih kapaciteta. Nakon dobivanja verifikacije proizvoda od kupaca i tržišne provjere, proizvodni kapacitet će ući u fazu povećanja i postojat će velika potražnja za sirovinama uzvodno.
▲Nove tvornice napolitanki u Kini
Popularnost 5G dovela je do povećanja udjela silicija u terminalima: od ere pametnih telefona počevši od iPhonea 3, do 4G mobilnih telefona koje predstavlja iPhone 5, i konačno do sadašnje ere 5G mobilnih telefona. Sadržaj silicija u mobilnim telefonima nastavlja rasti. Prema analizi materijalnih troškova mobilnih telefona od strane organizacija za rastavljanje kao što su tech insights i iFixit, jedinična vrijednost glavnih čipova mobilnih telefona, kao što su procesori mobilnih telefona (AP), čipovi za obradu osnovnog pojasa (BP), memorija (Nand flash) , DRAM), moduli kamere (CIS), radiofrekvencijski čipovi (RF), čipovi za upravljanje napajanjem (PMIC), Bluetooth/wifi čipovi, itd., pokazao je postupni porast, a udio ukupne vrijednosti jedinice je porastao godinu po godinu. Iako se u fazi iPhonea X udio čipova smanjio zbog promjena na zaslonu, uz naknadnu kontinuiranu optimizaciju, udio troškova čipova također se povećavao iz godine u godinu. Do iPhone 11 pro max ere, vrhunca 4G mobilnih telefona, udio glavnih čipova dosegnuo je 55%, a vrijednost jedne jedinice je oko 272 USD. U evoluciji s iPhonea 3 na iPhone 11 Pro Max, kamera mobilnog telefona promijenila se s jedne fotografije na 3 snimke, memorija tijela porasla je s 8 GB na 512 GB, udio sadržaja silicija po jedinici porastao je s 37% na 55% , a vrijednost po jedinici porasla je sa 68 USD na 272 USD.
2020. je prva godina masovne proizvodnje 5G mobilnih telefona. Prema analizi rastavljanja mobilnih telefona Samsung S20 i Xiaomi 10 koji su objavljeni, vrijednost i udio glavnih čipova po jedinici dodatno su porasli u usporedbi s 4G mobilnim telefonima. Za Samsung, glavni čipovi čine 63,4% ukupnih troškova materijala, a vrijednost po jedinici dosegla je 335 USD, što je 23% više od iPhonea 11 Pro Max. Za Xiaomi je udio glavnih čipova čak i veći, dosežući 68,3%, a vrijednost po jedinici glavnih čipova također je dosegla 300 USD. Prema rastavljanju Samsung S20 i Xiaomi 10, procjenjuje se da će glavni čipovi u početnim 5G mobilnim telefonima iznositi oko 65%~70%, a vrijednost jednog stroja bit će oko US${{18} }.
▲Raščlamba troška BOM-a za glavne pametne telefone
▲ Omjer troškova glavnih čipova u različitim mobilnim telefonima
Izgradnja tvornica pločica povećava potražnju za silicijskim pločicama: proširenje kapaciteta tvornice pločica neizbježno će dovesti do povećanja potražnje za silicijskim pločicama. Kina je trenutačno uložila velika sredstva u tvornice pločica, formirajući industriju memorije kojom dominiraju Yangtze Memory Technologies i Hefei Changxin, industriju logičkih čipova kojom dominira SMIC, proizvodnu liniju za posebne procese kojom dominiraju Huahong Semiconductor i Jetta Semiconductor, te ljevaonicu energetskih uređaja dominiraju China Resources Microelectronics i Silan Microelectronics. Trenutačno je stopa rasta prodaje silikonskih pločica u kontinentalnoj Kini u 2017./2018. veća od 40%. Koristeći trend ulaganja velikih fondova i domaće supstitucije, tvornice pločica u nastavku u potpunosti su proširile svoje proizvodne kapacitete, što je dovelo do povećanja potražnje za pločicama od silicija. Prema prognozi SUMCO-a, u 2020. će potražnja za 8-inčnim silicijskim pločicama u kontinentalnoj Kini biti oko 970,000 komada, a 12-inčne pločice dosegnut će 1,05 milijuna komada.
▲Kineska kontinentalna prodaja silikonskih pločica i stopa rasta (jedinica: milijarde USD)
▲Promjene u potražnji silikonske pločice u kontinentalnoj Kini (jedinica: 10,000 komada mjesečno)
Ciklus povećanja cijene + napredni proces promiče povećanje "cijene": Prema povijesnom izračunu cijene silicijske ploče, trenutno je na početku novog ciklusa povećanja cijene. Od 2009. do 2011., pametni telefoni brzo su postali popularni, sadržaj silicija u mobilnim telefonima se povećao, a cijena silicija po jedinici površine nastavila je rasti, dosegnuvši 1,09 dolara po kvadratnom inču 2011. Kasnije. , s povećanjem zaliha silicijskih pločica i padom prodaje pametnih telefona, cijena silicijskih pločica po jedinici površine nastavila je padati i dosegla je najnižu točku 2016. godine, na 0,67 dolara po kvadratnom inču. Godine 2016. Googleov "AlphaGo" pobijedio je Leeja Sedola, omogućivši umjetnoj inteligenciji ulazak na pozornicu povijesti. Globalna potražnja za silicijskim pločicama je porasla, ulazeći u novu rundu ciklusa povećanja cijena. Izlaskom 5G mobilnih telefona 2019. godine, cijena silicijskih pločica po jedinici površine dosegla je 0,94 USD. S izdavanjem 5G mobilnih telefona u velikim razmjerima 2020., što je potaknulo globalnu potražnju za silicijskim pločama, očekuje se da će u budućnosti biti 2-3 godina prostora za povećanje cijena.
Napredni procesi podižu cijene; poluvodičke silicijske pločice osnovni su materijal za proizvodnju čipova, a sve fluktuacije u kvaliteti imat će ozbiljan utjecaj na čipove. Uz kontinuirani razvoj naprednih procesa, zahtjevi za nečistoćama za poluvodičke silicijske pločice postaju sve veći i veći. Veći zahtjevi čine proces proizvodnje silicijevih pločica sve težim, pa je cijena sve veća. Na primjer, za istu 12-inčnu silikonsku pločicu, cijena 7nm procesnih silikonskih pločica je 4,5 puta veća od cijene 90nm silikonskih pločica. Trenutačno se tvornice pločica u kontinentalnoj Kini uglavnom grade od 12-inčnih pločica, a cijena silicijskih pločica mnogo je viša od 8-inčnih pločica. U isto vrijeme, ljevaonice logičkih čipova koje predstavljaju SMIC i Huahong Semiconductor postupno su prenijele proces s 28nm na 16/14nm proces, što je povećalo ukupnu cijenu silicijskih pločica.
Otkako je 12-inčna proizvodna linija prvi put otvorena u svijetu 2000. godine, potražnja na tržištu značajno je porasla. U 2008. obujam isporuke prvi je put premašio 8-inčne silikonske pločice, a 2009. premašio je zbroj područja otpreme drugih veličina silicijskih pločica. Od 2016. do 2018., zbog snažnog razvoja tržišta u nastajanju kao što su AI, računalstvo u oblaku i blockchain, ukupna godišnja stopa rasta 12-inčnih silicijskih pločica bila je 8%. U budućnosti će tržišni udio 12-inčnih silikonskih pločica nastaviti rasti. Prema podacima SUMCO-a, i dalje će postojati jaz u globalnoj ponudi i potražnji 12-inčnih silicijskih pločica u sljedećih 3-5 godina, a jaz će postajati sve veći i veći kako napreduje poluvodič ciklus se povećava. Do 2022. postojat će jaz od 1000K/mjesečno. Kao rastuća baza za proizvodnju poluvodiča u svijetu, veliki jaz u Kini od silicijskih pločica promicat će brzinu lokalizacije silicijskih pločica.
Prema statistici SUMCO-a, iznos prodaje silicijskih pločica u kontinentalnoj Kini u 2018. iznosio je približno 930 milijuna USD, što je povećanje od 45% u odnosu na prethodnu godinu, što ga čini najbrže rastućim tržištem silicijskih pločica na svijetu. Korištenje planova proširenja velikih tvornica ploča kao što su Yangtze Memory, SMIC i Changxin Storage u 2020-2022. Procjenjuje se da će do kraja 2022. potražnja za ekvivalentnim 12-inčnim silicijskim pločicama u kontinentalnoj Kini dosegnuti 2,01 milijun mjesečno, s tržišnim prostorom od 20 milijardi juana.
Sibranch vjeruje da kao primatelj trećeg prijenosa industrije poluvodiča, udio prodaje poluvodiča moje zemlje na globalnom tržištu nastavlja rasti. Osim toga, moja je zemlja najveći svjetski proizvođač, izvoznik i potrošač potrošačkih elektroničkih proizvoda i ima veliku potražnju za poluvodičkim proizvodima. Stoga će razina lokalizacije imati veliki utjecaj na industrijsku sigurnost. Kao najveća i najosnovnija raznolikost na tržištu materijala za proizvodnju pločica, moja zemlja ima nedostatke u području silicijskih pločica, a to je izraženije u velikim silicijskim pločicama. Međutim, uz potporu nacionalnih politika i fondova, mnoge su kineske tvrtke isplanirale proizvodne linije i postavile velike poluvodičke silikonske pločice.