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全球半導體材料現狀,中國什么水平?

        半導體是指在常溫下導電性能介于絕緣體與導體之間的材料。常見的半導體包括硅、鍺等元素半導體及砷化鎵、氮化鎵等化合物半導體。半導體是電子產品的核心,是信息產業的基石,亦被稱為現代工業的“糧食”。從1947年全球第一個晶體管被制造出來起,半導體行業就和全球經濟發展和科技進步密不可分。經過多年的發展,半導體產品已經遍及計算機、通訊、汽車電子、醫療、航天、工業等多個領域。從應用市場需求來看,半導體應用市場主要包括通信、計算機、消費電子、工業應用、汽車電子、軍工/航天等,其中最大的兩類應用市場為通信和計算機,這兩類應用的快速增長主要來源于云計算、大數據等技術的發展,給服務器等整機帶來較大的市場需求。2016年以來,云計算、物聯網、5G、人工智能、車聯網等新興應用領域已進入了快速發展階段。新興應用領域的快速發展,對高端集成電路、功率器件、射頻器件等產品的需求也持續增加,同時也驅動傳感器、連接芯片、專用SoC等芯片技術的創新。另外,印度、東南亞、非洲等新興市場的逐漸興起,也為半導體行業發展提供了持續的動力。隨著新領域、新應用的普及,新興市場的發展,5至10年周期來看,半導體行業的未來市場前景樂觀。


        由于集成電路的下游應用市場在各類終端智能化、聯網化的過程中不斷拓展,故集成電路產業與經濟總量增速的關聯度日益緊密,增長的穩健性加強、周期性波動趨弱。
根據世界銀行及ICInsights數據計算得到,2012-2018年間全球半導體產值占全球GDP的比重由0.39%持續攀升至0.55%,根據SEMI測算,在2000-2009年間、2010-2017年間全球GDP增速與集成電路產業增速的相關系數由0.63提升至0.88,預計2018-2023年間將達到0.95。


        根據WSTS對市場上通用的費城半導體指數(SOX)和1994年以來全球半導體銷售額變化的分析結果,半導體行業的景氣程度與宏觀經濟、下游應用需求以及自身產能庫存等因素密切相關。在1994年-2019年之間全球半導體行業大致以4-6年為一個周期。在每一個周期,都會有一個重要的因素影響半導體行業的景氣程度。現在全球半導體行業處于2015年以來的新一輪景氣周期的震蕩下行階段。根據Wind消息,臺積電CEO魏哲家在2019年Q2業績披露會上預計下半年業務將大幅強于上半年;3納米工藝研發進展良好。
根據Wind數據顯示,2019年Q1全球半導體銷售額大幅下滑,但是2019年以來,費城半導體指數屢創歷史新高。9月12日,達歷史最高點1625.16點,也代表了投資者對未來5G、AI等新增需求的樂觀態度。我們預期2019年底將走出周期底部。放眼國內市場,中國集成電路產業規模高速增長。根據半導體行業協會數據,2007年到2018年,中國集成電路產業規模保持高速增長態勢,年均復合增長率為15.8%,遠遠高于全球半導體市場6.8%的增長率,2018年半導體市場規模達1582億美元,全球占比達33.72%。與此同時,隨著《國家集成電路產業發展推進綱要》的出臺和大基金的落地,以及國家生產力布局重大項目的投產,我國集成電路產業將迎來未來發展的黃金時期。


        長期以來,我國是世界上最大的集成電路消費市場,但是由于核心技術落后,大部分產品嚴重依賴進口。海關總署公布的數據顯示,從2013年開始,我國集成電路進口額突破2000億美元,已經連續五年遠超原油這一戰略物資的進口額,位列我國進口最大宗商品。
同時,集成電路貿易逆差持續擴大,2018年逆差額達到1933億美元。我國高端核心芯片CPU、FPGA、DSP等仍主要依賴進口。在我國核心技術受制于人的局面沒有根本改變的情況下,應用和整機企業關鍵產品部件高度依賴進口,特別是關鍵材料和設備制于人,產業存在供應鏈安全風險。


        半導體行業具有技術難度高、投資規模大、產業鏈環節長、產品種類多、更新迭代快、下游應用廣泛的特點,產業鏈呈垂直化分工格局。半導體制造產業鏈包含設計、制造和封裝測試環節,半導體材料和設備屬于芯片制造、封測的支撐性行業,位于產業鏈最上游。半導體產品的加工過程主要包括晶圓制造(前道)和封裝(后道)測試,隨著先進封裝技術的滲透,出現介于晶圓制造和封裝之間的加工環節,稱為中道。
由于半導體產品的加工工序多,所以在制造過程中需要大量的半導體設備和材料。我主要以最為復雜的晶圓制造(前道)工藝為例,說明制造過程的所需要的材料。


        晶圓生產線可以分成7個獨立的生產區域:擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、拋光(CMP)、金屬化。每個獨立生產區域中所用到的半導體材料都不盡相同。

細分種類眾多,單品類集中度高


         半導體材料包括半導體制造材料與半導體封測材料。2019年4月2日,SEMI公布全球半導體材料2018年銷售額為519億美元,同比增長10.6%,超過2011年471億美元的歷史高位。其中,晶圓制造材料和封測材料的銷售額分別為322億美元和197億美元,同比增長率分別為15.9%和3.0%。
2009年,制造材料市場規模與封測材料市場規模相當,從此至今,制造材料市場規模增速一直高于封測材料市場增速。經過近十年發展,制造材料市場規模已達封測材料市場規模的1.62倍。


        半導體制造材料主要包括硅片、電子氣體、光掩膜、光刻膠配套化學品、拋光材料、光刻膠、濕法化學品與濺射靶材等。
根據SEMI預測,2019年硅片、電子氣體、光掩膜、光刻膠配套化學品的銷售額分別為123.7億美元、43.7億美元、41.5億美元、22.8億美元,分別占全球半導體制造材料行業37.29%、13.17%、12.51%、6.87%的市場份額。其中,半導體硅片占比最高,為半導體制造的核心材料。


        轉向區域市場方面,根據SEMI統計數據,臺灣憑借其龐大的代工廠和先進的封裝基地,以114億美元連續第九年成為半導體材料的最大消費地區。韓國位列第二,中國大陸位列第三。
韓國,歐洲,中國臺灣和中國大陸的材料市場銷售額增長較為強勁,而北美,世界其他地區和日本市場則實現了個位數的增長。(其他地區被定義為新加坡,馬來西亞,菲律賓,東南亞其他地區和較小的全球市場。)


        半導體材料市場處于寡頭壟斷局面,國內產業規模非常小。相比同為產業鏈上游的半導體設備市場,半導體材料市場更細分,單一產品的市場空間很小,所以少有純粹的半導體材料公司。半導體材料往往只是某些大型材料廠商的一小塊業務,例如陶氏化學公司(TheDOWChemicalCompany),杜邦,三菱化學,住友化學等公司,半導體材料業務只是其電子材料事業部下面的一個分支。盡管如此,由于半導體工藝對材料的嚴格要求,就單一半導體化學品而言,僅有少數幾家供應商可以提供產品。以半導體硅片市場為例,全球半導體硅片市場集中度較高,產品主要集中在日本、韓國、德國和中國臺灣等發達國家和地區,中國大陸廠商的生產規模普遍偏小。2018年前五大硅片供應商日本信越化學株式會社、株式會社SUMCO、德國SiltronicAG、臺灣環球晶圓股份有限公司和韓國SKSiltronInc.分別占據全球市場份額的29%、25%、15%、14%和10%,產值合計占據超過93%的市場份額。在中國大陸,僅有上海硅產業集團、中環股份、金瑞泓等少數幾家企業具備8英寸半導體硅片的生產能力,而12英寸半導體硅片主要依靠進口,自主率非常低。除硅片市場具有寡頭壟斷特征外,其他原材料市場亦是如此。


國內半導體材料產業鏈從無到有、從弱到強


        半導體材料是推動半導體產業進步的關鍵因素。半導體產業是現代信息技術的基礎,而半導體材料作為半導體產業的直接上游,未來具備一定的國產替代空間。
近年來,國內半導體晶圓廠的建設進程加快,晶圓廠建成之后,日常運行對半導體原材料的需求大幅增加。
半導體材料作為半導體產業鏈上游,從目前國內產業發展現狀來看,其差距遠大于芯片設計、制造、封測等環節。產業發展進程甚至落后于半導體裝備。日本經濟產業省7月1日宣布,決定從7月4日起,將限制對韓國出口日本半導體核心上游原材料、智能手機及電視等顯示屏的核心原材料。該事件凸顯半導體材料對半導體產業鏈的重要性。半導體材料是國內半導體產業鏈最薄弱的環節之一。中興通訊、福建晉華事件給國內半導體產業敲響了警鐘,上游原材料和設備的自主可控迫在眉睫。
根據半導體行業協會的統計,目前在國內半導體制造環節國產材料的使用率不足15%,先進工藝制程和先進封裝領域,半導體材料的國產化率更低,本土材料的國產替代形勢依然嚴峻,且部分產品面臨嚴重的專利技術封鎖。
未來國內半導體產業的進口替代,沒有半導體材料的自主創新,半導體產業的發展也是空中樓閣。如果不能早日實現材料與設備在內的產業配套環節的國產替代,我國半導體產業的發展將受制于人。當前國內半導體材料的發展正在快速迎來突破,在過去十年,以02專項、國家重點研發計劃為代表的產業政策和專項補貼推動了半導體材料從無到有的起步階段,本土半導體材料企業數量大幅增長,以江化微的超純試劑、鼎龍股份的CMP研磨墊、江豐電子的靶材、安集微電子的研磨液、上海硅產業集團的大硅片為代表的國產半導體材料進入主流晶圓制造產線進行上線驗證,部分產品實現了批量供應。


         同時,大基金的進入,大力推動了本土材料產業的資源整合和海外人才引入的加速。雖然目前產業總體正處于起步階段,我們認為,未來5-10年即將成為半導體材料產業發展壯大的黃金時期。綜合來看,我國半導體材料產業鏈正歷經從無到有、從弱到強的重大變革。

by《真空技術與設備網》

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