半导体产业成为全球重心从产业链着手我国半导体行业发展机会分析

2018-08-06 05:47

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参考观研天下发布《2018年中国半导体专用设备行业分析报告-市场深度调研与发展前景研究》

我国半导体产业销售额占比全球三成，成为全球产业重心

半导体产业是一个技术沉淀型产业，美国和日本是全球在半导体行业起步最早的国家，在上个世纪70年代，随着美国硅谷的形成，使得美国成为全球半导体行业的领头人。80年代，日本实现了半导体行业的崛起，通过政府和产业界开发了基于 DRAM 的 IDM 商业模式，超越了美国，处于世界领先地位。随后，计算机产业开始全球遍地开花，90年代初期韩国抓住消费机遇，通过政府和财团的支持，一举将半导体产业的重心迁至韩国，实现了在DRAM市场80%的占有率。90年代后期，中国台湾台积电的举起，依靠晶圆代工带动了全产业链发展，而接下来中国大陆成为全球半导体市场“怪物”，行业重心开始向我国不断偏移，2017年中国半导体销售额为8889 亿元，同比增速 22.5%，占据了全球的30%的市场份额，成为全球最大的消费市场。

2014-2018年我国半导体销售额情况

资料来源：WSTS，Wind，观研天下数据中心整理

2017年全球半导体销售额达到了4122亿美元

资料来源：WSTS，Wind，观研天下数据中心整理

半导体产业链模式明确，上游设备行业支持产业链发展

半导体产业上游对整个产业起了支撑作用，原材料为硅片、光刻胶、靶材、化学气体等，设备为光刻机、单晶炉、检测机、刻蚀机等；核心产业链是设计、制造、封装三大环节，这三大核心环节，全球仅几家公司掌握，并且各自分工不同。而下游作为半导体行业的价值终端，其应用广泛，涉及到我们所见的所有高科技产业，包括计算机、物联网、5G、消费电子、汽车电子、通信、智能制造等新兴领域。

半导体产业链示意图

资料来源：电子工程网、观研天下数据中心整理

从产业链来看，作为支撑整个半导体行业的设备产业发展机会较大。其作为基础子行业，是价值最大的一个子行业。由于半导体行业是一个比较“精密”的行业，对于设备要求比较高，在硅片制备中需要设备为减薄机、单晶炉、研磨机等；晶圆加工环节需要热处理设备、光刻机、刻蚀机、离子注入设备、CVD/PVD 设备、清洗设备等；封装环节需要切割机、装片机、键合机、测试机、分选机、探针台等；此外，还需要一些辅助设备，如洁净室等。这些设备协同工作才能保障半导体行业的正常运行，而这些设备造价极高，例如一台光刻机造价超过1亿美元。因此，半导体设备是产业链中投资项是最高的，占到整个产业支出的80%。

我国半导体设备国产化率低于20%，政策为半导体设备指明方向

由于我国半导体产业起步晚，半导体设备市场被国外巨头垄断。经过近年来，我国半导体产业的不断发展，国内半导体设备行业有了长足的进步，但是国产化率仍然处于较低的水平，普遍低于20%。其中，光刻机、离子注入设备、氧化扩散等高精尖设备国产化率还不到10%。

国内主要半导体设备及供应商

资料来源：各公司官网、搜狐、华陌网、观研天下数据中心整理

        我国半导体市场占据了全球30%的市场份额，但半导体设备国内自供率却不足20%。相反，美国企业在我国半导体市场的占有率却达到了51%以上。一面是国内半导体产业需求的盛况，一面却是受制于技术，导致面对广阔的半导体市场，国内企业似乎无法享用，大部分的市场利润被国外巨头瓜分。

  面对这样的情况，从“十二五”开始，国家就出台了专项扶持产业计划，其中包括02专项，即国家“极大规模集成电路制造技术及成套工艺” 项目。在“十二五”期间，着重研究和攻关45-22纳米关键制造装备、开发32-22纳米互补金属氧化物半导体工艺、90-65纳米特色工艺。同时，开展22-14纳米研究，形成65-45纳米装备、材料、工艺配套能等半导体产业链中的重要任务。

   2014年9月，我国还成立了集成电路产业基金，扶持产业的发展，截止到2017年，产业基金首期募资达到了1387.2亿元。基金的投资项目覆盖了集成电路的制造、设计、材料设备、封装测试等关节。

  在上述政策和基金投资的关照下，我国半导体行业将加快发展的脚步。国内半导体设备行业的领先企业，如中微半导体、北方华创、上海微电子等通过攻克一系列关键技术，作为我国半导体设备产业的名片迅速发展，为我国半导体产业发展进程提供关键能量。

半导体产业链中，我国半导体设备有望实现“后端超车”

在半导体产业链中，设备投资占了80%左右的资本，但由于我国芯片制造领域薄弱，在光刻机设备中国内水平与国外水平相差3代以上，短时间难以赶超。但是产业链后端封装测试领域，成为了我国重点突破领域，也是我国半导体产业链中最具有竞争力的环节。2018年1月，我国封装测试产业为402.5亿元的销售额，占国内半导体产业的35%，封装设备占全球市场的36.8%。

因此，我国半导体产业的发展，从后端封装测试领域切入，实现后端环节的“超车”。

1、前段：硅片制备（晶圆制造）单晶炉是核心

硅片是主要的半导体材料，用来制造芯片。但全球典型的半导体公司都不自己生产硅片，而是直接进行采购，通过对硅片加工制造各种芯片。由于硅片的质量直接关系到芯片的质量，因此硅片制造对整个半导体产业链有着较为独特的意义。

随着电子器件的不断升级，对于硅的纯度要求也越来越高。硅片制备需要单晶炉、切割机、研磨机、刻蚀机、抛光机、外延炉、清洗设备、测试机等多个设备分工协作制备而来，但单晶炉是硅片制备过程价值量占比最高的核心设备，其占硅片制备的25%左右。

硅片制备流程工艺与主要设备

资料来源：《半导体制造技术》、观研天下数据中心整理

2、中段：晶圆加工，光刻机和刻蚀机是核心

光刻机是以光学光刻为基础，利用光学系统把掩膜版上的图形精确地投影曝光到涂过的光刻胶的硅片上。光刻机就是在硅片表面匀胶，通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩膜，经物镜补偿各种光学误差，将掩膜版块上的图形转移到光刻胶上，把器件或电器结构临时成比例缩小后映射到硅片上。

光刻工艺

资料来源：传感器网、观研天下数据中心整理

        一般离子反应刻蚀会用到等离子刻蚀机，它包括反应室、电源、真空部分。等离子体在工件表面发生反应，反应的挥发性副产物被真空泵抽走。

        这两个工艺相对复制，造价极高，目前最为先进的EUV光刻机单价在1亿没有以上，这两个设备加起来占整个晶圆加工设备的55%以上。同时，由于工艺的复杂和技术的限制，国内企业同国外领先企业差距较大。

        3、后段：封装测试，测试设备是核心

        经过加工后的晶圆片，还需要进行封装和检测才能变成成品。封测有划片、装片、键合、塑封、电镀、切筋成型、打码等几个步骤，封装后的测试有电性测试和老化测试。

封测环节