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一文看懂国产半导体材料现状
发布时间:2018-12-10 丨 阅读次数:319

来源:内容节选自方正证券,谢谢。


半导体材料主要应用于晶圆制造与芯片封装环节。 由于半导体制造与封测技术的复杂性,从晶圆裸片到芯片成品,中间需要经过氧化、溅镀、光刻、刻蚀、离子注入、以及封装等上百道特殊的工艺步骤,半导体技术的不断进步也带动了上游专用材料与设备产业的快速发 展。就半导体材料而言,主要应用领域集中在晶圆制造与芯片封装环节(如图)。


半导体材料主要应用于晶圆制造与封测环节


半导体材料行业具备产业规模大、细分行业多、技术门槛高、成本占比低四大特性:


1)产业规模大: 根据 SEMI(半导体设备与材料协会)的数据统计,2016 年全球半导体材料产业的市场规模达 443 亿美金,对应 2016 年全球半导体产业规模约在 3000 亿美金左右,半导体材料市场规模占比接近 15%;


2)细分行业多: 半导体材料是半导体产业链中细分领域最多的产业链环节,其中晶圆制造材料包括硅片、光刻胶、光刻胶配套试剂、湿电子化学品、电子气体、 CMP 抛光材料、以及靶材等,芯片封装材料包括封装基板、引线框架、树脂、键合丝、锡球、以及电镀液等, 同时类似湿电子化学品中又包含了酸、碱等各类试剂,细分子行业多达上百个;


3)技术门槛高: 半导体材料的技术门槛一般要高于其他电子及制造领域相关材料,其具备纯度要求高、工艺复杂等特征,在研发过程中需要下游对应产线进行批量测试。同时对应芯片制造过程的不同,下游厂商对材料使用需求的不同,导致对应材料的参数也有所差异;


4)成本占比低: 虽然半导体材料整体产业规模庞大,但由于细分材料子行业众多,导致了单个细分材料往往在半导体生产成本中占比较低。以靶材为例,半导体靶材在半导体材料中的占比约为 3%,对应半导体生产成本占比仅在 3‰~5‰。技术门槛高以及成本占比低导 致了半导体材料国产替代的进展要远低于面板以及消费电子相关领域。


半导体材料产业现状:国外优势明显,国内正在细分领域突破


根据 SEMI 报告显示, 2016 年晶圆制造材料市场为 247 亿美元,封装材料市场为 196 亿美元,合计 443 亿美元。相较于 2015 年晶圆制造材料市场的 240 亿美元及封装材料市场的 193 亿美元,分别增长3.1%及 1.4%(如图表)。在晶圆制造以及封装材料中,硅片和封装基板分别是规模占比最大的细分子行业,占比达 1/3 以上。


2013-2016 全球晶圆制造及封装材料细分市场销售规模(单位:亿美元)


国内(不包括台湾地区)半导体材料市场 2016 年总规模达 651 亿人民币,其中晶圆制造材料约为 331 亿人民币,封装材料为 318 亿人民币,在占全球半导体材料市场规模比重超过 20%,与中国大陆晶圆制造及封测产能全球占比基本保持一致。


2013-2016 中国半导体材料市场规模(亿元)


从行业竞争格局看,全球半导体材料产业依然由日、美、台、韩、德等国家占据绝对主导,国产半导体材料的销售规模占全球比重不到5%,从整体技术水平和销售规模来看,国产半导体材料产业和海外化工及材料龙头仍存在较大差距。


同时,由于半导体材料行业细分领域众多,且不同的子行业在技术上存在较大差异,因此半导体材料行业各个子行业的行业龙头各不相同。 比如在硅片领域, 日本信越化工、日本 SUMCO、台湾环球晶圆、德国 Siltronic、韩国 LG Silitron 占比全球前五,在靶材领域,日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯等为靶材行业龙头。


至于国内,由于我们的半导体工业的相对落后导致了半导体材料产业起步较晚,且受到技术、 资金、以及人才的限制,国内半导体材料产业总体表现出数量偏少、企业规模偏小、技术水平偏低、以及产业布局分散的特征。


以靶材举例:目前国内靶材厂商主要集中在低端产品领域进行竞争,在半导体、液晶显示器和太阳能电池等市场还无法与国际巨头全面抗衡。


伴随国内代工制造生产线、存储器生产线、以及封装测试线的持续大规模建设,国内半导体材料市场规模快速增长。同时,依靠产业政策导向、产品价格优势本土企业已经在国内市场占有一定的市场份额,并逐步在个别产品或细分领域挤占国际厂商的市场空间。总体来看,根据我国半导体材料细分产品竞争力,目前我们把中国半导体材料产业分为三大梯队:


第一梯队: 靶材、封装基板、 CMP 抛光材料、湿电子化学品,引线框等部分封装材料。 部分产品技术标准达到全球一流水平,本土产线已实现中大批量供货。一方面看好未来 3 年龙头公司伴随本土产能扩大以及技术突破下业绩高速成长,另一方面有望作为大基金率先介入的细分领域,在海外人才引入,产业链整合,海外并购都方面得到跨越式发展;


第二梯队: 电子气体、硅片、化合物半导体、掩模版。 个别产品技术标准达到全球一流水平,本土产线已小批量供货或具备较大战略意义因此政策支持意愿强烈。硅片作为晶圆制造基础原材料,推动硅片的发展体现了国家意志;


第三梯队: 光刻胶。 技术和全球一流水平存在较大差距,目前基本未实现批量供货。


细分领域来看,部分产品已实现自产自销。其中,国内半导体材料在靶材、封装基板、研磨液等细分领域产品已经取得较大突破,部分产品技术标准达到全球一流水平,本土产线已基本实现中大批量供货。其中,国产材料包括研磨液、靶材、电子气体、湿电子化学品等在中芯国际的 8 寸线及 12 寸线上均有验证成功并上线使用,包括江丰电子的靶材及安集微电子的研磨液在中芯已经实现中大批量供货。


以江丰电子为例,公司的半导体靶材产品已应用于以台积电为代表的世界著名半导体厂商的最先端制造工艺,在 14/16 纳米技术节点实现批量供货,同时还满足了国内厂商 28 纳米技术节点的量产需求, 产品成功打入全球 280 多个半导体芯片制造工厂,成为众多世界著名芯片公司的供应商。


半导体晶圆制造转移大陆,给国产材料商带来的新机会


目前看来,本土晶圆代工产能放量在即,半导体制造产业转移趋势明确。


一方面包括台积电、联电、 GlobalFoundries 等在内的多家海外晶圆代工企业将在大陆投放产线,另一方面国内晶圆代工厂包括中芯国际、华力微电子等在未来 2 年内也将有多条产线投产。 根据 SEMI 统计,预计在 2017-2020 之间全球将有 62 座晶圆厂投产,其中 26 座晶圆厂来自中国大陆,仅 2018 年大陆就会有 13 座晶圆厂建成投产(如图表 )。


全球晶圆代工产能向中国大陆迁移的趋势明显


从政策层面看,国家在“中国制造 2025”中明确制定目标至 2020年集成电路自给率将达到 40%、 2025 年达到 50%。国家集成电路产业投资基金(大基金)的设立承载了国家意志,在资金与政策双重推动下,本土半导体产业将迎来快速发展。


截至 2017 年 11 月 30 日,大基金累计有效决策 62 个项目,涉及 46 家企业,累计有效承诺额 1063亿元,实际出资 794 亿元。在此带动下,湖北、四川、陕西、深圳、安徽、江苏、福建、以及辽宁等地方政府纷纷提出或已成立子基金,合计总规模超过 3000 亿元。 大基金的设立满足战略性产业对长期投资的要求,又利用基金机制有效避免了国家直接拨款或直接投资等传统支持方式带来的弊端。


大基金成立以来投资了国内多家 IDM 及 Foundry 企业


海外晶圆代工企业纷纷宣布在大陆地区的扩增或新建晶圆厂计划,包括台积电、 GlobalFoundries、联电、力晶科,以及 TowerJazz等新厂大部分将于 2017 年底或 2018 年加入生产营运。 其中,联电与大陆 IC 业者福建晋华合作,在福建兴建 12 寸晶圆厂,并且会采用联电开发的 32nm 制程来生产 DRAM 存储器; GlobalFoundries 与大陆成都政府合作兴建 12 寸晶圆厂,将采用主流 130nm 和 180nm 技术制造IC。台积电则是投资 30 亿美元在南京设立晶圆代工厂,该厂将于 2018年下半年开始以 16nm 制程,提供晶圆代工服务。


目前大陆晶圆代工产能位居全球第 2, 2017 年市占率将近 15%,未来大陆晶圆代工产能全球占比将快速提升。 当前大陆共有 50 余条集成电路生产线,分布于北京、上海、天津、西安、厦门、 以及合肥等多个城市。未来在中芯国际、华力微电子、台积电、联芯、晶合、 万国 AOS、德科玛、 以及紫光等持续投入 12 寸晶圆厂产线,加上德科玛、中芯国际、士兰微、 以及 Silex 于 8 寸晶圆厂的产能扩充后,大陆晶圆代工产能占全球的比重将快速提升。


中国大陆在建晶圆代工产线统计(不完全统计)


成长快速的中国封测业,是国产材料发展的另一个支柱


球封测产业目前中国台湾、美国、中国大陆三足鼎立格局基本成型。 根据公开数据统计, 2016 年全球芯片封测代工产业各区域产值占比为台湾 56%、中国 16%、美国 12%、日本 6%、以及韩国 5%。台湾仍是全球芯片封测代工实力最强的区域,占据一半以上市场份额。而美国由于众多 IDM 龙头企业用于自己的封测部门,因此也是全球封测产业的重要参与者。同时,随着近年大陆封测企业的崛起,全球封测业格局已经形成台湾、美国、大陆三足鼎立格局。


全球产能转移趋势确定,大陆封测行业成长率显著高于全球平均水平。在成本以及产业配套优势的驱动下,几乎全球主要的 IDM 和封测厂商都在中国纷纷设立封装工厂,同时本土封测龙头长电、华天、通富也取得快速发展,本土封测产业产值从 2010 年的 629 亿元,增 长到 2016 年的 1564 亿人民币,复合增长率达 20%,成长率显著高于全球平均水平。


大基金扶持国内封测龙头海外并购,行业规模显著提升。 在大基金的大力扶持下,我国封测企业逐步开启海内外并购步伐,不断扩大公司规模,其中,长电科技联合产业基金及芯电半导体收购新加坡封测厂星科金朋,华天科技收购美国 FCI,通富微电联合大基金收购 AMD 苏州和槟城封测厂,以及晶方科技则购入英飞凌智瑞达部分资产等。 目前, 长电、华天、通富已经位居全球封测代工前十(如图表), 全球十大封测厂通过这一轮并购后已经基本形成了日月光-矽品科技、安靠-J-Devices、长电科技-星科金朋等三大阵营。


长电、华天、通富位居全球封测代工前十


政策支持力度大幅提升,推动中国国产半导体材料弯道超车


近年来国家制定了一系列产业政策包括 863 计划、02 专项等来加速半导体材料供应的本土化进程,在这一阶段, 国家对半导体材料发展的支持主要体现在专项补贴的方式。国家高技术研究发展计划(“863计划”)、国家科技重大专项“极大规模集成电路制造设备及成套工艺”专项基金(“02 专项”)、发改委战略转型产业化项目都将半导体材料的研发及产业化列为重点项目。国家产业政策、研发专项基金的陆续发布和落实,从国家战略高度扶植半导体材料产业发展壮大。


2005-2014 国内半导体材料企业数量变化


随着以大基金为代表的半导体材料 2.0 时代的到来,将带动国产半导体材料实现从 1 到 10 的弯道超车。 目前大基金 1 期对半导体上游材料投资占比不到 4%,且投资标的数量相对有限,我们预计大基金(二期)将加大对半导体上游设备和材料的投入力度,推动国产半导体材料龙头从 1 到 10 实现跨越式发展。


从大基金(一期)的投资情况来看,大基金在制造、设计、封测、装备材料等产业链各环节已经实现了投资布局全覆盖,各环节承诺投资占比分别为 63%、 20%、 10%、 以及 7%, 其中, 半导体材料预计约占比 3%~4%。


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