半导体行业:弯道超车

|2017-11-14|

一、半导体定义及分类

半导体行业隶属电子信息产业,属于硬件产业,以半导体为基础而发展起来的一个产业。半导体产品按照制造工艺分为四类,分别是集成电路(IC)、光电子器件、分立器件和传感器(敏感器件)。其中 IC 又可分为微处理器、模拟电路、逻辑电路和存储器。行业内习惯用半导体行业专指集成电路行业。

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二、半导体产业链

当前IC产业的典型的商业模式是垂直分工模式。具体为IC设计企业根据下游客户(系统厂商)的需求设计芯片,然后交给晶圆代工厂进行制造,之后再由封装测试厂进行封装测试,最后将性能良好的IC产品出售给系统厂商。

IC设计、晶圆制造、封装测试是IC产业的核心环节,除此之外,IC设计企业需要从IP/EDA企业购买相应的IP和EDA工具App,而IC制造和封装测试企业需要从设备和材料供应商购买相应的半导体设备和材料化学品。在核心环节之外,集成电路产业链中还需要IP/EDA、半导体设备、材料化学品等上游供应商。

1、产业上游:材料化学品和设备

半导体材料化学品和设备处于IC产业的上游,为IC产品的生产提供必要的工具和原料。

半导体材料化学品和设备主要分布在芯片制造环节和封装测试环节,不同的制造与封装工艺对应不同的材料化学品和设备。前端芯片制造涉及半导体材料化学品包括:晶圆、 光阻材料(光刻胶)、电子特种气体、超净高纯试剂、CMP 抛光液、CMP 抛光垫和溅射靶极材料等。后端封装环节涉及半导体材料化学品包括:引线框架、IC载板、锡球材料、膜封材料、键合金丝和聚酰亚胺材料等。

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2、产业中游:IC设计、制造、封测

IC设计、晶圆制造、封装测试是IC产业的核心环节。

芯片设计是根据终端产品的需求,从系统、模块、门电路等各个层级进行选择并组合,确定器件结构、工艺方案等,实现相关的功能和性能要求,最终输出电路设计的版图,提供到生产企业进行加工生产。

晶圆加工又称为前道工序,是根据设计给出的电路版图,通过炉管、湿刻、淀积、光刻、干刻、注入、退火等不同工艺流程在半导体晶圆基板上上形成元器件和互联线,最终输出整片已经完成功能及性能实现的晶圆片。

 

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封装测试又称为后道工序,是对加工企业的晶圆片根据客户要求进行封装加工成独立的单个芯片,并对电气功能进行测试确认。

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3、产业下游:终端应用

半导体广泛应用于计算机行业、消费电子行业、通信设备行业、汽车电子行业、智能制造、工业控制行业。由于物联网、可穿戴设备、云计算、大数据、新能源、医疗电子和安防电子等新兴应用发展迅速。

三、半导体行业市场分析

1、半导体行业总体发展情况

全球半导体行业进入景气周期。半导体行业属于周期性行业,其基本与 GDP 走势相同。回顾过去二十年来,1998~2000 年随着手机普及和互联网兴起,全球半导体产值不断上升,尤其在2000年增长38.3%;但随着互联网泡沫破裂,2001 年全球半导体市场下跌 32%。随后 Windows XP 发布,全球开始新一轮 PC 换机潮,半导体市场开始新一轮波动;2002~2004的 3 年时间里处于高速增长阶段,2005年半导体市场出现周期性回落,2008~2009 年受金融危机影响出现了负增长,2010 年随着全球经济的好转,全球半导体产值增长 34.4%。2011~2012 年受欧债危机、美国量化宽松、日本地震及终端电子产品需求下滑影响,半导体销售增速分别下降为 0.4%和-2.7%。随着 2013 年以来全球经济逐步复苏,PC、手机、液晶电视等消费类电子产品需求不断增加,2013 年全球半导体产业恢复增长,增速达 4.8%。2014年全球半导体销售继续保持增长态势,增速达9.9%。2015~2016 年又进入阶段性低点。2017 年以后,在以物联网、可穿戴设备、云计算、大数据、新能源、医疗电子和安防电子等为主的新兴应用领域强劲需求带动下,半导体又进入了强势景气周期。全球半导体贸易统计协会(WSTS)预计,2017 年全球半导体销售规模将达到3966 亿美金,同比增速达到 17%,行业规模跃升到新平台。


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我国从2011年以来半导体行业开始加速发展,半导体行业销售规模保持了较高的增长率,尤其是在2012年全球半导体行业进入负增长的情况下,我国近三年增速均在 20%左右。根据中国半导体行业协会统计,2016年中国集成电路产业销售额达到4335.5亿元,同比增长20.1%,远高于全球的增长速度。其中,产业链各环节的占比也趋于合理,区域集聚发展效应更加明显。设计业继续保持高速增长,销售额为1644.3亿元,同比增长24.1%;制造业受到国内芯片生产线满产以及扩产的带动,2016年依然快速增长,同比增长25.1%,销售额1126.9亿元;封装测试业销售额1564.3亿元,同比增长13%。

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2、半导体设计市场分析

2016年,我国芯片设计行业销售收入为1644.3亿元,比2015年的1325亿元增长24.1%,占全球集成电路设计业的比重提升至27.82%(2016年全球芯片设计企业销售889亿美金)。我国部分芯片设计企业设计水平达到了14nm,十大设计企业的平均毛利率为35.6%,排名前100的设计企业平均毛利率为30.6%,比上年增长了1.04%。

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3、半导体制造市场分析

半导体制造主要是晶圆加工。晶圆也称裸硅是半导体芯片制造所需的基础材料,是半导体制造业核心。晶圆的规格类型从1965年至2008年间已经从2英寸(50mm)增长到18英寸(450mm)。市场主流尺寸可分为6英寸(150mm),8英寸(200mm),12英寸(300mm)和18英寸(450mm)四类。半导体制造制程工艺也从经历了从130nm、90nm、65nm 、40nm、28nm、14nm、10nm、7nm (5nm)的演进发展。

目前,我国半导体制造制程跟国外差两代,台积电等领先厂商已在批量使用14nm 制程,并已开发出7nm、10nm制程。国内半导体晶圆代工龙头中芯国际则是中国大陆目前唯一能够提供28nm制程服务的晶圆代工厂,14nm制程到2018年才能投入使用。供给方面,我国大陆地区晶圆制造产能仅为全球的10%左右,供需关系明显失衡。

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因此,近年大力发展晶圆制造业。据SEMI 统计,2017~2020 年全球计划兴建晶圆厂 62 座,其中 26 座将落户中国,占比达到 40%。

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半导体制造技术十分精细,制造工艺极其复杂,对设备和材料的要求非常苛刻。根据产品的不同,集成电路生产需经过几十步甚至上千步的工艺,其中任何一步的错误都可能是最后导致器件失效的原因,对设备和材料的要求非常高,且对每一步的良率要求极高,通常要达到 3 个 9 以上的良率。在 20nm 技术节点,集成电路产品的晶圆加工工艺步骤约 1000 步,在 7nm 时将超过 1500 步。

半导体制造设备行业门槛极高,处于寡头垄断局面,国内产业相对薄弱。从全球范围看,美国、日本、荷兰是世界半导体装备制造的三大强国,全球知名的半导体设备制造商主要集中在上述国家。

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世界半导体协会(SEMI)报道 2016 年世界半导体材料化学品市场销售额达到 443 亿美金,相较于 2015 年的 433 亿美金上涨 2.4%。

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目前国内和世界范围晶圆加工部分材料化学品市场份额最高的是硅晶圆,占比在30%以上;,其中 12 寸硅晶圆占比达 63%,8 寸硅晶圆占比达 28%。目前国内12英寸晶圆无法自给,全部需要进口。光阻材料(光刻胶)的技术水平则决定了晶圆加工的纳米尺寸,属于此领域最核心、技术壁垒最深的半导体材料化学品。


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4、半导体封测市场分析

我国封测企业经过多年的发展,已取得了不小成绩。长电科技、华天科技、通富微电等领先厂家经过多年发展,已跻身全球前十大封测厂家行列。尤其是长电科技,收购了新加坡星科金朋后,已成为全球第三大封测厂家。

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封测工艺用设备和材料

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四、投资逻辑

半导体行业,最有可能在半导体制造、封测用设备领域实现弯道超车,进而辐射到设计和制造领域。对于国产半导体设备而言,加强自主研发,掌握核心技术,才能在竞争中生存下来。配合提高国产化率的鼓励政策、国产设备税收减免优惠政策和避免引进海外低端装备项目的相关政策实现国产半导体设备爆发,弯道超车。


免责声明:本文根据公开资料撰写,必发bifa88观察无法保证公开资料的真实性。本文不构成任何投资建议。


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