影响半导体行业发展的不利因素一、 影响半导体行业发展的不利因素1、半导体设备行业国际巨头的先发优势半导体设备行业具有技术更新快、投资周期长、研发投入大等特点,属于典型的资本密集型及技术密集型行业技术更新周期短带来的技术壁垒、市场垄断程度高带来的市场壁垒以及客户间竞争合作带来的认可壁垒,导致集成电路装备市场被美国应用材料企业、荷兰阿斯麦企业以及美国泛林半导体等国外知名厂商长期垄断,以上国外厂商在技术、认知度以及客户资源方面均有较大的先发优势目前国产半导体设备在技术成熟度、经营规模及客户资源方面与国外知名产品尚有一定的差距,需要长时间的突破和积累2、半导体设备行业高端行业人才相对匮乏半导体设备行业属于典型的技术密集型行业,对于技术人员的知识背景以及实际操作经验均有较高的要求我国由于半导体集成电路产业发展晚,相关行业人才较为缺乏:一方面,现有半导体行业人才数量严重不足,无法满足产业发展需求;另一方面,人才结构不合理,无法满足自主、核心、关键技术的创新发展需要而半导体人才的培养是一个漫长的过程,目前专业人才匮乏已经成为制约产业成长的瓶颈3、半导体设备行业环境亟需进一步改善作为半导体专用设备,半导体温控设备、工艺废气处理设备及晶圆传片设备的更新迭代均需要配合晶圆制造设备相关制程来进行。
目前我国半导体设备仍处于起步阶段,国内半导体设备市场仍被国外厂商垄断,相比于国外半导体专用设备厂商,国内半导体专用设备厂商在产品更新迭代方面具有一定的滞后性虽然中国一直致力于建立并完善集成电路产业链,但仍然需要一定时日的支持和培育才能达到自主可控的目标二、 半导体设备制造领域发展情况和未来发展趋势半导体产业是现代电子工业的基础,电子信息产业的先导和支撑,也是全球高端制造业的代表产业半导体产品目前正处于晶体管时代,按照功能区分可分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四大类,其中以集成电路为主导根据WSTS(世界半导体贸易统计组织)统计数据,从2014年到2021年,全球半导体市场规模从3,166亿美元上升为5,559亿美元;2021年集成电路全球市场规模为4,630.02亿美元,占半导体全球市场规模的比例约为83.29%根据WSTS统计数据,2010-2020年,中国半导体行业销售额持续增长,十年复合增长率达19.91%据中国半导体行业协会统计,2020年中国集成电路产业销售额为8,848亿元,同比增长17%,是全球最大和贸易最活跃的半导体市场半导体设备行业为半导体产业的核心支撑之一,是半导体产品迭代发展的基石和产能供给先行指标。
根据摩尔定律,每隔18-24个月集成电路的技术都要进步一代,相应的设备制造产业必须要超前半导体产品更新开发出新一代设备由于半导体产品制造工艺复杂程度高、对体积性能等要求严苛等特点,其生产、制造、测试等设备的价值普遍较高,并且随着产品的更新迭代,对上游设备和产品的需求和投入也与日俱增随着市场需求带动全球产能中心逐步向中国大陆转移,我国半导体整体产业规模和技术水平逐步提高,但我国半导体设备产业处于起步阶段,整机和核心零部件的进口依赖较大,核心零部件的国产化程度较低根据中国电子专用设备工业协会统计,2020年国产半导体设备销售额为187亿元,设备国产化率不足10%,而技术要求最高的晶圆制造设备自给率更低加速半导体设备国产化进程至关重要,设备核心零部件实现进口替代的需要日益迫切,一方面为半导体设备及零部件厂商提供了广阔的市场空间和发展机遇,另一方面也对其不断提升技术水平、增强研发能力提出了更高的要求和挑战三、 全球半导体设备市场规模2016-2020年,全球半导体检测和量测设备行业市场规模保持高速增长趋势根据数据,2020年全球半导体检测与量测设备行业市场规模达到76.5亿美元,同比增长20.1%,2016-2020年均复合增长率为12.6%,预计2022年市场规模将超90亿美元。
根据产品类型,检测设备可细分为无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备、掩膜检测设备等;量测设备可细分为三维形貌量测设备、薄膜膜厚量测设备(晶圆介质薄膜量测设备)、套刻精度量测设备、关键尺寸量测设备、掩膜量测设备等在半导体检测和量测设备市场各类设备占比中,检测设备占比最高,为62.6%,包括无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备、掩膜检测设备等;其次是量测设备,占比为33.5%,包括三维形貌量测设备、薄膜膜厚量测设备(晶圆介质薄膜量测设备)、套刻精度量测设备、关键尺寸量测设备、掩膜量测设备等在市场竞争方面,全球半导体检测和量测设备行业呈现垄断的市场格局,主要企业包括科磊半导体、应用材料、日立等其中,科磊半导体一家独大,市场份额占全球半导体检测和量测设备行业总规模的50.8%,市场规模达38.9亿美元同时,全球半导体检测和量测设备行业市场集中度较高,CR5超过了82.4%,并且均来自美国和日本四、 半导体产业运作的两种模式:IDM和垂直分工模式半导体产业运作主要有两种模式,即IDM模式和垂直分工模式如前文所述,半导体整个制造过程主要包括芯片设计、晶圆制造和封装测试三大环节所谓IDM(IntegratedDeviceManufacture)模式,即由一个厂商独立完成芯片设计、制造和封装三大环节,英特尔和三星是全球*具代表性的IDM企业。
另一种模式为垂直分工模式,即Fabless(无晶圆制造的设计公司)+Foundry(晶圆代工厂)+OSAT(封装测试企业),Fabless是指专注于芯片设计业务,只负责芯片的电路设计与销售,将生产、测试、封装等环节外包的设计企业,代表企业有高通、英伟达、AMD等;Foundry即晶圆代工厂,指只负责制造、封测的一个或多个环节,不负责芯片设计,可以同时为多家设计公司提供服务的企业,代表企业有台积电、中芯国际等OSAT指专门从事半导体封装和测试的企业在台积电成立以前,半导体行业只有IDM一种模式IDM模式的优势在于资源的内部整合优势,以及具有较高的利润率IDM模式贯穿整个半导体生产流程,不存在工艺流程对接问题,新产品从开发到面市的时间较短,且因为覆盖前端的IC设计和末端的品牌营销环节,具有较高的利润率水平但其公司规模庞大、管理成本和运营费用较高,同时半导体生产需要庞大的资本支出,使得行业内只有极大的几家IDM企业能够生存半导体制造业具有明显的规模经济效应,扩大规模可以显著降低单位产品的成本,提高企业竞争力,降低产品价格,垂直分工模式应运而生一方面,垂直分工模式使得Fabless投资规模较小,运行费用较低,因此涌现出了大量的上等的芯片设计企业。
另一方面,Foundry能够最大化的利用产能,提高资本支出的收益率但垂直分工模式可能会因芯片设计和生产无法顺利协同,导致芯片从设计到面市的时间过长,给芯片设计厂商造成损失半导体工业中有两种常用方法生产单晶硅,即直拉单晶制造法(CZ法)和悬浮区熔法(FZ法)CZ法是硅片制造常用的方法,它较FZ法有较多优点,例如只有CZ法能够做出直径大于200mm的晶圆,并且它的价格较为便宜CZ法的原理是将多晶硅硅料置于坩埚中,使用射频或电阻加专线圈加热熔化,待温度超过硅的熔点温度后,将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩等径等步骤,完成一根单晶硅棒的拉制单晶生长炉是生产单晶硅的主要半导体设备目前全球的单晶生长炉主要由美国Kayex、德国PVATePla、日本Ferrotec等企业供应,国内的单晶生长炉企业主要包括晶盛机电、南京晶能、连城数控等单晶硅棒完成后,还需要经过一系列加工才能得到硅片成品,主要涉及的半导体设备有切片机、研磨机、湿法刻蚀机、清洗机、抛光机和量测机目前上述硅片加工设备主要由日本、德国和美国厂商提供,国内仅有晶盛机电等少数厂家推出了部分硅片加工设备,市场占有率较低半导体设备市场空间广阔2019年-2021年,受到下游应用需求的驱动以及疫情对行业供需关系的影响,全球半导体设备市场经历了一轮高景气周期。
2022年,半导体设备市场规模有望再创新高根据SEMI的数据,2022年,全球半导体设备销售额有望达1143.4亿美元,同比增长11.24%,以2021年中国市场的占比测算,预估2022年中国半导体设备市场规模有望达329.48亿美元,同比增长11.24%半导体设备公司的增量将更多地来源于市场份额的提升在半导体设备整体市场规模保持稳定的过程中,产业链公司的增量将更多地来源于市场份额的提升市场份额的提升主要由三个因素驱动:产品的竞争力、所处细分市场的份额或空间、品类扩张能力其中,产品的竞争力是公司立足于市场获取份额的基础,所处市场的份额或空间将决定公司高速成长的持续性,而品类扩张能力能够持续拓展公司的成长边界在市场国家战略产业自主可控等多重因素的驱动下,中国大陆晶圆制造及其配套设备环节的加速发展势在必行中国大陆是全球最大的电子终端消费市场和半导体销售市场,吸引着全球半导体产业向大陆的迁移从产业链配套层面来看,在中游晶圆制造环节,中国具备成为全球最大晶圆产能基地的潜力特别是在中国打造制造强国的战略下,政府在产业政策、税收、人才培养等方面大力支持和推进本土半导体制造的规模化和高端化近年来,中美贸易摩擦凸显出供应链安全和自主可控的重要性和急迫性,晶圆制造及其配套设备等产业环节作为半导体产业的基石,加速发展势在必行。
根据ICInsights的数据,2021年,全球晶圆产能约2160万片/月(8寸约当),同比增长3.78%,中国大陆晶圆产能350万片/月(8寸约当),同比增长9.92%,在全球的占比约16.2%根据SIA的数据,伴随着中国大陆晶圆产能的持续快速扩张,2030年,大陆晶圆产能在全球的占比有望达24%,届时将成为全球最大的晶圆产能区域市场中国大陆晶圆产能的持续扩张,有望持续拉动上游配套半导体设备的市场需求内资晶圆产线产能距离规划仍有较大的提升空间,国产半导体设备的订单增量前景广阔目前,内资晶圆产线仍然是国产半导体设备的消费主力,从远期内资晶圆产线的建设情况来看,国产半导体设备的需求前景更为乐观根据各公司官网的不完全统计,目前,内资晶圆产线的总产能约为162.5万片/月(8寸约当),而各条产线的规划总产能约为454.5万片/月(8寸约当),现有产能距规划产能仍有较大的扩充空间,因此,内资晶圆产能的大幅扩张,有望为国产半导体设备公司带来广阔的订单增量当前半导体设备国产化率仍处于非线性提升区间,驱动的份额提升,将为行业贡献可观的成长速度和空间对于国产半导体设备厂商而言,其驱动力除了行业规模的自然扩张,还包括在国内市场的。
根据中国电子专用设备工业协会的数据,2021年,国产半导体设备销售额为385.5亿元,同比增长58.71%,占中国大陆半导体设备销售额的比例为20.02%以半导体晶圆制造设备为例,当前的国产设备对28nm及以上制程的工艺覆盖度日趋完善,并积极推进14nm及以下制程的工艺突破,产品正处于验证密集通过、开启规模化起量的成长阶段并且,各大半导体设备厂商基于产品上线量产的契机,也在与客户密切开展工艺设备的合作研发、已有产品的迭代和细分新品类的扩充,利于产品竞争力和市场拓展的继续深入所以,目前的半导体设备国产化率仍处于非线性增长区间,未来国产设备有望加速渗透假设2025年,该统计口径下的中国大陆半导体设备市场的国产化率提升至50%,则2021-2025年,国产半导体设备销售额的CAGR近30%并且,对于65-40nm等国内配套较成熟的制程,本土半导体设备供应商的单一供应比例最高已达80%,足见设备国产化有较高的成长空间丰富的半导体工序催生出众多的半导体设备类型,从硅片制造、芯片设计、晶圆制造、封装和测试,配套的半导体设备品类多元,各个领域间具备较高的技术和市场壁垒布局刻蚀沉积等大赛道的设备厂商,具备更为广阔的收入空。