半導體材料產業現狀及比較
發布時間:2018/8/13 10:05:57 訪問次數:3337
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全球封裝基板的主要生產廠商集中在我國臺灣、韓國和日本三地。 在有機封裝基板發展的"萌芽階段",日本就走在了世界 ic 封裝基板的開發、應用的最前列。1999 年日本生產剛性有機封裝基板(bga等基板)的廠家已有 28 家,其中大型企業有 19 家。 2003 年前后迎來倒裝芯片封裝發展轉折點的,日本企業又迅速轉向更高階的 fc 的bga 封裝基板。到 2004 年世界 40%的 fc-ppga 封裝基板市場被日本企業戰略。在 2000 年前后,韓國以及臺灣封測廠及 pcb 廠通過從美國、日本等引進技術而迅速邁入封裝基板行業。目前,臺灣、韓國、日本三地占據了全球封裝基板產業接近 90%的份額。行業競爭格局看,全球半導體材料產業依然由日、美、 韓、德等國家占據絕對主導,國產半導體材料的銷售規模占全球比重不到5%,從整體技術水平和銷售規模來看,國產半導體材料產業和海外化工及材料龍頭仍存在較大差距。
由于半導體材料行業細分領域眾多,且不同的子行業在技術上存在較大差異,因此半導體材料行業各個子行業的行業龍頭各不相同。 比如在硅片領域, 日本信越化工、日本 sumco、臺灣環球晶圓、德國 siltronic、韓國 lg silitron 占比全球前五,在靶材領域,日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯等為靶材行業龍頭。
至于國內,由于我們的半導體工業的相對落后導致了半導體材料產業起步較晚,且受到技術、 資金、以及人才的限制,國內半導體材料產業總體表現出數量偏少、企業規模偏小、技術水平偏低、以及產業布局分散的特征。
以靶材舉例:目前國內靶材廠商主要集中在低端產品領域進行競爭,在半導體、液晶顯示器和太陽能電池等市場還無法與國際巨頭全面抗衡。http://yushuo1.51dzw.com/
伴隨國內代工制造生產線、存儲器生產線、以及封裝測試線的持續大規模建設,國內半導體材料市場規模快速增長。同時,依靠產業政策導向、產品價格優勢本土企業已經在國內市場占有一定的市場份額,并逐步在個別產品或細分領域擠占國際廠商的市場空間。總體來看,根據我國半導體材料細分產品競爭力,目前我們把中國半導體材料產業分為三大梯隊:
第一梯隊: 靶材、封裝基板、 cmp 拋光材料、濕電子化學品,引線框等部分封裝材料。 部分產品技術標準達到全球一流水平,本土產線已實現中大批量供貨。一方面看好未來 3 年龍頭公司伴隨本土產能擴大以及技術突破下業績高速成長,另一方面有望作為大基金率先介入的細分領域,在海外人才引入,產業鏈整合,海外并購都方面得到跨越式發展;
第二梯隊: 電子氣體、硅片、化合物半導體、掩模版。 個別產品技術標準達到全球一流水平,本土產線已小批量供貨或具備較大戰略意義因此政策支持意愿強烈。硅片作為晶圓制造基礎原材料,推動硅片的發展體現了國家意志;
第三梯隊:光刻膠。 技術和全球一流水平存在較大差距,目前基本未實現批量供貨。
細分領域來看,部分產品已實現自產自銷。其中,國內半導體材料在靶材、封裝基板、研磨液等細分領域產品已經取得較大突破,部分產品技術標準達到全球一流水平,本土產線已基本實現中大批量供貨。其中,國產材料包括研磨液、靶材、電子氣體、濕電子化學品等在中芯國際的 8 寸線及 12 寸線上均有驗證成功并上線使用,包括江豐電子的靶材及安集微電子的研磨液在中芯已經實現中大批量供貨。
以江豐電子為例,公司的半導體靶材產品已應用于以臺積電為代表的世界著名半導體廠商的最先端制造工藝,在 14/16 納米技術節點實現批量供貨,同時還滿足了國內廠商 28 納米技術節點的量產需求, 產品成功打入全球 280 多個半導體芯片制造工廠,成為眾多世界著名芯片公司的供應商。
目前看來,本土晶圓代工產能放量在即,半導體制造產業轉移趨勢明確。http://yushuo.51dzw.com/
一方面包括臺積電、聯電、 globalfoundries 等在內的多家海外晶圓代工企業將在大陸投放產線,另一方面國內晶圓代工廠包括中芯國際、華力微電子等在未來 2 年內也將有多條產線投產。 根據 semi 統計,預計在 2017-2020 之間全球將有 62 座晶圓廠投產,其中 26 座晶圓廠來自中國大陸,僅 2018 年大陸就會有 13 座晶圓廠建成投產。
從政策層面看,國家在“中國制造 2025”中明確制定目標至 2020年集成電路自給率將達到 40%、 2025 年達到 50%。國家集成電路產業投資基金(大基金)的設立承載了國家意志,在資金與政策雙重推動下,本土半導體產業將迎來快速發展。
截至 2017 年 11 月 30 日,大基金累計有效決策 62 個項目,涉及 46 家企業,累計有效承諾額 1063億元,實際出資 794 億元。在此帶動下,湖北、四川、陜西、深圳、安徽、江蘇、福建、以及遼寧等地方政府紛紛提出或已成立子基金,合計總規模超過 3000 億元。 大基金的設立滿足戰略性產業對長期投資的要求,又利用基金機制有效避免了國家直接撥款或直接投資等傳統支持方式帶來的弊端。
海外晶圓代工企業紛紛宣布在大陸地區的擴增或新建晶圓廠計劃,包括臺積電、 globalfoundries、聯電、力晶科,以及 towerjazz等新廠大部分將于 2017 年底或 2018 年加入生產營運。 其中,聯電與大陸 ic 業者福建晉華合作,在福建興建 12 寸晶圓廠,并且會采用聯電開發的 32nm 制程來生產 dram 存儲器; globalfoundries 與大陸成都政府合作興建 12 寸晶圓廠,將采用主流 130nm 和 180nm 技術制造ic。臺積電則是投資 30 億美元在南京設立晶圓代工廠,該廠將于 2018年下半年開始以 16nm 制程,提供晶圓代工服務。
目前大陸晶圓代工產能位居全球第 2, 2017 年市占率將近 15%,未來大陸晶圓代工產能全球占比將快速提升。 當前大陸共有 50 余條集成電路生產線,分布于北京、上海、天津、西安、廈門、 以及合肥等多個城市。未來在中芯國際、華力微電子、臺積電、聯芯、晶合、萬國 aos、德科瑪、 以及紫光等持續投入 12 寸晶圓廠產線,加上德科瑪、中芯國際、士蘭微、 以及 silex 于 8 寸晶圓廠的產能擴充后,大陸晶圓代工產能占全球的比重將快速提升。
球封測產業目前中國臺灣、美國、中國大陸三足鼎立格局基本成型。 根據公開數據統計, 2016 年全球芯片封測代工產業各區域產值占比為臺灣 56%、中國 16%、美國 12%、日本 6%、以及韓國 5%。臺灣仍是全球芯片封測代工實力最強的區域,占據一半以上市場份額。而美國由于眾多 idm 龍頭企業用于自己的封測部門,因此也是全球封測產業的重要參與者。同時,隨著近年大陸封測企業的崛起,全球封測業格局已經形成臺灣、美國、大陸三足鼎立格局。
全球產能轉移趨勢確定,大陸封測行業成長率顯著高于全球平均水平。在成本以及產業配套優勢的驅動下,幾乎全球主要的 idm 和封測廠商都在中國紛紛設立封裝工廠,同時本土封測龍頭長電、華天、通富也取得快速發展,本土封測產業產值從 2010 年的 629 億元,增長到 2016 年的 1564 億人民幣,復合增長率達 20%,成長率顯著高于全球平均水平。
大基金扶持國內封測龍頭海外并購,行業規模顯著提升。 在大基金的大力扶持下,我國封測企業逐步開啟海內外并購步伐,不斷擴大公司規模,其中,長電科技聯合產業基金及芯電半導體收購新加坡封測廠星科金朋,華天科技收購美國 fci,通富微電聯合大基金收購amd 蘇州和檳城封測廠,以及晶方科技則購入英飛凌智瑞達部分資產等。 目前, 長電、華天、通富已經位居全球封測代工前十(如圖表), 全球十大封測廠通過這一輪并購后已經基本形成了日月光-矽品科技、安靠-j-devices、長電科技-星科金朋等三大陣營。http://yushuolhy.51dzw.com/
近年來國家制定了一系列產業政策包括 863 計劃、02 專項等來加速半導體材料供應的本土化進程,在這一階段, 國家對半導體材料發展的支持主要體現在專項補貼的方式。國家高技術研究發展計劃(“863計劃”)、國家科技重大專項“極大規模集成電路制造設備及成套工藝”專項基金(“02 專項”)、發改委戰略轉型產業化項目都將半導體材料的研發及產業化列為重點項目。國家產業政策、研發專項基金的陸續發布和落實,從國家戰略高度扶植半導體材料產業發展壯大。隨著以大基金為代表的半導體材料 2.0 時代的到來,將帶動國產半導體材料實現從 1 到 10 的彎道超車。 目前大基金 1 期對半導體上游材料投資占比不到 4%,且投資標的數量相對有限,我們預計大基金(二期)將加大對半導體上游設備和材料的投入力度,推動國產半導體材料龍頭從 1 到 10 實現跨越式發展。
從大基金(一期)的投資情況來看,大基金在制造、設計、封測、裝備材料等產業鏈各環節已經實現了投資布局全覆蓋,各環節承諾投資占比分別為 63%、 20%、 10%、 以及 7%, 其中, 半導體材料預計約占比 3%~4%。
在半導體材料領域,尤其是高端領域,基本上都是被國外企業把持。對于國內廠商來說,要追趕有很多需要追趕和學習的目標,而這又將是一條艱難的發展道路。
首先看硅片。硅片的生產過程非常復雜,從硅石到硅片需要經過提純、熔鑄、拉棒、切割、拋光、清洗等多道工序。 一般而言,硅片要經過硅石的三步提純制備出純度為 99.9999999%的半導體級硅,再通過熔鑄、拉棒等工藝流程生產成適當直徑的硅錠,最后被切割、拋光、清洗并通過質檢環節后,可完成的用于下游生產的薄硅片的制備。硅片和硅基材料是集成電路晶圓制造中占比最大的基礎材料, 占半導體制造材料比重約為 36%。根據中國半導體行業協會分會的預測數據, 2016 年我國半導體材料市場規模為 647 億元,比 2015 年的 591億增長 9.5%。自 2011 年以來,我國半導體市場規模增速步入平穩發展期。在 2015 年我國半導體材料市場中,集成電路晶圓制造材料的市場規模為 317.02 億元,占當年半導體材料整體市場份額約 54%。其中從集成電路晶圓制造材料細分的產品結構中看,硅片和硅基材料占據集成電路晶圓制造材料總體的比重最大,約為 36%。2016 年我國集成電路制造材料中硅晶圓占比 36%而從全球來看,硅材料具有高壟斷性,全球一半以上的半導體硅材料產能集中在日本,尤其是隨著尺寸越大、壟斷情況就越嚴重。 2016年,全球前五大半導體硅片廠份額達 92%,其中 shin-etsu(信越化工)、sumco、 global wafers(環球晶圓)、 siltronic、與 lg siltron 分別占比為 27%、 26%、 17%、 13%、 9%。
而我國自主生產的硅片以 6 英寸為主,產品主要的應用領域仍然是光伏和低端分立器件制造,而 8 英寸和 12 英寸的大尺寸集成電路級硅片依然嚴重依賴進口。但后者在近年也取得了重大突破。涌現出了上海新陽、中環股份和晶盛電機等企業。
其次就是靶材。
高純濺射靶材主要是指純度為 99.9%-99.9999%(3n-6n 之間)的金屬或非金屬靶材,應用于電子元器件制造的物理氣象沉積(pvd)工藝,是制備晶圓、面板、太陽能電池等表面電子薄膜的關鍵材料。 濺射是制備薄膜材料的主要技術之一,它利用離子源產生的離子,在真空中經過加速聚集而形成高速的離子束流,轟擊固體表面,離子和固體表面原子發生動能交換,使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面,被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料,稱為濺射靶材。
在晶圓制作環節,半導體用濺射靶材主要用于晶圓導電層及阻擋層和金屬柵極的制作,主要用到鋁、鈦、銅、鉭等金屬,芯片封裝用金屬靶材于晶圓制作類似,主要有銅、鋁、鈦等。http://yushuo2.51dzw.com/
純濺射靶材全球市場規模近百億美元,其中半導體用靶材全球市場規模約在十億美元以上,市場規模居于平板顯示器、記錄媒體以及太陽能電池之后,是高純濺射靶材的主要應用領域之一。全球靶材制造行業同樣呈現寡頭壟斷格局,少數日美化工與制造集團主導了全球靶材制造行業,產業集中度高。目前全球濺射靶材研制和生產主要集中在美國、日本少數幾家公司,其中霍尼韋爾、日礦金屬、東曹、普萊克斯、住友化學、愛發科等跨國集團占據主導地位。
根據有研新材公告數據估算,日礦金屬是全球最大的靶材供應商,靶材銷售額約占全球市場的 30%;霍尼韋爾在并購 johnson mattey、整合高純鋁、鈦等原材料生產廠后,占到全球市約 20%的份額,此外東曹和普萊克斯分別占比 20%和 10%。
目前國內高純濺射靶材產業總體表現出數量偏少,企業規模偏小和技術水平偏低的特征。近年來國家制定了一系列產業政策包括 863 計劃、02 專項等來加速濺射靶材供應的本土化進程,推動國產靶材在多個應用領域實現從0 到 1 的跨越。
國內靶材行業龍頭包括 a 股上市公司江豐電子、 有研新材子公司有研億金、福建阿石創、 以及隆華節能旗下子公司四豐電子和晶聯光電,目前已經初具規模。 非上市公司中有江西睿寧、江蘇比昂等公司,但總體規模偏小。
目前我國靶材龍頭企業江豐電子、隆華節能、有研新材、阿石創已經分別進入國內外主流半導體、平板顯示、光伏、光學器件企業供應鏈體系,且已經在部分企業本土產線實現中大批量供貨。
封裝基板是芯片封裝體的重要組成材料,主要起承載保護芯片與連接上層芯片和下層電路板作用。 完整的芯片由裸芯片(晶圓片)與封裝體(封裝基板及固封材料、引線等)組合而成。封裝基板作為芯片封裝的核心材料,一方面能夠保護、固定、支撐芯片,增強芯片導熱散熱性能,保證芯片不受物理損壞,另一方面封裝基板的上層與芯片相連,下層和印刷電路板相連,以實現電氣和物理連接、功率分配、信號分配,以及溝通芯片內部與外部電路等功能。按芯片與封裝基板的連接方式,封裝基板可分為引線鍵合封裝基板和倒裝封裝基板。其中, 引線鍵合(wire bonding, wb)使用金屬線,并利用熱、壓力、超聲波能量使金屬引線與芯片焊盤、基板焊盤緊密焊合,實現芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通,大量應用于射頻模塊、儲存芯片、微機電系統器件封裝。而倒裝封裝(flip chip,fc)與引線鍵合不同,其采用倒裝焊球連接芯片與基板,即在芯片的焊盤上形成焊球,然后將芯片翻轉貼到對應的基板上,利用加熱熔融的焊球實現芯片與基板焊盤結合,該封裝工藝已廣泛應用于 cpu、gpu 及 chipset 等產品封裝。
封裝基板已經成為封裝材料細分領域銷售占比最大的原材料,占封裝材料比重超過 50%,全球市場規模接近百億美金。 根據 semi的統計數據, 2016 年有機基板以及陶瓷封裝體合計市場規模達 104.5億美元,合計占比 53.3%。加上引線框架的市場規模為 34.6 億美元,占比 17.6%,封裝承載材料(包括封裝基板和引線框架)合計市場規模約為 140 億美元,占封裝材料的比重達 70%。而傳統引線框架在其自身性能和體積的局限性,以及各種新型高端技術發展替代的趨勢下,占比在 17%左右波動,且隨著對密度要求的提高,預計未來會逐漸減小。隨著我國下游封測行業的逐漸擴大和穩定, 2009 年起陸續有企業開始進入封裝基板產業,產業參與方以 pcb 廠為主。
總體來看,雖然國內封裝基板占有率在全球仍處于較低水平,但提升趨勢明顯。目前國內主流基板廠有深南電路、珠海越亞、興森科技和丹邦科技,規模較大的有深南電路和珠海越亞。四家封裝基板主要廠商的產品構定位存在一定差異。從產品結構上看,深南電路和興森科技均是在擁有較大規模的 pcb 業務的基礎上開始發展封裝基板業務。而珠海越亞和丹邦科技則是專注于發展的剛性有機無芯封裝基板和 cof 柔性封裝基板等高端基板業務。濕電子化學品(wet chemicals)指為微電子、光電子濕法工藝(主要包括濕法刻蝕、濕法清洗)制程中使用的各種電子化工材料。 濕電子化學品按用途可分為通用化學品(又稱超凈高純試劑)和功能性化學品(以光刻膠配套試劑為代表)。其中超凈高純試劑一般要求化學試劑中控制顆粒的粒徑在 0.5μm 以下,雜質含量低于 ppm 級,是化學試劑中對顆粒控制、雜質含量要求最高的試劑。功能濕電子化學品是指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復配類化學品。功能性濕電子一般配合光刻膠用,包括顯影液、漂洗液、剝離液等。http://yushuolyf.51dzw.com/
目前,歐美和日本濕電子化學品企業技術先進,品種齊全, 韓國和臺灣地區及其他國家和地區企業在技術專利和市場份額等方面仍與歐美和日本企業存在較大差距。
我國濕電子化學品應用市場分為三大類: 即半導體市場、光伏市場、平板顯示器市場,國產化率分別約為 15%、 25%、 98%。主要廠商有江化微、江陰潤瑪、晶瑞股份等, 國內企業快速突破技術壁壘,憑借成本及本土化優勢得以迅速發展。在政策支持和技術進步推動下,我國特種氣體行業在 2006 年后進入快速發展階段, 2010 年后國內特種氣體企業不斷沖擊國外巨頭技術壟斷的格局。近年來,隨著國家對半導體產業的支持力度不斷加大,02 專項科研等項目推動著中國本土的電子特種氣體產品水平在不斷提升。伴隨國內科研院所和特氣企業不斷的投入和研發,中國終于結束國產電子氣體無法大規模批量穩定使用的歷史,電子特氣逐漸實現國產化,稀有氣體產量和質量都有較大提升,氫能源開發也緊跟日本的步伐,以硅烷、高純氨、氫氟酸、氯氣、砷烷等為代表的國產電子特氣,逐漸開始滲透國內市場,相應的廠商也不斷涌現。 截止 2015年年底,我國共有特種氣體生產企業 150 余家,其中比較突出的有雅克科技、南大光電、巨化股份、凱美特氣等。半導體材料主要應用于晶圓制造與芯片封裝環節。 由于半導體制造與封測技術的復雜性,從晶圓裸片到芯片成品,中間需要經過氧化、濺鍍、光刻、刻蝕、離子注入、以及封裝等上百道特殊的工藝步驟,半導體技術的不斷進步也帶動了上游專用材料與設備產業的快速發展。就半導體材料而言,主要應用領域集中在晶圓制造與芯片封裝環節。
半導體材料行業具備產業規模大、細分行業多、技術門檻高、成本占比低四大特性:
1)產業規模大:根據 semi(半導體設備與材料協會)的數據統計,2016 年全球半導體材料產業的市場規模達 443 億美金,對應 2016 年全球半導體產業規模約在 3000 億美金左右,半導體材料市場規模占比接近 15%;
2)細分行業多: 半導體材料是半導體產業鏈中細分領域最多的產業鏈環節,其中晶圓制造材料包括硅片、光刻膠、光刻膠配套試劑、濕電子化學品、電子氣體、 cmp 拋光材料、以及靶材等,芯片封裝材料包括封裝基板、引線框架、樹脂、鍵合絲、錫球、以及電鍍液等,同時類似濕電子化學品中又包含了酸、堿等各類試劑,細分子行業多達上百個;
3)技術門檻高: 半導體材料的技術門檻一般要高于其他電子及制造領域相關材料,其具備純度要求高、工藝復雜等特征,在研發過程中需要下游對應產線進行批量測試。同時對應芯片制造過程的不同,下游廠商對材料使用需求的不同,導致對應材料的參數也有所差異;
4)成本占比低: 雖然半導體材料整體產業規模龐大,但由于細分材料子行業眾多,導致了單個細分材料往往在半導體生產成本中占比較低。以靶材為例,半導體靶材在半導體材料中的占比約為 3%,對應半導體生產成本占比僅在 3‰~5‰。技術門檻高以及成本占比低導致了半導體材料國產替代的進展要遠低于面板以及消費電子相關領域。http://yushuollp.51dzw.com/
據 semi 報告顯示, 2016 年晶圓制造材料市場為 247 億美元,封裝材料市場為 196 億美元,合計 443 億美元。相較于 2015 年晶圓制造材料市場的 240 億美元及封裝材料市場的 193 億美元,分別增長3.1%及 1.4%(如圖表)。在晶圓制造以及封裝材料中,硅片和封裝基板分別是規模占比最大的細分子行業,占比達 1/3 以上。國內(不包括臺灣地區)半導體材料市場 2016 年總規模達 651 億人民幣,其中晶圓制造材料約為 331 億人民幣,封裝材料為 318 億人民幣,在占全球半導體材料市場規模比重超過 20%,與中國大陸晶圓制造及封測產能全球占比基本保持一致。來源:環球智能家居
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全球封裝基板的主要生產廠商集中在我國臺灣、韓國和日本三地。 在有機封裝基板發展的"萌芽階段",日本就走在了世界 ic 封裝基板的開發、應用的最前列。1999 年日本生產剛性有機封裝基板(bga等基板)的廠家已有 28 家,其中大型企業有 19 家。 2003 年前后迎來倒裝芯片封裝發展轉折點的,日本企業又迅速轉向更高階的 fc 的bga 封裝基板。到 2004 年世界 40%的 fc-ppga 封裝基板市場被日本企業戰略。在 2000 年前后,韓國以及臺灣封測廠及 pcb 廠通過從美國、日本等引進技術而迅速邁入封裝基板行業。目前,臺灣、韓國、日本三地占據了全球封裝基板產業接近 90%的份額。行業競爭格局看,全球半導體材料產業依然由日、美、 韓、德等國家占據絕對主導,國產半導體材料的銷售規模占全球比重不到5%,從整體技術水平和銷售規模來看,國產半導體材料產業和海外化工及材料龍頭仍存在較大差距。
由于半導體材料行業細分領域眾多,且不同的子行業在技術上存在較大差異,因此半導體材料行業各個子行業的行業龍頭各不相同。 比如在硅片領域, 日本信越化工、日本 sumco、臺灣環球晶圓、德國 siltronic、韓國 lg silitron 占比全球前五,在靶材領域,日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯等為靶材行業龍頭。
至于國內,由于我們的半導體工業的相對落后導致了半導體材料產業起步較晚,且受到技術、 資金、以及人才的限制,國內半導體材料產業總體表現出數量偏少、企業規模偏小、技術水平偏低、以及產業布局分散的特征。
以靶材舉例:目前國內靶材廠商主要集中在低端產品領域進行競爭,在半導體、液晶顯示器和太陽能電池等市場還無法與國際巨頭全面抗衡。http://yushuo1.51dzw.com/
伴隨國內代工制造生產線、存儲器生產線、以及封裝測試線的持續大規模建設,國內半導體材料市場規模快速增長。同時,依靠產業政策導向、產品價格優勢本土企業已經在國內市場占有一定的市場份額,并逐步在個別產品或細分領域擠占國際廠商的市場空間。總體來看,根據我國半導體材料細分產品競爭力,目前我們把中國半導體材料產業分為三大梯隊:
第一梯隊: 靶材、封裝基板、 cmp 拋光材料、濕電子化學品,引線框等部分封裝材料。 部分產品技術標準達到全球一流水平,本土產線已實現中大批量供貨。一方面看好未來 3 年龍頭公司伴隨本土產能擴大以及技術突破下業績高速成長,另一方面有望作為大基金率先介入的細分領域,在海外人才引入,產業鏈整合,海外并購都方面得到跨越式發展;
第二梯隊: 電子氣體、硅片、化合物半導體、掩模版。 個別產品技術標準達到全球一流水平,本土產線已小批量供貨或具備較大戰略意義因此政策支持意愿強烈。硅片作為晶圓制造基礎原材料,推動硅片的發展體現了國家意志;
第三梯隊:光刻膠。 技術和全球一流水平存在較大差距,目前基本未實現批量供貨。
細分領域來看,部分產品已實現自產自銷。其中,國內半導體材料在靶材、封裝基板、研磨液等細分領域產品已經取得較大突破,部分產品技術標準達到全球一流水平,本土產線已基本實現中大批量供貨。其中,國產材料包括研磨液、靶材、電子氣體、濕電子化學品等在中芯國際的 8 寸線及 12 寸線上均有驗證成功并上線使用,包括江豐電子的靶材及安集微電子的研磨液在中芯已經實現中大批量供貨。
以江豐電子為例,公司的半導體靶材產品已應用于以臺積電為代表的世界著名半導體廠商的最先端制造工藝,在 14/16 納米技術節點實現批量供貨,同時還滿足了國內廠商 28 納米技術節點的量產需求, 產品成功打入全球 280 多個半導體芯片制造工廠,成為眾多世界著名芯片公司的供應商。
目前看來,本土晶圓代工產能放量在即,半導體制造產業轉移趨勢明確。http://yushuo.51dzw.com/
一方面包括臺積電、聯電、 globalfoundries 等在內的多家海外晶圓代工企業將在大陸投放產線,另一方面國內晶圓代工廠包括中芯國際、華力微電子等在未來 2 年內也將有多條產線投產。 根據 semi 統計,預計在 2017-2020 之間全球將有 62 座晶圓廠投產,其中 26 座晶圓廠來自中國大陸,僅 2018 年大陸就會有 13 座晶圓廠建成投產。
從政策層面看,國家在“中國制造 2025”中明確制定目標至 2020年集成電路自給率將達到 40%、 2025 年達到 50%。國家集成電路產業投資基金(大基金)的設立承載了國家意志,在資金與政策雙重推動下,本土半導體產業將迎來快速發展。
截至 2017 年 11 月 30 日,大基金累計有效決策 62 個項目,涉及 46 家企業,累計有效承諾額 1063億元,實際出資 794 億元。在此帶動下,湖北、四川、陜西、深圳、安徽、江蘇、福建、以及遼寧等地方政府紛紛提出或已成立子基金,合計總規模超過 3000 億元。 大基金的設立滿足戰略性產業對長期投資的要求,又利用基金機制有效避免了國家直接撥款或直接投資等傳統支持方式帶來的弊端。
海外晶圓代工企業紛紛宣布在大陸地區的擴增或新建晶圓廠計劃,包括臺積電、 globalfoundries、聯電、力晶科,以及 towerjazz等新廠大部分將于 2017 年底或 2018 年加入生產營運。 其中,聯電與大陸 ic 業者福建晉華合作,在福建興建 12 寸晶圓廠,并且會采用聯電開發的 32nm 制程來生產 dram 存儲器; globalfoundries 與大陸成都政府合作興建 12 寸晶圓廠,將采用主流 130nm 和 180nm 技術制造ic。臺積電則是投資 30 億美元在南京設立晶圓代工廠,該廠將于 2018年下半年開始以 16nm 制程,提供晶圓代工服務。
目前大陸晶圓代工產能位居全球第 2, 2017 年市占率將近 15%,未來大陸晶圓代工產能全球占比將快速提升。 當前大陸共有 50 余條集成電路生產線,分布于北京、上海、天津、西安、廈門、 以及合肥等多個城市。未來在中芯國際、華力微電子、臺積電、聯芯、晶合、萬國 aos、德科瑪、 以及紫光等持續投入 12 寸晶圓廠產線,加上德科瑪、中芯國際、士蘭微、 以及 silex 于 8 寸晶圓廠的產能擴充后,大陸晶圓代工產能占全球的比重將快速提升。
球封測產業目前中國臺灣、美國、中國大陸三足鼎立格局基本成型。 根據公開數據統計, 2016 年全球芯片封測代工產業各區域產值占比為臺灣 56%、中國 16%、美國 12%、日本 6%、以及韓國 5%。臺灣仍是全球芯片封測代工實力最強的區域,占據一半以上市場份額。而美國由于眾多 idm 龍頭企業用于自己的封測部門,因此也是全球封測產業的重要參與者。同時,隨著近年大陸封測企業的崛起,全球封測業格局已經形成臺灣、美國、大陸三足鼎立格局。
全球產能轉移趨勢確定,大陸封測行業成長率顯著高于全球平均水平。在成本以及產業配套優勢的驅動下,幾乎全球主要的 idm 和封測廠商都在中國紛紛設立封裝工廠,同時本土封測龍頭長電、華天、通富也取得快速發展,本土封測產業產值從 2010 年的 629 億元,增長到 2016 年的 1564 億人民幣,復合增長率達 20%,成長率顯著高于全球平均水平。
大基金扶持國內封測龍頭海外并購,行業規模顯著提升。 在大基金的大力扶持下,我國封測企業逐步開啟海內外并購步伐,不斷擴大公司規模,其中,長電科技聯合產業基金及芯電半導體收購新加坡封測廠星科金朋,華天科技收購美國 fci,通富微電聯合大基金收購amd 蘇州和檳城封測廠,以及晶方科技則購入英飛凌智瑞達部分資產等。 目前, 長電、華天、通富已經位居全球封測代工前十(如圖表), 全球十大封測廠通過這一輪并購后已經基本形成了日月光-矽品科技、安靠-j-devices、長電科技-星科金朋等三大陣營。http://yushuolhy.51dzw.com/
近年來國家制定了一系列產業政策包括 863 計劃、02 專項等來加速半導體材料供應的本土化進程,在這一階段, 國家對半導體材料發展的支持主要體現在專項補貼的方式。國家高技術研究發展計劃(“863計劃”)、國家科技重大專項“極大規模集成電路制造設備及成套工藝”專項基金(“02 專項”)、發改委戰略轉型產業化項目都將半導體材料的研發及產業化列為重點項目。國家產業政策、研發專項基金的陸續發布和落實,從國家戰略高度扶植半導體材料產業發展壯大。隨著以大基金為代表的半導體材料 2.0 時代的到來,將帶動國產半導體材料實現從 1 到 10 的彎道超車。 目前大基金 1 期對半導體上游材料投資占比不到 4%,且投資標的數量相對有限,我們預計大基金(二期)將加大對半導體上游設備和材料的投入力度,推動國產半導體材料龍頭從 1 到 10 實現跨越式發展。
從大基金(一期)的投資情況來看,大基金在制造、設計、封測、裝備材料等產業鏈各環節已經實現了投資布局全覆蓋,各環節承諾投資占比分別為 63%、 20%、 10%、 以及 7%, 其中, 半導體材料預計約占比 3%~4%。
在半導體材料領域,尤其是高端領域,基本上都是被國外企業把持。對于國內廠商來說,要追趕有很多需要追趕和學習的目標,而這又將是一條艱難的發展道路。
首先看硅片。硅片的生產過程非常復雜,從硅石到硅片需要經過提純、熔鑄、拉棒、切割、拋光、清洗等多道工序。 一般而言,硅片要經過硅石的三步提純制備出純度為 99.9999999%的半導體級硅,再通過熔鑄、拉棒等工藝流程生產成適當直徑的硅錠,最后被切割、拋光、清洗并通過質檢環節后,可完成的用于下游生產的薄硅片的制備。硅片和硅基材料是集成電路晶圓制造中占比最大的基礎材料, 占半導體制造材料比重約為 36%。根據中國半導體行業協會分會的預測數據, 2016 年我國半導體材料市場規模為 647 億元,比 2015 年的 591億增長 9.5%。自 2011 年以來,我國半導體市場規模增速步入平穩發展期。在 2015 年我國半導體材料市場中,集成電路晶圓制造材料的市場規模為 317.02 億元,占當年半導體材料整體市場份額約 54%。其中從集成電路晶圓制造材料細分的產品結構中看,硅片和硅基材料占據集成電路晶圓制造材料總體的比重最大,約為 36%。2016 年我國集成電路制造材料中硅晶圓占比 36%而從全球來看,硅材料具有高壟斷性,全球一半以上的半導體硅材料產能集中在日本,尤其是隨著尺寸越大、壟斷情況就越嚴重。 2016年,全球前五大半導體硅片廠份額達 92%,其中 shin-etsu(信越化工)、sumco、 global wafers(環球晶圓)、 siltronic、與 lg siltron 分別占比為 27%、 26%、 17%、 13%、 9%。
而我國自主生產的硅片以 6 英寸為主,產品主要的應用領域仍然是光伏和低端分立器件制造,而 8 英寸和 12 英寸的大尺寸集成電路級硅片依然嚴重依賴進口。但后者在近年也取得了重大突破。涌現出了上海新陽、中環股份和晶盛電機等企業。
其次就是靶材。
高純濺射靶材主要是指純度為 99.9%-99.9999%(3n-6n 之間)的金屬或非金屬靶材,應用于電子元器件制造的物理氣象沉積(pvd)工藝,是制備晶圓、面板、太陽能電池等表面電子薄膜的關鍵材料。 濺射是制備薄膜材料的主要技術之一,它利用離子源產生的離子,在真空中經過加速聚集而形成高速的離子束流,轟擊固體表面,離子和固體表面原子發生動能交換,使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面,被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料,稱為濺射靶材。
在晶圓制作環節,半導體用濺射靶材主要用于晶圓導電層及阻擋層和金屬柵極的制作,主要用到鋁、鈦、銅、鉭等金屬,芯片封裝用金屬靶材于晶圓制作類似,主要有銅、鋁、鈦等。http://yushuo2.51dzw.com/
純濺射靶材全球市場規模近百億美元,其中半導體用靶材全球市場規模約在十億美元以上,市場規模居于平板顯示器、記錄媒體以及太陽能電池之后,是高純濺射靶材的主要應用領域之一。全球靶材制造行業同樣呈現寡頭壟斷格局,少數日美化工與制造集團主導了全球靶材制造行業,產業集中度高。目前全球濺射靶材研制和生產主要集中在美國、日本少數幾家公司,其中霍尼韋爾、日礦金屬、東曹、普萊克斯、住友化學、愛發科等跨國集團占據主導地位。
根據有研新材公告數據估算,日礦金屬是全球最大的靶材供應商,靶材銷售額約占全球市場的 30%;霍尼韋爾在并購 johnson mattey、整合高純鋁、鈦等原材料生產廠后,占到全球市約 20%的份額,此外東曹和普萊克斯分別占比 20%和 10%。
目前國內高純濺射靶材產業總體表現出數量偏少,企業規模偏小和技術水平偏低的特征。近年來國家制定了一系列產業政策包括 863 計劃、02 專項等來加速濺射靶材供應的本土化進程,推動國產靶材在多個應用領域實現從0 到 1 的跨越。
國內靶材行業龍頭包括 a 股上市公司江豐電子、 有研新材子公司有研億金、福建阿石創、 以及隆華節能旗下子公司四豐電子和晶聯光電,目前已經初具規模。 非上市公司中有江西睿寧、江蘇比昂等公司,但總體規模偏小。
目前我國靶材龍頭企業江豐電子、隆華節能、有研新材、阿石創已經分別進入國內外主流半導體、平板顯示、光伏、光學器件企業供應鏈體系,且已經在部分企業本土產線實現中大批量供貨。
封裝基板是芯片封裝體的重要組成材料,主要起承載保護芯片與連接上層芯片和下層電路板作用。 完整的芯片由裸芯片(晶圓片)與封裝體(封裝基板及固封材料、引線等)組合而成。封裝基板作為芯片封裝的核心材料,一方面能夠保護、固定、支撐芯片,增強芯片導熱散熱性能,保證芯片不受物理損壞,另一方面封裝基板的上層與芯片相連,下層和印刷電路板相連,以實現電氣和物理連接、功率分配、信號分配,以及溝通芯片內部與外部電路等功能。按芯片與封裝基板的連接方式,封裝基板可分為引線鍵合封裝基板和倒裝封裝基板。其中, 引線鍵合(wire bonding, wb)使用金屬線,并利用熱、壓力、超聲波能量使金屬引線與芯片焊盤、基板焊盤緊密焊合,實現芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通,大量應用于射頻模塊、儲存芯片、微機電系統器件封裝。而倒裝封裝(flip chip,fc)與引線鍵合不同,其采用倒裝焊球連接芯片與基板,即在芯片的焊盤上形成焊球,然后將芯片翻轉貼到對應的基板上,利用加熱熔融的焊球實現芯片與基板焊盤結合,該封裝工藝已廣泛應用于 cpu、gpu 及 chipset 等產品封裝。
封裝基板已經成為封裝材料細分領域銷售占比最大的原材料,占封裝材料比重超過 50%,全球市場規模接近百億美金。 根據 semi的統計數據, 2016 年有機基板以及陶瓷封裝體合計市場規模達 104.5億美元,合計占比 53.3%。加上引線框架的市場規模為 34.6 億美元,占比 17.6%,封裝承載材料(包括封裝基板和引線框架)合計市場規模約為 140 億美元,占封裝材料的比重達 70%。而傳統引線框架在其自身性能和體積的局限性,以及各種新型高端技術發展替代的趨勢下,占比在 17%左右波動,且隨著對密度要求的提高,預計未來會逐漸減小。隨著我國下游封測行業的逐漸擴大和穩定, 2009 年起陸續有企業開始進入封裝基板產業,產業參與方以 pcb 廠為主。
總體來看,雖然國內封裝基板占有率在全球仍處于較低水平,但提升趨勢明顯。目前國內主流基板廠有深南電路、珠海越亞、興森科技和丹邦科技,規模較大的有深南電路和珠海越亞。四家封裝基板主要廠商的產品構定位存在一定差異。從產品結構上看,深南電路和興森科技均是在擁有較大規模的 pcb 業務的基礎上開始發展封裝基板業務。而珠海越亞和丹邦科技則是專注于發展的剛性有機無芯封裝基板和 cof 柔性封裝基板等高端基板業務。濕電子化學品(wet chemicals)指為微電子、光電子濕法工藝(主要包括濕法刻蝕、濕法清洗)制程中使用的各種電子化工材料。 濕電子化學品按用途可分為通用化學品(又稱超凈高純試劑)和功能性化學品(以光刻膠配套試劑為代表)。其中超凈高純試劑一般要求化學試劑中控制顆粒的粒徑在 0.5μm 以下,雜質含量低于 ppm 級,是化學試劑中對顆粒控制、雜質含量要求最高的試劑。功能濕電子化學品是指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復配類化學品。功能性濕電子一般配合光刻膠用,包括顯影液、漂洗液、剝離液等。http://yushuolyf.51dzw.com/
目前,歐美和日本濕電子化學品企業技術先進,品種齊全, 韓國和臺灣地區及其他國家和地區企業在技術專利和市場份額等方面仍與歐美和日本企業存在較大差距。
我國濕電子化學品應用市場分為三大類: 即半導體市場、光伏市場、平板顯示器市場,國產化率分別約為 15%、 25%、 98%。主要廠商有江化微、江陰潤瑪、晶瑞股份等, 國內企業快速突破技術壁壘,憑借成本及本土化優勢得以迅速發展。在政策支持和技術進步推動下,我國特種氣體行業在 2006 年后進入快速發展階段, 2010 年后國內特種氣體企業不斷沖擊國外巨頭技術壟斷的格局。近年來,隨著國家對半導體產業的支持力度不斷加大,02 專項科研等項目推動著中國本土的電子特種氣體產品水平在不斷提升。伴隨國內科研院所和特氣企業不斷的投入和研發,中國終于結束國產電子氣體無法大規模批量穩定使用的歷史,電子特氣逐漸實現國產化,稀有氣體產量和質量都有較大提升,氫能源開發也緊跟日本的步伐,以硅烷、高純氨、氫氟酸、氯氣、砷烷等為代表的國產電子特氣,逐漸開始滲透國內市場,相應的廠商也不斷涌現。 截止 2015年年底,我國共有特種氣體生產企業 150 余家,其中比較突出的有雅克科技、南大光電、巨化股份、凱美特氣等。半導體材料主要應用于晶圓制造與芯片封裝環節。 由于半導體制造與封測技術的復雜性,從晶圓裸片到芯片成品,中間需要經過氧化、濺鍍、光刻、刻蝕、離子注入、以及封裝等上百道特殊的工藝步驟,半導體技術的不斷進步也帶動了上游專用材料與設備產業的快速發展。就半導體材料而言,主要應用領域集中在晶圓制造與芯片封裝環節。
半導體材料行業具備產業規模大、細分行業多、技術門檻高、成本占比低四大特性:
1)產業規模大:根據 semi(半導體設備與材料協會)的數據統計,2016 年全球半導體材料產業的市場規模達 443 億美金,對應 2016 年全球半導體產業規模約在 3000 億美金左右,半導體材料市場規模占比接近 15%;
2)細分行業多: 半導體材料是半導體產業鏈中細分領域最多的產業鏈環節,其中晶圓制造材料包括硅片、光刻膠、光刻膠配套試劑、濕電子化學品、電子氣體、 cmp 拋光材料、以及靶材等,芯片封裝材料包括封裝基板、引線框架、樹脂、鍵合絲、錫球、以及電鍍液等,同時類似濕電子化學品中又包含了酸、堿等各類試劑,細分子行業多達上百個;
3)技術門檻高: 半導體材料的技術門檻一般要高于其他電子及制造領域相關材料,其具備純度要求高、工藝復雜等特征,在研發過程中需要下游對應產線進行批量測試。同時對應芯片制造過程的不同,下游廠商對材料使用需求的不同,導致對應材料的參數也有所差異;
4)成本占比低: 雖然半導體材料整體產業規模龐大,但由于細分材料子行業眾多,導致了單個細分材料往往在半導體生產成本中占比較低。以靶材為例,半導體靶材在半導體材料中的占比約為 3%,對應半導體生產成本占比僅在 3‰~5‰。技術門檻高以及成本占比低導致了半導體材料國產替代的進展要遠低于面板以及消費電子相關領域。http://yushuollp.51dzw.com/
據 semi 報告顯示, 2016 年晶圓制造材料市場為 247 億美元,封裝材料市場為 196 億美元,合計 443 億美元。相較于 2015 年晶圓制造材料市場的 240 億美元及封裝材料市場的 193 億美元,分別增長3.1%及 1.4%(如圖表)。在晶圓制造以及封裝材料中,硅片和封裝基板分別是規模占比最大的細分子行業,占比達 1/3 以上。國內(不包括臺灣地區)半導體材料市場 2016 年總規模達 651 億人民幣,其中晶圓制造材料約為 331 億人民幣,封裝材料為 318 億人民幣,在占全球半導體材料市場規模比重超過 20%,與中國大陸晶圓制造及封測產能全球占比基本保持一致。來源:環球智能家居
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