民银智库研究第125期,半导体设备行业深度报告

日期:2019-11-17编辑作者:威尼斯在线平台

原标题:民银智库研究第125期《半导体产业运行情况分析及风险提示》

投资要点,我国半导体产业是集国家力量发展的百年大计

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    芯片应用领域扩大,半导体行业进入高景气周期确定。随着AI芯片、5G芯片、汽车电子、物联网等下游的兴起,全球半导体行业重回景气周期。存储器行业3D NAND扩产导致应用领域扩大,全球晶圆厂扩建对芯片需求上升。 承接第三次产业转移,发展增速领先全球。目前全球前20大半导体公司被美国、欧洲、日本、韩国垄断,但从集成电路产业销售额看,2017年我国集成电路设计、制造、封测三个产业分别实现收入2073.5亿/1448.1亿/1889.7亿,同比+26.1%/+28.5%/+20.8%,显著高于全球市场增长率。中国作为世界半导体产业新的增长极,在全球晶圆制造设备市场份额仅有4%,成长空间较大。随着半导体产业向中国的转移,本土企业将通过自主研发提高技术水平,未来大陆将成为集成电路产业发展的核心地区。 全球晶圆厂兴建,半导体设备投资大增。过去两年全球共兴建十七座12寸晶圆厂,有十座设在中国大陆。2016-2017年中国大陆兴建晶圆厂潮将带来2018-2019年的设备投资潮,整个全球半导体设备产业将会出现前所未见的欣欣向荣局面。中国大陆预计于2019年成为全球设备支出最高地区,为国产半导体设备的崛起提供了发展机会。

内容提要

    设备国产化是必然选择:需求庞大+核心工艺遭遇国外技术封锁

半导体产业是信息产业的基础,半导体材料是构成芯片所需集成电路的原料。我国半导体产业起步较晚,但凭借巨大的市场容量和生产群体,我国已成为全球最大的半导体消费国,约占全球半导体市场的1/3。2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》将半导体产业新技术研发提升至国家战略高度。与此同时,自给率低,高端产品不足成为我国半导体产业急需解决的问题。特别是核心芯片极度缺乏,国产率几乎为零,严重制约了产业发展。未来,国家将投入大量政策和资金支持,半导体产业有望在市场需求和政策推动下实现快速发展。

    晶圆厂投资热潮带动半导体设备行业高增长:以格罗方德晶圆厂为例,一座晶圆厂总投资额中80%的金额用于购买设备。SEMI预计2018年中国设备增速将达49%(全球最高),为113亿美元。 技术封锁多年,全部依靠自主研发。目前我国半导体设备自制率不足15%,且集中于晶圆制造的后道封测(技术难度低);前道工艺制程环节的关键设备如光刻机(上微)、刻蚀机(中微)、薄膜沉积(北方华创、中微)等仍有待突破;但半导体核心设备特别是晶圆制造设备在实际采购中面临国外企业的技术封锁(瓦圣纳协议),全面国产化是必然选择。 封测环节已经国产化,制程环节依然薄弱。12 英寸晶圆先进封装、测试生产线设备的国产化率已经可以达到70%以上。12 英寸、90-28nm 制程的国产晶圆设备已进入国内外大规模集成电路主流生产线,但技术仍薄弱。 大基金扶持力度将加快。国家集成电路产业基金投资规模达6500亿,在上中下游布局的企业涵盖了IC设计、晶圆制造、芯片封测等领域,但对设备企业投资较少,只有少数几家例如长川科技(大基金持股比例7.5%)。我们认为,未来大基金等在设备方面的投资力度和政策扶持会加快,晶圆制造设备作为IC国产化的基石所在,会迎来订单高峰和政策支持的双重利好。

目 录

    大陆带动全球半导体投资大增,国产设备市场空间超百亿根据CEPEA统计,2016年国产半导体设备在中国大陆市场占有率不足15%,其中IC设备占全部半导体设备销售的49%。在新建集成电路生产线的推动下,2018-2020年国产集成电路设备年均增长率将超过25%。 从设备需求端测算,2018-2020年国产晶圆制造设备市场空间增速分别为54%,78%和97%,2018-2020年累计市场空间达250亿元,CAGR为87%。 从兴建晶圆厂投资端测算,2018-2020年国产晶圆制造设备市场空间增速分别为157%,94%和31%,2018-2020年累计市场空间387亿元,CAGR为59%。平均每年超百亿的市场空间在机械行业中难得一见。

一、半导体产业内涵

    建议关注标的:【北方华创】产品线最全(刻蚀机,薄膜沉积设备等)的半导体设备公司;【晶盛机电】硅片环节切磨抛整线能力具备,硅片抛光机技术有望延伸至晶圆制造环节;【长川科技】检测设备从封测环节切入到晶圆制造环节;【精测电子】拟与韩国IT&T合作,从面板检测进军半导体检测领域;其余关注【中微半导体】(拟上市,国产刻蚀机龙头)。

二、我国半导体产业运行情况分析

    风险提示:晶圆制造设备国产化进程不及预期;下游芯片需求量低于预期

1.半导体产业供需情况

2.半导体产业链运行情况

3.半导体产业区域分布

4.半导体产业政策与金融支持

三、我国半导体产业发展趋势

1.半导体周期持续,市场继续扩大

2.产业链趋于完善,技术不断取得突破

四、**风险提示**

一、半导体产业内涵

1. 半导体产品

半导体作为信息产业的上游,是信息产业发展的根本所在,具备技术密集和资本密集特性。从产品分类来看,半导体产品可分为集成电路、光电器件、分立器件、传感器等,其中集成电路包括逻辑器件、存储器、微处理器、模拟器件等。集成电路是半导体产业的核心领域,占整个半导体市场的80%以上,根据世界半导体贸易统计组织(以下简称WSTS)统计,2017年集成电路销售占比83.3%,光电器件占比8.8%,分立器件占比5.3%,传感器占比3%。

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2. 半导体产业链

半导体产业链从集成化到垂直分工不断深化,可分为核心产业链与支撑产业链:核心产业链包括设计、制造和封装测试(简称封测);支撑产业链提供设计环节所需的软件、IP以及制造封测环节所需的材料、设备。半导体下游应用领域则涵盖消费电子、通信、汽车电子、计算机等行业以及物联网、人工智能、5G、VR/AR等新兴工业领域。

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二、我国半导体产业运行情况分析

1. 半导体产业供需情况

(1)我国半导体消费占全球1/3

美国半导体产业协会数据显示,2017年我国半导体消费占全球半导体消费总额的32%,2018年上半年占比升至33%,我国已成为全球最大的半导体消费国。中国电子信息产业发展研究院(CCID)最新数据显示,2017年我国半导体产业市场规模为16708.6亿元,同比增长17.5%。同时,SIA披露数据显示,2018年6月,中国、美洲、欧洲、日本的芯片营收同比增速分别为30.7%、26.7%、15.9%、14.0%,中国也是半导体需求增速最快的国家。

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(2)半导体产能与自给率显著不足

与全球最大消费市场地位相比,我国半导体产品自给率显著不足。SEMI数据测算,相比于消费占比全球1/3,我国半导体产能仅占全球产能的12%。由于前期积累不足、技术壁垒高、高端人才稀缺、投资规模巨大等原因,作为尖端产业,中国半导体与世界先进水平相比还有相当大的差距,实现国产自主可控任重道远。

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目前除封测领域外,我国半导体产业链上设备、材料、设计、制造等环节还严重依赖进口,实现国产自主可控目标难度很高。1)设备环节:SEMI数据显示,我国半导体设备厂商仅占全球市场份额的1%-2%,国内设备厂商目前无法与国外公司在技术上形成抗衡;2)材料环节:根据SEMI统计,我国占全球晶圆制造材料供应的10%以上,部分封装材料供应达到30%,但在高端领域仍未实现突破。3)设计环节:虽然华为海思等国内企业在细分领域已经取得成果,然而在高端关键芯片上,我国自给率几乎为0,依然严重依赖进口。4)制造环节:全球呈现高垄断格局,我国企业无论从规模还是技术方面,都与国际巨头有极大的差距。我国高端关键集成电路自给率几乎为0,约七成集成电路产品依靠进口,2017年进口数量为3769.89亿块,进口总额约2601亿美元,超过原油成为我国第一大进口商品。

2. 半导体产业链运行情况

目前,随着半导体市场不断壮大和技术水平日益提高,我国半导体产业已经形成了较为完善的产业链布局,各产业链环节均实现了一定程度的发展,但除了封装测试以外,各环节实力仍显薄弱。

(1)半导体设备需求持续增长,设备自给率严重不足

半导体设备种类繁多,适用范围涵盖前道工程晶圆制造和后道工程封装、测试等环节,其中晶圆制造设备占半导体设备总市场的70%-80%,封装、测试设备占比分别约为10%和7%。因此晶圆厂建设和产能扩张会带动半导体设备需求的相应增长。

我国半导体设备需求持续增长。SEMI统计数据显示,2017年全球半导体设备销售额为559.3亿美元,同比增长36%。中国为第三大半导体设备销售地区,2017年半导体设备销售额为75.9亿美元,同比增长17.5%,占全球半导体设备销售额的13.6%,仅次于韩国和台湾。2018年第一季度我国半导体设备支出额为26.4亿美元,同比增长38%。

面对巨大的市场,目前我国半导体设备自给率严重不足。根据电子专用设备协会统计数据,2017年我国半导体设备制造商销售收入为88.96亿元,国产半导体设备在全球的市场占有率为2.5%,国内市场占有率为16%,较2016年提升了5个百分点。半导体制造设备严重依赖进口,2017年我国进口半导体设备占比的前三名分别为化学气相沉积设备、等离子体干法刻蚀设备、引线建合机器,分别占比23%、18%、12%,其余进口量比较大的为氧化扩散炉、分布式光刻机和物理气相沉积设备。国内技术相对领先的半导体设备企业屈指可数,仅北方华创、中微半导体、沈阳拓荆、上海微电子、盛美半导体等少数几家企业有量产产品。而从全球竞争格局看,由于半导体设备属于制造业金字塔的塔尖部分,高进入门槛形成了高度垄断的竞争生态,市场集中度高,全球半导体设备前十大企业占据85%以上的市场份额。

国内设备企业布局多个领域。目前国产12英寸28nm集成电路关键设备(除光刻机外)已经进入主流生产线实现量产。2016年中芯国际北京厂使用国产集成电路晶圆设备加工的12英寸正式产品晶圆突破1000万片次,标志着国产集成电路设备在市场化大生产中得到充分的验证。2017年中微半导体设备研制的7nm等离子体刻蚀机已经在国际顶尖的集成电路生产线上量产使用,达到了国际最先进的水平。同时在封测领域,12英寸晶圆先进封装、测试生产线设备(17种)已经实现国产化,生产设备国产化率可达到70%以上。

(2)半导体材料市场规模稳步提升,国产替代不断推进

半导体材料种类繁多,按照应用环节可分为晶圆制造材料和封装材料。两者市场规模占比分别为59%和41%(2017年WIND数据)。晶圆制造材料中,占比较高的依次为硅片、电子气体、掩膜版、光刻胶及配套试剂,其中硅片占比达31%;封装材料中占比较高的依次为封装基板、引线框架、键合丝、包封材料以及陶瓷基板。

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WIND数据显示,2017年我国半导体材料销售额76.2亿美元,同比增长12%,增速高于全球其他主要市场水平;从占比来看,我国半导体材料全球市场占比从2007年的7.55%升至2017年的6.24%,连续十年稳定提高。

个别产品或细分领域技术标准达到全球一流水平。目前我国半导体材料产业布局分散,企业规模偏小,技术水平偏低,大部分企业集中在低端产品领域。同时,依靠产业政策导向、产品价格优势,一些企业已经在国内占据一定的市场份额,并逐步在个别产品和细分领域有所突破。例如: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产品技术标准达到全球一流水平,实现中大批量供货;电子气体、硅片、化合物半导体、掩模版等个别产品技术标准达到全球一流水平,实现小批量供货。

国产替代持续推进。以主要材料为例:硅片在制造材料中市场份额最大,占比达30%以上,其中12寸硅片占比63%,8寸硅片占比28%。面对硅片短缺、进口依赖、需求增长等各方面挑战,我国大力推进国产硅片项目。预计完全达产后,8寸、12寸硅片产能将分别至少增加300万片/月,随着8寸项目率先逐步投产,8寸硅片自给率将陆续提高,上海新阳12寸硅片正片已实现出货,晶圆厂上游硅片进口依赖问题将部分解决,成本端压力相应减轻,盈利能力有望进一步提升。

(3)设计环节核心芯片依然依赖进口,企业国际竞争力提高

设计是芯片的研发过程,是通过系统设计和电路设计,将设定的芯片规格形成设计版图的过程;芯片设计公司对芯片进行寄存器级的逻辑设计和晶体管级的物理设计后,将不同规格和效能的芯片提供给下游厂商。TrendForce数据显示,2017年我国IC设计业收入为2006亿元人民币,同比增长22%,占国内半导体行业总产值的38.76%。

高端核心芯片国产化水平几乎为0。我国核心芯片主要依赖进口的难题仍然存在,高性能运算芯片CPU/GPU/FPGA以及高性能模拟芯片领域目前的国产芯片占有率仍几乎为0。中兴通讯受美国制裁事件使我国高端芯片设计制造水平严重不足的情况暴露无遗,凸显了加快高端芯片国产化的必要性和紧迫性。

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国内IC设计厂商收入前十位中,海思半导体、清华紫先展锐、中关微电子占据前三强。其中,海思在全球营收前十的Fabless IC厂商中排名第七名,2017年营收同比增长27.72%,并在技术上不断提高,已在其高端手机中采用10nm技术。清华紫先展锐以IC设计、存储和IT信息系统为主,在FPGA、智能卡等领域领跑国内市场。

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威尼斯在线平台 ,(4)制造环节能力有所提高,技术水平和产业占比有待提升

制造环节是将经过设计环节精密设计的电路,通过光刻、离子注入、抛光等一系列工艺步骤转移到晶圆上来,从而制造出具备所需功能的芯片。全球半导体制造行业高度集中,台积电约占据60%市场份额,随着国内产能的快速扩张,我国已跻身全球半导体制造第二梯队。公开数据显示,我国芯片制造业2017年规模达到1440亿元,增速接近30%,是近十几年来增速最快的一年。

差距有所缩小,但必须加快追赶步伐。由于缺乏先进制程技术,国内芯片设计完成后往往需要依靠台湾或国外代工厂生产。经过十几年的发展,我国晶圆制造工艺与先进水平的差距正在逐渐缩小。根据《电子工程世界》的数据,目前我国12英寸生产线的65/55纳米、45/40纳米、32/28纳米工艺产品已经量产;16/14纳米关键工艺技术已展开研发并取得一定的技术突破和成果;8英寸生产线的技术水平覆盖0.25微米-0.11微米。公开资料披露,作为国内规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业,中芯国际2018年将完成28nm的HKC+量产,同时2019年量产14nm FinFET。但我国目前在建产线比国外主要竞争对手至少差两代以上,国际半导体制程不断突破,我国亟需加大力度追赶国际先进水平的步伐。根据IC Insights公布的技术路线图,国际厂商半导体工艺已经到了7nm水平。Intel计划2018年实现10nm FinFET量产,宣称堪比其他代工企业的7nm技术;台积电、三星、GlobalFoundries均计划在2018年完成7nm FinFET技术的量产。

制造环节比重有待提升。2017年国内IC设计、IC制造、IC封测分别实现销售收入2073.5、1448.1、1889.7亿元,占整个集成电路市场规模比例分别为38%、27%、35%。与世界设计、制造、封测结构合理占比的3:4:3相比,我国半导体制造环节有待提高。

(5)封装测试环节拥有较强国际竞争力

封装测试是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,为芯片提供机械物理保护,并利用集成电路设计企业提供的测试工具,对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。一方面,封装测试受益于半导体行业高速发展的联动效应而获得发展动力。另一方面,由于受到消费电子疲软以及基板、被动元件涨价等因素的影响,今年全球封测行业销售增速有所放缓,但整体仍呈稳定增长。WSTS数据显示,2016年全球封装市场和测试市场的市场规模分别为406亿美元和101亿美元,总规模507亿美元。WIND数据显示,2017年我国集成电路封测销售额1889.7亿元,同比增长21%。

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