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      半导体设备行业深度报告:市场再创新高,国产化替代空间广阔(一)

      日期:2022-04-09 07:29
      浏览次数:248
      摘要: 核心观点 全球半导体设备支出进入上升周期。5G、物联网、大数据、人工智能以及汽车电子等新技术和新产品的应用,将带来庞大的半导体市场需求,行业将进入新一轮的上升周期。半导体设备位于产业链的上游,其市场规模随着下游半导体的技术发展和市场需求而波动。根据SEMI预测,2020年全球半导体设备市场规模达创纪录的689亿美元,同比增长16%,2021年将达719亿美元,同比增长4.4%,2022年仍旧保持增长态势,市场将达761亿美元,同比增长5.8%。 半导体产业向中国转移,中国成为*大半导体设备市场。中国凭借低劳动力成本的优...

      核心观点

      全球半导体设备支出进入上升周期。5G、物联网、大数据、人工智能以及汽车电子等新技术和新产品的应用,将带来庞大的半导体市场需求,行业将进入新一轮的上升周期。半导体设备位于产业链的上游,其市场规模随着下游半导体的技术发展和市场需求而波动。根据SEMI预测,2020年全球半导体设备市场规模达创纪录的689亿美元,同比增长16%2021年将达719亿美元,同比增长4.4%2022年仍旧保持增长态势,市场将达761亿美元,同比增长5.8%

      半导体产业向中国转移,中国成为*大半导体设备市场。中国凭借低劳动力成本的优势,不断引进半导体产业先进技术,加大半导体产业人才培养,逐步承接了半导体低端封测和晶圆制造业务。随着全球电子化进程的开展,下游产业快速发展,不断推动中国半导体产业持续兴旺。中国大陆半导体设备市场规模在全球的占比逐年提升,SEMI预计2020年中国大陆半导体设备市场规模将达181亿美元,同比增长34.6%,成为全球*大的半导体设备市场。在2020年晶圆厂密集的资本支出之后,SEMI预计中国大陆2021年半导体设备市场将小幅回落,市场规模为168亿美元,同比下降7%

      半导体设备市场为海外厂商垄断,国产设备企业奋起直追。2019年国产半导体设备销售额为161.82亿元,中国大陆2019年半导体设备市场规模134.5亿美元,国产化率约17%,具备较大国产替代空间。在当前美国持续加强技术和设备封锁的情况下,半导体设备国产替代步伐正在加快。国产设备企业在政策和资金大力支持下,在刻蚀、薄膜沉积、测试等多个领域不断取得突破。

      国产刻蚀设备、薄膜沉积设备和测试设备有望成为半导体设备国产化先锋。中微公司和北方华创分别在CCPICP刻蚀设备领域取得突破,部分产品已进入先进制程生产线验证;北方华创在PVD领域实现了国产优异薄膜制备设备零的突破,设备覆盖了90-14nm多个制程,沈阳拓荆CVD设备成功进入长江存储生产线。华峰测控模拟测试机国内市占率已达60%,后续SOC项目推进可能为公司带来新的增长空间。


      1.半导体产业链解析

      半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体产品按照功能区分可以分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器等四大类。其中集成电路是半导体产业的核心,根据WSTS数据,2020年集成电路市场规模占到了半导体市场的82%





      1:全球半导体市场规模


      半导体产业链可按照主要生产过程进行划分,整体可分为上游中游下游。以半导体中占比*高的集成电路产业为例,上游包括半导体材料、生产设备、EDAIP核。EDA,即电子设计自动化(Electronics Design Automation),主要包括设计工具和设计软件。IP核(Intellectual Property Core)提供已经完成逻辑设计或物理设计的芯片功能模块,通过授权允许客户将其集成在IC设计中。中游包括设计、制造、封测三大环节。下游主要为半导体应用,主要包括3C电子、医疗、通信、物联网、信息安全、汽车、新能源、工业等。

      1.1.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IDMIntegrated Device Manufacture)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*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。

      1.2.硅片制造

      半导体设备主要应用在半导体产业链中的晶圆制造和封装测试环节。硅片制造是半导体制造的**大环节,硅片制造主要通过硅料提纯、拉晶、整型、切片、研磨、刻蚀、抛光、清洗等工艺将硅料制造成硅片,然后提供给晶圆加工厂。

      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。




      2半导体单晶硅棒拉晶设备


      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。


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