芯片材料行業(yè)深度研究報告

時間：2022-10-15作者：深圳市清寶科技有限公司瀏覽：182

一、詳解半導(dǎo)體八大制造材料：從0到1
知根知底：詳解半導(dǎo)體材料
半導(dǎo)體材料是一類具備半導(dǎo)體性能（導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm～1GΩ·cm范圍 內(nèi)），一般情況下導(dǎo)電率隨溫度的升高而提高。半導(dǎo)體材料具有熱敏性、光敏性、摻雜性等特點，是用于晶 圓制造和后道封裝的重要材料，被廣泛應(yīng)用于汽車、照明、家用電器、消費(fèi)電子、信息通訊等領(lǐng)域的集成電 路或各類半導(dǎo)體器件中。
半導(dǎo)體材料和設(shè)備是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基石，是推動集成電路技術(shù)創(chuàng)新的引擎。晶圓廠必須購買設(shè)備和材料并 獲取相應(yīng)的制程工藝才能正常運(yùn)作。另一方面，三者相互制約，材料的改進(jìn)常常需要設(shè)備和工藝的同步較 新，才能有效避免木桶效應(yīng)。
半導(dǎo)體材料：制程升級和晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)，行業(yè)高景氣度
半導(dǎo)體材料市場規(guī)模龐大，行業(yè)景氣度高。2020年**半導(dǎo)體材料市場規(guī)模達(dá)到553億美元，近5年 CAGR為5%。半導(dǎo)體材料主要分為晶圓制造材料和封裝材料，2011年晶圓制造材料與封裝材料市場 份額平分秋色，占比均在50%左右。2020年晶圓制造材料占比上升至63.11%，封裝材料下降至 36.89%。
半導(dǎo)體制造材料對比半導(dǎo)體封裝材料：制造材料占比穩(wěn)步上升
我們認(rèn)為，在中期維度方面，封裝材料基于較高的國產(chǎn)化率，能夠較早地實現(xiàn)國產(chǎn)替代。同時，國 內(nèi)封測**良好，定增擴(kuò)產(chǎn)明顯，下游驅(qū)動較為直接。在長期維度方面，半導(dǎo)體制造材料相較于封 裝材料擁有較高的壁壘和國產(chǎn)化潛力，所以制造材料的長期成長空間較大。
半導(dǎo)體材料市場：種類繁多，單一市場較小
半導(dǎo)體制造材料中，硅片占比較大（約33%），其次是氣體和光刻膠及配套試劑。半導(dǎo)體封 裝材料中，封裝基板占比較大（約40%），其次是引線框架和鍵合線。整體來看，各細(xì)分半 導(dǎo)體材料市場普遍較小。
半導(dǎo)體硅片：國內(nèi)8寸和12寸片加速驗證，未來有望持續(xù)高增長
根據(jù)Mordor intelligence數(shù)據(jù)，受疫情影響2020年**硅片市場規(guī)模107.9億美元。隨著未來晶圓 廠新增產(chǎn)能的不斷開出，半導(dǎo)體硅片未來6年年復(fù)合增速6.1%，2026年市場將達(dá)到154億美元。預(yù) 計2021年12寸和8寸片的市占率分別為71.2%和22.8%。
半導(dǎo)體硅片
8寸對比12寸：
現(xiàn)在**市場主流的產(chǎn)品是 200mm（8寸）、300mm（12寸）直徑的半導(dǎo)體硅片，下游芯片制造行業(yè)的設(shè)備投 資也與200mm和300mm規(guī)格相匹配。300mm芯片制造對應(yīng)的是90nm及以下的工藝制程，200mm芯片制造對 應(yīng)的是90nm以上的工藝制程。考慮到大部分8寸片產(chǎn)線投產(chǎn)時間較早，絕大多數(shù)設(shè)備已折舊完畢，因此8寸片對應(yīng) 的芯片成本較低，在部分領(lǐng)域適用8寸片的綜合成本并不**12寸片。
競爭格局和市場結(jié)構(gòu)：
從2008年起，12寸半導(dǎo)體硅片逐漸成為**產(chǎn)品，產(chǎn) 2021**硅片市場結(jié)構(gòu)（按大?。?量呈明顯增長之勢。到2018年，邏輯電路和存儲器占 據(jù)了**半導(dǎo)體市場規(guī)模的一半以上，存儲器連續(xù)兩年 貢獻(xiàn)了**半導(dǎo)體市場規(guī)模的主要增量。2021年12寸 和8寸硅片預(yù)計市場占比分別為71.2%和22.8%。
**半導(dǎo)體硅片后市展望：缺貨漲價延續(xù)
根據(jù)信越化學(xué)公告，**半導(dǎo)體硅片出貨量同比和環(huán)比都在增長，幾乎所有硅片供應(yīng)商稼動率都很 高。新增12寸片需求主要來自邏輯用外延片，8寸片由于下游應(yīng)用（汽車電子等）和**經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇， 嚴(yán)重短缺。SUMCO公告顯示，21Q4半導(dǎo)體硅片現(xiàn)貨價持續(xù)上升，2022-2026年半導(dǎo)體硅片長期協(xié) 議價將調(diào)漲。我們認(rèn)為，**硅片緊缺將至少持續(xù)到2023年末。
中國半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)鏈：上游原料多依賴進(jìn)口
中國半導(dǎo)體硅片產(chǎn)業(yè)鏈涉及電子級多晶硅制造、半導(dǎo)體硅片制造、半導(dǎo)體器件制造等環(huán)節(jié)，參與主體主要 類型為半導(dǎo)體硅片制造商，半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈一體化廠商以及多領(lǐng)域布局的半導(dǎo)體材料生產(chǎn)商。
電子氣體：寡頭壟斷下的高增長
依據(jù)techcet數(shù)據(jù)，2020年**電子氣體市場規(guī)模58.5億美元，預(yù)計在2025年將**過80億美元， 年復(fù)合增速達(dá)到6.5%。2020年**電子特氣市場規(guī)模為41.9億美元，預(yù)計在2025年將**過60億美 元，年復(fù)合增速7.5%左右。2020年**電子氣體市場中，按**計算，電子大宗占比28.4%，電子 特種占比71.6%。
中國電子特氣市場：未來持續(xù)高增長
電子特氣，即電子特種氣體，是大規(guī)模集成電路、平面顯示器件、化合物半導(dǎo)體器件、太陽能電 池、光纖等電子工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)和支撐性材料之一。電子特氣在工業(yè)氣體中屬于附加 值較高的品種，與傳統(tǒng)工業(yè)氣體的區(qū)別在于純度較高（如高純氣體）或者具有特殊用途（如參與 化學(xué)反應(yīng)）。
國內(nèi)電子氣體簡析：砥礪前行
國內(nèi)特種氣體大多依賴進(jìn)口，2018年海外大型氣體公司占據(jù)了85%以上的市場份額，國產(chǎn)化率不足15%， 進(jìn)口制約較為嚴(yán)重。隨著技術(shù)的逐步突破，國內(nèi)氣體公司在電光源氣體、激光氣體、消毒氣等領(lǐng)域發(fā)展迅 速，但與國外氣體公司相比，大部分國內(nèi)氣體公司的供應(yīng)產(chǎn)品仍較為單一，純度級別不高，尤其在集成電 路、液晶面板、LED、光纖通信、光伏等**領(lǐng)域，相關(guān)特種氣體產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口。
光刻膠
分類及三大下游應(yīng)用：
光刻膠經(jīng)過幾十年不斷的發(fā)展和進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，衍生出非常多的種類，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域， 光刻膠可分為半導(dǎo)體光刻膠、平板顯示光刻膠和PCB光刻膠，其技術(shù)壁壘依次降低。相應(yīng)地，PCB 光刻膠是目前國產(chǎn)替代進(jìn)度較快的，LCD光刻膠替代進(jìn)度相對較快，半導(dǎo)體光刻膠目前國產(chǎn)技術(shù)較 國外**技術(shù)差距較大。
KrF、ArF為主流：
根據(jù)美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會SIA數(shù)據(jù)，2018年**ArF干式和浸沒式光刻膠共占42%的市場份額 ，KrF光刻膠和 g 線/i 線光刻膠各占 22%和 24%的市場份額。目前，ArF光刻膠已成為集成 電路制造領(lǐng)域需求量較大的光刻膠產(chǎn)品，隨著未來集成電路產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，ArF和KrF光 刻膠面臨廣闊的市場機(jī)遇。
光掩膜版：市場集中度高，國外企業(yè)主導(dǎo)
掩膜版是微電子制造中光刻工藝所使用的圖形母版。**半導(dǎo)體用光掩膜版市場持續(xù)增長。根據(jù)SEMI數(shù) 據(jù)統(tǒng)計，2019年**半導(dǎo)體芯片用掩膜版市場規(guī)模41億美元，預(yù)計2022年市場規(guī)模將達(dá)到44億美元。
濕電子化學(xué)品：需求以通用濕電子為主
濕電子化學(xué)品是電子行業(yè)濕法制程的關(guān)鍵材料，按用途可分為通用化學(xué)品(**凈高純試劑)和功能性化學(xué)品(以光刻膠 配套試劑為代表)， 通用濕電子化學(xué)品是指在集成電路、液晶顯示器、太陽能電池、LED制造工藝中被大量使用的 液體化學(xué)品，主要包括過氧化氫、氫氟酸、硫酸、磷酸、鹽酸、硝酸、氫氧化銨等；功能濕電子化學(xué)品是指通過復(fù) 配手段達(dá)到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復(fù)配類化學(xué)品，主要包括顯影液、剝離液、清洗液、刻 蝕液等。2019年中國濕電子化學(xué)品需求以通用濕電子化學(xué)品為主，占據(jù)88.2%市場份額。
CMP：國產(chǎn)替代加速推進(jìn)，CMP材料迎來發(fā)展機(jī)遇
CMP 拋 光 材 料 包 括 拋 光 液 （ 占 整 個 拋 光 材 料 比 例 約 50%）、拋光墊和鉆石碟。CMP工藝是通過表面化學(xué)作用 和機(jī)械研磨的技術(shù)結(jié)合來實現(xiàn)晶圓表面微米/納米級不同材 料的去除，從而達(dá)到晶圓表面的高度（納米級）平坦化效 應(yīng)，使下一步的光刻工藝得以進(jìn)行。
靶材：國產(chǎn)化率高
依據(jù)2020年**半導(dǎo)體制造材料349億美元規(guī)模和靶材3%左右占比計算，2020年**靶材市 場規(guī)模10.5億美元左右。根據(jù)techcet數(shù)據(jù)，2020-2024年**靶材市場年復(fù)合增速5%，預(yù) 計2024年**濺射靶材市場12.8億美元左右。
前驅(qū)體：主要應(yīng)用詳解
前驅(qū)體是半導(dǎo)體薄膜沉積工藝的主要原材料，化學(xué)性質(zhì)上半導(dǎo)體前驅(qū)體為攜有目標(biāo)元素，呈 氣態(tài)或易揮發(fā)液態(tài)，具備化學(xué)熱穩(wěn)定性，同時具備相應(yīng)的反應(yīng)活性或物理性能的一類物質(zhì)。
半導(dǎo)體材料對比半導(dǎo)體設(shè)備：需求穩(wěn)健上升
半導(dǎo)體材料作為耗材，每年都有需求，總體穩(wěn)健上升，波動性和周期性遠(yuǎn)**半導(dǎo)體設(shè)備。同時，**半導(dǎo) 體材料市場規(guī)模占半導(dǎo)體市場規(guī)模比重較為平穩(wěn)，維持11%-13%區(qū)間水平。（報告來源：未來智庫）
二、驅(qū)動半導(dǎo)體材料成長的三大催化劑
半導(dǎo)體材料短期看點：漲價
我們認(rèn)為半導(dǎo)體的景氣周期存在“設(shè)備**，制造接力，材料缺貨”的普遍規(guī)律?？紤]到國內(nèi)晶圓廠已經(jīng)進(jìn) 入擴(kuò)產(chǎn)環(huán)節(jié)，而且新增產(chǎn)能將于2022年陸續(xù)開出。晶圓產(chǎn)能擴(kuò)充會直接導(dǎo)致上游材料端出現(xiàn)了供不應(yīng)求的 情況，從而形成周期性的“硅片危機(jī)”。**硅片大廠信越化學(xué)已經(jīng)發(fā)布漲價聲明，稱在2021年4月對部分 硅片產(chǎn)品提價。同時，滬硅產(chǎn)業(yè)董秘李煒在SEMICON CHINA 2021會議上曾表示目前有部分品類漲價，并 非全部，而公司硅片的訂單已經(jīng)**過了供給能力。
半導(dǎo)體材料替代邏輯：**打入晶圓廠新產(chǎn)線
2012-2020年中國半導(dǎo)體材料市場占**比重穩(wěn)步增長，從2012年的12.28%增長至2020年的17.7%，中 國大陸排名***二。這主要是由于：**，國內(nèi)企業(yè)技術(shù)水平的不斷提升，部分材料已經(jīng)能實現(xiàn)國產(chǎn)化替 代。*二，半導(dǎo)體材料隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)同步向中國發(fā)生轉(zhuǎn)移，中國成為半導(dǎo)體材料主戰(zhàn)場之一。
半導(dǎo)體材料中期看點：驗證加速
一般而言，半導(dǎo)體材料下游認(rèn)證壁壘高，客戶粘性大。客戶認(rèn)證壁壘是國內(nèi)半導(dǎo)體材料發(fā)展受 阻的主要因素，企業(yè)短期實現(xiàn)壁壘突破存在一定困難，部分企業(yè)會通過進(jìn)行并購快速切入相關(guān) 半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。目前能夠完全突破壁壘的企業(yè)很少，大部分材料細(xì)分領(lǐng)域被日韓及歐美地區(qū) 企業(yè)所把持。
半導(dǎo)體材料長期看點：晶圓產(chǎn)能擴(kuò)張
我們在前文已經(jīng)論述了中國半導(dǎo)體材料的營收與中資晶圓廠的產(chǎn)能呈高度正相關(guān)，所以中國半導(dǎo)體材料 的長期發(fā)展趨勢取決于中資晶圓廠的產(chǎn)能擴(kuò)充節(jié)奏。根據(jù)IC insight預(yù)計，2020年中國晶圓代工廠市場 規(guī)模同比增長26%，達(dá)到148.6億美元，本土晶圓廠中芯**、華虹半導(dǎo)體、武漢新芯總計僅占國內(nèi) 25%份額，提升空間巨大。同年12月，中國大陸占**晶圓產(chǎn)能的15.3%，與日本僅差0.5%。
三、半導(dǎo)體材料投資展望
日本半導(dǎo)體材料經(jīng)驗總結(jié)：把握半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移機(jī)遇
1970年代的日本憑借家電產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，帶動了半導(dǎo)體技術(shù)的整體升級，一批IDM企業(yè)隨之崛起，半導(dǎo) 體產(chǎn)業(yè)**次由美國轉(zhuǎn)向了日本。當(dāng)時的半導(dǎo)體存儲，特別是DRAM成為了日本**產(chǎn)業(yè)。1986年， 日本半導(dǎo)體芯片占**份額的40%，在DRAM領(lǐng)域較高則占據(jù)了80%份額，成為了**半導(dǎo)體芯片制造 的重心。
日本半導(dǎo)體材料經(jīng)驗總結(jié)：產(chǎn)官學(xué)結(jié)合
1970年代，日本通產(chǎn)省和富士通、日立、三菱、日本電氣、東芝成立了VLSI聯(lián)合研發(fā)體，匯聚全國人才， 產(chǎn)官學(xué)合作共同研發(fā)。項目總成本是737億日元，其中291億是**資助，占比39.5%，實施4年期間共獲 得約1000項**。VLSI計劃的成功使日本在**大規(guī)模集成電路領(lǐng)域占得先機(jī)，推動了日本RAM的成功。
國家出臺多項政策，大力支持半導(dǎo)體材料
中國半導(dǎo)體材料的快速發(fā)展離不開相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的支持。專項政策及大基金加持助力產(chǎn)業(yè)上下游融合，大陸 自主晶圓廠對國產(chǎn)材料的認(rèn)證意愿增強(qiáng)。同時，大基金二期相較一期，較向半導(dǎo)體制造設(shè)備領(lǐng)域和半導(dǎo)體材 料領(lǐng)域傾斜，以帶動整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的全面發(fā)展。綜上，中國將緊緊把握本輪半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移機(jī)遇。
半導(dǎo)體封裝材料投資策略
**封裝延續(xù)摩爾定律：
摩爾定律的創(chuàng)新過程曾在半導(dǎo)體性能和成本方面**了巨大的進(jìn)步：自1975年摩爾定律提出以來， 每片晶圓的晶體管數(shù)量增加了近1000萬個，處理器速度提高了10萬倍，每片晶圓的每一晶體管成本 年化復(fù)合下降45%。
**封裝VS傳統(tǒng)封裝：
根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，**封裝收入的年復(fù)合增速為4%。其中**封裝市場的年復(fù)合增速達(dá)7%，到 2025年**封裝收入將達(dá)到422億美元，而傳統(tǒng)封裝的年復(fù)合增速僅為2%。此消彼長之下，**先 進(jìn)封裝的收入占比將從2014年的38%，預(yù)計上漲至2025年的49.4%。
封裝基板：
PCB行業(yè)在1980年代后，由于IC設(shè)計和制造技術(shù)按照“摩爾定律”飛速發(fā)展，微型半導(dǎo)體元件問世，大規(guī) 模集成電路與**大規(guī)模集成電路設(shè)計出現(xiàn)，高密度多層封裝基板應(yīng)運(yùn)而生，使集成電路封裝基板從普通的印 制電路板中分離出來，形成了專有的集成電路封裝基板制造技術(shù)。
封裝基板作為特種印制電路板，是將較高精密度的芯片或者器件與較低精密度的印制電路板連接在一起的基 本部件。相較于PCB板的線寬/線距50μm/50μm參數(shù)，封裝基板可實現(xiàn)線寬/線距<25μm/25μm的參數(shù)。PCB板整體精細(xì)化提高的成本遠(yuǎn)**通過封裝基板來互連PCB和芯片的成本。
封裝基板市場
根據(jù)Prismark數(shù)據(jù)，2020年**封裝基板產(chǎn)值為101.9億美元，同比增長25.2%，未來5年封裝基板的年 復(fù)合增速為9.7%，并于2025年實現(xiàn)161.9億美元的產(chǎn)值。深南電路是規(guī)模較大的內(nèi)資封裝基板企業(yè)， 2020年其封裝基板業(yè)務(wù)實現(xiàn)銷售收入為15.44億元，同比增長32.67%，但僅占**封裝基板的2.94%。
封裝基板始于日本，隨后延伸至韓國和中國閩臺，這三個地區(qū)的市占率在90%以上。近年來，日本封裝基 板公司已逐漸退出和縮小規(guī)模，主攻**產(chǎn)品，以Ibiden、Shinko、Kyocera等為代表的日本公司技術(shù)實 力非常強(qiáng)，占據(jù)著在封裝基板中利潤率較大的CPU封裝所需基板的主要市場，而大批量基板則主要分布在 韓國和中國閩臺。在BGA封裝中，基板成本占比40%-50%；在FC封裝中，基板成本占比70%-80%。


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  有人曾做過這樣的假設(shè)：如果筆記本電腦研究需要兩年，在國外研究出來后，我們開始進(jìn)入研究需要兩年，那么這兩年里我們只能賣國外的筆記本。這樣，不僅我們自己的筆記本比國外晚了四年，而且四年里，國外筆記本電腦在中國的市場占有率和品牌效應(yīng)已經(jīng)達(dá)到堅不可摧的地步。但是，如果采用PCB抄板等反向技術(shù)研究，在筆記本電腦問世之初，我們可以很快跟上新產(chǎn)品研究，并且還可以為其加入新的功能，進(jìn)行新的突破，這樣，我們能夠在短

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