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半导体之基:国产硅片追梦之路


图5. 200mm硅片和300mm硅片有效使用面积示意图

(数据来源:联华电子,硅产业,华夏幸福产业研究院)

全球半导体硅片市场巨大,12寸硅片存在供给缺口

半导体行业与全球宏观经济形势相关度较高。硅片行业在2009年受全球经济危机影响,出货量与销售额均出现下滑;2010年受智能手机放量增长拉动出现大幅反弹。2011年至2016年,全球经济逐渐复苏但依旧较为低迷,硅片行业亦随之低速发展。2017年以来,受益于半导体终端市场需求强劲,下游传统应用领域计算机、移动通信、固态硬盘、工业电子市场持续增长,新兴应用领域如人工智能、区块链、物联网、汽车电子的快速发展,半导体硅片市场规模不断增长,并于2018年突破百亿美元大关。2016年到2018年,销售金额从72.9亿美元增长至114亿美元,年均复合增长率达26%;出货面积从107亿平方英寸增长至127亿平方英寸,年复合增长率达9%;销售单价从0.67美元/英寸上升至0.9美元/英寸,年复合增速达16%。

图6. 全球和中国大陆半导体硅片市场规模(亿美元,%)

(数据来源:SEMI,硅产业,华夏幸福产业研究院注:不包含SOI硅片)

图7. 全球12寸和8寸硅片市场占比(12寸产能折合成8寸产能统计口径)

(数据来源:IC insight,SUMCO,华夏幸福产业研究院注:不包含SOI硅片)

图8. 全球8寸硅片产能情况(千片/月)

(数据来源:SUMCO,华夏幸福产业研究院)

图9. 全球12寸硅片产能情况(千片/月)

(数据来源:SUMCO,华夏幸福产业研究院)

图10. 全球12寸硅片产能供给需求预测(千片/月)

(数据来源:SUMCO,华夏幸福产业研究院)

如前所述,目前12寸和8寸硅片被主流工艺采用,2018年全球市场份额分别为63.3%和26.3%,合计占比接近90.00%。

8寸硅片自2011年以来,市占率稳定在25-27%之间。2016年,受到汽车电子、指纹识别芯片、液晶市场爆发增长拉动,出货面积同比上升15%。2018年,除了汽车电子以外,工业电子、物联网领域的需求拉动,加之国内功率器件、传感器的制造企业或者IDM企业的产能转移(从150mm转移至200mm),8寸硅片出货量继续提升,出货面积同比增长6%。

12寸制造线自2000年全球首开以来,市场需求增加明显。2008年出货量首次超过8寸硅片,2009年即超过其他尺寸硅片出货面积之和。2016年到2018年,由于AI、云计算、区块链等新兴市场的蓬勃发展,12寸硅片年复合增长率为8%。未来,12寸硅片的市占率将会继续提高。根据SUMCO数据,未来3-5年内全球12寸硅片的供给和需求依旧存在缺口,并且缺口会随着半导体周期的景气程度提高而越来越大,到2022年将会有1000K/月的缺口。

全球半导体硅片市场巨头垄断

半导体行业产业链长,品质控制极为严格且存在较高的技术壁垒。半导体材料作为产业的最上游,面临严格的产品质量控制,同时面临长的研发周期,大的资金投入。此外,下游制造厂客户的认证依然是硅片厂商的重大壁垒。由于下游客户认证时间长,难度大,因此硅片厂商往往需要长时间的技术和经验积累才能够有效提升半导体材料产品的品质,满足客户的需求,获得客户认可并开拓客源。2018年全球半导体硅片(包括抛光片、外延片、SOI 硅片)行业销售额前五名企业的市场份额分别为:日本信越化学28%,日本SUMCO 25%,中国台湾环球晶圆14%,德国Siltroni 14%,韩国SK Siltron 10%,前五名的市场份额接近90%,市场呈现垄断局面。

图11. 全球硅片产能情况

(数据来源:智研咨询,华夏幸福产业研究院)

Shin-Etsu Chemical(信越化学,日本)成立于1926年,是全球领先的化工企业,拥有六个业务板块,分别是PVC化工品、半导体硅、有机硅、电子功能性材料、特殊电子化学品和其他。在半导体硅业务方面,公司作为半导体单晶硅片的龙头,始终牢牢在技术层面占据行业制高点。公司最早于2001年,成功研制了300nm硅片,并实现了SOI 硅片的产品化,并能持续稳定地供应IC用硅片。目前,信越化工能够制造出11N(99.999999999%)的纯度与均匀的结晶构造的单晶硅,在全世界处于领先水平,主要的半导体硅片产品包括12英寸硅片、IG-NANA退火硅片和SOI硅片。2018年半导体硅片业务营业收入为3803亿日元,营业利润为同比1319亿日元。

图12. 2018年信越化学主营收入构成(十亿日元,%)

(数据来源:Shin-Etsu,华夏幸福产业研究院)

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