半导体设备行业分析.docx
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1、半导体设备行业分析半导体设备行业长期成长,国际巨头积极并购叠加技术进步推动行业集 中度持续提升。5G技术的进步推动物联网、高性能计算、AI、汽车电 子等应用的普及,半导体的下游应用范围扩大也推动着半导体设备行业 的持续成长。据SEMI最新数据预测,2021年和2022年半导体设备 行业规模将达到718亿美元和762亿美元维持8%以上的年均复合增 速。国际领先企业积极并购,如Applied Materials共实现并购19次 且最近一次并购IP技术公司Think Silicon ; ASML共并购5次但专注 于高附加值技术的补充,行业集中度进一步提升。全球半导体设备行业规模持续升温,先进制程为主
2、要推动力。北美 半导体设备制造商2021年3月出货金额创历史新高,一季度出货额加 速增长。全球前8家半导体设备企业一季度收入环比增长11.5%,同比 增长45.1%。晶圆代工厂方面,台积电2021年的资本开支将达300 亿美元,同比增长近76%,约80%将用于先进制程,且一季度收入中 16nm及以下的先进制程部分占63%。其最新技术路线图显示5nm工 艺将于2021年底增至最多15万片/月,4nm工艺将于2021年底进入 风险生产阶段,3nm工艺在2022年下半年量产。同时,三星近期 也公布了 3nm工艺制造的SRAM存储芯片并于2022年量产。ASML 一季度EUV订单量环比增长133% ,
3、呈爆发式增长,受晶圆厂积极扩 产和加速布局5nm、3nm等工艺的带动制程设备需求将进一步提升。管密度为333.33 MTr/mm2 ,为台积电5nm工艺的两倍。但需要注意 的是,IBM没有自己的晶圆厂。在先进制程的开发投入加大和产能扩张驱动下,EUV等设备需求也 迅速增长。今年一季度ASML的EUV新增订单达到14台,环比增长 133%,呈爆发性增长,表明先进制程对的设备需求进一步提升。ASML 一季度的EUV交货量有所放缓,交付EUV设备7台,在零部件供应有 所困难的情况下仍处于历史较高水平,公司亦表明将确保2022年交付 55 台 NXE:3600D 设备。从ASML整体一季度收入结构看,
4、收入增长驱动仍然是逻辑客户 收入。一季度的逻辑客户收入36.02亿欧元,环比增长9% ,同比增长 77% ,占比仍然保持76%的较高水平;存储客户收入11.38亿欧元, 环比增长22% ,同比增长稳定在8%且主要是来自DRAM的收入,占 比24% ,较上期小幅扩大2%o5G技术作为先进制程的主要应用领域,随着商用广泛渗透促进智 能手机发展,还将成为更多终端类型和行业发展的驱动力。如在移动 PC领域,据高通产品市场高级总监公开透露,截至2020年5月,近 83%的企业已接入云端且数据及软件正加速向云端迁移;移动教育领域 内,据紫光展锐2020年5月举办的线上平板分享会透露,2020年教 育平板出
5、货量预计上涨7% ; 5G的高速数据传输、低延时和大网络容 量等特性正促使5G芯片需求上升,5nm工艺手机基带芯片已经在小米 llPro. ONEPLUS9Pr。等系列手机中得到应用,未来随着技术成熟和 新应用的出现,3nm工艺芯片也有望早日在手机终端实现应用,先进 制程的需求将继续维持高景气。数字化促进对大容量存储刚性需求的稳步上升。智能家居一体化、 智能汽车、智慧城市等电子化方式的出现持续拉动物联网对于云端数据 存储的需求。海量数据的处理不仅拉动逻辑电路芯片需求,也对存储容 量提出更高需求,存储芯片也因此面I缶新的挑战。据全球移动通信系统 协会(GSMA )统计数据显示,2025年全球物联
6、网设备(包括蜂窝及 非蜂窝)联网数量将达到约246亿台,CAGR5( 2025 )达至I14.32% , 万物互联已然成为全球网络发展的重要方向。根据IC Insights数据,存储器设备资本支出从2013年的147亿 美元增长至2018年的520亿美元,占半导体行业资本支出的比重在7 年内大幅增加22个百分点至2018年的49%0 2019年存储器产业资 本支出416亿美元占半导体总资本支出总额的43% ,因供过于求导致 NAND和DRAM价格持续下行而大幅收缩资本支出,占比低于2018 年的49%O存储器技术持续升级将继续推动产业稳步发展。三星3月份发布首 款基于High-K Metal
7、Gate(HKMG)技术的512GB容量的DDR5内存 模组,速度比DDR4提升2倍至7200Mb/s ,可降低13%能耗,将于 2023年2H推出产品。SK海力士在2020年底发布的176层3D NAND 技术将在2021年2H推出产品,该技术可提高35%容量至64和提升 20%的读取速度,数据传输速度可达1.6Gb/s。车用MCU芯片需求上升将促进晶圆需求进一步提升。MCU芯片 又称微控制器/单片机,是运动控制的核心芯片,广泛应用于工业控制、 汽车电子、家用电器等领域。在汽车领域中的娱乐系统、车身控制、电 池管理、马达驱动等有着广泛运用,汽车电子应用已经占据超过1/3的 MCU市场。据IC
8、 Insight数据显示,全球2019年车用MCU销售额 占MCU总销售额的39% ,将在2020年上升1%至65亿美元,并且 在2021-2023年的涨幅逐步加大 最终达到81亿美元,CAGR3(2023 ) 为 7.6%。随着新能源汽车和自动驾驶等汽车应用电子化推广,MCU芯片的 需求也持续上升。COVID-19疫情后汽车制造商恢复生产,叠加芯片应 用范围的扩大,芯片产能挤压的供需缺口蔓延至汽车领域,促使其成为 晶圆需求上升的重要推手。三、本土晶圆厂项目积极建设,继续促进设备采购中国大陆多个晶圆厂陆续投产,重要项目正在积极建设中。2021 年4月,三安光电(湖北)MicroLED和Macr
9、oLED芯片项目、镭芯 光电半导体项目均正式投产,晶芯半导体12英寸再生晶圆项目也将于 2021年6月投产。华力二期12英寸先进生产线项目、中芯国际12英 寸FinFET芯片项目、积塔半导体二期12英寸特色工艺生产线、华虹半 导体集成电路一期扩能项目、合肥晶合12 口寸晶圆制造二厂项目等正在 建设中。中国大陆晶圆厂维持采购力度。华力二期:积极采购设备,2022年达产。华力二期12英寸项目2016年9月启动,总投资387亿元, 项目在浦东新区康桥工业区南区建设一条月产能4万片,工艺为 28-20-14纳米的12英寸集成电路芯片生产线,2018年10月投产且 产能已达到1万片/月,预计2022年达
10、产。根据中国国际招标网,华力二期集中在2017年9月和11月合计 集中采购了 7台光刻机,2019年7月和9月合计新采购8台光刻机。 2020年集中在4月和7月新购买了 6台光刻机。华虹无锡:也处在新一轮设备采购中,扩能项目即将投产。2018 年4月3日,华虹集团宣布位于无锡的华虹半导体七厂开工,总投资 100亿美元,一期项目总投资约25亿美元,新建一条工艺等级 90-65/55nms月产能约4万片的12英寸特色工艺集成电路生产线, 支持5G和物联网等新兴领域的应用。2019年9月正式投产,主要生 产55nm工艺特种芯片。2021年宣布无锡华虹集成电路一期扩能项目,计划总投资52亿 元,202
11、1年底建设完毕,最终形成一条工艺等级90-65/55nm、月产 能达到6.5万片的12英寸特色工艺集成电路芯片生产线。根据中国国际招标网,华虹无锡集中在2018年12月集中采购了 4台光刻机,2019年9月新采购了 3台365nm中紫外线扫描式光刻 机和1台193nm深紫外干式扫描式光刻机,2020年3月和11月合计 采购了 5台光刻机,2021年1月份新采购了 2台光刻机。除了一台光 刻机由日本NIKON供应外,华虹无锡光刻机全部由荷兰ASML供应。合肥晶合:扩建12英寸晶圆制造二厂,也于2021年底投产合肥晶合12英寸晶圆制造基地项目位于合肥新站高新技术产业开 发区合肥综合保税区内总投资1
12、28.10亿元设计产能为4万片/月(48 万片/年),主要用于电脑、平板电视、手机、摄像机、车用电子等产 品面板显示器部件中。于2017年10月建成投产截至2020年10月, 月产能已突破3万片。12英寸晶圆制造二厂为既有项目的扩产项目,总投资为165亿元, 将利用厂区已有生产厂房和部分建构筑物建设一条4万片/月的设12 英寸集成电路生产线,将于2021年12月投产。根据中国国际招标网,合肥晶合集中在2020年9月和10月新购置5台光刻机,且全部为日本供应商。四、半导体生态圈逐步激发,设备国产替代进程曙光渐亮内外双重推动,半导体行业生态愈加活跃。外部干扰激发半导体软 件、设备和材料的国产化进程
13、。美国在外交政策上加强与日韩互动以推 动半导体供应链等领域合作,试图以禁令+产业联盟的手段降低全 球半导体产业对中国半导体零部件等供应链的依赖。中国作为瓦森纳 协定的非成员国,该协议新增的关于半导体基板制造技术和网络软件 出口等的限制项目对中国的半导体产业限制升级,高端光刻机、计算光 刻软件、大硅片加工技术等技术管控更加严格,包括进口高端光刻机 EUV、浸润式及EUV计算光刻软件、14nm制程以内的大硅片加工技 术等。另外,美国商务部针对华为公司制定的出口管制新规全面限制华 为购买采用美国软件和技术生产的半导体产品,对中芯国际的设备禁运 也限制了中芯国际的扩大资本开支的计划。在外部环境受到严重
14、干扰的 背景下,更加刺激国内半导体设备企业的国产化进程加速。大基金一期进入回收期,二期全面进入投资阶段。国家集成电路大 基金一期由财政部、工信部、国开金融、中国烟草、亦庄国投等企业发 起,于2014年9月24日正式设立,总规模1387亿元,重点投资集 成电路芯片制造业,兼顾芯片设计、封装测试、设备和材料等产业,大 基金投资的企业包括中微公司、北方华创、沈阳拓荆、晶方科技、三安 光电、通富微电、万业企业、雅克科技、长川科技、长电科技等。目前 投资计划已经完成,自2019年下半年开始进入回收退出期。大基金二 期成立于2019年10月22日,注册资本为2041.5亿元。据2019年 国家大基金总裁在
15、半导体集成电路零部件峰会上透露,大基金二期将对 在刻蚀机、薄膜设备、测试设备和清洗设备等领域已布局的企业保持高 强度的持续支持,将继续填补光刻机、化学机械研磨设备等核心设备以 及关键零部件空白领域的投资布局。2020年3月已投资紫光展锐4.091% 的股权、参与中芯国际科创板IPO定增并共同成立中芯京城集成电路制 造有限公司,截至2021年5月已注资9家企业,大基金二期将承接一 期的职责继续投资国内半导体企业。制程设备:国内龙头逐步得到领先晶圆厂认可。参考中国国际招标 网的数据统计,国产设备在2020年的表现包括:1、部分核心设备的国产化率稳中有升,如:a)CMP :华海清科打破CMP被AMA
16、T垄断格局,实现CMP设备 国产化率超过20% ;b)PVD :北方华创打破PVD被AMAT垄断格局,实现PVD设备 国产化率超过20% ;。刻蚀:北方华创、中微、屹唐半导体打破刻蚀设备被AMAT、Lam、 TEL垄断格局,实现刻蚀设备国产化率超过20% ;d)清洗:盛美半导体引领12英寸产线上的清洗设备国产化,也实 现了 20%以上的国产化率;e)去胶设备:屹唐半导体基本上全面实现去胶设备的进口替代;f)热处理设备:北方华创、屹唐半导体实现热处理设备的国产化率 超过20% ;2、包括光刻机、涂胶显影、离子注入、量测设备为主的关键工艺 设备的国产化,2020年获得里程碑式的重大突破:a)光刻机
17、方面,i-Line光刻机获得了某存储厂、某两个8英寸代工厂的订单;b)离子注入机:凯世通获得国内批量订单;c)量测设备:精测电子、中科飞测获得批量订单;d)涂胶显影机:芯源微的新接订单高速增长。一线设备公司逐步走出海外。中微公司已进入到台积电的5nm制 程产线。根据集微网、DRAMeXchange等,作为5家刻蚀设备供应商 之一,2017年底中微被TSMC纳入7nm制程设备采购名单,2018年 底其自主研发的等离子体刻蚀机经TSMC验证通过并于2021年初确认 进入5nm生产线。在台积电5nm制程产线扩能和3nm工艺即将量产 期内,中微的等离子体刻蚀机台已突破5nm技术,且可用于3nm制 程的
18、刻蚀机Alpha原型机评估已经完成,需求有望延续并享受先进制 程工艺不断迭代带来的需求增长。根据盛美股份招股书,盛美半导体 2019年销售收入中,SK海力士为其贡献收入1.52亿元占比20% ,是 公司第三大客户,同时2021Q1业绩报告中透露,SK海力士已经成为 盛美的第一大主要客户且将投入1070亿美元建设4座新的存储芯片生 产基地,盛美半导体将获得很好的业绩空间。测试设备:国产品牌仍需加大SOC和Memory测试领域的培养o半导体测试设备贯穿于整个半导体生产流程,包括IC设计、制 造以及封测,测试内容主要为电学参数测试。测试可细分为:SOC测 试,RF测试、Memory IC测试和Ana
19、log IC测试。其中SOC测试占 至IATE的64% , Memory IC和RF测试设备各占15-20%。2018年全球半导体测试设备市场规模约为55-60亿美元按64%的比例推算, SOC测试设备市场规模估计为36亿美元。全球测试机和探针台行业竞争格局稳定,主要被国际企业 Teradyne、Advantest等垄断 且5G手机的SOC芯片测试难度更大, 市场集成度有望进一步提升。尽管近几年国内企业在细分产品线上进步 较大,出现精测电子、长川科技、华峰测控、冠中集创、金海通等实现 部分测试设备或分选机的国产化突破。但国产品牌主要聚焦在国内较为 成熟的电源管理芯片测试设备和模拟及数模混合测试
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