2021年中国硅片市场行业研究报告.pdf
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1、硅片国产化进程中国硅片市场行业研究报告2021年22021.4 iResearch I摘要来源:艾瑞自主研究及绘制。硅片生产涉及固体物理、量子力学、热力学、化学等多学科领域交叉,要实现其国产化除了要投入大量的金钱更需要的是吸引到优秀人才。目前我国虽不断在建设300mm硅片产能,但300mm硅片质量上与国际水平仍有一定的差距并且公司规模大多处于成长期,因此要实现硅片方面的赶超仍任重而道远。延续摩尔定律是选择“深摩尔定律”还是选择材料上的创新。“深摩尔定律”认为应该延续摩尔定律扩大硅片面积以及缩小晶体管面积(即寻求更小的纳米级)。目前SiC 和GaN第三代半导体材料已经被广泛应用在汽车和5G领域,
2、而量子自旋霍尔效应材料是彻底扭转摩尔困境,当前该类型材料还在研究和探索中。随着全球硅片市场增度减缓,垄断95%市场的先进硅片厂商选择稳健扩产、推动硅片价格持续抬升。我国厂商受政府政策的支持和推动,选择逆势加速扩产。我国作为全球主要以及迅速扩张的硅片终端市场,硅片国产化亟待解决。这不仅关系到我国的国防安全同时也关乎日常生活。我国芯片供应链总体价值较低,在SME,EDA,核心IP和主要原材料等领域仍处于弱势。硅片作为芯片生产的基石,是实现中国“芯”的核心材料,我国务必要实现该材料的自给自足以及赶超海外技术。SMS3海外龙头谨慎扩产,国内硅片逆势扩产1中国“芯”基石硅片2硅片是推进中国“芯”的根本3
3、终端市场需求推动硅片国产化进程4延续摩尔定律542021.4 iResearch I2021.4 iResearch I全球硅片市场全球晶圆市场被前六大厂商分割2008年金融危机后,全球经济逐渐复苏,硅片市场随之反弹。受益于通信、计算机、汽车、消费电子、光伏产业、智能电网、医疗电子等应用领域需求带动以及人工智能、物联网等新兴产业的崛起,全球半导体硅片出货量呈现稳步上升趋势,直至2019年因储存市场不振以及中美贸易战使得半导体行业景气度下降而出现小幅回落。2020年虽因新冠疫情导致多国公共和经济生活陷入了停顿,但其推动数字化浪潮。随着5G,智能汽车,物联网等终端需求增长,全球硅片出货量将缓慢增长
4、预计在2023年达新高13,761百万英寸。硅片行业呈现寡头垄断局面,海外厂商占据主要份额,截止2021年3月全球前六大厂商占比高达95%。2020年12月10日,环球晶圆宣布同意以37.5亿欧元收购德国硅片制造商 Siltronic AG,此次收购合并完成后,环球晶圆将从全球第三大硅片生产商一跃成为全球第二大硅片制造商,全球市场集中度将进一步提高。当前各家硅片厂的扩产规划仍相对谨慎,对于硅片厂而言,稳健扩产、推动硅片价格持续抬升,成为了业内共识。来源:国际半导体产业协会,艾瑞研究院整理及绘制。来源:公司公告,公司年报,艾瑞研究院自主研究及绘制。904390319067100971043410
5、73811810127331181012407125541322013761201120132015201720192021e2023e2011-2023年全球晶圆出货量全球晶圆生产数量(百万英寸)29.5%22.8%16.9%10.9%10.7%5.0%4.2%2020年全球硅片市场份额分布全球晶圆宣布收购SiltronicAG,预计全球晶圆将成为全球第二大硅片制造商27.6%。52021.4 iResearch I良好的政策环境孕育新兴产业发展政府大力扶持硅片产业,为其提供人才,资金多方位资助欧美、日本和台湾的历史经验指出集成电路的发展离不开“无形的手”的支持。集成电路行业具备资金密集型、
6、技术密集型、关联性强等特点,因此其需依托国家或地区支持才得以良好、茁壮的发展。在良好的政策环境和政策激励下,集成电路厂商才能够发挥协同效应,推动中国集成电路产业链的完善,形成良性的正反馈循环,营造良好的集成电路生态圈。来源:公开信息整理,艾瑞研究院自主研究及绘制。时间部门法律法规及政策主要内容2020年国务院新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策在一定时期内,集成电路线宽小于65纳米(含)的逻辑电路、存储器生产企业,以及线宽小于0.25微米(含)的特色工艺集成电路生产企业(含掩模版、8英寸及以上硅片生产企业)进口自用生产性原材料、消耗品,净化室专用建筑材料、配套系统和集成电路生产
7、设备零配件,免征进口关税2018年国务院2018年政府工作报告加快制造强国建设。推动集成电路、第五代移动通信、飞机发动机、新能源汽车、新材料等产业发展,实施重大短板装备专项工程,发展工业互联网平台,创建“中国制造2025”示范区。2018年国家统计局战略性新兴产业分类(2018年版)3新材料行业-3.4先进无机非金属材料-3.4.3人工晶体制造-3.4.3.1半导体晶体制造-6英寸、8英寸及以上单晶硅片,硅外延片。2017年科技部“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划面向45-28-14纳米集成电路工艺,重点研发300毫米硅片、深紫外光刻胶、抛光材料、超高纯电子气体、溅射靶材等关键材料产品
8、,通过大生产线应用考核认证并实现规模化销售。2017年上海市经济信息化委上海促进电子信息制造业发展“十三五”规划突破发展装备材料业,依托国家重大科技专项和12英寸生产线及引导线建设,重点支持12英寸硅片、SOI硅片、化合物半导体、电子化学品、抛光液、光掩膜等基础材料的研发和产业化。2016年工信部国家发改委科技部财政部新材料产业发展指南新一代信息技术产业用材料。加强大尺寸硅材料、大尺寸碳化硅单晶、高纯金属及合金溅射靶材生产技术研发。2016年国家发改委战略型新兴产业重点产品和服务指导目录(2016年版)将集成电路材料,主要包括6英寸/8英寸/12英寸集成电路硅片、绝缘体上硅(SOI)、化合物半
9、导体材料等列入战略性新兴产业重点产品目录。2016年科技部财政部国家税务总局高新技术企业认定管理办法(国科发【2016】32号)国家重点支持的高新技术领域:半导体新材料制备与应用技术中,大尺寸硅单晶生长、晶片抛光片、SOI片及SiGe/Si外延片制备加工技术;大型MOCVD关键配套材料、硅衬底外延和OLED照明新材料制备技术;大尺寸砷化镓衬底、抛光及外延片、GaAs/Si材料制备技术等。62021.4 iResearch I国内硅片逆势扩产我国硅片产业正以13%复合年增长率增长我国作为“世界工厂”,已具备完善的代加工体系但缺失核心技术的生产和研发能力。芯片产业是制造业的上游,被称之为“工业粮食
10、”,是制造业必不可少的核心技术。中国制造2025计划旨在促进中国高端制造业的发展,在这个过程中芯片产业成为其中极其重要的环节。若要实现芯片产业链的国产化,首先要解决的是原材料供给。随着半导体产业加速向中国转移,优秀人才的引进,国内公司在新晶圆代工和内存项目上的实力有所提高。从2017年到2020年,中国政府大力扶持硅片产业发展,多地投建硅片生产商并扩大硅片产能,晶圆厂产能以13的复合年增长率增长。我国晶圆生产从2015年的每月230万片增长到2020年的471.7万片,预计在2035年能够实现858.3万片,但目前我国生产主流硅片为200mm,虽众多企业拓展300mm硅片生产线但其产品质量相较
11、国际尖端产品仍有差距。来源:国际半导体产业协会,公开市场资料,艾瑞统计模型核算。230.0 471.7 967.4 201520202025e2015-2025我国硅片生产规模预计硅片生产数量(万片)7硅片龙头谨慎扩产,国内硅片逆势扩产123终端市场需求推动硅片国产化进程4延续摩尔定律5中国“芯”的基石硅片硅片自足任重道远82021.4 iResearch I中国半导体市场规模全球最大的半导体市场中国高端芯片、集成电路装备和工艺技术是经济、科学和军事的主要推动力。我国作为全球最大的集成电路和分立器件市场,已实现分离器和低端集成电路国产化,但高端芯片国产化依然是卡脖子问题。2018年和2019年
12、中兴和华为相继受美国制裁以及2021年年初新能源汽车芯片短缺,使得国人意识到实现高端芯片国产化的重要性和必要性,加速高端芯片供应链的完整性刻不容缓。来源:世界半导体贸易统计组织,公开市场资料,艾瑞统计模型核算。823.7 1056.7 1297.2 1585.3 1436.4 1510.9 2771.7 24.6%31.2%31.5%33.8%34.8%34.9%49.5%2015201620172018201920202025e2015-2025年中国半导体市场规模中国半导体市场规模(亿美元)全球市场占比(%)92021.4 iResearch I芯片产业链分布全球芯片产业链顶级制造商被美,
13、日韩及台湾地区控制目前芯片供应链系统分散在各个国家并且对未来的国家竞争和国际安全都有着重大影响,芯片制造主要有两大类厂商:第一类是以三星为代表的一体化生厂商IDM(integration design manufactory)该类厂商是设计-生产-封测-销售一体化;另一类为垂直分工类厂商。随着在芯片制造技术的提升过程中,工艺复杂性不断升高,包括芯片设计、掩膜制作等在内的一次性工程费用,以及每块芯片的制造成本都快速上升,垂直化分工的生产模式已成为主流。中国在高端芯片设计领域已出现优秀企业,但由于高端原材料、尖端代工厂和ATP工艺尚未成熟,高端芯片国产化仍然任重道远。来源:公开市场资料,艾瑞研究院
14、自主绘制。原材料硅片抛光液电子级特气光刻胶设备终端应用IDM芯片制造垂直分工设计ATP晶圆代工厂汽车5G人工智能智慧家居高端原材料被海外厂商掌控102021.4 iResearch I中国芯片供应链厂商数量我国芯片供应链较为单一缺乏核心竞争能力近年来中国不断深化和加强对与芯片供应链的完善,鼓励和支持芯片行业的发展,目前中国已经在ATP,组装和封测以及部分原材料上取得了一定成就,并且在设计和制造上面有所提高,但是在SME,EDA,核心IP和主要原材料等领域仍处于弱势。在原材料方面我国看似具备较为完善的上游供应链,但其产品质量较于国际水平仍处于劣势,尤其是在芯片核心材料硅片。来源:公开数据整理,艾
15、瑞统计模型核算。我国核心半导体设计厂商为AI类和通讯类,但当前主要半导体芯片应用为逻辑和储存类芯片。AI通讯存储逻辑驱动控制模拟电源管理光电其他分立器传感39 11 7 14 2 半导体设计原材料一体化封测代工2020中国半导体产业链分布状况半导体产业链公司数量(家)CMP30.8%硅片30.8%ATP 原材料特气7.7%光刻胶7.7%近年来中国政策推动芯片国产化进程,催生部分原材料厂商的崛起,但原材料的质量相较于国外产品仍有距离。112021.4 iResearch I我国芯片供应链市场份额我国芯片供应链价值低,竞争能力弱目前美国控制全球半导体供应链总价值的39%,并与日本,欧洲(尤其是荷兰
16、,英国和德国),台湾和韩国掌控着全球53%的半导体供应链,而中国占据7%左右的供应链价值。与发达国家和地区相比,目前中国大陆在芯片产业链的分工仍处于成长期,半导体材料和设备行业将成为未来增长的重点。来源:Centre for Security and Emerging Technology,艾瑞研究院整理及绘制。供应链供应链附加值市场份额美国韩国日本台湾欧洲中国其他地区EDA0.01596.0%1%3.0%0.0%0.0%1%0.0%Core IP0.00952.0%0.0%0.0%1.0%43.0%2.0%2.0%Wafers0.0250.0%10.0%56.0%16.0%14.0%4.0%
17、0.0%Fab tools0.14944.0%2.0%29.0%1%23.0%1.0%1.0%ATP tools0.02423.0%9.0%44.0%3.0%6.0%9.0%7.0%Design0.29847.0%19.0%10.0%6.0%10.0%5.0%3.0%Fab0.38433.0%22.0%10.0%19.0%8.0%7.0%1.0%ATP 0.09628.0%13.0%7.0%29.0%5.0%14.0%4.0%全部39.0%16.0%14.0%12.0%11.0%6.0%2.0%122021.4 iResearch I2021.4 iResearch I半导体硅片概念半导体硅片
18、是芯片制造的基石半个世纪以来半导体的迅猛发展离不开两个因素:一是加工尺寸不断变细,提高集成度,降低器件单位成本;二是通过扩大晶圆底衬的尺寸,增加硅片单位面积可获得更多的芯片数量。这两者相辅相成,推动半导体的发展。因此半导体硅片的大尺寸化是集成电路厂商降低生产成本、提高芯片收得率和提升芯片性能的主要手段之一。半导体硅片作为芯片制造最重要的材料,是我国半导体产业链与国际先进水平差距最大的环节之一。目前硅片最大尺寸为300mm(12英寸)其终端需求拉动主要为通讯设备,5G,手机以及数据中心等。200mm及以下的硅片大多应用于物联网,通讯设备,汽车和工业电子设备等领域。日本、美国、德国等国家的先进半导
19、体硅片生产企业对于(200mm)6英寸半导体硅片的生产技术已较为成熟。当前国际先进半导体硅片生产企业已实现7纳米节点300mm硅片的制造正在积极研发12英寸以上更大尺寸的半导体硅片,而我国目前的只实现了40/28纳米节点300mm硅片的小部分生产并且尚未能实现自给自足。来源:公开数据整理,艾瑞研究院自主研究及绘制。来源:公开数据整理,艾瑞研究院自主研究及绘制。GeSiGaAsSiO2原子质量72.628.09144.6360.08每立方厘米原子数或分子数4.42 x 10225.00 x 10222.21 x 10222.3 x 1022晶体结构金刚石金刚石闪锌矿非晶单位元胞原子数888-密度
20、5.322.335.652.27禁带宽度0.671.111.48介电常数16.311.7123.9熔点()937141512381700击穿电压(V)8(approx)30(approx)35600热膨胀线性系数5.8 x 10-62.5 x 10-65.9 x 10-60.5 x 10-6硅片尺寸发展历程50mm75mm100mm125mm150mm450mm200mm300mm197019801990200020XX存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片、功率器件等射频前端芯片、传感器、模拟芯片、分立器件、功率器件等高端领域硅是当前应用最广的半导体材料13硅片龙头谨慎扩产,国内硅片逆势扩产
21、12终端市场需求推动硅片国产化进程3硅片自足任重道远4延续摩尔定律5中国“芯”的基石硅片142021.4 iResearch I2021.4 iResearch I智能汽车硅片市场“碳中和”和智能汽车双向驱动硅片市场随着我国GDP的增长以及人民生活水平的提升,我国汽车消售市场预计11%年均增速增长,预计在2035年我国人均车有量将达到0.66。当前整体汽车市场从传统内燃油汽车向新能源和智能化转变,为芯片市场提供广阔的空间。中国多次表示二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,我国也表示将在2035年禁售内燃机汽车。2020年初发布的智能汽车创新发展战略更是要求我国
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- 2021 年中 硅片 市场 行业 研究 报告
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