雷火竞技半导体设备简介分析

　　半导体设备简介分析一、半导体设备简介半导体产业的核心在于制造，制造的核心在于工艺，而工艺的核心是设备和材料。半导体制造流程主要包括芯片设计、晶圆制造、封装测试三个主要环节。按制造流程区分，半导体设备可分为前道设备和后道设备，前道设备是晶圆制造设备，负责芯片的核心制造，后道设备是封装测试设备，负责芯片的包装和整体性能测试。半导体专用温控设备、半导体专用工艺废气处理设备以及晶圆传片设备，作为半导体前道制造不可或缺的一部分，对于半导体制造至关重要。二、半导体设备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%。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、EDA、IP核。EDA，即电子设计自动化（ElectronicsDesignAutomation），主要包括设计工具和设计软件。IP核（IntellectualPropertyCore）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、汽车、新能源、工业等。雷火竞技三、中国半导体设备行业竞争格局（一）半导体设备行业市场份额2021年我国半导体设备行业市场规模为2015亿元，根据行业内生产企业的业务收入进行核算，其中北方华创的市场份额占比位居第一，达到12．4％，其次是中微公司、盛美上海和至纯科技分别占比6．2％、5．7％和4．9％，长川科技、华海清科和新益昌占比3．5％、2．8％和1．6％，其他企业占比合计为62．9％。（二）半导体设备行业市场集中度在国内半导体设备市场集中度方面来看，整体市场集中度处于低速上升的趋势，行业分布格局较为分散，2020年行业CR529．6％，同比提高2．1个百分点，到2021年行业CR5超过30％，达到32．7％，同比提高3．1个百分点。（三）半导体设备行业地区分布从地区分布来看，基于地区的生产产值和企业分布的数量，华南和华东等地区的产业集中度较高，根据北京研精毕智的行业分析数据，2021年两者所占的市场比重分别为36．2％和29．8％，其次是华北、华中和东北地区的占比相对比较低，为9．2％、7．6％和5．1％，其他地区占比为12．1％，未来我国半导体设备行业集中度仍有进一步提高的发展空间。四、半导体设备制造领域发展情况和未来发展趋势半导体产业是现代电子工业的基础，电子信息产业的先导和支撑，也是全球高端制造业的代表产业。半导体产品目前正处于晶体管时代，按照功能区分可分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四大类，其中以集成电路为主导。根据WSTS（世界半导体贸易统计组织）统计数据，从20142021年，全球半导体市场规模从3，166亿美元上升为5，559元；2021年集成电路全球市场规模为4，630．02亿美元，占半导体全球市场规模的比例约为83．29%。根据WSTS统计数据，2010-2020年，中国半导体行业销售额持续增长，十年复合增长率达19．91%。据中国半导体行业协会统计，2020年中国集成电路产业销售额为8，848亿元，同比增长17%，是全球最大和贸易最活跃的半导体市场。半导体设备行业为半导体产业的核心支撑之一，是半导体产品迭代发展的基石和产能供给先行指标。根据摩尔定律，每隔18-24个月集成电路的技术都要进步一代，相应的设备制造产业必须要超前半导体产品更新开发出新一代设备。由于半导体产品制造工艺复杂程度高、对体积性能等要求严苛等特点，其生产、制造、测试等设备的价值普遍较高，并且随着产品的更新迭代，对上游设备和产品的需求和投入也与日俱增半导体设备。随着市场需求带动全球产能中心逐步向中国大陆转移，我国半导体整体产业规模和技术水平逐步提高，但我国半导体设备产业处于起步阶段，整机和核心零部件的进口依赖较大，核心零部件的国产化程度较低。根据中国电子专用设备工业协会统计，2020年国产半导体设备销售额为187亿元，设备国产化率不足10%，而技术要求最高的晶圆制造设备自给率更低。加速半导体设备国产化进程至关重要，设备核心零部件实现进口替代的需要日益迫切，一方面为半导体设备及零部件厂商提供了广阔的市场空间和发展机遇，雷火竞技另一方面也对其不断提升技术水平、增强研发能力提出了更高的要求和挑战。五、半导体设备行业市场再创新高，空间广阔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，中国成为最大半导体设备市场。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。雷火竞技中微公司和北方华创分别在CCP和ICP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**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六、半导体设备行业发展情况2013年以来，随着全球半导体行业整体景气度的提升，半导体设备市场也呈增长趋势。根据SEMI统计，全球半导体设备销售额从2013 年的约318 亿美元增长至2021 年的1，026 亿美元，年均复合 增长率约为15．77%。 由于半导体专用设备行业对制造工艺和标准要求严格，行业进入 的技术壁垒、市场壁垒和客户认知壁垒较高，全球半导体设备市场集 中度较高。目前全球前十大半导体设备制造商主要集中在美国、日本 和荷兰。根据VLSIResearch 数据，2020 年全球半导体设备前十名厂 商合计实现销售收入708 亿美元，市占率为76．63%。 中国半导体设备厂商因发展起步较晚，目前尚未进入全球行业前 列。从需求端分析，根据SEMI 统计数据，2013-2021 年半导体设备 在大陆销售额的年复合增长率达到31．07%。2021 年，中国大陆半 导体设备的销售额达到296．2 亿美元，同比增长58．23%，发展势 头强劲。 七、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IDM（IntegratedDeviceManufacture）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 企业半导体设备。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雷火竞技，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 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 能够最大化的利用产能，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。 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 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。 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。 半导体设备市场空间广阔。2019 年-2021 年，受到下游应用需求 的驱动以及疫情对行业供需关系的影响，全球半导体设备市场经历了 一轮高景气周期。2022 年，半导体设备市场规模有望再创新高。根据 SEMI 的数据，2022 年，全球半导体设备销售额有望达1143．4 元，同比增长11．24%，以2021年中国市场的占比测算，预估2022 年中国半导体设备市场规模有望达329．48 亿美元，同比增长 11．24%。 半导体设备公司的增量将更多地来源于市场份额的提升。在半导 体设备整体市场规模保持稳定的过程中，产业链公司的增量将更多地 来源于市场份额的提升。市场份额的提升主要由三个因素驱动：产品 的竞争力、所处细分市场的份额或空间、品类扩张能力。其中，产品 的竞争力是公司立足于市场获取份额的基础，所处市场的份额或空间 将决定公司高速成长的持续性，而品类扩张能力能够持续拓展公司的 成长边界。 在市场国家战略产业自主可控等多重因素的驱动下，中国大陆晶 圆制造及其配套设备环节的加速发展势在必行。中国大陆是全球最大 的电子终端消费市场和半导体销售市场雷火竞技，吸引着全球半导体产业向大 陆的迁移。从产业链配套层面来看，在中游晶圆制造环节，中国具备