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我国半导体材料产业链正历经重大变革

半导体行业发展迅猛，我国存在严重的供应链安全风险
半导体是指在常温下导电性能介于绝缘体与导体之间的材料 。常见的半导体包括硅、锗等元素半导体及砷化镓、氮化镓等化合物半导体 。半导体是电子产品的核心，是信息产业的基石，亦被称为现代工业的“粮食” 。
从1947年全球第一个晶体管被制造出来起，半导体行业就和全球经济发展和科技进步密不可分 。经过多年的发展，半导体产品已经遍及计算机、通讯、汽车电子、医疗、航天、工业等多个领域 。
从应用市场需求来看，半导体应用市场主要包括通信、计算机、消费电子、工业应用、汽车电子、军工/航天等，其中最大的两类应用市场为通信和计算机，这两类应用的快速增长主要来源于云计算、大数据等技术的发展，给服务器等整机带来较大的市场需求 。
2016年以来，云计算、物联网、5G、人工智能、车联网等新兴应用领域已进入了快速发展阶段 。
新兴应用领域的快速发展，对高端集成电路、功率器件、射频器件等产品的需求也持续增加，同时也驱动传感器、连接芯片、专用SoC等芯片技术的创新 。另外，印度、东南亚、非洲等新兴市场的逐渐兴起，也为半导体行业发展提供了持续的动力 。随着新领域、新应用的普及，新兴市场的发展，5至10年周期来看，半导体行业的未来市场前景乐观 。
由于集成电路的下游应用市场在各类终端智能化、联网化的过程中不断拓展，故集成电路产业与经济总量增速的关联度日益紧密，增长的稳健性加强、周期性波动趋弱 。

我国半导体材料产业链正历经重大变革
文章插图
根据世界银行及ICInsights数据计算得到，2012-2018年间全球半导体产值占全球GDP的比重由0.39%持续攀升至0.55%，根据SEMI测算，在2000-2009年间、2010-2017年间全球GDP增速与集成电路产业增速的相关系数由0.63提升至0.88，预计2018-2023年间将达到0.95 。
根据WSTS对市场上通用的费城半导体指数（SOX）和1994年以来全球半导体销售额变化的分析结果，半导体行业的景气程度与宏观经济、下游应用需求以及自身产能库存等因素密切相关 。在1994年-2019年之间全球半导体行业大致以4-6年为一个周期 。在每一个周期，都会有一个重要的因素影响半导体行业的景气程度 。
现在全球半导体行业处于2015年以来的新一轮景气周期的震荡下行阶段 。根据Wind消息，台积电CEO魏哲家在2019年Q2业绩披露会上预计下半年业务将大幅强于上半年;3纳米工艺研发进展良好 。
根据Wind数据显示，2019年Q1全球半导体销售额大幅下滑，但是2019年以来，费城半导体指数屡创历史新高 。9月12日，达历史最高点1625.16点，也代表了投资者对未来5G、AI等新增需求的乐观态度 。我们预期2019年底将走出周期底部 。
放眼国内市场，中国集成电路产业规模高速增长 。根据半导体行业协会数据，2007年到2018年，中国集成电路产业规模保持高速增长态势，年均复合增长率为15.8%，远远高于全球半导体市场6.8%的增长率，2018年半导体市场规模达1582亿美元，全球占比达33.72% 。
与此同时，随着《国家集成电路产业发展推进纲要》的出台和大基金的落地，以及国家生产力布局重大项目的投产，我国集成电路产业将迎来未来发展的黄金时期 。
长期以来，我国是世界上最大的集成电路消费市场，但是由于核心技术落后，大部分产品严重依赖进口 。海关总署公布的数据显示，从2013年开始，我国集成电路进口额突破2000亿美元，已经连续五年远超原油这一战略物资的进口额，位列我国进口最大宗商品 。
同时，集成电路贸易逆差持续扩大，2018年逆差额达到1933亿美元 。我国高端核心芯片CPU、FPGA、DSP等仍主要依赖进口 。在我国核心技术受制于人的局面没有根本改变的情况下，应用和整机企业关键产品部件高度依赖进口，特别是关键材料和设备制于人，产业存在供应链安全风险 。
半导体材料位于半导体产业链的最上游
半导体行业具有技术难度高、投资规模大、产业链环节长、产品种类多、更新迭代快、下游应用广泛的特点，产业链呈垂直化分工格局 。半导体制造产业链包含设计、制造和封装测试环节，半导体材料和设备属于芯片制造、封测的支撑性行业，位于产业链最上游 。
半导体产品的加工过程主要包括晶圆制造（前道）和封装（后道）测试，随着先进封装技术的渗透，出现介于晶圆制造和封装之间的加工环节，称为中道 。
由于半导体产品的加工工序多，所以在制造过程中需要大量的半导体设备和材料 。我们主要以最为复杂的晶圆制造（前道）工艺为例，说明制造过程的所需要的材料 。
晶圆生产线可以分成7个独立的生产区域：扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光（CMP）、金属化 。每个独立生产区域中所用到的半导体材料都不尽相同 。
细分种类众多，单品类集中度高
半导体材料包括半导体制造材料与半导体封测材料 。2019年4月2日，SEMI公布全球半导体材料2018年销售额为519亿美元，同比增长10.6%，超过2011年471亿美元的历史高位 。其中，晶圆制造材料和封测材料的销售额分别为322亿美元和197亿美元，同比增长率分别为15.9%和3.0% 。
2009年，制造材料市场规模与封测材料市场规模相当，从此至今，制造材料市场规模增速一直高于封测材料市场增速 。经过近十年发展，制造材料市场规模已达封测材料市场规模的1.62倍 。
半导体制造材料主要包括硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品、抛光材料、光刻胶、湿法化学品与溅射靶材等 。
根据SEMI预测，2019年硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶配套化学品的销售额分别为123.7亿美元、43.7亿美元、41.5亿美元、22.8亿美元，分别占全球半导体制造材料行业37.29%、13.17%、12.51%、6.87%的市场份额 。其中，半导体硅片占比最高，为半导体制造的核心材料 。
转向区域市场方面，根据SEMI统计数据，台湾凭借其庞大的代工厂和先进的封装基地，以114亿美元连续第九年成为半导体材料的最大消费地区 。韩国位列第二，中国大陆位列第三 。
韩国，欧洲，中国台湾和中国大陆的材料市场销售额增长较为强劲，而北美，世界其他地区和日本市场则实现了个位数的增长 。（其他地区被定义为新加坡，马来西亚，菲律宾，东南亚其他地区和较小的全球市场 。）
半导体材料市场处于寡头垄断局面，国内产业规模非常小 。相比同为产业链上游的半导体设备市场，半导体材料市场更细分，单一产品的市场空间很小，所以少有纯粹的半导体材料公司 。
半导体材料往往只是某些大型材料厂商的一小块业务，例如陶氏化学公司（TheDOWChemicalCompany），杜邦，三菱化学，住友化学等公司，半导体材料业务只是其电子材料事业部下面的一个分支 。
尽管如此，由于半导体工艺对材料的严格要求，就单一半导体化学品而言，仅有少数几家供应商可以提供产品 。以半导体硅片市场为例，全球半导体硅片市场集中度较高，产品主要集中在日本、韩国、德国和中国台湾等发达国家和地区，中国大陆厂商的生产规模普遍偏小 。
2018年前五大硅片供应商日本信越化学株式会社、株式会社SUMCO、德国SiltronicAG、台湾环球晶圆股份有限公司和韩国SKSiltronInc.分别占据全球市场份额的29%、25%、15%、14%和10%，产值合计占据超过93%的市场份额 。
在中国大陆，仅有上海硅产业集团、中环股份、金瑞泓等少数几家企业具备8英寸半导体硅片的生产能力，而12英寸半导体硅片主要依靠进口，自主率非常低 。除硅片市场具有寡头垄断特征外，其他原材料市场亦是如此 。
国内半导体材料产业链从无到有、从弱到强
半导体材料是推动半导体产业进步的关键因素 。半导体产业是现代信息技术的基础，而半导体材料作为半导体产业的直接上游，未来具备一定的国产替代空间 。
近年来，国内半导体晶圆厂的建设进程加快，晶圆厂建成之后，日常运行对半导体原材料的需求大幅增加 。
半导体材料作为半导体产业链上游，从目前国内产业发展现状来看，其差距远大于芯片设计、制造、封测等环节 。产业发展进程甚至落后于半导体装备 。
日本经济产业省7月1日宣布，决定从7月4日起，将限制对韩国出口日本半导体核心上游原材料、智能手机及电视等显示屏的核心原材料 。该事件凸显半导体材料对半导体产业链的重要性 。
半导体材料是国内半导体产业链最薄弱的环节之一 。中兴通讯、福建晋华事件给国内半导体产业敲响了警钟，上游原材料和设备的自主可控迫在眉睫 。
根据半导体行业协会的统计，目前在国内半导体制造环节国产材料的使用率不足15%，先进工艺制程和先进封装领域，半导体材料的国产化率更低，本土材料的国产替代形势依然严峻，且部分产品面临严重的专利技术封锁 。
未来国内半导体产业的进口替代，没有半导体材料的自主创新，半导体产业的发展也是空中楼阁 。如果不能早日实现材料与设备在内的产业配套环节的国产替代，我国半导体产业的发展将受制于人 。
当前国内半导体材料的发展正在快速迎来突破，在过去十年，以02专项、国家重点研发计划为代表的产业政策和专项补贴推动了半导体材料从无到有的起步阶段，本土半导体材料企业数量大幅增长，以江化微的超纯试剂、鼎龙股份的CMP研磨垫、江丰电子的靶材、安集微电子的研磨液、上海硅产业集团的大硅片为代表的国产半导体材料进入主流晶圆制造产线进行上线验证，部分产品实现了批量供应 。
【我国半导体材料产业链正历经重大变革】 同时，大基金的进入，大力推动了本土材料产业的资源整合和海外人才引入的加速 。虽然目前产业总体正处于起步阶段，我们认为，未来5-10年即将成为半导体材料产业发展壮大的黄金时期 。综合来看，我国半导体材料产业链正历经从无到有、从弱到强的重大变革 。
责任编辑：tzh

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