全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況半導(dǎo)體是電子產(chǎn)品的核心，信息產(chǎn)業(yè)的基石。半導(dǎo)體行業(yè)具有下游應(yīng)用廣泛、生產(chǎn)技術(shù)工序多、產(chǎn)品種類多、技術(shù)更新?lián)Q代快、投資高、風(fēng)險大等特點，全球半導(dǎo)體行業(yè)具有一定的周期性，景氣周期與宏觀經(jīng)濟、下游應(yīng)用需求以及自身產(chǎn)能庫存等因素密切相關(guān)。根據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）數(shù)據(jù)：全球半導(dǎo)體行業(yè)2018年市場規(guī)模達到4，688億美元，較2017年增長約13．7%。過去五年，隨著智能手機、平板電腦為代表的新興消費電子市場的快速發(fā)展，以及汽車電子、工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)等科技產(chǎn)業(yè)的興起，強力帶動了整個半導(dǎo)體行業(yè)規(guī)模迅速增長。世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織（WSTS）數(shù)據(jù)顯示，2018年美國半導(dǎo)體行業(yè)市場規(guī)模約為1，030億美元，占全球市場的21．97%；歐洲半導(dǎo)體行業(yè)市場規(guī)模約為430億美元，約占全球市場的9．16%。亞太地區(qū)半導(dǎo)體行業(yè)近年來發(fā)展迅速，已成為全球最大的半導(dǎo)體市場。亞太地區(qū)（除日本外）市場規(guī)模達2，829億美元，已占據(jù)全球市場60．34%的市場份額，中國大陸地區(qū)是近年來全球半導(dǎo)體市場增速最快的地區(qū)之一。根據(jù)國際數(shù)據(jù)（IDC）的半導(dǎo)體應(yīng)用預(yù)測報告（SAF），2020年全球半導(dǎo)體銷售額達到4，420億美元，比2019年增長5．4%。盡管COVID-19對全球經(jīng)濟帶來了影響，但是云計算的應(yīng)用以及遠程辦公與在線學(xué)習(xí)等支持設(shè)備的需求增長，使全球半導(dǎo)體市場在2020年的表現(xiàn)好于預(yù)期。2021年，全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售額總計5，559億美元，同比增長26．2%。根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）公布的全球晶圓廠預(yù)測報告，2020年、2021年全球半導(dǎo)體晶圓廠設(shè)備支出同比上漲16%和42%，預(yù)計2022年同比漲幅達18%。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的成長性1976年以來，全球半導(dǎo)體市場銷售金額從最初的約29億美元成長為2022年的5832億美元，增長了約202倍，年均復(fù)合增速達到12．2%，遠高于全球GDP同時期約3．1%的年均增速水平。截至2022年底，費城半導(dǎo)體指數(shù)涵蓋包括臺積電、英偉達、阿斯麥在內(nèi)的設(shè)計、設(shè)備和代工制造等環(huán)節(jié)共30家頭部企業(yè)：2005至2017年間的29家企業(yè)的合計收入在全球半導(dǎo)體銷售額的比重從49%提升至67%。2021年GF上市后，指數(shù)成分拓展至30只股票，30家企業(yè)合計收入占全球半導(dǎo)體銷售額的比重也提升至78．4%。1980年至今全球GDP增速和IC市場增速的相關(guān)性呈現(xiàn)上升趨勢。1980至2010年間，全球GDP和IC市場增速相關(guān)系數(shù)最低時為-0．1（基本不相關(guān)），最高為0．63（弱相關(guān)），但在2010至2019年間，相關(guān)系數(shù)提升到了0．85，如果排除2017-2018年間存儲器市場的表現(xiàn)，該階段相關(guān)系數(shù)提升至0．96，表現(xiàn)出明顯的強相關(guān)。ICInsights預(yù)計2019至2024年二者相關(guān)系數(shù)將達到0．90。原因：并購事件增加導(dǎo)致IC制造商減少，供應(yīng)端基本面發(fā)生變化，行業(yè)競爭格局更加成熟。半導(dǎo)體→電子設(shè)備→數(shù)字經(jīng)濟→宏觀經(jīng)濟，半導(dǎo)體價值量占比提升，下游應(yīng)用更加分散，與宏觀聯(lián)系更加緊密。半導(dǎo)體設(shè)備清洗服務(wù)對象專用半導(dǎo)體設(shè)備一般指生產(chǎn)各種半導(dǎo)體產(chǎn)品所需的生產(chǎn)設(shè)備，屬于半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的配套環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體專用設(shè)備是半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)龍頭，芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試等都需要在設(shè)備技術(shù)允許的范圍內(nèi)設(shè)計制造。設(shè)備的技術(shù)進步反過來促進了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)難度最高、附加值最大、工藝最復(fù)雜的集成電路為例，集成電路領(lǐng)域使用的設(shè)備通常可以分為前工藝設(shè)備和后工藝設(shè)備兩大類。其中，在之前的晶圓制造中，有七大工藝步驟，即氧化/擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、清洗拋光、金屬化。相應(yīng)的專用設(shè)備主要包括氧化/擴散設(shè)備、光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、離子注入設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、機械拋光設(shè)備等。晶圓制造設(shè)備的市場規(guī)模占集成電路設(shè)備總市場規(guī)模的80%以上。其中，刻蝕設(shè)備、光刻設(shè)備和薄膜生長設(shè)備是集成電路前期生產(chǎn)過程中最重要的三類設(shè)備。上述集成電路制造過程中的氧化/擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、機械拋光等設(shè)備都是本公司的清洗服務(wù)對象，覆蓋集成電路幾乎2/3工序的生產(chǎn)設(shè)備定期維護。中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀特征中國集成電路產(chǎn)業(yè)在GDP比重不斷提升。根據(jù)中國半導(dǎo)體協(xié)會和國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2002年中國集成電路銷售額在GDP占比約為0．22%，2021年時已經(jīng)提升至0．91%，按照2021年集成電路銷售額占半導(dǎo)體市場87%計算，2021年中國半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售額占GDP的比重超過1%，約為1．05%。作為對比，美國2021年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)增加值對國內(nèi)GDP的貢獻約為2769億美元，其中：直接貢獻約961億美元，間接貢獻約856億美元，其他相關(guān)貢獻約953億美元。2021年美國GDP現(xiàn)價約為23．32萬億美元，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)貢獻占比約為1．19%。根據(jù)SIA統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年中國大陸市場半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售額約為1877億美元，同比增長24．5%，與全球市場增速保持一致；2022年中國大陸半導(dǎo)體市場略微下降1．1%，約為1857億美元。市場份額上，2016年中國大陸市場占全球約31．5%，然后逐年提升至2019年的34．8%，近兩年略有下降，但整體較為穩(wěn)定，2022年中國大陸銷售占全球比重約為31．8%。集成電路（IC）產(chǎn)品在半導(dǎo)體市場占據(jù)主要份額。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2004年中國IC產(chǎn)業(yè)整體規(guī)模約為545億元人民幣，2010年成長為1440億元規(guī)模，2021年則同。比增長21．3%至10458億元（約合1641億美元，占中國半導(dǎo)體市場約87%），首次突破萬億規(guī)模。近10年中國IC產(chǎn)業(yè)年均復(fù)合增速約為18．4%，高于全球IC市場6．5%的增速水平。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中，設(shè)計環(huán)節(jié)銷售額占比最高。2021年中國IC產(chǎn)業(yè)設(shè)計、制造、封測環(huán)節(jié)分別占43%、30%和26%。從三大環(huán)節(jié)銷售額占比變化來看，IC設(shè)計環(huán)節(jié)銷售額占比自2004年以來不斷提升，制造環(huán)節(jié)銷售份額在2011年前后時間出現(xiàn)局部下降，此后回升至30%，份額占比趨于穩(wěn)定，而產(chǎn)業(yè)鏈價值較低的封測環(huán)節(jié)，則呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢。2020年，新冠病毒全球大流行加速了在線辦公滲透率提升，電腦、平板、手機等各類電子設(shè)備銷量大幅提升，旺盛需求推動多數(shù)晶圓廠產(chǎn)能利用率超過85%（正常水平約為80%左右），部分代工廠接近或超過100%。2021年，企業(yè)紛紛擴大資本開支、提升產(chǎn)能，全球資本開支增速達到近幾年極大值。2022年后，地緣、通貨膨脹等因素致使全球經(jīng)濟放緩，H1資本開支仍在增加，但產(chǎn)能緊張局面已得到緩解，且晶圓廠的產(chǎn)能利用率21Q4已出現(xiàn)下滑，制造商開始削減未來資本支出預(yù)算。另一方面，存儲器市場的疲軟和美國對中國半導(dǎo)體生產(chǎn)商的限制（限制購買美國公司設(shè)備）也將對23年全球資本開支造成一定負面影響。ICInsights于11月22日下修預(yù)測，預(yù)計22年全球資本支出約為1817億美元，同比增速約18．7%，而23年預(yù)計全球半導(dǎo)體資本支出將下滑約19．3%至1466億美元。顯示面板專用設(shè)備清洗服務(wù)對象TFT顯示面板專用設(shè)備一般指基于TFT薄膜晶體管為驅(qū)動單元開發(fā)的，用于生產(chǎn)各類顯示面板產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備。主流產(chǎn)品為LCD和有機發(fā)光二極管，是集成電路行業(yè)顯示技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。其中，LCD顯示技術(shù)是80年代以后逐漸發(fā)展并繁榮起來的一種顯示面板技術(shù)，使用液晶作為顯示單元。液晶面板的主要結(jié)構(gòu)包括透明基板、偏光片、濾光片、液晶層、TFT陣列等。經(jīng)過30多年的快速發(fā)展，整個生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)趨于成熟和穩(wěn)定，但面板制造、封裝和測試過程中的專用設(shè)備供應(yīng)仍以進口為主。有機發(fā)光二極管顯示技術(shù)是21世紀后逐漸發(fā)展起來的一種新型顯示技術(shù)。其主要結(jié)構(gòu)包括透明襯底、空空穴/電子注入層、空空穴/電子傳輸層、有機發(fā)光層、TFT陣列等。經(jīng)過近十年的快速發(fā)展，與LCD相比，它具有功耗低、視角廣、響應(yīng)速度快等更好的顯示性能。以LCD和有機發(fā)光二極管為主流顯示面板技術(shù)，生產(chǎn)工藝可分為TFT陣列、電池盒成型、后端組裝三個步驟。其中，TFT陣列生產(chǎn)包括基板清洗、鍍膜、曝光、顯影、蝕刻和剝離等。電池盒化成包括TFT清洗、CF基板加工、組裝、充晶、蒸發(fā)、封裝和測試，后端組裝包括電池清洗、偏光片貼合、IC鍵合、FPC/PCB、TP鍵合等。相應(yīng)的專用設(shè)備主要包括蒸發(fā)設(shè)備、光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、離子注入設(shè)備等。上述TFT面板制造過程中的鍍膜、曝光、顯影、蝕刻、CF基板處理、蒸鍍等設(shè)備為公司的清潔服務(wù)對象。污染引入:污染雜質(zhì)是指在泛半導(dǎo)體產(chǎn)品制造過程中引入的任何危害芯片良率和電性能的物質(zhì)。據(jù)估計，大多數(shù)芯片電氣故障是由污染引起的缺陷引起的。通常，精密清洗的污染雜質(zhì)分為以下幾類:1）粒子。顆粒會導(dǎo)致開路或短路。從尺寸上來說，在半導(dǎo)體制造中，顆粒必須小于最小器件特征尺寸的一半，大于這個尺寸的顆粒會造成致命缺陷。從數(shù)量上來說，硅片表面的顆粒密度代表了特定面積內(nèi)顆粒的數(shù)量。顆粒越多，致命缺陷的可能性越大。在一個過程中引入到硅晶片中的超過某一臨界尺寸的顆粒數(shù)量由每個步驟中每個晶片的顆粒數(shù)量來表征。隨著先進工藝的進步，對PWP指標的要求越來越高。2）金屬雜質(zhì)。對半導(dǎo)體技術(shù)有害的典型金屬雜質(zhì)是堿金屬，例如鈉、鉀和鋰。重金屬也會造成金屬污染，如鐵、銅、鋁、鉻、鎢、鈦等。金屬雜質(zhì)可能來自化學(xué)溶液或半導(dǎo)體制造中的各種工藝，如離子注入，或化學(xué)物質(zhì)與傳輸管道和容器的反應(yīng)。3）有機物。有機物主要是指含碳的物質(zhì)，可能來自細菌、潤滑劑、蒸汽、洗滌劑、溶劑和水分。4）自然氧化層。一方面，自然氧化層阻礙了其他工藝步驟，例如單晶膜的生長；另一方面，增加接觸電阻，降低甚至阻止電流流動。主要清洗方式:根據(jù)清洗方式的不同，精密清洗可分為物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗是指利用力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)原理，依靠機械摩擦、超聲波、負壓、高壓沖擊、紫外線、蒸汽等外部能量的作用，清除物體表面污垢的方法?；瘜W(xué)清洗是指利用化學(xué)溶劑，依靠化學(xué)反應(yīng)的作用，去除物體表面污垢的方法。在實際應(yīng)用中，通常將兩種方法結(jié)合使用，以獲得更好的清洗效果。中國泛半導(dǎo)體設(shè)備洗凈服務(wù)市場半導(dǎo)體專用設(shè)備泛指用于生產(chǎn)各類半導(dǎo)體產(chǎn)品所需的生產(chǎn)設(shè)備，屬于半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐環(huán)節(jié)，半導(dǎo)體專用設(shè)備是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)先導(dǎo)者，芯片設(shè)計、晶圓制造和封裝測試等需在設(shè)備技術(shù)允許的范圍內(nèi)設(shè)計和制造，設(shè)備的技術(shù)進步又反過來推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)清洗方法的不同，精密洗凈可分為物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗是指利用力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)的原理，依靠外來能量的作用，如機械摩擦、超聲波、負壓、高壓沖擊、紫外線、蒸汽等去除物體表面污垢的方法；化學(xué)清洗是指依靠化學(xué)反應(yīng)的作用，利用化學(xué)溶劑清除物體表面污垢的方法。在實際應(yīng)用過程中，通常將兩者結(jié)合起來使用，以獲得更好的洗凈效果。我國泛半導(dǎo)體設(shè)備精密洗凈服務(wù)行業(yè)的發(fā)展滯后于歐美等先進工業(yè)國家。精密洗凈自進入工業(yè)化生產(chǎn)后就已經(jīng)出現(xiàn)，迄今已有近200年的歷史。上世紀八九十年代，國際上半導(dǎo)體工業(yè)和顯示面板工業(yè)快速發(fā)展，使產(chǎn)品不斷向高精密性、高技術(shù)、多種技術(shù)手段相結(jié)合的方向發(fā)展，從而催生出精密洗凈在泛半導(dǎo)體設(shè)備清洗領(lǐng)域的應(yīng)用，目前精密洗凈已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，包括顯示面板、半導(dǎo)體、光伏、裝備制造等。我國精密洗凈行業(yè)起源于上世紀50年代，但由于當時國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)水平較低，精密洗凈行業(yè)發(fā)展較為緩慢。上世紀80年代，隨著中國改革開放和大規(guī)模的技術(shù)引進，整體工業(yè)技術(shù)水平不斷提高，國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)對精密洗凈服務(wù)的需求日益加大，但是國內(nèi)精密洗凈行業(yè)由于多年停滯發(fā)展無法滿足市場需求，特別是早期的泛半導(dǎo)體設(shè)備精密洗凈領(lǐng)域，基本上被國外設(shè)備廠商壟斷，中國大陸精密洗凈服務(wù)行業(yè)（包括泛半導(dǎo)體設(shè)備精密洗凈服務(wù)）長期處于萌芽發(fā)展狀態(tài)，據(jù)統(tǒng)計，2020年中國大陸地區(qū)泛半導(dǎo)體零部件清洗市場規(guī)?？傆?6億元，其中面板9．8億元、半導(dǎo)體16．2億元，預(yù)計到2025年洗凈市場增加到43．4億元，年復(fù)合增長率10．8%，其中半導(dǎo)體增量高于面板，市場擴大14．3億元，年復(fù)合增長率達到13．5%。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征19世紀60年代后期開始的第二次工業(yè)革命，使人類進入了電氣時代。電氣時代以電子設(shè)備為載體，電路則是電子設(shè)備的核心。2022年12月29，臺積電3nm正式量產(chǎn)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在美國起源后，伴隨地緣、地區(qū)產(chǎn)業(yè)政策、制造模式變革等多種因素，經(jīng)歷了三次制造重心的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。第一次：1976年3月，日本政府以富士通、日立、三菱、NEC和東芝五家公司為核心，聯(lián)合日本工業(yè)技術(shù)研究員、電子綜合研究所和計算機綜合研究所共同實施超大規(guī)模集成電路研究計劃（VLSI），該計劃取得了巨大成功，日本超越美國、一躍成為世界第一的DRAM大國。第二次：1983年，韓國政府對外發(fā)布進軍LSI領(lǐng)域（DRAM）的計劃，通過四年時間掌握了256KDRAM技術(shù)，并通過向日本大量進口高性能制造設(shè)備，快速壯大半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。第三次：2001年后中國正式加入世貿(mào)組織，逐漸深度參與到全球電子制造產(chǎn)業(yè)鏈中。第四次：從人口紅利過度到工程師紅利（人口結(jié)構(gòu)上，勞動力素質(zhì)提升；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上，技術(shù)要素比重增大），制造業(yè)低端產(chǎn)能或?qū)⒊掷m(xù)外遷。2021年全球47個主要經(jīng)濟體數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模為38．1萬億美元，占全球GDP比重為45%，較2020年提升1個百分點。2021年全球數(shù)字經(jīng)濟在第一產(chǎn)業(yè)滲透率為8．6%，在第二產(chǎn)業(yè)滲透率為24．3%，在第三產(chǎn)業(yè)滲透率為46．3%。增速：2021年全球47個經(jīng)濟體數(shù)字經(jīng)濟同比名義增長15．6%，高于同期GDP名義增速2．5個百分點。數(shù)字經(jīng)濟包括數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和數(shù)字化治理三大部分：2021年全球數(shù)字產(chǎn)業(yè)化規(guī)模占數(shù)字經(jīng)濟比重為15%，占GDP比重為6．8%，2021年全球產(chǎn)業(yè)數(shù)字化規(guī)模占數(shù)字經(jīng)濟比重為85%，占GDP比重約為38．2%。美國信息科技產(chǎn)業(yè)增加值在GDP中占比接近中國2倍。美國經(jīng)濟分析局將信息通信技術(shù)生產(chǎn)行業(yè)在傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)劃分框架外單列，2021年增加值占其GDP比重約為7．6%。中國國家統(tǒng)計局將信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)列示在第三產(chǎn)業(yè)下面，2021年占GDP比重約為3．9%。2021年科技行業(yè)在GDP的百分比，美國約為中國的1．95倍。中美兩國信息科技產(chǎn)業(yè)占GDP比重整體上均呈現(xiàn)上升趨勢。1987年美國信息科技產(chǎn)業(yè)占GDP比重約為3．4%，在科網(wǎng)泡沫前4年，迅速從1996年的3．9%提升至2000年的6．2%，此后略有下降，至2010年才回升至6．2%，此后緩慢提升至2021年的7．6%。中國信息科技產(chǎn)業(yè)起步較晚，信息科技產(chǎn)業(yè)占GDP比重數(shù)據(jù)最早可追溯至2004年的2．6%，2022年約為4．0%。根據(jù)Wind二級行業(yè)分類標準，分別測算中國和美國2021年半導(dǎo)體和其他二級行業(yè)的收入與凈利潤在總量中的比重。2021年，美國半導(dǎo)體行業(yè)收入占比約為1．9%，凈利潤占比約為3．9%；中國半導(dǎo)體行業(yè)收入占比約為1．2%，凈利潤整體虧損約7億元。將半導(dǎo)體與半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備，以及電信服務(wù)、技術(shù)硬件與設(shè)備、媒體和軟件與服務(wù)等泛TMT行業(yè)作為信息科技產(chǎn)業(yè)：美國上市公司中，2021年信息科技產(chǎn)業(yè)收入占比19．1%，凈利潤占比約為26．9%，凈利率約為16．1%；中國上市公司中，2021年信息科技產(chǎn)業(yè)收入占比約為11．0%，凈利潤占比約為3．3%，凈利率約為1．1%。常見的精密清潔方法化學(xué)溶劑清洗:化學(xué)溶劑清洗是指硝酸、氫氧化鉀、雙氧水、氨水等。根據(jù)技術(shù)要求配制成相應(yīng)濃度的溶液，然后將零件浸泡在清洗槽中，去除表面的金屬膜。噴涂:噴涂是指利用熱源熔化金屬或非金屬材料，以一定的速度噴涂在基體表面形成涂層的方法。如果在操作過程中需要，在零件表面噴鋁以增加表面粗糙度。