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半导体行业专题分析
一、设备零部件市场碎片化,全球空间接近500亿美元
1、半导体设备结构复杂,零部件种类繁多
半导体设备结构复杂、集成度高,设备零部件在价值链上举足轻重。半导体前道制程包括氧化/扩散、光刻、刻蚀、薄膜沉积、过程检测、化学机械抛光、清洗等众多环节,不同类型的设备由不同的子系统构成,对应到零部件,则是具有多品种、小批量等特点。设备公司营业成本中90%为原材料采购成本,零部件在半导体设备产业链中举足轻重。半导体设备是半导体产业的基石,而半导体设备厂商绝大部分关键核心技术需要以精密零部件作为载体来实现,随着制造工艺的不断提升,下游设备厂及晶圆厂对零部件在材料、结构、工艺、精度、可靠性等方面的要求不断提升。
半导体设备由八大关键子系统组成:气液流量控制系统、真空系统、制程诊断系统、光学系统、电源及气体反应系统、热管理系统、晶圆传送系统及其他关键组件。半导体零部件可大致分为:机械类、电气类、机电一体类、气/液/真空系统类、仪器仪表类、光学类等。
以光刻机为例,光刻机主要构成包括和光学相关的模块(光源系统、透镜系统、浸没系统等)以及和运动相关的(晶圆工作台、晶圆传输系统、圆模板工作台、掩膜版传输系统),此外还有维持内部工作环境的环境电气支持系统等。
按照主流的零部件划分方式,半导体零部件可以划分为机械类、电器类、机电一体类、气体/液体/真空系统类、仪器仪表类、光学类和其他零部件。机械类(金属/非金属的结构件)、机电一体类(机械手等)用于所有设备,一些光学类的零部件主要用于光刻机以及过程控制设备,另有一些真空类泵阀主要用于刻蚀、薄膜沉积等干法设备、液体管路等气动液压系统零部件主要用于清洗机等湿法设备。因此,不同种设备零部件各有侧重,零部件市场呈现碎片化的特点。
2、半导体设备零部件全球市场空间接近500亿美元
半导体设备市场2022年增长15%。根据SEMI统计,全球半导体设备销售规模从2010年395亿美元增长到2021年的1026亿美元,其中中国大陆市场296亿美元。SEMI预计到2022年将进一步增长15%至1175亿美元。
零部件持续紧缺,设备以及零部件的交期均延长。半导体零部件的短缺限制了设备公司大规模扩产,产品交付期延长。从2021年下半年开始,国际龙头AMAT、LamResearch、ASML等均在法说会上表示半导体零部件短缺是公司上游供应的关键问题,对向客户及时交货构成了挑战,我们认为此次短缺同时也为零部件国产化加速提供了机遇。据ETNews二季度报道,半导体核心部件的交货期为6个月以上,之前的交货期通常仅为2-3个月,来自美国、日本和德国的零部件交货时间显著增加,主要短缺的产品有高级传感器、精密温度计、MCU和电力线通信(PLC)设备。由于半导体零部件的持续性短缺,部分相关零部件厂商京瓷、Edwards等均有扩产计划,将有助于缓解半导体零部件短缺问题。ASML预测2023年半导体零部件的短缺将有所缓解。
2021年大陆半导体前道设备厂商北方华创、中微公司、拓荆科技、华海清科、芯源微、盛美上海、中科飞测毛利率均值为42%,同时以上大陆半导体设备厂商直接材料费用占营业成本比例平均值为90%。结合起来测算,半导体零部件占半导体设备市场规模的比例估计在50%,而2021年前道晶圆制造设备规模约为875亿美元,因此对应半导体零部件市场规模预计430亿美元以上,中国大陆市场约为850亿元人民币。
此外,设备零部件除了直接对设备厂的供应外,在晶圆厂方面,据芯谋研究口径,2020年中国大陆晶圆线8英寸和12英寸前道设备零部件采购金额超过10亿美元。因为晶圆厂设备零部件和材料一样也具有耗材属性,按照2020年中国大陆半导体材料占全球18%来估算,预计全球晶圆厂对前道设备零部件采购金额约为56亿美元。2021年增长16%,预计全球市场约为65亿美元,中国大陆市场约为85亿元人民币。
结合设备厂及晶圆厂采购金额,我们保守测算全球半导体零部件市场规模预计接近500亿美元,中国大陆市场超过900亿元人民币。
根据国产设备厂商披露的采购零部件类型比例,例如拓荆科技主要产品为干法设备,其机械类+机电一体类零部件占比分别达到41%,电气类占比也较高达到27%;而华海清科的主业CMP设备为湿法设备没有真空反应腔,没有气体反应的设备,零部件成本中机械零部件的占比往往较高,华海清科2021年采购额中,机械标准件+加工件占比高达67%。
晶圆厂采购结构方面,从芯谋研究统计数据来看,大陆晶圆厂采购零部件中金额占比较大的主要有石英件(Quartz)、射频电源(RFGenerator)、各种泵(Pump)等,占比在10%及以上,此外还有各种阀门(Valve)、吸盘(Chuck)、反应腔喷淋头(ShowerHead)、边缘环(EdgeRing)等零部件。
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