6月11日,在南京举办的世界半导体大会《国际第三代半导体产业发展高峰论坛》上,赛迪顾问新材料产业研究中心总经理李龙正式发布《2021半导体材料产业演进发展白皮书》,并做主题报告。

 

赛迪顾问新材料产业研究中心总经理李龙

 

我的汇报分为四个部分,首先第一个我们来看一下半导体材料的演进,首先我们来先给半导体材料进行一个分类,我们给半导体材料分为三类第一类是基体材料,主要就是指这个元素半导体材料,这其中绝大部分是硅晶圆的半导体材料和化合物半导体材料,这个是基体材料。


第二部分是前端的制造材料,这个是指将硅晶圆或者是化合物半导体加工成芯片所需的各类材料,包括光刻胶、光掩膜、电子特气、抛光材料等等。


第三类是后端的封装材料,主要是指将加工成芯片封装切割过程中所用到的材料,这包括芯片的连接材料,陶瓷封装材料,键合丝、引线框架框架、封装机板、切割材料等等。


然后让我们来回顾一下半导体材料的发展史特,半导体材料发展到今天可以说分为四代。


第一代半导体材料主要是指Si、Ge的元素半导体材料,其中硅基芯片广泛应用在了消费电子、移动通信、工业控制、轨道交通、航空航天、新能源等领域。


第二代半导体材料主要的砷化镓和磷化铟为代表的化合物半导体材料主要是用于制作高速高频大功率电子器件和高性能微波毫米波器件等等,广泛应用在微波通信,光通信、卫星通信,光电器件等领域。


第三代半导体材料也是今天我们这个会议的主题,是指以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料,用于制作高温、高频大功率和抗辐射的电子器件,应用于半导体照明、5G通信,卫星通信、轨道交通等等领域。


第四代半导体材料这个主要是指以氧化镓、金刚石、氮化铝为代表超宽性带半导体材料以及以锑化物为代表的超窄半导体材料。


超宽禁代半导体材料与这个第三代半导体材料它的应用重合有交叠那超窄近代这个材料具有宜激发高迁移率的特性,用于这个探索器和激光器等领域,然后我们会看到今年各个给国家申报的项目里面,已经开始有跟这个氧化镓相关的一些项目的研究申报了。


然后接下来,我们来了解一下半导体材料行业的一个发展概况。首先我们来看到全球半导体材料市场发展的一个总体情况,全球半导体材料市场规模在2020年增长了4.9%,营收达到了553.1亿美元,其中晶圆制造材料,这里它是包含硅片的,就是那个基体材料和封装材料,它又给分了两类,这两类的营收分别在2020年达到了349亿美元和204亿美元,分别同比增长6.5%和2.3%,那在晶圆制作材料的细分市场中,增长最为强劲的是光刻胶和光刻胶的辅材。


湿化学原料以及抛光材料,而封装材料主要是来自于封装机板和键合丝的市场的一个推动,同这个区域格局来看,中国地区突飞猛进以40%的市场份额排名第一,其中中国台湾地区凭借着芯片的工艺制造和封装技术,连续12年成为了全球最大的半导体市场和地区,规模达到了124亿美元,市场占比22%,我们中国大陆市场占比为18%,是全球增速最快的一个地区。


由于新冠疫情的影响,经济还有全球去工业化这么一个大的背景下,欧美地区有不同程度的一个下降。
我们再来看到全球硅片行业的一个发展现状,2020年全球的硅片行业虽然面临着全球半导体工业链转移和新冠肺炎疫情的压力,它的出货量确实在逐渐的复苏,出货面积达到了119.57亿平方英寸增长2.4%,随着疫情的延续全球范围内的商业和服务模式正在加速改变,预计未来几年对硅晶圆片的一个市场需求将会保持一个持续增长的态势,并且有望在2023年攀升至历史的新高,那从这个硅片行业的产品结构来看,全球的半导体硅片市场主流产品是12英寸和8英寸硅片,且12英寸的大硅片占比正在持续的上升,份额已经超过了60%。


在5G、物联网、人工智能、云计算和大数据等技术的快速发展下,这些将会为12英寸硅片提供一个强劲的市场需求,从区域分布来看,全球的半导体硅片市场集中度较高,全球一半以上的半导体硅片材料产能集中在日本。


然后目前,日本信越化工、日本Sumco、德国Siltronic、中国台湾环球晶圆与韩国LGSiltron等全球前五大半导体硅片厂商他们的市场份额总和已经超过了95%,继续保持着一个寡头垄断的格局。


下面我们来看到中国的半导体市场的一个发展情况,2020年中国半导体市场规模达到了673.6亿元,增长12%,比刚才全球的增速是要高的,将近达到了一个两倍的情况,然后我们中国的半导体市场超过了韩国,在全球半导体市场中排名第二,从市场的产品结构来看,硅和硅基材料的市场占比最大,达到33.2%,其次为电子气体占比13.9%,然后掩膜版排名第三,占比为12.4%。


接下来让我们看一下,我国的第三代半导体材料产业它的一个发展现状,首先从产业的政策环境来讲,国家和各地政府出台了多项政策来促进三代半材料产业的快速健康有序的发展,这些政策内容会涉及到一些人才培育,科研奖励,项目招商,生产激励等等多个方面。


那从层面来看,目前第三代半导体材料仍然处在市场启动的一个早期阶段,国内外的研究水平相差不大,那中国的三代半企业已经从小批量的研发模式转向了规模化商业化的生产模式,重构技术环节和性能都在趋于稳定,规模化生产工艺和产品的性价比等等也逐步得到了市场的认可,中国已经有很多家材料产业,他们的产品获得了下游用户的验证机会,进入了多个厂商的供应链。


2020年我们三代半企业它们相关的专利申请数量突破了一百件,这其中从那边来看,氮化镓的专利申请量达到66.7%,碳化硅是达到了33.3%,也是首次氮化镓的专利申请数量超过了碳化硅。


从区域分布来看,我国的三代半材料企业分布大概集中在5个地区:
第一,京津冀地区。这个地区的特点是研发实力是全国最强,并且具有较强的碳化硅研究基础和产业链基础。


第二,长三角地区。主要是以氮化镓为主,侧重电力电子和微波射频,其中上海和江苏等地已经将三代半作为了一个重点的发展方向。


第三,珠三角地区。这个地区在半导体、照明领域全国领先,是我国三代半产业的南方基地,因为也有宽板半导体材料、功率器件以及应用技术创新中心这么一个衬号。


第四,闵三角地区。主要是以由三光电为代表的第三代半导体龙头企业,有效代表了产业链上下游的发展。


第五,中西部地区。这个地区的特点是科研实力和军工的应用基础雄厚,已经涌现出了一批三代半的企业。


最后我们来看一下我国三代半材料的市场情况,在5G、新能源汽车、能源互联网、轨道交通等下游应用快速发展的带动下,以及国家政策的大力扶持下,2020年三代半衬体材料的市场持续保持高速增长的态势,市场规模达到了9.97亿元,同比增长26.8%,我们预计到2023年这个数将突破20亿元。


这个是我们基于三代半市场的产品结构和应用结构的数据分析,因为时间关系我就不详细展开来讲了。
最后我们来看一下第三代半导体产业它的发展研判,首先看面临的挑战,我国的挑战我们总结为两个方面:
第一,国内企业它相对较小,抗风险能力较差,国内的三代半产业多为高校和科研机构他们技术转化出来的企业,企业存在着实力相对弱小、抗风险能力差,在产业链中的地位和话语权不足等等这些问题。


第二,应用市场推进缓慢,市场需求可能不及预期。下游应用大致分为两类,一类是不可替代的,也就是指我们三代半材料它的性能只有它能满足要求的,比如说5G通信。第二类是可以替换的,替换原有功率器件的这么一个市场。然后,我们原有的功率器件它现在仍然是市场的主流,它占据着绝大部分的份额,它的功率器件的一些性能仍能满足现在的市场需求,所以基于这两种情况来看,我们下游的市场需求可能会不及预期,但是市场前景是非常良好的。


第二个是赛道的选择,我们会纳为三点:
第一,把握新基建带来的新机遇。5G基站、新能源汽车的充电桩、特高压、轨道交通四个关键领域值得持续的关注。
第二,为了匹配日益增长的市场需求,企业可以通过调整业务领域,扩大产能供给,整合并购等方式,强化自身在三代半领域的布局。
第三,现在三代半的材料已经逐步进入了各类车企集团主流的供应链当中,碳化硅作为关键材料,将成为三代半材料领域的一个布局热点。


最后是赛迪建议,我们给出了两点建议:
建议一:国内企业应向IDM模式转变,第三代半导体的性能和材料、结构设计和制造工艺它的关联紧密,而且我们制造产线的投资额相对较低,建议国内企业为了确保自身的竞争优势,可以向IDM模式转变。


建议二:夯实支持,夯实支撑产业链的公募研发与服务等基础平台。首先是建设专业化的国家技术创新中心和公共研发和服务平台,突破产业化的关键技术,解决创新资源薄弱,创新成果转化难等问题。其次是搭建国家级的测试验证和生产应用的示范平台,降低企业的创新应用门槛。