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硅晶圆片供需状况分析研究报告
http://www.tianinfo.com   2018-01-11   天拓咨询发布

    硅晶圆片是占比最大的IC制造材料,约占制造成本的三分之一左右。自2009年以来,受经济危机影响,全球硅晶圆片市场规模急剧下滑;2010年反弹之后,2011年到2013年,由于300mm大硅片的普及,硅片单位面积的制造成本下降,企业扩能竞争激烈,导致全球硅片的市场规模连续两年下滑,2013年约75亿美金左右。2014年以来受汽车电子及智能终端的需求带动,全球硅晶圆片出货量开始复苏。到2016年下半年以来,全球硅晶圆片出现供不应求的局面,前几大硅片供应商的产能利用率均达到100%,甚至部分供应商开始调用紧急备用硅片,部分小型的晶圆制造厂由于无法拿到足够的硅片而被迫减产,导致部分IC芯片供应不足,硅片的市场的产品价格也大幅上涨了60%。
    硅晶圆价格暴涨主要原因是过去十年来硅晶圆市场下游需求的稳定增长。2016与2007年相比,制造一颗IC面积减少了24%以上,2016年IC面积0.044平方英寸/颗,而2007年0.058平方英寸/颗,1年约减少2~3%。但来自终端需求成长,带动硅晶圆需求量每年约成长5~7%,故整体硅片面积每年呈3~5%的成长。而据DIGITIMES的数据,自2006年至2016年上半,半导体硅晶圆产业历经长达10年的供给过剩,大多数硅晶圆供货商获利不佳,使得近年来供给端动作相当保守,导致2017年起12寸及8寸硅晶圆陆续出现供给吃紧状态,估计2017年第4季12寸硅晶圆平均售价可望较2016年同期成长20~30%,2018年第4季较2017年同期将再成长20~30%。根据Gartner的预测,到2020年全球硅片市场规模将达到110亿美元左右。
    从硅片种类来看,目前主流的硅片为300mm(12英寸)、200mm(8英寸)和150mm(6英寸)。其中,300mm硅片自2009年开始市场份额超过50%,到2015年的份额已经达到78%,预计2020年将占硅片市场需求大于84%的份额。在硅晶片选择方面,12英寸硅晶片出货量之所以在近些年来快速增长,主要原因在于CPU/GPU等逻辑芯片、Memory存储芯片市场大部分都是采用12英寸晶圆制造。不过,除了CPU/GPU和Memory等先进的芯片以外,更多的芯片使用的都是8英寸晶圆,如汽车半导体、指纹识别和摄像头CIS芯片。
    图1:全球硅晶圆出货量和市场金额


    从全球来看,硅材料具有高垄断性,全球一 半以上的半导体硅材料产能集中在日本,尤其是随着尺寸越大、纯度越高,垄断情况就越严重。日本信越、日本SUMCO、中国台湾环球晶圆、德国Siltronic、韩国SKSiltron五大供应商共占据全球硅片市场的92%。在技术水平要求更高的12英寸硅片市场,五大供应商的市场占有率超过98%,其中原排名第六的中国台湾环球晶圆公司在2016年连续收购丹麦Topsil公司和美国SunEdison公司,市占率达到17%跃居第三位,进一步巩固了自己的行业地位。
    图2:2016年12英寸硅片全球市场


    在缺货涨价常态下,占市场领导地位的晶圆厂纷纷抢下硅晶圆产能,而硅晶圆供应商也是优先保证这些大客户。例如台积电和联电抢下硅晶圆产能,分别与两大日系硅晶圆供应商签订短中期合约,台积电为确保供货已与硅晶圆厂协商未来2年合约,其中2018年涨幅达2成;美光、英特尔、格芯等也早已提前签约包下产能等等。对于国内客户未来3年的新产能,多数硅晶圆厂要求价格从135美元起跳来谈,且要求先付一大笔保证金,除了对国内半导体厂拉高买卖门槛,更对于其他半导体厂建立报价底线,若不肯接受110~120美元价格,很多陆厂愿意付更高价格包下产能。环球晶圆不久前表示,其12寸硅晶圆订单已接到2019年,而信越、胜高等大厂的产能也早已被三星、美光等大厂锁定。
    国内8英寸和12英寸硅晶圆片需求旺盛,吸引众多企业投资。在国内,小尺寸4~6寸硅晶圆(含抛光片、外延片)上的年产量约为5,200万片,国内基本已自给自足,而8寸的自给率仍很低,12寸硅晶圆几乎没有。主要原因在于目前国内还没有掌握高纯大硅片技术,技术障碍主要是硅的纯度和大尺寸硅片的良率问题。
    对于先进工艺的半导体单晶硅片,纯度需要达到11个9以上(即99.999999999%),而大尺寸硅片对倒角、精密磨削等加工工艺要求高。目前,国内具备8寸硅晶圆及外延片量产包括浙江金瑞泓、昆山中辰(台湾环球晶圆)、北京有研总院、河北普兴、南京国盛、中国电科46所以及上海新傲,合计月产能为23.3万片/月;而国内对8寸月需求量约80万片,预估2020年将达到750万~800万片,供需失衡严重。至于12寸硅晶圆目前国内完全依赖进口,而月需求达50万片,预计2018年月需求达110万~130万片。
    强大的供需缺口吸引了大量企业进入市场,传统制造商日本胜高(Sumco)、台湾合晶科技都兴起了新建产能的计划,日本拟扩产12寸硅晶圆产能11万片/月,2019年投产;台湾合晶科技拟于河南郑州扩建12寸晶圆产能20万片/月,预计于2018年初投产。国内也有大量的企业进入硅晶圆市场,其中2017年下半年就有宁夏银和、Ferrotec、晶盛机电、中环股份等公司大举投资进入。但是目前明确表明能投产计划的主要是上海新阳,公司计划于2018年中旬实现12英寸大硅片良率提升并批量供货15万片/月;后期将持续规划最终实现总产能60万片/月。
    尽管2017年有大量企业投资,但硅晶圆厂的扩厂本身也有极高的资本和技术门槛。盖一座新硅晶圆厂产能至少要10万片,而成本需4~5亿美金,硅晶圆样品出来后,后续还需晶圆厂、封测厂等下游产业链测试认证。盖厂加认证,估计1.5~2年才能量产。因此,保守估计,国内企业的全面投产也要在2020年以后。
    如果上述项目都能实现量产目标,那8英寸硅片基本能满足现有的供需缺口,但是从正常的投产流程看也要等到2020年以后;至于12英寸硅片,要真正实现量产对技术和工艺要求非常高,其最大的技术难点就是长晶技术,并且下游市场对晶体的缺陷和金属杂质含量非常敏感,目前12英寸大硅片只有全球前四的厂家才有量产技术。比如韩国LG现在也只能做到40%至50%的良率,而要达到87%以上良率,项目才有可能盈利。目前国内尚未突破技术壁垒,如重庆超硅公司2016年4月就在试生产12英寸硅片,但至今尚未公开宣布量产。而上海新昇尚在产品评测阶段。目前,国内12英寸硅片的供需缺口约40-60万片/月,从Sumco的需求预测数据对比来看,即便上海新昇投产成功,2018-2020年,12英寸硅片全球供需缺口依然在15-20万片/月以上。
 

 

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