半导体材料化学品行业展望调研投资分析报告.docx
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半导体材料化学品行业展望调研投资分析报告
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1、智能驾驶和万物互联领域应用并起，半导体行业迎来新增长周期
人工智能和万物互联领域应用逐渐兴起，驱动半导体行业迎来新增长周期。
人工智能（AI）和物联网（IoT）两大领域兴起，将给人们未来的生活和工作带来巨大变化。
AI方面，智能驾驶技术有效减少交通安全事故、降低交通拥堵、减少温室气体排放而成为汽车领域发展的重要方向，全球智能驾驶规模将从2016年40.0亿美元增长至2021年70.3亿美元；IoT方面，全球IoT规模将从2015年的7000亿美元增长至2020年的1.7万亿美元，其中“工业以太网”作为工业4.0的基础器件，实现各个设备在工业条件下稳定可靠的信息交流，通过“智慧互联”达到提高工作效率和降低人力成本的作用；智能家居以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术和安全防范技术等构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，为人们提供更加便利和更加可靠的家居生活条件。
未来智能驾驶和智慧互联领域涉及传感、控制和通信方向芯片需求的快速增长将成为半导体行业进入新增长周期的主要驱动力。
1.1、智能驾驶技术驱动车用半导体市场增长
智能驾驶是利用车载传感器来感知车辆自身状态和周围环境，并根据感知所获得的路径、车辆位置和障碍物信息通过自动操纵执行机构来控制车辆的速度和转向。
它是一个集导航、环境感知、控制与决策、交互等多项功能于一体的综合智能系统。
智能驾驶技术能够起到减少交通安全事故、大幅降低交通拥堵程度、改变用车习惯、减少温室气体排放、帮助特殊人士出行和节约城市空间的作用。
目前两大权威机构美国机动工程师协会（SAE）和美国高速公路安全管理局（NHTSA）都对智能驾驶技术进行了划分。
SAE将智能驾驶程度分为5个级别，
它的分类标准是按照司机从完全掌控驾驶到汽车完全自动驾驶，从无自动化到完
全自动化展开的。
NHTSA将智能驾驶技术分为0-4级，两者之间划分原则基本相同。
表1：
NHTSA智能驾驶分级
在智能驾驶技术发展方向上，目前存在有两大流派：
其一是传统车企，它们采取温和渐进的策略，讲究从Level1至Level4的循序渐进。
首先以高速公路为中心实现自动驾驶技术，然后逐渐推广到主要公路乃至普通公路，希望通过每一代车型搭载的ADAS高级驾驶辅助系统不断升级的方式，直到最后实现完全自动驾驶。
2015年7月沃尔沃全新XC90上市，搭载了沃尔沃自主研发的Sensus
智能车载交互系统的SUV，实现了半自动驾驶技术的最早商用。
宝马公司则在
其全新7系汽车上应用了包括转向辅助系统和车道偏离警告系统在内的多项半
自动驾驶功能，并且支持远程遥控停车/出车位。
国内的长安汽车已于2016年4
月试驾2000公里，成为中国首个实现长距离智能驾驶的汽车企业。
其二是科技企业新进入者，他们选择了一条不同的道路，试图一步到位直接达到Level4的境界。
例如谷歌的智能驾驶汽车仅设置启动和停止两个功能按键，车辆行驶、道路选择等均由车载电脑操控。
其与传统车企的最大争议在于是否使用激光测距仪。
目前，谷歌已经在美国多地测试了56辆智能驾驶汽车，行驶里程超过240万公里，研究显示，在每161万公里的行程中，谷歌智能驾驶汽车约发生3.2次车祸，而司机驾驶的汽车会发生4.2次车祸，谷歌智能驾驶汽车可以有效降低车祸发生概率。
图1：
谷歌历代智能驾驶汽车
根据iiMediaResearch预测2016年全球智能驾驶汽车市场规模为40.0亿美元，预计至2021年全球智能驾驶规模将达到70.3亿美元，复合增长率高达11.8%。
图2：
全球智能驾驶汽车市场规模
市场研究公司IHS预测，2025年全球智能驾驶汽车销量将达到60万辆，2035年将达到2100万辆，届时智能驾驶汽车保有量将达到5400万辆。
根据IC
Insights预测，2012年每辆汽车的平均半导体成本为440美元/辆，2015年增加到520美元/辆，预计2018年全球汽车单车半导体消费量将达到610美元/辆，后续将持续增长。
与此同时，世界范围内车用半导体在产业链产业链下游占比将从2014年的7.6%提升至2019年的9.4%，并将进一步增长。
根据信息技术研究和分析机构Gartner预测，车用半导体的市场规模在2017年将达到343亿美元，在2018年有望进一步增长7.2%至368亿美元。
图3：
全球智能驾驶汽车销量（单位：
万量）
图4：
全球汽车单车半导体成本变化趋势
智能驾驶的核心是高级驾驶辅助系统（ADAS），ADAS能够大大提升车辆和道路的安全性,同时算法和半导体芯片是ADAS系统的核心。
目前，Intel、NVIDIA、松下、高通、三星和索尼等厂商，正在积极布局ADAS相关的传感器、ECU、MCU、运行系统、芯片系统等。
ADAS芯片作为ADAS功能模块中控制器的主要硬件载体占ADAS总体价值的10%～20%。
根据IHS预测，2020年全球ADAS芯片市场空间将达到248亿元，2016至2020年期间复合增长率高到10%。
图5：
全球ADAS芯片市场规模
由于看好智能驾驶前景，行业相关公司纷纷布局核心半导体芯片领域，恩智浦（NXP）在2015年以118亿美元并购飞思卡尔（Freescale）,大幅扩张车用半导体领域的市占版图；2016年10月高通（Qualcomm）宣布将以470亿美元
并购NXP，积极布局智能驾驶领域。
2017年英特尔（Intel）在美国圣荷西开设自动驾驶工厂，通过与宝马合作，共同研发自动驾驶。
，Intel以153亿美元高价收购ADAS行业龙头以色列Mobileye，实现提前5年进入自动驾驶市场；2日三星获得韩国政府批准在公共道路上获准测试智能驾驶汽车，三星电子旗下自动驾驶汽车在现代公司雅尊产品上搭载雷达、摄像机等各
种传感器，采用人工智能、深度学习技术，将以软件服务和配套零部件为未来布
局方向。
由此可见，智能驾驶汽车的广阔市场空间将进一步驱动车用半导体市
场的快速增长。
1.2、万物互联领域半导体芯片需求量大
物联网（InernetofThings，IoT）是通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的应用具体体现在工业生产和日常生活两方面，工业以太网”作为工业生产的基础器件实现生产设备的“智慧互联”；智能家居作为物联网在日常生活中的应用，通过智能芯片分别实现家用电器的“智慧互联”。
根据JuniperResearch的预测数据显示，2015年物联网设备接入量为134亿部，到2019年将达到385亿部，过去的“哑巴”产品将变成智能产品，互相之间可以交流。
根据市场研究公司IDC预测,全球物联网市场规模将从2015年的7000亿美元增长至2020年的1.7万亿美元,复合增长率高到达20%。
中国市
场方面，2015年物联网产业规模达到7500亿元人民币，预计到2020年将达到
1.8万亿元。
图6：
全球物联网市场规模预测
图7：
中国物联网市场规模变化
世界范围“工业4.0”的推进中，工厂生产智能化，实现设备之间“智慧互联”成为发展趋势。
工业以太网是指技术上与商用以太网兼容，但在产品设计时，在材料的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。
据HMS的统计，全球工业通信市场中现场总线仍然占主导地位，市场份额中占比66%，由于简单、传统和可靠，仍以每年约7%的速度增长；工业以太网占比34%，以每年约17%的速度增长。
随着系统复杂程度的增加，大部分现场总线难以满足平台通用性和系统性能的要求，工业以太网正在成为控制系统网络发展的主要方向，具有巨大发展潜力。
图8：
工业以太网占据34%的全球工业通信市场
工业以太网的核心硬件设备是工业以太网交换机，根据IHS的统计数据，2015年工业以太网交换机销售额达到16.07亿美元，同比增长8.3%，预计2016~2018年将保持8.6%的复合增长率。
图9：
工业以太网交换机销售额
在智能家居领域，2014年全球智能家居市场规模已经达到410亿美元，预计将位置80亿美元的年均增速至2018年达到710亿美元。
根据BusinessInsider
的预测，未来几年智能家居领域将持续高速增长，美国方面至2020年使用智慧
家居的家庭数将达到2450万户，复合增长率为39.7%，中国将达到210万户，复合增长率为47.6%。
图10：
2020年全球主要国家智能家居家庭数预测
在IoT中涉及半导体芯片的应用包括传感、控制和通信三个领域。
其中，传感器是物联网三大层次结构之一感知层中的重要组成部分，是物联网实现的基础和前提，在IoT硬件市场中传感器约占有20%。
随着IoT应用的日益广泛，传感器这一数据主要来源的最前端设备呈现出快速发展态势。
2007年全球大约有1000万个传感器将各种类型的人类发明连接到物联网上。
2013年，这一数据达到35亿个，到2030年预计将达到100万亿个。
根据WSTS统计，全球传感器芯片市场规模已从2015年的88亿美元迅速上升至2016年108亿美元，涨幅高达
22.7%。
根据中商产业研究院全球传感器市场规模已从2012年的952亿美元迅
速上升至2016年的1741亿美元，复合增长率高达16.3%，未来5年预计仍将
保持15%以上的增长速率。
图11：
全球传感器市场规模
未来微型化、低功率、高集成度、低成本的硬件将成为IoT传感器的发展趋势。
随着IoT产业的快速发展，各类终端产品的数量将达到100亿以上的规模以上，从而带动半导体行业进入新增长周期。
综上所述，未来智能驾驶和万物互联涉及传感、控制和通信方向芯片市场将迎来快速增长,受此驱动，半导体行业将进入新增长周期。
2、国内半导体行业快速增长，带动半导体材料化学品需求快速释放。
2.1、全球半导体市场持续高温
根据SIA统计数据，2016年全世界范围内半导体市场份额为3389亿美元，再创新高。
半导体按照产品类别划分主要由四部分组成：
集成电路（IC），光电器件，分立器件和传感器。
其中IC又可分为微处理器，模拟电路，逻辑电路和存储器。
2016年上述四种分类占比分别为IC占比81%，光电器件占比9%，分立
器件占比6%，传感器占比3%。
其中IC四种分类中占比分别为逻辑电路占比27%，存储器占比23%，微处理器占比18%，模拟电路占比14%。
图12：
2016年世界半导体产品结构
根据WSTS统计数据，从1986年到2016年，世界半导体市场整体呈现增长趋势。
2014年后，世界半导体市场增长趋于稳定，美国、欧洲和日本市场份额均出现下滑，亚太区（除日本）市场依旧保持快速增长势头。
其中，中国半导体市场是亚太区的主要贡献者。
在过去30年受下游需求推动，半导体应用领域技术持续升级，已经由传统PC端及相关联产业向移动产品市场转移，先进AR和VR领域突破进一步推动了高端芯片的研发和应用，未来随着人工智能（AI）和物联网（IoT）等创新领域的开辟，智能家居、工业机器人等产品将带动整个半导体行业进入新的增长周期。
图13：
下游需求推动半导体行业持续发展
2.2、以中国为首的亚太区市场成为增长主力
WSTS统计显示，2016年全球半导体市场低开高走，最终以1.12%的小幅增长收官；局部区域方面，欧美市场从2014年起持续下滑，亚太区（除日本）市场持续保持高速增长，日本市场在2015年出现下降后也在2016年再度迎来回升。
由于欧美传统市场逐渐趋于饱和，新兴亚太市场因强劲增长已经成为世界半导体市场的主要驱动力。
2016年全球半导体的低开势头下，WSTS在2016年5月甚至出现2.4%衰退的悲观预测，但是随着第三季度亚太市场的火热表现，最终2016年全球市场依旧以微弱增长态势收官，由此可见，亚太区在未来全球半导体市场中将持续处于决定性地位。
一方面，欧美市场传统PC业务进一步萎缩，智能终端市场需求逐步放缓，行业龙头英特尔公司净利率下滑10%；另一方面，亚太地区以中国市场为核心的面向云计算、大数据、AI和IoT的需求正在形成爆发势增长，因此，
未来IC产业发展将出现新的格局，面临新的行业态势。
图14：
2015Q3至2016Q4世界半导体市场走势
图15：
2014年至2016年世界半导体市场增长率
根据中国半导体行业协会（CSIA）统计中国IC市场份额由2001年的1260亿元增长至2016年的12000亿元（约1744亿美元）；销售额由2001年的138
亿元增长至2016年的4335.5亿元。
其中，2016年中国IC产业销售收入同比
增长20.1%，主要包括设计，制造和封装测试三大环节。
2016年，中国市场半
导体设计业继续保持高速增长，销售额为1644.3亿元，同比增长24.1%；制造
业受到国内芯片生产线满产以及扩产的带动销售额为1126.9亿元，同比增长
25.1%；封装测试业销售额为1564.3亿元，同比增长13%。
图16：
2001年至2016年中国半导体产业及销售增长趋势
根据SEMI统计，在2017-2019年间，预计全球新建62条晶圆加工产线，其中在中国境内新建数量达到26条，预计2017年中国兴建晶圆产线的支出金额将达到40亿美元。
目前，国内在建晶圆产线高达12条。
随着新建产线的逐步达
产，晶圆加工产能释放对于半导体材料化学品的年需求量每条产线均在1万吨以
上，未来国内半导体行业上游材料化学品市场空间广阔。
表2：
国内在建晶圆产线
3、国家政策支持核心半导体材料自给率提升
3.1、半导体产业链涉及材料化学品简介
半导体IC产业的整条生态链主要分为电路设计、芯片制造和封装测试三个环节，此过程涉及的部分材料也称半导体材料化学品，半导体材料化学品主要分布在芯片制造环节和封装测试环节。
前端芯片制造涉及半导体材料化学品包括：
晶圆、光阻材料（光刻胶）、电子特种气体、超净高纯试剂、CMP抛光液、CMP抛光垫和溅射靶极材料。
后端封装环节涉及半导体材料化学品包括：
引线框架、IC载板、锡球材料、膜封材料、键合金丝和聚酰亚胺材料。
图17：
IC产业链
芯片制造包括晶圆生产和芯片加工两个主要环节，目前世界范围内，只有Intel和三星这样的公司具有自己的晶圆生产厂，能够一手包办IC设计、晶圆生产，芯片加工、封装测试和输出客户的全产业链环节。
多数厂商没有中间的晶圆生产能力和芯片加工能力，只具有芯片架构设计能力，此类公司例如苹果、华为等称作Fabless（简称Fab），Fab会从晶圆生产厂采购晶圆后委托代工厂（Foundry）
加工,最终将产品输出客户。
2016年12月根据BusinessKorea报道，三星有意剥离晶圆加工厂专注于芯片研发。
由此可见未来芯片制造世界主流厂商将结合自身特点和市场变化逐步转变业务经营模式。
晶圆的生产环节涉及电子特种气体、超净高纯试剂、CMP抛光剂、CMP抛光液和晶圆产品本身五类半导体材料。
具体过程为：
首先从沙子中提取硅（Si）单质，利用碳以氧化还原的方式将普通沙子还原成粗硅（纯度高于98%），利用西门子法（Siemensprocess）将粗硅与盐酸反应经提纯制备出更高纯度的多晶硅,也称电子级硅（EGS），后续EGS通过切克拉斯基法（czoralski’sprocess）获得高
纯单晶硅柱：
即以单晶硅种（seed）与液体表面接触，一边旋转一边向上拉起
（拉晶），从而获得冷却后的单晶硅柱。
单晶硅柱经过后续：
切片->倒角->研磨
->腐蚀->清洗->抛光->湿法刻蚀->退火等过程最终制备出晶圆。
图18：
晶圆生产流程及涉及电子化学品环节
在晶圆加工环节涉及电子溅射靶、光阻材料、掩膜版材料、超净高纯试剂、电子特种气体、CMP抛光液和CMP抛光垫七类半导体材料化学品。
具体过程主要包括薄膜工艺、图形化工艺和掺杂工艺三个大环节，根据IC设计需要三个环节不断循环添加不同材料成分从而应用于具有不同功能的芯片。
首先在硅基表面通过化学过程外延生产一层SiO2绝缘层，将硅基半导体材料制备成SoI结构
（SemiconductoronInsulator）；在绝缘层SiO2表面旋涂一层光阻材料，利用
掩膜版材料遮挡在光刻机下曝光，经过显影和清洗获得所需图形，从而形成源级、
栅极和漏极。
由此完成一个循环，后期再经过多次循环最终形成多层逻辑器件结
构。
图19：
晶圆加工流程及涉及电子化学品环节
在封装测试环节涉及引线框架、IC载板、锡球、膜封材料、键合金丝和聚酰亚胺材料六类半导体材料。
封装过程较为复杂，同时中国本土公司长电科技、华天科技、通富微电和晶方半导体等公司均具有先进的封装能力，在国际市场占有相当优势，本系列报告首先关注前端晶圆制造材料的发展前景。
3.2、半导体材料化学品市场分析
世界半导体协会（SEMI）报道2016年全年世界半导体材料化学品市场销售额达到443亿美元，相较于2015年的433亿美元上涨2.4%。
其中最大市场台湾地区达到97.9亿美元（相较2015年增长3.9%），占比达到22.1%；排名第二
的韩国市场销售额达到71.1亿美元（相较2015涨幅0.2%），占比达到16.0%；
排名第三的日本市场销售额达到67.4亿美元（相较2015涨幅2.8%），占比达
到15.2%；中国大陆市场保持7.3%的最高增速，份额达到65.3亿美元，排名第
四。
排名靠后的包括北美、欧洲和世界其他地区。
图20：
2015年和2016年世界半导体材料市场分布
SEMI统计显示，2016年在晶圆制造过程中涉及的半导体材料市场份额达到247亿美元，相比于2015年的240亿美元，上涨3.1%；在封装测试过程中涉及的半导体材料化学品市场份额达到196亿美元，相比于2015年的193亿美元，上涨1.4%。
在SEMI统计的2014年的全球242亿美元的晶圆制造材料市场份额中，硅晶圆（rawwafer）的市场份额约为80亿美元，占比达33%，特种气体市场份额达到34.81亿元，占比17%；掩膜版市场份额达到32.19亿美元，占比15%；超
净高纯试剂市场份额27.27亿美元，占比13%；CMP抛光液和抛光垫市场份额
15.69亿美元，占比7%；光阻材料市场份额13.74亿美元，占比7%，靶极材料市场份额最低仅为6.29亿美元，占比3%。
截至目前为止，SEMI公布2016年掩膜版市场达到33亿美元，占比略有提升。
图21：
2014年世界晶圆制造材料市场分类
根据测量、测试和工业应用国际学术会议（ICMTIA）统计，2014年中国晶圆制造材料市场达到275.23亿人民币，其中晶圆材料本身市场达到104.59亿人民币，占比38%，超净高纯气体份额达55.54亿元，占比20%；特种气体份额达37.65亿元，占比达14%；掩膜版份额达36.61亿元，占比13%；CMP抛光液
和抛光垫份额达18.14亿元，占比6%；光阻材料市场份额仅为15.41亿元，占比达6%，溅射靶极材料市场份额依旧最低7.29亿元，占比达3%。
图22：
2014年中国晶圆制造材料市场
中国半导体市场份额与世界半导体市场份额分布略有不同，晶圆材料占比达到38%，高于世界范围的33%，受原料产地优势、人力成本优势和相关政策优势驱动，世界范围硅晶圆基础生产厂商向亚太地区迁移。
随着中国半导体市场的
持续高速增长，半导体材料化学品的需求随之快速增加。
3.3、国家政策支持核心材料自给率提升
ICinsights在2016年发布的数据显示从2006年到2015年的十年高速发展期间，中国在IC业务范围内自给率仍旧很低，随着半导体市场的逐年增长虽然自给率也在逐年上升，但是直到2015年也仅达到190亿美元，占整体市场份额
1390亿美元的13.7%。
同时，ICinsights统计数据仅限于芯片成品市场，如果细化到其制备过程的半导体材料维度的具体市场份额，预计各种核心半导体材料
化学品的平均自给率均将低于5%。
图23：
中国半导体IC芯片市场自给率较低
与此同时，国内在通信、工业、医疗以及军事等应用中，国产芯片成品凸显缺“芯”之痛，如何打破国外封锁，关键部件和核心材料的技术壁垒突破至关重要。
因此，半导体产业的发展已经上升到国家战略层面，近年来国内扶持政策层出不穷，具有代表性的“02专项”（《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》专项），从半导体加工制造领域带动上游晶圆、光阻等关键材料的市场发展，促进“十二五”期间国内半导体市场的持续增长；2014年国务院颁布的《国家集成电路产业发展推进纲要》，成立国家产业投资基金（俗称“大基金”），为IC企业的融资提供专项服务基金支持。
2015年国务院颁布的《中国制造2025》，提出2020年和2025年核心基础零部件和关键基础材料的自给率分别提高到40%和70%。
半导体材料化学品的自给替代符合国家战略导向。
表3：
国内IC产业政策
在国内利好政策的推动下，国内领先企业加紧海外并购，自给率提升的整体落实方案包括：
1）通过海外并购完成部分技术转让；
2）通过高薪聘请高水平IC行业人才实现技术突破；
3）利用生产加工本土化，发挥人力成本低等优势以提升市场自给份额。
综上所述，中国半导体市场的高温带动了产业链上半导体材料化学品需求市场的高速增长，按照“中国制造2025”规划在2020年实现核心器件和关键材料提给率提高到40%的目标，涉及核心技术的材料领域还存在很大差距。
较高的技术壁垒和海外公司政策限制使得国内企业无法在短时间内实现快速突破，此部分市场替代空间巨大，如何最终实现替代自给，需结合具体半导体材料化学品技术壁垒、市场趋势以及行业内相关公司发展战略进行具体分析。
4、晶圆生产和光阻材料技术壁垒短期内很难突破
目前国内和世界范围晶圆加工部分市场份额最高的是硅晶圆本身，占比在30%以上，属于此领域市场份额最大的材料；光阻材料的技术水平直接决定了晶圆加工的纳米尺寸，属于此领域最核心、技术壁垒最深的半导体材料化学品。
硅晶圆市场份额最大，产品升级需要突破多方面封锁。
硅晶圆在半导体化学品
市场中占比达30%以上，市场份额最大，其中12寸硅晶圆占比达63%，8寸硅
晶圆占比达28%。
目前国内寻求从8英寸到12英寸硅晶圆的生产技术升级，国
外公司从设备、原料和生产工艺三个方面联合限制中国晶圆生产技术的突破，同
时利用国家安全条款限制中国企业海外并购，中国晶圆产品难以通过其下游晶圆
代工厂的技术审核认证进入合格供应商行列，严重制约硅晶圆材料的业务发展。
核心光阻材料（光刻胶）技术壁垒最高，短时间内突破需要自主研发和海外并
购并举。
国内光阻材料的研发起步较晚，落后日本、美国等发达国家20年以上，
本土以外公司光阻材料在国内市场份额占有率达到85%以上。
受光刻机设备进口限制和光刻胶核心原料技术限制影响，光阻材料短时间靠自主研发攻克很难。
国内企业亟待通过海外并购，聘请高层次技术人员和开展跨国合作等方案实现技
术升级。
4.1、晶圆替代市场技术壁垒分析
晶圆（rawwafer），也称裸硅,是半导体芯片制造所需晶片（wafer）的基础材料，目前在行业研究中经常将晶圆与晶片的概念混淆，晶片是晶圆经过图8中所示的加工过程最终制备而成，而晶圆在目前行业研究报告中也被称作硅片。
4.1.1、晶圆尺寸发展回顾
晶圆的规格类型从1965年至2008年间已经从2英寸（50mm）增长到18英寸（450mm）。
市场主流尺寸可分为6英寸（150mm），8英
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