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中国半导体制造设备自动化市场研究报告

2019-06-14 17:11:46 出版:2019《直驱与传动》第3期

【中国半导体制造设备自动化市场研究报告】

半导体设备行业定义及分类

A.行业定义

半导体(semiconductor),指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体的分类,按照其制造技术可以分为:集成电路器件,分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类。

B.半导体设备制造行业主要设备概述

半导体行业种类繁杂,其加工需要的设备涉及各种分立器件的加工。半导体设备包括集成电路设备、分立器件设备、光电半导体设备、显示屏设备、光伏设备、LED照明设备、存储器设备、芯片设备。

B-1.集成电路设备

B-1-1.行业定义

集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。是20世纪50年代后期一60年代发展起来的一种新型半导体器件。

集成电路,就是把一定数量的常用电子元件,如晶圆、封装、电子级多晶硅等,以及这些元件之间的连线,通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。

B-1-2.发展现状

全球半导体设备销售较为稳定,大陆半导体设备销售额占比逐渐攀升。2016年全球半导体设备出货同比增长12.89%。2014年以后受大陆集成电路产业快速发展的影响,对半导体设备的需求大幅上升。

半导体制造设备行业上游为精密零部件,下游为相关的先进制造业。上游主要为精密零部件,由于国内工业基础薄弱,国内精密机械加工行业的技术水平相对落后制约了高端设备行业的发展,近年来逐渐有所改善。下游主要为集成电路、先进封装、LED、MEMS等先进制造业,下游产业的迅猛发展直接带来了对集成电路制造设备需求的扩张。

B-1-3.主要设备

加工集成电路需要的设备包括光刻机、刻蚀机、热处理设备、PVD设备等。

以集成电路的制作过程为例:设计-->晶圆制造(打磨,抛光,切片,抛光)--<晶圆加工(清洗、炉管、涂光阻、曝光、软/硬烤、显影、去光阻、蚀刻、掺杂、退火、镀铜、去铜)--<电性测量--<切割--<封装--<测试

B-2.分立器件设备

B-2-1.行业定义

半导体分立器件泛指半导体晶体二极管、半导体三极管简称二极管、三极管及半导体特殊器件。电子产品根据其导电性能分为"导体"和"绝缘体",半导体介于"导体"和"绝缘体"之间,半导体元器件以封装形式又分为“分立”和“集成”如:二极管、三极管、晶体管等。分立器件被广泛应用到消费电子、计算机及外设、网络通信,汽车电子、led显示屏等领域。

B-2-2.发展现状

分立器件比在全球半导体市场中占比5%~6%。分立器件与集成电路相对,由于不受原件面积限制,单个器件特性好,使用更为灵活,尤其是高功率场合,分立器件依然发挥着重要作用。随着电子整机、消费类电子产品等市场的持续升温,半导体分立器件仍有很大的发展空间。

B-1-3.主要设备

加工分立器件需要的设备包括点胶机、空压机、酸洗机等。

以二极管的制作工艺流程为例:1.氧化—光刻—扩散(氧化)—光刻—正面蒸发—退火—磨片—背面蒸发—合金管芯生产结束。2.测片—划片—检验合格管芯—装配—烧结(封装)—电参数测试—筛选—电镀—打印—成品管生产结束。

B-3.光电半导体设备

B-3-1.行业定义

半导体光电器件是指把光和电这两种物理量联系起来,使光和电互相转化的新型半导体器件。即利用半导体的光电效应(或热电效应)制成的器件。光电器件主要有,利用半导体光敏特性工作的光电导器件,利用半导体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。半导体光电器件如光导管、光电池、光电二极管、光电晶体管等;半导体热电器件如热敏电阻、温差发电器和温差电致冷器等。

B-4.显示屏设备

B-4-1.行业定义

显示器(display)通常也被称为监视器。显示器是属于电脑的I/O设备,即输入输出设备。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。根据制造材料的不同,可分为:阴极射线管显示器(CRT),等离子显示器PDP,液晶显示器LCD等等。

CRT:是一种使用阴极射线管(CathodeRayTube)的显示器,阴极射线管主要有五部分组成:电子枪(ElectronGun),偏转线圈(Deflectioncoils),荫罩(Shadowmask),荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳。它是应用最广泛的显示器之一,CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点。按照不同的标准,CRT显示器可划分为不同的类型。

LCD:LCD显示器即液晶显示器,优点是机身薄,占地小,辐射小,给人以一种健康产品的形象。LCD液晶显示器的工作原理,在显示器内部有很多液晶粒子,它们有规律的排列成一定的形状,并且它们的每一面的颜色都不同分为:红色,绿色,蓝色。这三原色能还原成任意的其他颜色,当显示器收到电脑的显示数据的时候会控制每个液晶粒子转动到不同颜色的面,来组合成不同的颜色和图像。也因为这样液晶显示屏的缺点是色彩不够艳,可视角度不高等。

LED:二极管的英文缩写,是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。通过发光二极管芯片的适当连接(包括串联和并联)和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器,而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。

B-4-2.发展现状

LED显示屏行业经过几年高速发展已经趋于饱和,常规产品一片红海,其细分行业小间距LED屏2013年起悄然兴起,开辟全新蓝海。小间距行业刚刚起步,需要技术和资金支持,LED显示屏领域龙头利用自身优势,提前布局,目前行业集中度较高,龙头效应显著。

B-5.光伏设备

B-5-1.行业定义

光伏是能光伏发电系统(Solarpowersystem)的简称,是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算器提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋提供照明,并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电力。天台及建筑物表面均会使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

B-5-2.主要设备

光伏设备主要包括硅棒/硅锭制造设备、硅片/晶圆制造设备、电池片制造设备、晶体硅电池组件制造设备、薄膜组件制造设备等5大类。

光伏组件工艺流程:电池检测--<正面焊接检验--<背面串接检验--<敷设(玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设)--<层压--<去毛边(去边、清洗)--<装边框(涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶)--<焊接接线盒--<高压测试--<组件测试--<外观检验--<包装入库。

B-6.LED照明设备

B-6-1.行业定义

LED(LightingEmittingDiode)照明即是发光二极管照明,是一种半导体固体发光器件。LED光源的LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。

B-6-2.主要设备

切割机、光刻机、回流焊、剥线机、移印机、激光打标机、抛光机等

以LED芯片生产为例:清洗--<抛光-<光刻-<切割-<测试分拣-<芯片成品

B-7.存储器设备

B-7-1.行业定义

存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备,存储器的主要功能是存储程序和各种数据,并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器是具有“记忆”功能的设备,它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。

构成存储器的存储介质,存储元,它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元,然后再由许多存储单元组成一个存储器。

B-7-2.主要设备

曝光机、光刻机、涂胶显影设备、离子注入机、清洗设备、刻蚀机等。

B-8.芯片设备

B-8-1.行业定义

芯片内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。芯片一般是指集成电路的载体,也是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果,通常是一个可以立即使用的独立的整体。芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节,其中晶片制作过程尤为的复杂。首先是芯片设计,根据设计的需求,生成的“图样”。

芯片的原料晶圆:圆的成分是硅,硅是由石英沙所精练出来的,晶圆便是硅元素加以纯化(99.999%),接着是将这些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆。晶圆越薄,生产的成本越低,但对工艺就要求的越高。

晶圆涂膜:圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力,其材料为光阻的一种。

晶圆光刻显影、蚀刻:过程使用了对紫外光敏感的化学物质,即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂,使得其遇紫外光就会溶解。这时可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了,而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。

掺加杂质:晶圆中植入离子,生成相应的P、N类半导体。具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始,放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式,使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层,但复杂的芯片通常有很多层,这时候将这一流程不断的重复,不同层可通过开启窗口联接起来。这一点类似多层PCB板的制作原理。更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层,这时候通过重复光刻以及上面流程来实现,形成一个立体的结构。

晶圆测试:过上面的几道工艺之后,晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的,组织一次针测试模式是非常复杂的过程,这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。数量越大相对成本就会越低,这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。

封装:制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需求去制作成各种不同的封装形式,这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。

测试、包装:上述工艺流程以后,芯片制作就已经全部完成了,这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品,以及包装

B-8-2发展现状

2010-2017全球芯片市场规模呈波动变化趋势,2014年较2013年增长7.89%。2016年上半年开局疲软,但是得益于2016年下半年定价的改善以及强劲需求,2016年全球芯片销售额较2015年增长2.6%。2017年增长率达到17%。

芯片产品的下游应用非常广泛,主要市场在智能终端、电脑、消费电子、工业、汽车、军事、医疗等领域。根据ICInsights的预估,2016年全球芯片行业下游市场大致分为通讯(含手机)、计算机、消费电子、汽车、工业/医疗、政府/军事等领域,其中最主要的市场是通讯和计算机领域,二者占比达到74%。其次是消费电子、汽车和工业领域。

就单纯芯片制造而言,在同质化竞争加剧和个性化需求增多的全球市场环境下,通用芯片产品制造的附加值越来越低,芯片制造业的高端价值增值环节已经向产品研发设计和运营、维护等服务生命周期转移,设计服务、专业化的IP服务、封测服务已经成为芯片制造领域取得新一轮竞争优势必不可少的生态环境,向服务型企业转化已经成为全球芯片制造业的重要趋势。

就整个芯片行业而言,在经济全球化深入发展和科技创新孕育新突破的时代背景下,芯片行业正在向全球化、精益化、协同化和服务化发展,未来将实现从“生产型”向“服务型”的转变,由“硬能力”建设向“软实力”提升的转变,从向用户提供产品和简单服务转变为提供系统解决方案和价值。生产性服务业特别是制造业的界线越来越模糊,经济活动由以产品制造为中心已经转向以服务体验为中心。

B-8-3主要设备

芯片生产过程中用到的设备主要包括:热处理设备、光刻机等。

工艺流程:湿洗--<光刻--<离子注入--<干蚀刻--<湿蚀刻--<等离子冲洗--<热处理--<快速热退火--<化学气相淀积(CVD)--<物理气相淀积(PVD)--<分子束外延--<电镀处理--<化学/机械表面处理--<晶圆测试--<晶圆打磨、封装

半导体设备行业自动化市场概述

作为典型的OEM行业,半导体设备行业涉及的产品类型较多。整体而言,在分立器件、集成电路专用设备行业以及光电半导体设备三个子行业自动化应用程度较高,使用到的自动化产品包括PLC变频器,HMI,以及伺服产品等都具有广泛的应用。

表:中国半导体行业自动化市场规模细分-2017

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数据来源:睿工业(www.MIRindustry.com)

图:中国半导体行业自动化市场规模细分-2017

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数据来源:睿工业

PLC市场

半导体设备行业PLC的市场规模与细分

半导体设备行业所用PLC主要包括大中型PLC和小型PLC,2017年分别占比31.9%、68.1%。

图:中国半导体行业PLC市场规模细分-2017

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半导体设备行业PLC市场份额

图:中国半导体行业PLC市场规模细分-2017

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半导体设备行业PLC市场份额

从业绩上看,以欧姆龙份额领先,其他PLC厂商如三菱、西门子、罗克韦尔紧随其后。

表:中国半导体行业PLC市场份额-2017

 截图20190610155632.png

数据来源:睿工业

图:中国半导体行业PLC市场份额-2017

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HMI市场

半导体设备行业HMI的市场规模与细分

半导体设备制造行业HMI产品包括TP,TD,PPC三种,其中TP占有较大市场比重。

表6:中国半导体行业HMI市场规模细分-2017

 截图20190610155730.png

数据来源:睿工业

图6:中国半导体行业HMI市场规模细分-2017

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半导体设备行业HMI竞争格局和市场份额

2017年半导体设备行业的HMI中,Pro-Face、Omron销售额较高。

表:中国半导体行业HMI市场份额-2017

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数据来源:睿工业

图:中国半导体行业HMI市场份额-2017

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变频器市场

半导体设备行业变频器的市场规模与细分

表:中国半导体行业变频器市场规模细分-2017

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数据来源:睿工业

图:中国半导体行业变频器市场规模细分-2017

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伺服市场

半导体设备行业伺服的市场规模与细分

伺服在半导体设备制造行业的应用主要使用松下的的,安川、松下、三菱,其占据了2017年销售额的大多数。

表:中国半导体行业伺服市场规模细分-2017

 截图20190611133905.png

数据来源:睿工业

图:中国半导体行业伺服市场规模细分-2017

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供稿:睿工业

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