一周解一惑系列：半导体封装测试设备及市场空间梳理

本周关注：双环传动、道森股份、奥来德、杭叉集团、精工科技本周核心观点：关注人形机器人产业催化及新能源板块回暖 全球半导体市场潜力巨大，半导体产业将向中国大陆转移。伴随全球信息化、网络化和知识经济的迅速发展，特别是在以物联网、人工智能、汽车电子、智能手机、智能穿戴、云计算、大数据和安防电子等为主的新兴应用领域强劲需求的带动下，全球半导体产业收入规模巨大。根据世界半导体贸易统计协会统计，全球半导体行业销售额由2017年的4,122亿美元增长至2022年的5,801亿美元，预计2023年销售规模为5,566亿美元；目前中国大陆正处于新一代智能手机、物联网、人工智能、5G通信等行业快速崛起的进程中，已成为全球最重要的半导体应用和消费市场之一。根据Ajit Manocha的统计，在2020年到2024年间，总计将有25座8寸与60座12寸晶圆厂建成，投入晶圆制造。其中包括15座12寸厂在中国台湾，15座在中国大陆。届时全球8寸晶圆的产能将提高近两成，而12寸的产能更将会增加将近五成。 半导体封装测试是半导体产业链中我国最具国际竞争力环节，集成电路进入“后摩尔时代”，先进封装将成为未来封测市场的主要增长点。封装测试产业在我国的高速发展直接有效带动了封装设备市场的发展。根据赛迪顾问数据显示，2021年全球前十大封测公司榜单中，中国大陆有长电科技、通富微电、华天科技、智路封测等4家企业上榜；我国集成电路封测行业是集成电路发展最为完善的板块，技术能力与国际先进水平比较接近，我国集成电路封测行业属于市场化程度较高的行业，目前国内封测行业已形成内资企业为主的竞争格局；2015年以后，集成电路制程的发展进入了瓶颈， 7nm 、 5nm 、 3nm 制程的量产进度均落后于预期。随着台积电宣布 2nm 制程工艺实现突破，集成电路制程工艺已接近物理尺寸的极限，集成电路行业进入了“后摩尔时代”。先进封装技术能在不单纯依靠芯片制程工艺实现突破的情况下，通过晶圆级封装和系统级封装，提高产品集成度和功能多样化，满足终端应用对芯片轻薄、低功耗、高性能的需求，同时大幅降低芯片成本。 国内半导体设备市场规模占全球比重不断增长，先进封装工艺将推动封装测试设备市场规模持续上升。根据SEMI数据显示，中国大陆半导体设备市场在2013年之前占全球比重小于10%，2014-2017年提升至10-20%，2018年之后保持在20%以上，2020年中国大陆在全球市场占比实现26.30%，较2019年增长了3.79 pct，2021年我国大陆地区半导体设备销售额相较2020年增长58%，达到296.2亿美元，再度成为全球最大的半导体设备市场；先进封装工艺带来的设备需求会大幅推动封装设备市场规模扩大，伴随集成电路复杂度提升，后道测试设备市场规模也将稳定提升。2020年半导体行业景气度回升，下游封测厂扩产进度加快，全球封装设备及测试设备市场规模均同比实现较大幅度增长。根据SEMI统计及立鼎产业研究院预计，全球半导体封装设备领域预计2022/2023年分别将达到72.9/70.4亿美元。 投资建议：建议关注半导体封装测试领域的长川科技、耐科装备、华峰测控等。 风险提示：半导体行业周期及公司经营业绩可能下滑风险、市场竞争加剧风险、下游扩产不及预期风险。 1半导体产业链介绍 1.1半导体产业发展迅速，逐渐向国内转移 半导体是常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。由其制成的器件统称半导体产品，被广泛地应用于电子通信、计算机、网络技术、物联网、汽车等产业，是绝大多数电子设备的核心组成部分。半导体产品是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展的战略性、基础性和先导性产业，也是电子产品的核心、信息产业的基石。半导体行业具有下游应用广泛、生产技术工序复杂、产品种类多、技术更新换代较快等特点。 半导体行业呈现垂直化分工格局，上游包括半导体材料、半导体制造设备等； 中游为半导体生产，具体可划分为芯片设计、晶圆制造、封装测试；半导体产业下游为各类终端应用。 图1：半导体产业链 集成电路是半导体最重要构成部分，占比超80%。半导体产业按产品类别可分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四类。2018年，全球集成电路、光电子器件、分立器件和传感器销售额分别为3,932.88亿美元、380.32亿美元、241.02亿美元和133.56亿美元，较2017年分别增长14.60%、9.25%、11.32%和6.24%，在全球半导体行业占比分别为83.90%、8.11%、5.14%和2.85%。 上述半导体产业的产品分布中，集成电路的占比最高并且增速最快，是半导体行业最重要的构成部分。 图2：2018年全球半导体产品分布 半导体制造流程为：芯片设计→晶圆制造→封装测试。芯片等电路设计完成后，由晶圆厂制作，晶圆制造的过程是极具技术壁垒的环节，包括制造过程中需要的半导体设备和材料。晶圆制造完成后，纳米级的众多电路被集成在一个硅片上，由封装厂测试、封装成品。 图3：半导体主要制造工艺 半导体衬底材料历经三个发展阶段，从1950年代开始，半导体衬底材料发展至今经历了三个阶段：以Si为代表的第一代半导体材料，主要应用于集成电路和低压低频器件；以GaAs和InP为代表的第二代半导体材料，主要应用于光电子和微波射频器件；以SiC、GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料，随着技术与应用日趋成熟开始崭露头角。第三代半导体包括SiC、GaN、AIN、ZnO、金刚石等。AIN、ZnO和金刚石技术与应用尚不成熟，未来3-5年或将迎来技术突破，实现商业化落地；SiC和GaN已规模化应用于射频电子、功率电子和光电子领域。 图4：半导体材料演进及应用场景 半导体材料分为制造材料与封装材料，制制造材料占比持续走高。基于半导体IC产业链制造与封测环节，作为上游支撑的半导体材料同样可被分为制造材料与封装材料两类。从半导体材料规模分布来看，半导体制造材料占据较大市场规模，且占比处于持续走高趋势;从技术壁垒与生产难度来看，半导体制造环节对材料同样具备更高要求。据SEMI国际半导体协会公开数据，2021年全球半导体材料市场规模达到643亿美元。其中，中国台湾地区半导体材料规模为147亿美元，占全球总规模的22.9%，持续稳居全球第一；中国大陆地区半导体材料规模119亿美元，占全球总规模的18.5%，位居全球第二。 图5：半导体材料分类、市场规模及封测材料与制造材料占比 封装材料贯穿封测环节，市场集中度较低。半导体封装材料的使用贯穿于封测流程始终，存在诸多细分产品，其中封装基板占比最大(40%)。从半导体竞争格局来看，各类半导体材料市场市场集中度较低，呈现较为分散。日本厂商在封装材料领域占据主导地位，部分中国大陆厂商已跻身前列，成功占据一定市场份额。总体来看，半导体封装材料自给程度相对较高，未来有望早日实现国内自给。 图6：半导体封装材料分布及竞争情况 未来全球半导体产业将向中国大陆转移。全球半导体产业发展历程，经历了由美国向日本、向韩国和中国台湾地区及中国大陆的几轮产业转移。目前中国大陆正处于新一代智能手机、物联网、人工智能、5G通信等行业快速崛起的进程中，已成为全球最重要的半导体应用和消费市场之一。根据Ajit Manocha的统计，在2020年到2024年间，总计将有25座8寸与60座12寸晶圆厂建成，投入晶圆制造。其中包括15座12寸厂在中国台湾，15座在中国大陆。届时全球8寸晶圆的产能将提高近两成，而12寸的产能更将会增加将近五成。 图7：全球半导体产业区域转移发展历程 1.2全球半导体市场潜力巨大，预计2023年达5,566亿美元 全球半导体产业市场规模巨大。伴随全球信息化、网络化和知识经济的迅速发展，特别是在以物联网、人工智能、汽车电子、智能手机、智能穿戴、云计算、大数据和安防电子等为主的新兴应用领域强劲需求的带动下，全球半导体产业收入规模巨大。根据世界半导体贸易统计协会统计，全球半导体行业销售额由2017年的4,122亿美元增长至2022年的5,801亿美元，预计2023年销售规模为5,566亿美元。 我国已成为全球最大的电子产品生产及消费市场，半导体市场需求广阔。根据Wind资讯统计，我国半导体市场规模由2016年的1,091.6亿美元增长到2021年的1,901.0亿美元，年复合增长率达到11.75%。 图8：2017-2023年全球半导体市场规模 图9：2016-2021中国半导体市场销售额及增速 集成电路产业规模远超半导体其他细分领域，具备广阔的市场空间。根据全球半导体贸易统计组织数据，2021年，全球集成电路市场销售额进一步提升至4,630亿美元，较2020年大幅增长28.18%。赛迪顾问预测2025年全球集成电路市场销售额可达7,153亿美元，2022年至2025年期间保持10%以上的年均复合增长率。 中国大陆集成电路市场规模增长迅速。2021年，数字化趋势加速，智能终端、5G产品、数据中心需求继续保持较高增长水平，使得中国大陆集成电路市场规模取得18.20%的高速增长，全年市场销售额突破万亿大关，达10,458.30亿元。根据赛迪顾问预计，随着国产化率的不断提升以及终端市场需求的增加，到2025年中国大陆集成电路销售额将达到19,098.80亿元，较2021年增长82.62%。 图10：2016年-2025年全球集成电路市场销售额及增速 图11：2016年-2025年中国大陆集成电路市场销售额及增速 国家政策扶持及市场应用带动下，中国集成电路产业保持快速增长，生产总量规模实现较大突破。根据国家统计局的数据，国内集成电路行业总生产量从2013年的903.46亿块上升到2021年的3,594.30亿块，年均复合增长率约为18.84%。中国的芯片生产在快速地国产化，生产量在不断提高，已部分实现进口替代；从产业链分工情况来看，根据中国半导体协会统计数据，2021年我国集成电路产业销售中，设计环节销售额4,519亿元，同比增长19.6%，占比43.21%； 制造环节销售额3,176.3亿元，同比增长24.1%，占比30.37%；封测环节销售额2,763亿元，同比增长10.1%，占比26.42%。 图12：2013-2022中国大陆集成电路产量及增速 图13：2021年中国集成电路销售额构成 集成电路市场进口替代空间广阔。当前国际半导体产业环境中，中国本土芯片产业与国外的差距是全方位的，特别是在高端领域，差距更为明显。从进出口规模来看，我国作为全球最大的集成电路终端产品消费市场，尽管中国的芯片产量保持着快速的增长，但我国集成电路市场仍然呈现需求大于供给的局面，供求缺口较大，国内的集成电路产量远不及国内市场需求量，很大一部分仍需依靠进口，特别是高端的芯片仍基本依靠进口，因此，进口替代的空间仍然很大。 图14：2013-2022中国集成电路进出口额及增速 2半导体封装测试：半导体产业链中我国最具国际竞争力环节 2.1半导体封装测试：先进封装为封装市场主要增长点 封测即集成电路的封装、测试环节，是加工后的晶圆到芯片的桥梁。在半导体产业链中，封测位于IC设计与IC制造之后，最终IC产品之前，属于半导体制造后道工序。 封装：是指将生产加工后的晶圆进行切割、键合、塑封等工序，使电路与外部器件实现连接，并为半导体产品提供机械保护，使其免受物理、化学等环境因素损失的工艺。随着高端封装产品如高速宽带网络芯片、多种数模混合芯片、专用电路芯片等需求不断提升，封装行业持续进步。 测试：是指利用专业设备，对产品进行功能和性能测试，测试主要分为封装前的晶圆测试和封装完成后的芯片成品测试。晶圆测试主要是对晶片上的每个晶粒进行针测，测试其电气特性;芯片成品测试主要检验的是产品电性等功能，目的是在于将有结构缺陷以及功能、性能不符合要求的芯片筛选出来。 图15：半导体产业链封装测试 半导体产业链封装测试成为我国最具国际竞争力环节。封装测试产业在我国的高速发展直接有效带动了封装