半导体行业：涨价、缺货？浅析8寸晶圆代工产能紧缺那些事.pdf

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 22 行业深度 |半导体 证券研究报告 Tabl e_Title 半导体行业 涨价 、缺货？ 浅析 8 寸 晶圆 代工 产能 紧缺 那些事 Table_Summary 研究逻辑 ：缺货、涨价风起云涌， 8 寸晶圆产能短缺为主因 2017 年底开始 MOSFET、 IGBT、整流管、数字 /通用晶体管等产品整体交货期均有延长趋势，与 16 年缺货的存储芯片、上游硅片不同， 17 年底缺货品类有一个共性，即主要由 8 寸及以下晶圆制造厂生产。 因此 我们 深入探究 8寸晶圆代工涨价背后的产业运行逻辑并对行业发展前景进行研判。 发展历程：成本优势 +特种工艺， 8 寸晶圆厂竞争优势显著 相比于 12 寸晶圆产线而言， 8 寸晶圆制造厂： 1）拥有特种晶圆工艺；2）完全或大部分折旧的固定资产的固定成本较低； 3）光罩及设计服务的相应成本较低； 4）达到成本效益生产量要求较低，等方面的优势，因此 8寸晶圆和 12 寸晶圆能够实现优势互补、长期共存。根据 SEMI 和 IC insight的数据， 2017 年全球晶圆产能为 17.9 M / wpm（百万 8 寸片 /月，下同），其中 8 寸片产能约为 5.2 M / wpm，前十大 8 寸晶圆厂产能占 8 寸晶圆总产能的 54%。 当前状况：多因素驱动， 8 寸晶圆厂供需趋紧 供给端 ： 20152017 年全球 8 寸晶圆产能仅增长 7%， 6 寸晶圆产能甚至负增长， 2016 年全球 8 寸及 6 寸以下晶圆产能供给相比于 2010 年已减少2.2%，同时 8 寸晶圆设备的短缺限制了 8 寸晶圆产能的供给增长和释放。需求端 ： 应用于汽车、工业、物联网等的半导体主要由 8 寸晶圆厂生产，2017 年应用于汽车、工业的晶圆面积增长了 11.%，增速远高于整体水平。 展望未来： 8 寸晶圆产能紧张趋势下对国内产业链的影响 我们认为，影响 8 寸晶圆产能供需关系的主要因素有： 1） 8 寸晶圆产能与需求； 2） 6 寸及以下晶圆产线和 12 寸晶圆产能供需变化对 8 寸晶圆产能供需的影响； 3） 8 寸硅片的紧缺或许限制实际产能的完全释放。 在全球8 寸晶圆产能供需不平衡的大背景下国内晶圆厂、 IDM 厂、设备厂、硅片厂迎来快速发展的良机。 投资 建议 全球 8 寸晶圆产能紧缺的大背景下，我们认为圆制造环节现运营中的 8寸晶圆制造厂直接受益；设计环节下游产品需求旺盛、同时具备稳定产能供给的设计厂商有望迎来量价齐升好光景；设备环节 8 寸成熟设备迎生机；材料环节 8 寸硅片供需不平衡或加速硅片国产化进程。建议关注华虹半导体（ 1347.HK）、中芯国际（ 0981.HK）、先进半导体（ 3355.HK）；北方华创（ 002371.SZ）；扬杰科技、韦尔股份、富满电子、兆易创新、中颖电子。 风险提示 下游需求萎缩；晶圆厂产能释放进度不确定性；晶圆厂产能利用率不确定性；经济景气度下行；汇率波动对汇兑损益的 影响 。 重点公司盈利预测： Table_Grade 行业 评级 买入 前次评级 买入 报告日期 2018-06-14 Tabl e_Chart 相对市场 表现 Table_Aut hor 分析师： 许兴军 S0260514050002 021-60750532 xxj3gf 分析师： 王 璐 S0260517080012 021-60750632 wanglugf Table_Report 相关研究： 半导体行业 3 月观点 :模拟 IC供需共振迎来好光景 2018-04-09 半导体行业 2 月观点 :从龙头17Q4 财报看半导体行业变化，后智能手机时代关注新兴应用及技术变革 2018-03-05 半导体行业 1 月观点 :新型计算架构浪潮推动，中国半导体产业弯道超车机会来临 2018-01-30 Table_Contacter - 5 %6%17%28%2 0 1 7 - 0 6 2 0 1 7 - 1 0 2 0 1 8 - 0 2 2 0 1 8 - 0 6电子 沪深30 0识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 22 行业深度 |半导体 目录索引 研究逻辑 . 4 发展历程：成本优势 +特种工艺， 8 寸晶圆厂竞争优势显著 . 5 摩尔定律驱动下，硅片尺寸从 6 寸 8 寸 12 寸的路径变化 . 5 8 寸晶圆产线拥有四大核心竞争力 . 6 晶圆代工大尺寸趋势下， 8 寸厂是中坚力量 . 8 当前状况：多因素驱动 ， 8 寸晶圆厂供需趋紧 . 9 供给端：核心设备的紧缺是 8 寸晶圆产能扩张的瓶颈 . 9 需求端：新应用订单拉动 8 寸晶圆厂需求 . 10 供需共振， 8 寸晶圆厂产能趋紧 . 14 8 寸硅片紧缺或将成为晶圆产能完全释放的阿喀琉斯之踵 . 15 展望未来： 8 寸晶圆产能紧张趋势下对国内产业链的影响 . 17 8 寸晶圆产能供需前景的判断：产能吃紧或将持续至 2019 年 . 17 8 寸晶圆产能紧缺带给中国半导体产业的发展机遇 . 19 投资建议 . 20 风险提示 . 21 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 22 行业深度 |半导体 图表索引 图 1：晶圆尺寸发展历史 . 5 图 2：不同尺寸硅片份额变化 . 5 图 3：主流应用 IC 使用技术节点 . 6 图 4： 19982017 年意法半导体折旧及资本支出情况 . 7 图 5： 19982017 年英飞凌折旧及资本支出情况 . 7 图 6：不同技术节点所需掩膜版层数 . 8 图 7：全球 8 寸晶圆厂产能合计及晶圆厂数目 . 8 图 8： 20182016 年从 8 寸切换至 12 寸的晶圆厂分类 . 8 图 9：全球晶圆产能按尺寸分布 . 9 图 10：全球晶圆产能分类：按尺寸 . 9 图 11： 2016 年全球前十大 8 寸晶圆产能厂商占比 . 9 图 12：全球晶圆制造设备资本支出（ Front End Equipment Spending） . 10 图 13：二手设备是 8 寸晶圆厂设备投资中的主力 . 10 图 14：全球二手 8 寸晶圆设备供应量 . 10 图 15：全球晶圆制造二手设备库存量 . 10 图 16：按照产品类型分类 8 寸晶圆产能需求 . 11 图 17：汽车和工业领域的 non-memory 半导体销售额增速高于平均增速 . 11 图 18：不同下游应用对晶圆需求面积 . 12 图 19： 2017 年 MOSFET 涨价时间轴 . 12 图 20： 2018Q2 各大 MOSFET 原厂交货期普遍延长 . 12 图 21：全球汽车电子领域半导体供应商竞争格局 . 13 图 22：全球 8 寸晶圆厂产能供需关系变化 . 14 图 23：华虹半导体季度产能及产能利用率 . 14 图 24：台湾晶圆代工厂 2018 年 8 寸厂营运状况 . 14 图 25： UMC、 VIS、 ASMCS、 HHGrace 对比 . 15 图 26：全球晶圆制造材料市场规模 . 15 图 27：全球硅晶圆市场占有率 . 16 图 28：日本 8 寸晶圆生产销售及库存水平 . 16 图 29：主要生产 8 寸及以下硅片的合晶科技历经多年巨额亏损 . 16 图 30：全球 8 寸硅片扩产计划 . 17 图 31： SUMCO 预测全球 8 寸硅片需求 . 18 图 32：全球 6 寸和 8 寸晶圆产能预测 . 18 图 33： 2015 至今中国大陆新增 8 寸晶圆产线 . 19 图 34：中国大陆 200mm 晶圆厂产能 . 19 图 35：国内 8 寸晶圆厂动工时间及产能 . 19 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 22 行业深度 |半导体 研究逻辑 芯片制造产业在 摩尔定律驱动 下，沿着两条路径不断发展： 1） 制程的不断缩小，单位面积能容纳的晶体管数目不断增长 ； 2） 硅片 尺寸从 6寸、 8寸向现在主流的 12寸发展 ，单个晶圆上能够产出的芯片数目越多 。基于这两条发展规律，芯片制造业者不断加大 12寸先进制程产能扩充，我们行业研究的重点也多聚焦在 12寸先进制程领域。 然而， 2017年底开始 MOSFET、 IGBT、 整流管、数字 /通用晶体管等产品整体交货期均有延长趋势 ， 与 16年缺货 的存储芯片、上游硅片 不同， 17年底缺货品类 有一个共性，即主要由 8寸及以下晶圆 制造 厂生产 。 企业微观数据来看， 国内第一大 8寸 晶圆 代工 厂华虹半导体 自 2017年以来在有扩产的情况下， 产能利用率 不断攀升 ； 台积电、联电、世界先进的 8寸晶圆厂在 2018H1也几乎全部满载，下半年订单已全部排满。产业链方面，台积电、联电、世界先进、中芯及华虹等晶圆代工厂也已 陆续调涨 8寸 晶圆代工价格。 那么在当前时点，如何看待 8寸晶圆制造产能紧缺及价格上涨的持续性，以及对整个半导体产业链产生的影响成为关键问题。 我们推出 8寸晶圆制造的专题报告，以供投资者参考。 本篇报告主要回答了以下三个问题： 1） 8寸晶圆制造产能紧缺产生的原因是什么？为什么曾经被认为的“落后产能”突然成为“紧俏品” 。 2）产能紧缺，价格上涨的持续性如何？或者说借助哪些指标或事件判断产业景气变化？ 3） 8寸晶圆制造涨价对产业链有哪些影响？ 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 22 行业深度 |半导体 发展历程：成本优势 +特种工艺， 8 寸晶圆厂竞争优势显著 摩尔定律驱动下，硅片尺寸从 6 寸 8 寸 12 寸的路径变化 硅单晶圆片越大 ， 同一圆片上生产的集成电路就越多 ， 这样既可降低成本，又能提高成品率，但材料技术和生产技术要求会更高。 在 摩尔定律的推动下， 集成 电路的集成度不断增加，即一个硅片上所集成的元器件的数目增多。 而集成度 提高的三个 主要 技术因素是：器件尺寸缩小、芯片面积增加及芯片集成效率提高。 一方面 ，硅片 边缘部分由于不平整和存在大量缺陷，因此在 硅片上 制造 器件 时，实际可利用的是大 圆片 中间的部分 ， 当单个器件芯片面积增大的时候，硅片 上 成品率下降，所以要增大硅片面积 。另一方面 ， 晶圆越大， 同一圆片上可生产同规格的 IC就 越多，可有效降低 IC成本 ，利润空间也就越大。 目前以 8英 寸和 12英寸的硅片生产为主。其中 8英寸 硅片主要 应用 于 特色技术或差异化技术 ， 产品包括各种电源芯片、摄影 /指纹识别等传感器、智能硬件中的 MCU与无线通信芯片、智能卡等 ， 涵盖消费类电子、通信、计算、工业、汽车等领域。而 12英寸 硅片主要用于 制造 CPU、 逻辑 IC、 存储器 等 高性能芯片， 多用于 PC、 平板、手机等领域。 随着时间的推移，硅片的尺寸不断增长。 图 1： 晶圆尺寸发展历史 数据来源： 矽 龙 ：台湾半导体产业的传奇 郑伯 壎 ， 广发证券发展研究中心 图 2： 不同 尺寸硅片 份额 变化 数据来源： Gartner， 广发证券发展研究中心 300mm200m m150mm100mm1975 1980 1990 20012012 年 2016 年12 寸52%8 寸29%6 寸13%其他6%12 寸61%8 寸24%6 寸10%其他5%识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 22 行业深度 |半导体 8 寸晶圆产线拥有四大核心竞争力 相比于 12寸晶圆产线而言， 8寸晶圆制造厂： 1）拥有特种晶圆工艺； 2）完全或大部分折旧的固定资产的固定成本较低； 3）光罩及设计服务的相应成本较低； 4）达到成本效益生产量要求较低，等方面的优势，因此 8寸晶圆和 12寸晶圆能够实现优势互补、长期共存。 8寸晶圆重要竞争力在于已形成了成熟的特种晶圆工艺， 比如特种工艺技术能够令尺寸较小的晶粒包含较多的模拟内容或支援其他特殊市场所需的较高电压。特种工艺技术包括高精度模拟 CMOS、射频 CMOS、嵌入式存储器 CMOS、 CIS、高压 CMOS、 BiCMOS及 BCDMOS，这些特种技术对晶圆厂的工艺参数有较为严格的容差限制，在成熟的 8寸晶圆厂投产成品率较高。常用的 DC-DC转换器、马达驱动器、电池充电器中的 IC一般都使用 8寸晶圆生产。 图 3： 主流应用 IC使用技术节点 数据来源： SMIC， 广发证券发展研究中心 大部分 8寸晶圆厂设备已折旧完毕，固定成本较低。 8寸晶圆厂的产能在 上世纪 90年代末期开始提升，大部分晶圆厂现已完全折旧完毕，因此 8寸晶圆厂的产品在经营成本上极具竞争力。虽然当前设备供应商不再制造 8寸晶圆厂所用的新设备，但是他们通常会与 8寸晶圆厂紧密合作，以具有成本效益的方式使设备寿命再延长 1015年。 数字逻辑2 0 / 1 4 n m28nm6 5 / 5 5 n m90nm0 .1 1 m0 .1 3 m0 .1 5 m0 .1 8 m0 .2 5 m0 .3 5 m射频 / 混合信号28nm40nm6 5 / 5 5 n m90nm0 .1 1 m0 .1 3 m-0 .1 8 m0 .2 5 m0 .3 5 m嵌入式非挥发存储器55nm90nm0 .1 1 m0 .1 3 m-0 .1 8 m-0 .3 5 m摄像头6 5 n m BS I9 0 n m BS I0 .1 1 m BS I0 .1 3 m F SI /BSI0 .1 5 m F SI0 .1 8 m F SI-电源管理0 .1 3 m-0 .1 8 m-0 .3 5 m其他0 .1 3 m-0 .1 8 m-0 .3 5 m3 D I C & 传感器1 2 In te rp o s e r0 .1 3 mC M O SM EM S0 .1 8 /0 .1 3 m8 e - T SVC PUG PUF P G AA SS PW I F I射频局域网广域网身份证智能卡银行卡客户识别模块摄像头平板汽车安全移动平板家用电器驱动液晶驱动MO SF E T交频器汽车移动设备中的智能传感器和加速处理器高度竞争高资本密集度 市场终端需求巨大，中国成长迅速 大中华设计公司市场占有率高 资本密集度低识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 22 行业深度 |半导体 图 4： 19982017年意法半导体折旧及资本支出情况 数据来源： Bloomberg， 广发证券发展研究中心 图 5： 19982017年英飞凌折旧及资本支出情况 数据来源： Bloomberg， 广发证券发展研究中心 8寸晶圆具有达到成本效益生产量要求较低的优势 。 12寸 晶圆产线先进的洁净室和设备可以确保高产量、更紧密、更小的几何尺寸设计和更高的收益，同时也只容许极有限的误差，因此尽管该市场高速增长，但需要每年投入 50100亿美金才可兼具研发和在市场上的有效竞争力。以 90nm、130nm及以上工艺技术节点为主的 8寸晶圆厂所需的资本支出较小，因此即使在小批量生产时分摊固定成本也较低。 光罩及设计服务的相应成本较低 ：制程的金属层数随着工艺的演进不断上升，在 130nm时典型的制程有六层金属，而到 5nm节点时预期至少会有 14层金属，即先进技术节点下晶圆成本较高。另外先进的技术节点需要引进新的技术，相应会增加掩膜版成本，以台积电为例， 130nm技术节点约需要 30层掩膜版，而到 28nm以下的技术节点需要至少 50层掩膜版。 0%5%1 0 %1 5 %2 0 %2 5 %-6 , 0 0 0-4 , 0 0 0-2 , 0 0 002 , 0 0 04 , 0 0 06 , 0 0 08 , 0 0 01 0 , 0 0 0折旧与摊销 资本支出 营业收入 折旧与摊销 / 营业收入M E U R设备折旧完毕，折旧比例大幅下降0 . 0 %5 . 0 %1 0 . 0 %1 5 . 0 %2 0 . 0 %2 5 . 0 %3 0 . 0 %-4 , 0 0 0-2 , 0 0 002 , 0 0 04 , 0 0 06 , 0 0 08 , 0 0 01 0 , 0 0 0折旧与摊销 资本支出 营业收入 折旧与摊销 /营业收入折旧及资本支出大幅减少M EU R识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 22 行业深度 |半导体 图 6：不同技术节点所需掩膜版层数 数据来源： EEFOCUS， 广发证券发展研究中心 晶圆代工大尺寸趋势下， 8 寸 厂是中坚力量 1990年 IBM联合西门子建立第一个 8寸晶圆厂之后， 8寸晶圆厂迅速增加， 1995年即达到 70座，在 2007年达到顶峰 200座，随后 8寸晶圆厂数目逐渐减少，从2008年到 2016年， 37座 8寸晶圆厂关闭，同时有 15座晶圆厂从 8寸切换至 12寸，到2016年全球 8寸晶圆厂减少至 180座左右。 从 SEMI的数据可以看出，全球 8寸晶圆厂产能以极低速度增长， 20152017年仅增长约 7%。 图 7： 全球 8寸晶圆厂产能合计及晶圆厂数目 数据来源： SEMI 2017.07， 广发证券发展研究中心 图 8： 20182016年从 8寸切换至 12寸的晶圆厂分类 数据来源： SEMI 2016.07， 广发证券发展研究中心 010203040506070801 3 0 n m 9 0 n m 6 5 n m 4 0 n m 2 8 n m 2 0 n m 1 6 n m 1 0 n m 7 n m 5 n mT S M C M a s k C o u n t1 7 01 7 51 8 01 8 51 9 01 9 52 0 02 0 501 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 07 0 0 0200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017E2018F2019F2020F2021Fc a p a c i t y (e x c l u d i n g L E D , E P I , R & D s ) / k w p m c o u n t2 0 1 5 2 0 1 7 +7 %01232 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 5 2 0 1 6F o u n d a ry L o g i c M e m o ry MPU识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 22 行业深度 |半导体 部分 6寸产线关闭使得产品转单至 8寸产线。 从晶圆厂数目来看， 20102016年约有 25座 6寸晶圆厂关闭，相应 6寸晶圆产能减少约 453 k wpm（ wpm：片每月 wafers per month） （换算为 8寸），而 6寸线产能减少之后，原产线的产品（如 分立器件、功率器件、 MEMS、模拟芯片 ）将会切换至 8寸晶圆产线。 图 9： 全球晶圆产能按尺寸分布 数据来源： SEMI 2016.07， 广发证券发展研究中心 根据 SEMI和 IC insight的数据， 2017年全球晶圆产能为 17.9 M / wpm（百万 8寸片 /月，下同），其中 8寸片产能约为 5.2 M / wpm，前十大 8寸晶圆厂产能占 8寸晶圆总产能的 54%。 图 10： 全球晶圆产能分类：按尺寸 图 11： 2016年全球前十大 8寸晶圆产能厂商占比 数据来源： IC Insight 2017，广 发证券发展研究中心 数据来源： IC Insight 2017， 广发证券发展研究中心 当前状况：多因素驱动 ， 8 寸晶圆厂供需趋紧 供给端：核心设备的紧缺是 8 寸晶圆产能扩张的瓶颈 多数 8寸晶圆厂建厂时间较早，运行时间长达十年以上， 8寸晶圆厂的部 分设备太老旧或者难以修复，同时由于当前 12寸晶圆厂资本支出规模巨大，部分厂商停止了 8寸晶圆的生产销售， 8寸晶圆产线设备主要来自二手市场，多来自从 8寸向 12寸升级的内存厂商，如三星和海力士，目前旧设备市场资源逐渐枯竭，因此 2014年后- 1 . 4 %- 2 . 2 %- 0 . 7 %0 . 0 %0 . 0 %-3 . 0 0 %-2 . 0 0 %-1 . 0 0 %0 . 0 0 %1 . 0 0 %2 . 0 0 %3 . 0 0 %4 . 0 0 %5 . 0 0 %04 0 0 08 0 0 01 2 0 0 01 6 0 0 02 0 0 0 019951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017F2018F2019F1 5 0 m m 2 0 0 mm 3 0 0 mm 合计 Y o Y 1 5 0 mm +2 0 0 mm Yo Y2 0 1 2 2 0 1 6 年 6 寸 +8 寸晶圆产能合计持续负增长k w p m 2 0 0 m m E q3 0 0 m m , 6 6 . 2 %2 0 0 m m , 2 6 . 6 % 1 5 0 m m , 7 . 3 %11%7%6% 6%5%4% 4% 4% 4%3%0%2%4%6%8%1 0 %1 2 %占全球产能比例识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 22 行业深度 |半导体 8寸晶圆设备较为紧缺，其中蚀刻机、光刻机、测量设备最难获得。 图 12： 全球晶圆制造设备资本支出（ Front End Equipment Spending） 数据来源： SEMI 2016.07/2017.12， 广发证券发展研究中心 图 13： 二手设备是 8寸晶圆厂设备投资中的主力 数据来源： SEMI 2015， 广发证券发展研究中心 图 14： 全球二手 8寸晶圆设备供应量 图 15： 全球晶圆制造二手设备库存量 数据来源： SurplusGlobal 2016，广 发证券发展研究中心 数据来源： SurplusGlobal 2016， 广发证券发展研究中心 需求端：新应用订单拉动 8 寸晶圆厂需求 8寸晶圆产能的主要需求来自模拟芯片、分立器件、 MEMS和部分逻辑芯片 。随40343137 364057633 .5 2 2 .0 8 1 .8 8 2 .6 8 2 .6 5 2 .4 1 2 .3 2 2 .2 50102030405060702 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8T o ta l 8 -in ch 8 - in chB i l lio n U S D8 寸设备投资市场规模占总支出极小新设备 , 2 5 ,3 6 4 , 94%1 5 0 m m , 123 , 1%2 0 0 m m , 843 , 3%3 0 0 m m , 624 , 2%二手设备 , 15902013 年 2 0 0 m m 晶圆设备投资 $ 1 8 8 0 M ，其中二手设备占比高达 4 4 .8 %单位： M illio n U S D以 2013 年为例01 ,0 0 02 ,0 0 03 ,0 0 04 ,0 0 05 ,0 0 06 ,0 0 07 ,0 0 08 寸晶圆厂二手设备供应量U n its02 0 04 0 06 0 08 0 01 ,0 0 01 ,2 0 01 ,4 0 01 ,6 0 02 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 72 0 0 mm 3 0 0 mmU n its