合肥無(wú)塵車間
合肥集成電路潔凈室工程行業(yè)概況及發(fā)展趨勢(shì)分析
來(lái)源：akgua.com 作者：空氣好凈化
發(fā)布時(shí)間:2020-08-14 14:39:31點(diǎn)擊:次
一、潔凈室工程是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展較先受益的環(huán)節(jié)
潔凈室工程是集成電路制造環(huán)節(jié)中重要的一環(huán)，直接決定了較終產(chǎn)品的成敗?，F(xiàn)代集成電路制造工藝已經(jīng)達(dá)到 14 納米級(jí)別，未來(lái)幾年內(nèi) 7 納米工藝即將誕生，集成電路的制造過(guò)程一般為自動(dòng)化軟件把算法邏輯生成硬件電路開(kāi)始，然后將集成電路設(shè)計(jì)版圖轉(zhuǎn)印到光刻板上，集成電路的基礎(chǔ)制造材料是硅片，硅片經(jīng)過(guò)各種表面處理后，與光刻板一起經(jīng)過(guò)包括光刻、熱處理、介質(zhì)沉積、化學(xué)機(jī)械研磨等工藝較終形成集成電路芯片。如果生產(chǎn)過(guò)程中潔凈程度達(dá)不到要求，產(chǎn)品良品率會(huì)受到很大影響，較終產(chǎn)品就會(huì)失敗。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，集成電路對(duì)潔凈度的要求越來(lái)越高。一般而言，當(dāng)微粒尺寸達(dá)到集成電路節(jié)點(diǎn)一半大小時(shí)就成為了破壞性微粒，對(duì)集成電路的制造產(chǎn)生影響。比如，14 納米工藝中 7 納米的微粒就會(huì)影響制造過(guò)程。隨著集成電路的工藝越來(lái)越高，目前 5 納米的工藝已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)，集成電路制造過(guò)程需要的潔凈程度越來(lái)越高，對(duì)于潔凈室工程的技術(shù)提出越來(lái)越高的要求。
集成電路幾乎所有環(huán)節(jié)都需要潔凈室內(nèi)完成，且集成電路生產(chǎn)對(duì)潔凈度 要求很高。和其他產(chǎn)業(yè)不同，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈幾乎所有的主要環(huán)節(jié)都需要在潔凈環(huán)境中進(jìn)行，從單晶硅片制造，到 IC 制造的幾乎所有環(huán)節(jié)，到 IC 封裝的重要步驟都需要在潔凈室中完成，且對(duì)于潔凈度的要求非常高。
二、集成電路產(chǎn)業(yè)投資未來(lái)將長(zhǎng)期保持高增長(zhǎng)
1、根據(jù)產(chǎn)業(yè)投資計(jì)劃，未來(lái)5年我國(guó)集成電路投資將達(dá)萬(wàn)億
在未來(lái) 4-5年間我國(guó)投入集成電路制造領(lǐng)域的資金將達(dá)到1.2萬(wàn)億元，年均投資額超過(guò)去5年平均的2倍以上，未來(lái)3年投產(chǎn)12寸晶圓廠數(shù)量占全球比例 40%。根據(jù)整理的數(shù)據(jù)，目前在建和計(jì)劃建設(shè)的集成電路項(xiàng)目合計(jì)總金額達(dá)到 1.2 萬(wàn)億元，絕大部分將在 2021 年前投產(chǎn)。根據(jù)報(bào)告，目前全球處于規(guī)劃或建設(shè)階段，預(yù)計(jì)將于 2017 年～2020 年間投產(chǎn)的半導(dǎo)體晶圓廠約為 62 座，其中 26 座設(shè)于中國(guó)，占全球總數(shù) 42%。這些建于中國(guó)的晶圓廠 2017 年預(yù)計(jì)將有 6 座上線投產(chǎn)，2018 年達(dá)到高峰，共 13 座晶圓廠加入營(yíng)運(yùn)，其中多數(shù)為晶圓代工廠。
2、根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)律以及目前發(fā)展階段，IC投資將長(zhǎng)期高增長(zhǎng)
（1）根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，我國(guó)集成電路投資長(zhǎng)期將保持高增長(zhǎng)
集成電路產(chǎn)業(yè)投資兼具周期性和高速成長(zhǎng)性。具體來(lái)說(shuō)，一般每 3-5年左右會(huì)有一個(gè)投資周期，有高峰有低谷，但下一個(gè)周期的年均投資額度將顯著大于前一個(gè)周期。周期性的背后是集成電路產(chǎn)品的產(chǎn)量，需求，價(jià)格以及技術(shù)升級(jí)共同決定的。隨著技術(shù)升級(jí)，集成電路制造投資金額成倍甚至數(shù)十倍增加，目前一條 12 英寸 32/28nm 的生產(chǎn)線投資高達(dá)50 億美元，14nm 的生產(chǎn)線投資額高達(dá) 100 億美元，技術(shù)研發(fā)費(fèi)用同理，從 20nm 升級(jí)到 16nm，引領(lǐng)者研發(fā)費(fèi)用從 12 億美元上升到 22 億美元，上升 80%。加上技術(shù)升級(jí)快，需要持續(xù)投入建設(shè)生產(chǎn)線以形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)，僅依賴一條生產(chǎn)線難以形成氣候，故集成電路制造投資非常之高。
三星電子從 1993-2017 年的半導(dǎo)體資本支出大致有 5 個(gè)小周期，每個(gè)小周期的平均投資金額都高于上個(gè)小周期的平均投資金額，這對(duì)應(yīng)著背后技術(shù)的升級(jí)周期，以 DARM 存儲(chǔ)器為例，1990 年 16M DARM 存儲(chǔ)器投產(chǎn)，后續(xù)基本每 3-4年 DARM 存儲(chǔ)器容量升高 4 倍，到 2001 年左右 4G DARM 開(kāi)始投產(chǎn)，每次技術(shù)升級(jí)的投產(chǎn)需要投入更高的資金。
三、與產(chǎn)業(yè)投資增速同步，潔凈室工程市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)
（1）計(jì)算2010 年以來(lái)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)投資額度，主要通過(guò)所有已經(jīng)公布的國(guó)內(nèi)集成電路已完成、在建設(shè)以及未開(kāi)工的投資項(xiàng)目根據(jù)工期分拆投資金額，然后加總求和。
根據(jù)現(xiàn)有已經(jīng)宣布或建成的項(xiàng)目，2011-2021年集成電路累計(jì)投資高達(dá) 1.33萬(wàn)億，2016-2019 年投資金額分別為 942 億，2064億，3399億，2100億。搜集整理了近年來(lái)我國(guó)所有的已建成、正在建設(shè)、計(jì)劃建設(shè)的集成電路項(xiàng)目，并根據(jù)項(xiàng)目工期估計(jì)每個(gè)項(xiàng)目每年的投資金額，較后加總得到每年我國(guó)集成電路的總投資金額，根據(jù)計(jì)算，我國(guó)集成電路項(xiàng)目投資在 2016 年開(kāi)始高速增長(zhǎng)，2016-2019 年投資金額分別為 942 億，2064億，3399 億，2100 億，增速分別為 66%，119%，65%，-38%。
若考慮潛在的投資增長(zhǎng)率，2020-2021 年的投資金額分別為2764億，3593億。2016-2019 年是集成電路投資密集的一個(gè)小周期，目前我國(guó)在建和計(jì)劃建設(shè)的晶圓廠項(xiàng)目大多在 2019 年完成投產(chǎn)，假設(shè)下一批宣布建設(shè)的項(xiàng)目從 2020 年開(kāi)始建設(shè)，以 2016-2019年平均投資金額 2126 億為基數(shù)，參考韓國(guó)三星電子半導(dǎo)體追趕期間資本支出復(fù)合增長(zhǎng)率，以 30%計(jì)算，2020-2021 年的投資金額分別為 2764 億，3593 億。
（2）通過(guò)之前的分析，根據(jù)潔凈室工程市場(chǎng)以及各個(gè)環(huán)節(jié)與總投資的比例關(guān)系，計(jì)算出未來(lái)幾年各個(gè)細(xì)分環(huán)節(jié)的市場(chǎng)容量。
潔凈室工程設(shè)計(jì)占總投資比例 0.4-1.4%，按照保守比例，即集成電路廠房工程設(shè)計(jì)占集成電路總投資比例 0.4%計(jì)算，預(yù)計(jì)2016-2019 年我國(guó)集成電路廠房設(shè)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模為分別為 3.8億，8.3億，13.6億，8.4億，則 若考慮潛在的投資增長(zhǎng)率，則2020-2021年為集成電路工程設(shè)計(jì)規(guī)模分別為 11.1億，14.4億。
集成電路潔凈室施工金額占集成電路總投資比例 10-15%，取保守比例10%計(jì)算，預(yù)計(jì) 2016-2019 我國(guó)集成電路潔凈室工程市場(chǎng)規(guī)模分別為94億，206億，340億，210億，若考慮潛在的投資增長(zhǎng)率，則 2020-2021年為潔凈室市場(chǎng)規(guī)模為276億，359億。
（3）通過(guò)比較 2011 年到2015年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局集成電路固定資產(chǎn)投資額與計(jì)算的集成電路 固定資產(chǎn)投資額，來(lái)大致檢驗(yàn)方法的可行性。
2011 年到2015 年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)的集成電路固定資產(chǎn)投資額與計(jì)算的集成電路固定資產(chǎn)投資額相差在15%之內(nèi)，說(shuō)明測(cè)算方法大致可靠，增加了未來(lái)市場(chǎng)測(cè)算結(jié)果的可靠性。通過(guò)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，可以得知 2011-2015 年我國(guó)集成電路制造固定資產(chǎn)投資完成額為 306 億，344 億，579 億，645 億，671 億，根據(jù)計(jì)算的集成電路制造總投資，從而可以計(jì)算出每年的固定資產(chǎn)投資額，將國(guó)家數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)相比較，比例為 85%，證明我們統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)偏低，偏差 15%，主要原因是我們統(tǒng)計(jì)的總投資額沒(méi)有包括6 寸晶圓廠和部分 8 寸晶圓廠的投資，而在 2011-2015 年間投資的晶圓廠項(xiàng)目主要是 6寸和 8 寸項(xiàng)目，所以導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏低，但是偏差范圍在可接受范圍之類。
潔凈室工程是集成電路制造環(huán)節(jié)中重要的一環(huán)，直接決定了較終產(chǎn)品的成敗?，F(xiàn)代集成電路制造工藝已經(jīng)達(dá)到 14 納米級(jí)別，未來(lái)幾年內(nèi) 7 納米工藝即將誕生，集成電路的制造過(guò)程一般為自動(dòng)化軟件把算法邏輯生成硬件電路開(kāi)始，然后將集成電路設(shè)計(jì)版圖轉(zhuǎn)印到光刻板上，集成電路的基礎(chǔ)制造材料是硅片，硅片經(jīng)過(guò)各種表面處理后，與光刻板一起經(jīng)過(guò)包括光刻、熱處理、介質(zhì)沉積、化學(xué)機(jī)械研磨等工藝較終形成集成電路芯片。如果生產(chǎn)過(guò)程中潔凈程度達(dá)不到要求，產(chǎn)品良品率會(huì)受到很大影響，較終產(chǎn)品就會(huì)失敗。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，集成電路對(duì)潔凈度的要求越來(lái)越高。一般而言，當(dāng)微粒尺寸達(dá)到集成電路節(jié)點(diǎn)一半大小時(shí)就成為了破壞性微粒，對(duì)集成電路的制造產(chǎn)生影響。比如，14 納米工藝中 7 納米的微粒就會(huì)影響制造過(guò)程。隨著集成電路的工藝越來(lái)越高，目前 5 納米的工藝已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)，集成電路制造過(guò)程需要的潔凈程度越來(lái)越高，對(duì)于潔凈室工程的技術(shù)提出越來(lái)越高的要求。
集成電路幾乎所有環(huán)節(jié)都需要潔凈室內(nèi)完成，且集成電路生產(chǎn)對(duì)潔凈度 要求很高。和其他產(chǎn)業(yè)不同，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈幾乎所有的主要環(huán)節(jié)都需要在潔凈環(huán)境中進(jìn)行，從單晶硅片制造，到 IC 制造的幾乎所有環(huán)節(jié)，到 IC 封裝的重要步驟都需要在潔凈室中完成，且對(duì)于潔凈度的要求非常高。
二、集成電路產(chǎn)業(yè)投資未來(lái)將長(zhǎng)期保持高增長(zhǎng)
1、根據(jù)產(chǎn)業(yè)投資計(jì)劃，未來(lái)5年我國(guó)集成電路投資將達(dá)萬(wàn)億
在未來(lái) 4-5年間我國(guó)投入集成電路制造領(lǐng)域的資金將達(dá)到1.2萬(wàn)億元，年均投資額超過(guò)去5年平均的2倍以上，未來(lái)3年投產(chǎn)12寸晶圓廠數(shù)量占全球比例 40%。根據(jù)整理的數(shù)據(jù)，目前在建和計(jì)劃建設(shè)的集成電路項(xiàng)目合計(jì)總金額達(dá)到 1.2 萬(wàn)億元，絕大部分將在 2021 年前投產(chǎn)。根據(jù)報(bào)告，目前全球處于規(guī)劃或建設(shè)階段，預(yù)計(jì)將于 2017 年～2020 年間投產(chǎn)的半導(dǎo)體晶圓廠約為 62 座，其中 26 座設(shè)于中國(guó)，占全球總數(shù) 42%。這些建于中國(guó)的晶圓廠 2017 年預(yù)計(jì)將有 6 座上線投產(chǎn)，2018 年達(dá)到高峰，共 13 座晶圓廠加入營(yíng)運(yùn)，其中多數(shù)為晶圓代工廠。
2、根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)律以及目前發(fā)展階段，IC投資將長(zhǎng)期高增長(zhǎng)
（1）根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，我國(guó)集成電路投資長(zhǎng)期將保持高增長(zhǎng)
集成電路產(chǎn)業(yè)投資兼具周期性和高速成長(zhǎng)性。具體來(lái)說(shuō)，一般每 3-5年左右會(huì)有一個(gè)投資周期，有高峰有低谷，但下一個(gè)周期的年均投資額度將顯著大于前一個(gè)周期。周期性的背后是集成電路產(chǎn)品的產(chǎn)量，需求，價(jià)格以及技術(shù)升級(jí)共同決定的。隨著技術(shù)升級(jí)，集成電路制造投資金額成倍甚至數(shù)十倍增加，目前一條 12 英寸 32/28nm 的生產(chǎn)線投資高達(dá)50 億美元，14nm 的生產(chǎn)線投資額高達(dá) 100 億美元，技術(shù)研發(fā)費(fèi)用同理，從 20nm 升級(jí)到 16nm，引領(lǐng)者研發(fā)費(fèi)用從 12 億美元上升到 22 億美元，上升 80%。加上技術(shù)升級(jí)快，需要持續(xù)投入建設(shè)生產(chǎn)線以形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)，僅依賴一條生產(chǎn)線難以形成氣候，故集成電路制造投資非常之高。
三星電子從 1993-2017 年的半導(dǎo)體資本支出大致有 5 個(gè)小周期，每個(gè)小周期的平均投資金額都高于上個(gè)小周期的平均投資金額，這對(duì)應(yīng)著背后技術(shù)的升級(jí)周期，以 DARM 存儲(chǔ)器為例，1990 年 16M DARM 存儲(chǔ)器投產(chǎn)，后續(xù)基本每 3-4年 DARM 存儲(chǔ)器容量升高 4 倍，到 2001 年左右 4G DARM 開(kāi)始投產(chǎn)，每次技術(shù)升級(jí)的投產(chǎn)需要投入更高的資金。
三、與產(chǎn)業(yè)投資增速同步，潔凈室工程市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)
（1）計(jì)算2010 年以來(lái)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)投資額度，主要通過(guò)所有已經(jīng)公布的國(guó)內(nèi)集成電路已完成、在建設(shè)以及未開(kāi)工的投資項(xiàng)目根據(jù)工期分拆投資金額，然后加總求和。
根據(jù)現(xiàn)有已經(jīng)宣布或建成的項(xiàng)目，2011-2021年集成電路累計(jì)投資高達(dá) 1.33萬(wàn)億，2016-2019 年投資金額分別為 942 億，2064億，3399億，2100億。搜集整理了近年來(lái)我國(guó)所有的已建成、正在建設(shè)、計(jì)劃建設(shè)的集成電路項(xiàng)目，并根據(jù)項(xiàng)目工期估計(jì)每個(gè)項(xiàng)目每年的投資金額，較后加總得到每年我國(guó)集成電路的總投資金額，根據(jù)計(jì)算，我國(guó)集成電路項(xiàng)目投資在 2016 年開(kāi)始高速增長(zhǎng)，2016-2019 年投資金額分別為 942 億，2064億，3399 億，2100 億，增速分別為 66%，119%，65%，-38%。
若考慮潛在的投資增長(zhǎng)率，2020-2021 年的投資金額分別為2764億，3593億。2016-2019 年是集成電路投資密集的一個(gè)小周期，目前我國(guó)在建和計(jì)劃建設(shè)的晶圓廠項(xiàng)目大多在 2019 年完成投產(chǎn)，假設(shè)下一批宣布建設(shè)的項(xiàng)目從 2020 年開(kāi)始建設(shè)，以 2016-2019年平均投資金額 2126 億為基數(shù)，參考韓國(guó)三星電子半導(dǎo)體追趕期間資本支出復(fù)合增長(zhǎng)率，以 30%計(jì)算，2020-2021 年的投資金額分別為 2764 億，3593 億。
（2）通過(guò)之前的分析，根據(jù)潔凈室工程市場(chǎng)以及各個(gè)環(huán)節(jié)與總投資的比例關(guān)系，計(jì)算出未來(lái)幾年各個(gè)細(xì)分環(huán)節(jié)的市場(chǎng)容量。
潔凈室工程設(shè)計(jì)占總投資比例 0.4-1.4%，按照保守比例，即集成電路廠房工程設(shè)計(jì)占集成電路總投資比例 0.4%計(jì)算，預(yù)計(jì)2016-2019 年我國(guó)集成電路廠房設(shè)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模為分別為 3.8億，8.3億，13.6億，8.4億，則 若考慮潛在的投資增長(zhǎng)率，則2020-2021年為集成電路工程設(shè)計(jì)規(guī)模分別為 11.1億，14.4億。
集成電路潔凈室施工金額占集成電路總投資比例 10-15%，取保守比例10%計(jì)算，預(yù)計(jì) 2016-2019 我國(guó)集成電路潔凈室工程市場(chǎng)規(guī)模分別為94億，206億，340億，210億，若考慮潛在的投資增長(zhǎng)率，則 2020-2021年為潔凈室市場(chǎng)規(guī)模為276億，359億。
（3）通過(guò)比較 2011 年到2015年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局集成電路固定資產(chǎn)投資額與計(jì)算的集成電路 固定資產(chǎn)投資額，來(lái)大致檢驗(yàn)方法的可行性。
2011 年到2015 年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)的集成電路固定資產(chǎn)投資額與計(jì)算的集成電路固定資產(chǎn)投資額相差在15%之內(nèi)，說(shuō)明測(cè)算方法大致可靠，增加了未來(lái)市場(chǎng)測(cè)算結(jié)果的可靠性。通過(guò)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，可以得知 2011-2015 年我國(guó)集成電路制造固定資產(chǎn)投資完成額為 306 億，344 億，579 億，645 億，671 億，根據(jù)計(jì)算的集成電路制造總投資，從而可以計(jì)算出每年的固定資產(chǎn)投資額，將國(guó)家數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)相比較，比例為 85%，證明我們統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)偏低，偏差 15%，主要原因是我們統(tǒng)計(jì)的總投資額沒(méi)有包括6 寸晶圓廠和部分 8 寸晶圓廠的投資，而在 2011-2015 年間投資的晶圓廠項(xiàng)目主要是 6寸和 8 寸項(xiàng)目，所以導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏低，但是偏差范圍在可接受范圍之類。