2. Тенденции мирового производства и рынка изделий электронной техники и полупроводников

2.1. Основные секторы мирового рынка электронной техники

При изложении этого вопроса мы опирались, в основном, на опублико­ванные данные и прогнозы, относящиеся к последнему десятилетию двадцатого века. Несмотря на известную противоречивость этих данных, основные концеп­туальные проблемы и тенденции мирового рынка сбыта изделий электронной техники можно обозначить достаточно чётко.

Необходимо учитывать, что приводимые нами оценки и диаграммы носят усреднённый, а иногда и сугубо экспертный характер.

Как мы уже указывали, современная твердотельная электроника является преимущественно полупроводниковой, а среди полупроводников доминирую­щее положение занимает кремний.

Рынок электронных приборов и устройств, опирающийся на полупровод­ники, в усреднённом виде удобно представлять в виде опрокинутой трапеции или усеченной пирамиды, изображённой на рис. 2.1.

Электронное оборудование, ,' устройства, приборы /

90% /

Полупроводников / \ приборы и ИМС /

\ 7-8% ,'

V I

\Г1олупроводниковы^' \ материалы и / \ структуры /

\ 2-3% /

Рис. 2.1. Рынок изделий электронной техники в усредненном стоимостном вы­ражении

Основные секторы мировой электроники в относительном стоимостном выражении (стоимость компьютеров и учрежденческого оборудования США условно принята за 100%) за период с 1990-го по 2000-й г. показаны на рис. 2.2.

Динамика роста продаж средств электроники за эти годы, в том числе и той их части, которая непосредственно связана с полупроводниковыми (пре­имущественно кремниевыми) компонентами, представлена в обобщённом виде на рис. 2.3.

Из приведенных диаграмм следует вывод о том, что объёмы производства и продаж средств электроники из года в год неуклонно возрастают; эту же тен­денцию сохраняет полупроводниковая электроника.

В то же время, эксперты, анализирующие этот период развития мировой электроники, единодушно отмечают, что темпы роста объёмов продаж изделий

15

электроннойЩ* техники весьма неравномерны и определяются показателями спроса на н*»их, а также факторами глобального и геополитического порядка (развал экоге^номической системы стран соцлагеря; войны в Персидском заливе, на Адриатике, в Чечне; землетрясения в Японии и Турции; Олимпийские игры и проч.).

50 -

ЮН.»

	^50,
		1	35	35	35
		1	п	П	! ' зо 20! — I	20 ^	..
1 М	2	з|	р ;1 \2	з	п 1 2 3	[7Ш	Дб5 1 | 2| 3|
^ ^			Средства связи, 21% а		Бытовая Полупровод- Прочие приборы элостротая никовые и устройства, 4% техника, 18% цшборыи
Ком»>ии,шьюгеры и учроффекедстеское
о оощо«орудованис, 45			о			микросхемы, 12%

С учётом влияния этих как положительных, так и отрицательных причин, фактическое мировое производство полупроводниковых приборов и микросхем продолжало расти, однако темпы этого роста оказались вплоть до 1995 года не­сколько ниже ожидаемых.

Этот процесс представлен на рис. 2.4.

Долл., млрд 160-140 -120 -100 -80 -

1 - США; 2 - Япония; 3 - Европа.

Рис. 2.2. Осгэсновные секторы мирового рынка сбыта изделий электронной техни­ки за 1990-2000 гг.

Долл., млрд

2ООО —
						1500
1500 —							1
1000-
800 -
600 -
40О - 200 —	400 П
	100					150
1ОО—		,
			50
50 —			|
10 —	10 [Т	?	Р	2		1	2

20001

1990 г

1 - полупро^^роводниковые приборы и микросхемы; 2 - готовое электронное обо­рудование на их основе.

Рис. 2.3. ,ДяД_Цинамика продаж электронного оборудования и полупроводников за

1980-2000 гг.

16

ГОДЫ

1994

1990 1991 1992 1*93

Рис. 2.4. Объём продаж полупроводниковых приборов и микросхем с 1989 по 200 год

Анализ этой диаграммы показал такие фактические годовые темпы роста: 1991-1992 гг.-13% 1992-1993 гг.-12,3% 1993-1994 гг.-14,9% 1994-1995 гг.-19,1% 1995 - 2000 гг. - более 20%

В сравнении с "застойным" 1991 годом, в 1995 году произошёл почти 50%-ый прирост производства полупроводниковой продукции во всём мире.

В США при росте ВВП в 1996 - 199? гг. на 2,2% - 2,3% прирост элек­тронного производства составил 8 - 10% в год; в Европе, соответственно, 1,4 -2,4% и 8 -12 % в год; в Китае-7 - 8,7% и 24 - 30%.

Рынок электронной полупроводниковой продукции и его перспективы по уточнённым данным, представленным Малколмом Пенном на третьем ежегод­ном форуме дистрибьюторов электронных компонентов России и СНГ, показан на рис. 2.5. На рис. 2.6 представлены аналогичные данные по Европе.

Темпы ежегодного прироста объёмов продаж в полупроводниковом сек­торе (больше 20%) значительно выше, чем в целом на рынке радиоэлектронной техники (6-8%). Отношение объёма продаж изделий микроэлектроники к об­щему объёму продаж на рынке электронной техники установилось на уровне 19-20%. Ожидается, что в 2001 году оно превысит 25%.

17

В настоящее время общепризнанным лидером в производстве электрон­ной техники являются США, оттеснившие Японию, Южную Корею и Европу на вторые роли.

Сложилось устойчивое мнение, что эти успехи США связаны с возрас­тающим вкладом полупроводниковой промышленности в ВВП. Действительно, в 1987-1996 гг. рост полупроводниковой промышленности США составлял 15,7% в год, что превышало аналогичный показатель национальной экономики в целом. Если в 1987 году по весомости своего вклада в национальную эконо­мику полупроводниковая промышленность занимала лишь 17-е место среди других отраслей, то уже к 1995 году она вышла на шестое место. В 1997 году по объёму отгрузки продукции (70,9млрд долл.) она уступала только трём отрас­лям: автомобильной (206,2 млрд долл.), нефтеперерабатывающей (162,9 млрд долл.), изготовителям автомобильных аксессуаров и запчастей (110,1 млрд долл.). При этом, полупроводниковая отрасль обеспечивала окбло 1,5 млн. ра­бочих мест.

Пятое место (64 млрд долл.) принадлежало изготовителям электронно-вычислительной техники.

Полупроводниковые приборы и микросхемы продолжают оставаться базисом и движущей силой электронной техники в целом. В настоящее время мировая микроэлектроника, суммарный оборот которой составляет 59 млрд долл., по­ставляет продукцию на мировой рынок электронного оборудования и инфор­мационных услуг с оборотом 750 млрд долл. и даёт только в США работу при­мерно 3 млн человек. Это более чем вдвое превышает число рабочих мест в американской чёрной металлургии и автомобильной промышленности, вместе взятых.

Д олл, млрд В

- 1200

1995 1996 1997 1998

А - рынок полупроводников; В - рынок конечной продукции. Рис. 2.5. Соотношение мирового рынка полупроводников и готовой электрон­ной продукции

75

Долл., млрд 80 -

32 /

29 29

70 -; 60 -50 -1 40 • 30 •! 20 -10 -!

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Годы Рис.2.6. Рынок полупроводниковых компонентов Европы

Большинство специалистов не без оснований считает, что производство электронного оборудования и сфера информационных услуг давно уже объеди­нились в крупнейшую в мире индустрию, оборот которой к 2000 году должен был по прогнозам составить более 2 триллионов долларов США. Отмечая воз­растающий вклад полупроводниковой промышленности в научно-технический прогресс, зарубежные аналитики утверждают, что чипы станут важнейшим на­роднохозяйственным товаром после 2000 года. Они вытеснят с первого места в табеле о рангах сырую нефть как определяющий вид сырья.

Среди стран, где электроника развивается исключительно высокими тем­пами (до 37% прироста в год), выделяется Китай. Этот рост наряду с высокими темпами роста ВВП (до 10%) объясняется дешевизной труда и разумной госу­дарственной политикой, благодаря которой, в частности, приток иностранных инвестиций в китайскую электронику составил 480 млрд долл. США в год.

К сожалению, в странах СНГ объём рынка производимых ими электрон­ных средств и систем очень незначителен. Он обеспечивает потребление про­дукции электроники на душу населения всего около 4% от уровня развитых стран.

18

19

2.2. Тенденции и перспективы мирового производства полупроводнико­вого кремния

Поскольку современная микроэлектроника базируется на объёмных кри­сталлах и структурах полупроводникового кремния, рассмотрим в общих чер­тах связанные с этим проблемы его мирового производства.

Среди основных производителей поликристаллического кремния особый интерес представляют ведущие фирмы с объёмом производства более 1000 т/год.

Это фирмы: "Вакер" (Германия) - 5000 т/год; "Хемлок" (США) - 5500 т/год; "Токияма" (Япония) - 4000 т/год; "Мицубиси" (Япония) - 1400 т/год; "ЭйСиМи" (США) - 4500 т/год; "Мемс" (Италия) - 800 т/год.

Фирма "Вакер" - пионер в области выпуска поликристаллического крем­ния, использует усовершенствованный Сименс-процесс с рециклом по хлорси-ланам и водороду. Основное производство (капиталовложения - 226 млн долл.) построено в 1960-1985 гг. в г. Бургхаузене и обладает уникальными условиями для изготовления поликремния, которое органически слито с химическим отде­лением, оно имеет самую низкую себестоимость (удешевление - на 2,56 доллУкг) из всех производителей поликремния, которая по прямым затратам составляет 24,29 долл./кг, что объясняется низкой стоимостью трихлорсилана в собственном химическом производстве.

Фирма "Хемлок" начала производить поликремний в 1957 г. Она распо­ложена в штате Мичиган и использует усовершенствованный Сименс-процесс с рециклом по хлорсиланам, водороду и хлористому водороду. Отличительной особенностью фирмы является собственное производство трихлорсилана и тех­нического кремния, получаемого восстановлением кварцитов в руднотермиче-ских печах. Фирма реализует всю кремнийсодержащую продукцию: тетрахлор-силаны и дихлорсилан для микроэлектроники, а также для ВОЛС и производст­ва оптического кварцевого стекла. Себестоимость продукции по прямым затра­там составляет 43,53 долл./кг.

Фирма "Токияма" - крупнейший производитель поликремния в Восточ­ном регионе, начала производить кремний в пятидесятых годах и к 1995 году достигла объёма производства 1650 т/год, а к настоящему времени - до 3500 т/год. Она использует усовершенствованный Сименс-процесс и обладает мно­гоплановым производством, начиная от соды и цемента до высокочистых рас­творителей, пластмасс, поликремния и электронных компонентов. Себестои­мость поликремния этой фирмы составляет 38,67 доллУкг.

Фирма "Мицубиси" начала производить поликремний в конце пятидеся­тых годов и достигла объёма производства 1400 т/год. Она использует усовер­шенствованный Сименс- процесс и имеет многоплановое производство. Вместе с фирмой "Осака Титаниум", производящей поликремний в количестве 300 т/год, фирма "Мицубиси" пытается организовать получение поликремния в ки­пящем слое. Сведений о величине себестоимости по этой фирме нет, однако из

общих соображений можно полагать, что она находится в пределах 38-42 долл./кг.

Фирма "ЭйСиМи" (в прошлом "Юнион Карбайд"), построенная и рекон­струированная в 1982-1985 гг., начала коммерческий выпуск полупроводнико­вых материалов в 1984 г. Она использует собственную оригинальную техноло­гию, основанную на получении и термическом разложении моносилана. Мощ­ность завода - 1200 т/год. Расположен завод в г. Мозес Лайк штата Вашингтон. Капиталовложения - 100 млн долл. Химическое производство является много­плановым, однако все продукты циркулируют в замкнутом цикле. При стоимо­сти водорода 0,35 долл./м³ и стоимости электроэнергии 0,01 долл./кВт.ч (такой же, как и у фирмы Вакер) полная себестоимость, включая прибыль, составляет 28,8 долл./кг. Кроме поликристаллического кремния, фирма реализует все кремнийсодержащие продукты: моносилан, дихлорсилан, тетрахлорид кремния.

"Мемс" - сравнительно молодая фирма, основанная на базе фирмы "Ди­намит Нодел". Время постройки и реконструкции - 1980-1986 гг., производство расположено в городе Мерано, объём производства поликремния - 800 т/год, капиталовложения - 40 млн долл. Использует усовершенствованный Сименс-процесс с полной рециркуляцией промежуточных продуктов. Отличительной чертой технологии является проведение процессов под давлением с гидрирова­нием тетрахлорида кремния до трихлорсилана в специально приспособленных аппаратах водородного восстановления. Фирма располагает полным комплек­сом современного оборудования и технологий по переработке поликремния в монокремний и пластины диаметром 150-200 мм. При стоимости водорода 0,35 долл./м³ и электроэнергии 0,03 долл./кВт.ч полная себестоимость, включая прибыль, составляет 37,50 долл./кг.

Мировой рынок кремния всегда отличался нестабильностью, и , в частно­сти, объём продаж поликристаллического кремния колебался каждые 1-2 года на 10-20%. Тем не менее, имеется устойчивая тенденция ежегодного прироста объёмов производства до 15%. По прогнозу фирмы "Вакер", вплоть до 2003 го­да сохранится дефицит поликристаллического кремния. При этом ожидается средний прирост кремниевой продукции 20-30% в год и соответствующее уве­личение выпуска дискретных приборов и интегральных схем до 40%. Кажу­щуюся нехватку поликремния в 1996 году специалисты объясняют быстрыми темпами роста производства микросхем на подложках диаметром 200 мм. Ана­лизируя состояние кремниевого рынка с момента создания первого кремниево­го диода, можно с уверенностью сказать, что в обозримом будущем кремний будет оставаться главным материалом микроэлектроники и занимать главенст­вующее место на рынке полупроводников.

Учитывая сложившуюся ситуацию, все крупные фирмы планируют на­растить объёмы производства (таблица 2.1).

20

21

Таблица 2.1.

Фактический и прогнозируемый рост производства поликристаллического

кремния (т)

Фирма ; 1998г. : 2000г. ! 2002г.				2003 г.
"Вакер"	2850	5000	5000	5700
"Хемлок"	4700	5500	5550	5550
"Токияма"	3500	4000	4000	4000
"Мицубиси"	1400	1400	1400	1400
"ЭйСиМи"	3000	4500	5900 ! 5900
"Мемс"	800	800	800 ', 800

Суммарный объём производства кремния с 2000 года выходит на уровень 21000-24000 тонн.

В связи с возрастанием в производстве кремния доли монокристаллов диаметром 250-300 мм и увеличением степени интеграции микросхем постоян­но растут требования к качеству монокристаллов. Особо высокие требования предъявляются в части уменьшения содержания примесей тяжёлых металлов и углерода.

В такой ситуации на кремниевом рынке могут конкурировать производи­тели, владеющие высокоэффективной технологией производства, обеспечи­вающей сочетание непрерывного роста качества продукции и одновременного снижения цен.

Можно с уверенностью утверждать, что мировая электроника обладает громадным потенциалом по производству полупроводникового кремния с вы­сокими показателями качества и технологичности и обеспечивает устойчивый ежегодный прирост выпускаемой продукции.