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半导体产业链详细梳理

2021-09-06 14:30:32来源:雪球    作者:Cassielli       
核心摘要:现在的全球半导体行业,处于新一轮景气周期上行阶段。而国内的半导体产业,不仅受到全球性大周期的影响,还有一条非常硬核的逻辑 ......
        现在的全球半导体行业处于新一轮景气周期上行阶段而国内的半导体产业不仅受到全球性大周期的影响还有一条非常硬核的逻辑就是国产替代中国虽已经成为全球最大的半导体消费国但我国的芯片自给率低2020年我国集成电路自给率仅为15.9%国产替代仍有很大的替代空间

从需求端来看受益于万物互联+国产替代以及新能源汽车的助攻芯片需求全面拉升供给端受疫情冲击以及制裁下扩产速度减慢跟传统周期性行业类似半导体也存在着产能库存和需求的不可能三角由于从投资到产能释放的前置时间较长如此扩大了芯片的缺口

年初开始晶圆大厂们纷纷公布了一大波超预期的资本开支计划

下图为半导体产业从材料到应用终端流程图

如图芯片产业链主要包括设计制造封装与测试三大环节与半导体设备及材料两大支柱产业本文将按照该框架梳理整个芯片行业产业链

芯片设计包括工具软件设计公司

芯片制造包括制造厂制造设备材料与辅料

芯片封测包括封测厂封测设备辅材

打个通俗的比喻芯片设计环节就像房地产的图纸设计圆晶代工就是施工建房封测就是将毛坯房变为精装房

芯片设计

芯片设计是产业链中重要的一环影响后续芯片产品的功能性能和成本对研发实力要求较高根据不同的下游应用可分为四类

集成电路存储器逻辑芯片CPUGPU微处理器MPU)模拟芯片

分立器件含功率半导体MOSFETIGBT二极管晶闸管

传感器MEMS图像传感器

光电器件

 集成电路

兆易创新国内闪存芯片存储器及MCU微控制器设计双龙头在全球NORFlash的市场占有率为6%已跃居全球第三公司作为国内MCU微控制器市场的龙头公司2020年销售接近2亿颗2021年公司业绩将伴随着工控等领域的快速放量迎来快速发展的时期

北京君正收购北京矽成成为国内稀缺的汽车存储芯片领军企业北京矽成在全球车用DRAM存储芯片市占率15%全球排名第二收益于汽车电动化与智能化对车用存储芯片数量和容量要求的提升实现量价齐升微处理器芯片业务收益于智能终端硬件需求的爆发公告拟定增募集资金拓展车载LED照明芯片

国科微我国固态存储芯片技术领先代表最新产品达到国际平均水平深耕智能安防监控芯片积极布局AI智能监控芯片

圣邦股份国内模拟芯片龙头电源管理芯片及信号链芯片受益于5G工业驱动人工智能和汽车升级叠加国产替代空间广阔

思瑞浦业务与圣邦股份高度重合国产信号链类模拟芯片龙头企业公司的信号链模拟芯片为5G射频模拟芯片的主要组成部分综合性能已达国际标准

卓胜微射频前端领域处于国产领先地位5G通信技术的发展带动射频前端市场需求的快速增长公司产品在客户端持续渗透

晶丰明源:在LED照明驱动芯片市场处于龙头地位技术和市场均处于领先水平出货量全球第一晶丰明源今年也发了6次涨价函原因是原材料价格上涨和产能紧张

明微电子深耕LED驱动业务显示与照明业务齐头并进技术研发能力处于行业领先地位晶丰明源比主要为LED显示驱动芯片2020年显示驱动芯片厂商中排名第三市占率为13%

中颖电子:公司主要产品包括微控制芯片及OLED显示驱动芯片受益于下游智能家电领域产品需求量和智能化水平的提高国产替代空间广阔

景嘉微A股极其稀缺的图形处理器芯片标的主要应用于军事装备在国内机载图显领域占据大部分市场份额正由军用向信创及民用市场拓展

乐鑫科技全球物联网WiFi-MCU芯片龙头企业市场份额全球第一占比超30%产品下游主要是智能家居电子消费产品传感设备及工业控制等充分受益下游物联网市场发展

富瀚微安防芯片设计龙头2020年原本的安防芯片龙头海思受到美国的制裁被动退出市场公司在下游客户供应链切换过程中抢占先机实现海思产品80%的替代2020年公司在安防前端ISP芯片领域市场份额达到60%-70%同时公司基于视频处理能力进入汽车摄像头市场渗透率不断提升提供新增长动能

全志科技:老牌智能终端处理器SOC芯片设计企业SOC即片上系统可以简单的理解为把系统做在一块芯片上是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式其产品主要布局物联网智能家居等领域京东的智能音箱以及小米的智能扫地机器人就是搭载全志科技的soc芯片

瑞芯微:专注SOC设计发力电源管理领域5G 终端对电池续航能力的要求同步提升进而对电源和功耗的管理提出了更高要求公司快充芯片与普通的电源管理芯片相比在占用体积能量转换效率和散热量等方面均有较大程度的优化性能和可靠性指标均处于市场领先水平

上海贝岭重点发展消费类和工控类芯片设计业务主要目标市场为电表手机液晶电视及平板显示机顶盒等各类工业及消费电子产品合并南京微盟提高电源管理芯片的市占率

功率半导体

新洁能专业从事MOSFETIGBT等半导体芯片和功率器件的研发设计及销售IGBT是目前增速最快的功率器件细分市场公司产品线完整成为公司的营收增长新动力同时公司重视第三代半导体功率器件研发积极研发新能源汽车用功率半导体

传感器

 韦尔股份国内图像传感器设计龙头业务位于全球前三,国内第一2019年成功收购了两个影像传感器CIS设计公司豪威和思比科设计业务收入超过世界第十的芯片设计上市公司

芯片制造

在市场需求国家政策资本投入的驱动下全球晶圆代工产业逐渐向中国大陆转移中国大陆成为全球增速最快的晶圆代工厂2016-2020年全球新增投产晶圆厂中在投产在中国大陆的比重达到42%其他分散在全球各国国家

晶圆制造原理为根据设计版图进行掩膜制作形成模版在晶圆上批量制造集成电路芯片通过多次重复运用掺杂沉积光刻等工艺最终在晶圆上实现高集成度的复杂电路

制造厂

不少纯设计厂向IDM转型具备设计研发生产能力我们将这一类的企业归为制造厂一类

1集成电路

中芯国际无可争议的国产芯片代工龙头技术与规模均为国内第一代表集成电路国产替代的最先进制造水平市占率全球第四受到制裁之后研发预计会停滞数年先进制程的生产规模扩张也会同步停滞

紫光国微智能安全芯片及国内特种 IC 双龙头万能芯片车规芯片多点开花子公司国微电子产品线齐全技术实力强是国内特种 IC 龙头企业子公司紫光同芯国内智能卡芯片龙头市场渗透率进一步提高子公司紫光同创为国内民用FPGA领军企业打破了海外寡头垄断国产替代空间大

富满电子主营为LED控制及驱动类芯片电源管理类芯片同时具有设计+封测一体化供应能力公司已在小间距&Mini LED 控制驱动核心技术领域取得突破在快充芯片领域也实现率先突破技术实力国内领先积极布局 MOSFET 领域有望充分受益功率半导体国产替代

2功率半导体

泛指处理电力的芯片其主要功能是将繁杂不一的电力处理为终端产品所需的规格比如电流从电动车的电池输出后通过不同的功率芯片处理既可以驱动电机又可以驱动空调和音响

MOSFET即场效晶体管主要应用于电脑功率电源家用电器等占全球功率器件市场超4成比重

IGBT应用涵盖从工业电源变频器新能源汽车新能源发电到轨道交通国家电网等一系列领域

华润微国内功率半导体IDM龙头之一是国内营业收入最大,产品系列最全的MOSFET厂商拟与国家集成电路产业投资基金二期及重庆永微电子共同成立润西微电子建成后预计达到月产3万片12寸中高端功率半导体晶圆生产能力

斯达半导国内IGBT半导体龙头,全球IGBT模块市场排名第七,是国内唯一进前十的企业市场优势地位显著从纯设计厂向IDM转型以保证产能供应产品主要用于工控与电器领域拟定增募资35亿元购买光刻显影蚀刻等设备盖厂设计产能36万片功率半导体用于高压特色功率芯片和碳化硅以尽快推出车规级SiC芯片以完善车用电源市场的产品布局

士兰微国内功率半导体IDM龙头之一主要集中于MEMS传感器高压集成电路半导体功率器件这三个主要技术方向

捷捷微电:晶闸管龙头企业产品性能达到国际领先水平业务范围涵盖芯片设计晶圆制造及封装测试等全业务环节今年7月公告拟扩建功率半导体6英寸晶圆及器件封测项目产品从晶闸管与防护器件等领域扩展至IGBT模块此外公司车规级封测产业项目落地产业链逐步完善

扬杰科技公司是国内领先的功率半导体 IDM 厂商具备完善的芯片设计晶圆制造封 

装检测能力国内功率二极管龙头并逐步往 MOSFETIGBT第三代半导体功率器件等高端产品延伸应用领域涵盖电源家电照明安防仪表通信工控及汽车电子等多个领域公司产品在光伏领域应用占比较高营收约占 15%

闻泰科技:耗资181亿收购来的安世半导体是全球功率半导体龙头产品主攻消费电子与汽车领域其主要产品为逻辑器件分立器件和MOSFET器件是一家集设计制造封装测试为一体的半导体跨国公司三大业务均位于全球领先地位逻辑器件排名第二二极管和晶体管排名第一车功率MOSFET排名第二

立昂微茁壮成长的半导体硅片+功率器件领先企业主攻肖特基二极管芯片

三安光电国内LED芯片龙头总投资160亿元的湖南三安半导体基地一期项目今年6月正式投产这是国内首条全球第三条碳化硅IDM生产线

3传感器

赛微电子原名耐威科技 MEMS芯片晶圆制造2016年赛微通过收购瑞典Silex,获得全球领先工艺IP,切入MEMS纯代工赛道成为MEMS全球代工领头羊公司目前可生产微流体微超声微镜光开关等多种器件

材料与辅料

半导体制造过程相当复杂先进制程多达500多道工序需要用到大量材料因此半导体材料也是整个产业链中细分领域最多的具有很高的技术和资本壁垒

其中硅片晶圆价值占比最高超过1/3其次为电子特种气体占比13%光掩模光刻胶及辅助材料各占比12%左右其余材料占比均低于10%

半导体材料成本占比分类

1硅片

硅片是集成电路制作中最为重要的原材料市场规模最大当前全球50%以上的硅材料产能集中在日本前五大厂商份额超过90%国内规模最大的是沪硅产业

沪硅产业纯正的半导体硅片公司产能技术国内领先率先实现300mm硅片规模化生产打破了大硅片零国产化僵局但产能利用率低尚未实现规模效应由于折旧费用高300mm硅片毛利率为-34.82%国内三家硅片厂商中毛利率最低尚未实现盈利

中环股份中环以光伏硅片为主占比接近90%半导体硅片仅占总收入7%虽然规模不大但是中环半导体硅片产能提升很快12英寸20年产能为7万片/月21~23年将持续放量产能预计将超过60万片/月光伏和新能源布局可以实现协同未来大硅片产能释放具备龙头溢价空间

立昂微立昂微硅片产品尺寸较小且具备抛光片-外延片-功率器件的一体化优势因此毛利率最高超过40%15万片/月的12寸硅片预计今年底建设完成除了半导体硅片还有功率器件和射频芯片业务

2电子特种气体

半导体生产中几乎每个环节都要用到电子特气且其很大程度上决定了最终产品性能的好坏同时所用气体的品种多质量要求高因此被称为半导体制造的血液虽然国产化率还不高但国产替代速度比较快

南大光电:其自主研发的氢类气体磷烷砷烷是电子特气中技术壁垒最高的两种打破了国外技术封锁和垄断不仅在 LED 行业市场份额持续增长在集成电路行业也快速实现了产品进口替代得到了广大客户的高度认可目前占据国内市场份额达 75%以上同时公司MO源产品实现了国内进口替代是全球主要的 MO 源生产商MO源系列产品是制备LED新一代太阳能电池相变存储器半导体激光器射频集成电路芯片等的核心原材料

华特气体公司研发出的20种进口替代产品已实现规模化生产特气体也通过了全球最大光刻机供应商ASML公司的产品认证并为中芯国际华虹宏力等一线企业供货

雅克科技是半导体材料中的平台型企业类似北方华创在设备中的地位业务包括半导体化学材料电子特气光刻胶产品覆盖半导体薄膜光刻沉积刻蚀清洗等核心环节前驱体SOD打破海外垄断2020年收购LG化学彩色光刻胶获得了彩色光刻胶和TFT光刻胶等成熟技术和量产能力有效弥补国内彩色光刻胶生产的空白

3光刻胶

光刻胶技术壁垒高价值含量高被成为半导体材料中的明珠高端光刻胶市场基本被日本企业所把持使用量最高的KrF光刻胶和ArF光刻胶国产化率低于5%进口替代空大

华懋科技主营为安全气囊材料通过持有徐州博康29%的股权进军半导体光刻胶产业徐州博康的光刻胶单体业务占全球市场份额的 5%并已存储了全球 80%的光刻胶单体产品技术成为中国唯一的高端光刻胶单体材料研发和规模化生产企业目前已成功开发出 10+个高端光刻胶产品系列半导体光刻胶一体化优势显著

彤程新材主营为特种橡胶助剂通过控股北京科华进入半导体光刻胶市场北京科华是唯一列入全球光刻胶八强的中国光刻胶公司同时也是国内销售额最高的光刻胶公司中国i线产品国产替代基本上靠北京科华贡献同时也是唯一可以批量供应KrF光刻胶给8寸和12寸客户的本土光刻胶公司产品达到世界一流水准打入中芯国际长江存储华虹半导体等国内厂商

晶瑞股份晶瑞股份的产品包括超净高纯试剂光刻胶 功能性材料锂电池材料和基础化工材料等

光刻胶领域子公司苏州瑞红作为国内光刻胶领域的先驱规模生产光刻胶 30 年产品技术水平和销售额处于国内领先地位i 线光刻胶已取得了中芯国际天津扬杰科技的供货订单高端KrF248nm光刻胶完成中试建成了中试示范线

南大光电公司成功自主研发出国内首支通过客户认证的 ArF 光刻胶产品两次通过客户认证公司目前已经建成 25 吨生产线5 吨干式和 20 吨湿式,在光刻胶国产化的大趋势下光刻胶业务将带动公司业绩迈入新的成长空间 

4CMP抛光材料

CMP抛光材料靶材国产化程度最高部分产品技术标准已到达世界一流水平本土公司已实现批量供货

抛光液和抛光垫是CMP抛光的主要材料属于高价值易耗品毛利高认证时间长客户黏性强竞争格局也相对较好产品价值上抛光液高一些占总材料成本49%抛光垫占33%其他材料合计不到20%

安集科技国内抛光液龙头目前安集科技在国内没有对手国内市场份额超过20%仅次于卡博特抛光液的技术含量很高且由于其专用性绑定大客户后未来增速也很有保证

鼎龙股份国内抛光垫龙头主要是做打印复印耗材的近年来开始布局半导体材料抛光垫去年开始放量成为长江存储的一供中芯国际也持续放量

5高纯湿电子化学品

超净高纯试剂是指主体成分纯度高于99.99%的化学试剂主要用于芯片的清洗蚀刻等制造领域

江化微国内湿电子化学品龙头打破国外企业限制壁垒逐渐实现中低端市场的国产化替代其超净高纯试剂光刻胶配套试剂产品具备为平板显示半导体光伏等领域提供全系列湿电子化学品能力

晶瑞股份超净高纯试剂占其营收的20%超纯双氧水超纯氨水及在建的高纯硫酸等主导产品已达到G5等级其它高纯化学品均普遍在G3G4等级

6靶材

江丰电子国内高纯溅射靶材行业龙头目前已可量产用于90-7nm半导体芯片的钽铝靶材其中钽靶材在台积电7nm芯片中已量产5nm技术节点产品也已进入验证阶段

制造设备

半导体景气周期有着设备先行制造接力材料缺货的传导规律中国大陆迎来投资建厂热潮对半导体设备的需求也水涨船高今年上半年半导体设备的同比出货量相比去年增长了50%设备制造商接单不暇

由于半导体设备技术壁垒高研发难度大周期长是整个产业中最关键的环节之一因此要实现我国半导体产业链的自主可控半导体设备至关重要

半导体设备价值含量高投资占晶圆厂建设投资 75-80%当前我国内半导体设备自制率仍较低2020年国产化率约为16%但部分领域国内厂商打破空白技术不断追赶

北方华创国产半导体设备的绝对龙头平台属性强体量大研发实力强属于国内一线市占率领先刻蚀设备国内市占率7%产品线丰富产品涵盖热处理刻蚀薄膜沉积PVDCVD清洗等设备

硅片设备-热处理设备-光刻设备-刻蚀设备-离子注入设备-薄膜沉积设备-抛光设备-清洗设备-检测设备

1硅片设备

硅片制造是芯片生产的第一道环节单晶硅生长炉是生产单晶硅的主要半导体设备

晶盛机电国内晶体硅生长设备龙头应用横跨半导体光伏两大产业国内高端市场占有率第一技术领先实现大硅片多项技术突破同时向切片抛光外延等设备拓展目前已经完成技术认证甚至还出了第三代碳化硅半导体设备已交付客户使用

2热处理设备

热处理设备即高温炉主要是对硅片进行氧化扩散退火等工艺处理供应商主要是国外厂商国内龙头厂商北方华创在热处理设备的各个细分领域均有成熟的产品线市占率也在逐年上升北方华创热处理设备在长江存储的占比已经超过了30%

3光刻设备

光刻是将设计好的电路图从光刻版转印到晶圆表面的光刻胶上便于后续通过刻蚀和离子注入等工艺实现设计电路光刻是晶圆生产的核心环节设备包括光刻机和涂胶显影设备

光刻机是晶圆加工设备中技术壁垒最高的设备该市场为荷兰企业ASML阿斯麦所垄断目前国内具备光刻机生产能力的企业主要是上海微电子

芯源微涂胶显影机行业龙头成功打破了国外厂商垄断成为唯一的本土厂商产品已经陆续通过了下游晶圆厂线的工艺验证市占率5%公司近年也开始切入湿法清洗设备领域跟盛美股份至纯科技北方华创等展开竞争

4刻蚀设备

刻蚀设备在晶圆厂设备支出中仅次于光刻设备且刻蚀设备数量更多可替代比例更高目前我国的刻蚀设备是比较先进的

中微公司刻蚀设备龙头企业介质刻蚀机已打入 5nm 制程技术接近世界级水准国内市占率达13%

北方华创技术节点达到28nm刻蚀设备国内市占率7%

5离子注入设备

硅片刻蚀后需要将一些特殊的杂质离子注入到硅衬底去这就是离子注入机国内离子注入标的稀缺仅凯世通和中科信

万业企业:公司主营房地产业务2018年收购凯世通切入半导体离子注入设备产品已进入产线验证阶段并于去年取得4台订单

6薄膜沉积设备

薄膜沉积工艺分为物理气相沉积PVD化学气相沉积CVD和外延三大类

北方华创的PVD设备已经用于28nm生产线中14nm工艺设备也已实现重大进展国产化率约 30%

7抛光设备

晶圆制造的后期需要对硅片表面进行平坦化处理这就用到了抛光机

该领域的龙头是华海清科技术领先合计市占率达 20%首发申请获上交所上市委员会通过将于上交所科创板上市

8清洗设备

清洗设备目前国产化率最高达到20%随着工艺流程延长且复杂每个晶片在整个制造过程中需要至少超过200道清洗步骤

是正在申报科创板IPO的盛美股份深耕半导体清洗设备十余年国内企业中市占率最高产品进入中芯国际长江存储SK海力士等企业供应链

盛美股份科创板IPO正式提交注册的盛美股份是半导体清洗设备龙头技术优势领跑同行业占据国内80%的市场份额其余20%则由北方华创芯源微和至纯科技三家公司瓜分

至纯科技公司目前湿法清洗设备订单充足排产计划已经到了2022年设备可实现28nm湿法工艺全覆盖可以满足国内绝大部分晶圆厂的要求单片清洗设备预计会在下半年批量交付

9检测设备

检测设备主要用于检测芯片性能与缺陷贯穿于半导体制造过程中的每一步主要工艺按不同环节分为前道测试和后道测试设备

前道测试设备主要用于晶圆加工环节属于质量检测壁垒更高目前国内企业竞争力较弱国产化率低于5%处于技术产品突破阶段

精测电子以半导体前道检测设备为主,同时布局后道形成半导体测试领域全覆盖其自动检测设备基本实现国产化,且已在国内一线客户实现批量重复订单

赛腾股份深耕自动化组装自动化检测设备通过收购日本Optima进入半导体检测设备领域Optima在晶圆缺陷检测设备上有成熟的产品线该技术储备对国内来说是稀缺的由此占据了发展先机

芯片封装测试

中国凭借低廉的劳动力首先承接了对劳动力需求较大技术要求较低的半导体封测业务目前大陆的芯片封装测试整体上已经达到国际先进水平产业链条封测厂装备材料比较完整

封测装备

检测设备的后道测试设备主要用于晶圆加工后的封测环节主要为电学检测

设备主要分为测试机ATE分选机探针台三者中测试机市场最大价值量更高伴随三大封测厂商的扩产计划会直接增加对国产后道测试设备的需求

长川科技国产半导体测试设备综合龙头分选机为主测试机为辅多赛道布局产品具备竞争力主要性能指标已达国内领先接近国外先进技术水平

华峰测控测试机设备龙头已可实现国产替代技术国内领先接近世界一流水平进入了封测龙头供应链测试机在半导体检测设备中价值占比高华峰测控的毛利达到80%领先同行盈利能力强但同时受制于单一赛道成长速度受限

封测材料

康强电子国内半导体封装材料龙头是我国规模最大引线框架生产企业

封测厂

我国是封测大国拥有 封测三杰——长电科技通富微电华天科技此前都宣布了各自的扩产计划

长电科技国内封测企业的龙头全球排名第三市占率达14.4%高端封装技术与国际第一梯队齐头并进公司在收购星科金朋后进一步发展了SiP晶圆级和2.5D/3D等先进封装技术并实现大规模量产远超传统封装的产量和销量

通富微电全球第六的封测厂市占率7%聚焦大客户战略长期布局存储微处理器等产品的先进封装技术日前开发了国内第一款 SiP 电源模块的封装技术该技术可应用于包括 5G 在内的各种基站和网络电源目前已实现批量生产

华天科技通过自建及收购拥有多个国内外多个厂区低端中端高端全方位布局

作者 @Cassielli   



作者:郭伟松_鑫鑫投资
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