摘要:在外国“卡脖子”技术中,几项属于半导体相关产业,特别是化学机械抛光材料、光刻机、光刻胶以及芯片等。本文简单介绍半导体产业链现状以及目前我国产业链情况。 

关键词:半导体;芯片;光刻机

1.半导体产业基本情况

半导体行业的产业链主要是由芯片设计、代工制造、封装测试三部分,以及产业链外部的材料,设备供应商组成。   

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图1半导体产业链示意图(来自网络) 当客户产生需求后,芯片设计厂商根据需求设计芯片,其中各部分占比约为集成电路(84%)、光电器件(8.11%)、分立器件(5.11%)、传感器(2.78%)。接着,芯片制造厂商经过硅片制造和晶圆加工把芯片样式制作出来。半导体材料分三种,一种是供应给代工制造厂商的材料如硅片、湿电子化学品、电子特气、靶材、CMP抛光材料、光刻胶ArF等;一种是供应给封装测试厂商的材料如:封装基板、引线框架、封装树脂;以及第三代半导体,如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)。最后经由封装测试厂商制作出最终的芯片成品。 芯片成品后会流入到通信网络、家用电器、汽车电子、消费电子、医疗电子以及军事航空电子等多个领域。半导体行业具有非常高的景气度,而其中的原因之一便是半导体技术被美国“卡脖子”。这得从2020年5月份华为和台积电的事情说起。2020年5月,美国对华为发起史上最严厉的制裁,使得包括台积电在内的一大批采用美国技术公司的企业,不能再给华为提供芯片的设计和制造服务。关于芯片设计,最主要的一项就是EDA软件电子设计自动化服务。在这个领域,全球70%的市场都被美国前三三大巨头公司垄断(Synopsys、Cadence和MentorGraphics)。而国产的EDA软件在设计效率和质量上都存在着明显的差异。

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图2全球EDA软件行业格局(来自网络) 

在这种国外极端施压的条件下,国产半导体行业可以说是压力重重,但自力更生从来都是行业发展的唯一途径,这种全面的封锁反而大大刺激国内产业的发展,甚至开启了半导体国产替代的新局面。在国家“大基金”的领导下,以芯片产业为重点的相关公司正迎来黄金发展时期。

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图3国产半导体产业链全景图(来自网络) 芯片产业链可以划分为三大板块:芯片设计、代工制造和封装测试。芯片设计公司最出名的有美国的高通、博通、AMD,中国台湾的联发科,大陆的华为海思、展讯等。高通公司,妥妥的世界第一,世界上一半的手机芯片都是高通的;电脑芯片则是英特尔和AMD的天下。中国台湾联发科走的是中低端路线,手机芯片市场份额一度排名杀进前三,很多国产手机都是其客户,比如小米、OPPO等。华为海思主要给华为和荣耀以及公司其他硬件设计芯片。华为手机最高端的麒麟芯片,相比其他手机芯片毫不逊色。除了手机芯片,海思的5G基站芯片天罡、5G基带芯片巴龙5000性能也都是世界顶级。 晶圆代工方面,台积电名副其实的世界第一,华为麒麟、苹果A12、A13、A14都出自台积电之手。2017年台积电的晶圆代工业务占全球的56%,其技术和制造规模都是全球第一,其实力可见一斑。其实,台湾地区除了台积电,联华电子、力晶半导体也都是代工行业的佼佼者。国内最大的代工厂是中芯国际,最近两年也是在国内的科创板和香港两地上市,但其高层一度发生人事变动。 封装测试方面,中国台湾的日月光、矽品、力成都颇具实力,国内封测三剑客分别是长电科技、华天科技和通富微电。

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图4半导体产业链中可国产化替代的细分公司(来自网络)

2.国内半导体产业链的情况

介绍完半导体产业链的基本情况,下面聊聊国内半导体产业链的代表公司。其中一些公司也正在积极的开发技术和产能,以便更好的满足国内巨大的需求和参与激烈的国际竞争。 

2.1芯片设计方面

(一)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。 

(二)功率半导体 新洁能:专业从事MOSFET、IGBT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。 

(三)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。 

2.2芯片制造行业

(一)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&MiniLED 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。 

(二)功率半导体 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。 

(三)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。 

2.3辅助材料 

(一)硅片 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。 (二)电子特种气体 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。 

(三)光刻胶 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。 

(四)CMP抛光材料 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,对中芯国际也持续放量。 

(五)高纯湿电子化学品 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。 

(六)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、铜、钛、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。 

2.4芯片封装测试 

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。

3.总结

通过以上介绍可以看到,在芯片设计领域,以华为海思为代表的公司已经可以和国际先进水平并驾齐驱,可以说设计方面的短板基本补齐。具体到芯片设计所用的软件上,目前来看,很难有软件厂商完成对新思科技和Design Compiler的超越。在硅片生产制造领域,我国已经可以大规模供应,且纯度达到要求。在光刻胶、湿电子化学品、电子特气、靶材等领域,国内公司也基本补齐短板。 在芯片设备和芯片制造领域,国内成熟制程为28nm,大概相当于台积电、三星2005年左右的技术水平,但制程和光刻机紧密相关,在目前国内企业受到外国封锁的情况下,短期内取得重大突破困难重重。值得期待的是上海微电子,其制造的国内首台2.5D/3D封装光刻机已经交付。相信未来会有更多的国产公司,在光刻机和芯片制造领域大展身手。