一篇文章看懂“半导体”产业链！
这几天不少一级市场做LP的朋友都在跟我分享他们的好心情，因为3440亿规模的大基金三期落地了。

二级市场好像是一日游，不过这不重要，二级市场本来就是充满情绪的地方。

为了发展我们的半导体行业，管理层确实是花了大笔资金。

一般产业基金能带来几倍左右的杠杆效应，当年大基金一期987.2亿，那可是撬动超过5000亿的资金。

获得资金稍微多一点的公司就达到75家，比如北方华创、三安光电、长江存储等企业都拿到了不少投资。

不过大部分都集中在芯片制造，占了67%的比例，还有芯片设计也不少。

2019年的时候我们的半导体被制裁到了不得不突破的时候，规模2041.5亿的大基金二期来了，撬动的资金更庞大。

二期除了继续支持芯片制造之外，在存储和功率器件上面也颇为重视。

当然最大的受益者还是中芯国际，当时拿到了107亿的巨资，不过在上游设备领域的投入，相对来说不算多，只有6家设备企业。

现在的大基金三期，从去年就不断有消息传出来，现在算是证实了，规模3440亿，比前两期加起来还多。

如果算上可能被撬动的资金，上万亿是很轻松的事情。

我看了一下本次的股东有19位。

上图这个就是名单，个个都是身份显赫。

前两大股东就不用说了，上海国资是第三，五大行紧随其后，商量好的持股都一样。

现在大基金三期会倾向于哪些领域，短时间内肯定是不知道的。

不过这三千多亿砸下去，带动过万亿的其他资金肯定是轻轻松松的。

看来我们的半导体行业，又要轰轰烈烈发展一波了。

我是技术出身，老读者应该知道，其实我平时关注科技型公司的时间更多。

但是科技型公司有一个共性，那就是高弹性高风险。

这类公司在我的交易系统里，属于“纯成长”类公司，如果选择这类公司，需要有比较强的风险承受能力。

成长型公司的特点就是资本投入比较大，所以很难有比较好的分红，只能靠市值增长获利，就会有很大的不确定性。

趁着这阵子和朋友们讨论半导体比较多，所以接下来讲一下这个行业。

本文先大概简要梳理一下半导体产业链，后面再选择有代表性的优秀企业深度分析。

一、设计
从整个芯片的生产流程来看，第一个环节就是设计。

设计分为两个主要环节，一个是IP，另一个是EDA。

这里的IP不是我们熟悉的IP地址，而是一个核，分很多类型，预先设计、验证好的功能模块。

所以IP可以说是芯片中的核心，目前全球主要的玩家，几乎集中在老美那，比如我们很熟悉的ARM和Imagination，就拿走了很大的市场蛋糕。

我们国内也有做这个的，比如之前被炒得很火的“寒武纪”，还有对标ARM的华夏芯，还有陷入亏损泥潭的“芯原股份”等等。

这一块我们的实力非常弱，理论上这个大基金三期是应该扶持一把的。

然后另一个EDA主要就是软件工具，在70年代之前，那个时候的集成电路远没有现在这么复杂，设计师主要是靠手工画图。

后来随着电子设计自动化的快速进步，就有了各种各样的软件来代替设计师双手，所以就有了现在的EDA产业。

尤其是现在的芯片越来越复杂，没有软件的辅助，根本设计不了芯片，所以EDA被称为“芯片之母”。

现在EDA全球老大是新思科技（Synopsys），拿走了32%以上的市场份额，而且就在今年的年初，宣布以350亿美元的高价收购Ansys，真的是遥遥领先了。

即便是实力同样不弱的铿腾电子（Cadence）、明导国际（Mentor Graphics）和西门子，也还差了不少。

我们国内也有不少公司在布局，比如“芯华章”还比较有名，上市公司里面，“华大九天和概伦电子”就是专门做这个的，都还非常弱小。

非上市公司里面，还有国微集团也是不错的，这是深圳第一家半导体设计公司，主要是基因比较好，继承了当年的国家集成电路908、909工程。

虽然国微集团没有上市，但他的母公司“国微控股”是在香港上市的。

有了软件这个强大工具之后，再基于IP这个核心，就可以进行IC设计了，IC就是集成电路。

集成电路主要分为模拟电路和数字电路两大类，这两门都是电子专业的基础课课。

学过电子的都知道，我们现实世界的信号都是模拟的，否则没法传输。

所以模拟电路主要就是传输和处理模拟信号，比如常用的放大电路啊，滤波电路啊等等。

数字电路主要是用来运算和逻辑处理的，可以简单的理解为根据收到的信号要达到某个目的，这个数字信号的处理过程，就需要数字电路来完成。

现代集成电路，早就已经完全融合了模拟和数字，所以基本上都是同时出现在整个电路里面的，非常复杂。

一块芯片要生产出来，主要取决于工艺和设备，一块芯片要设计出来，那就是拼脑力和经验积累。

这也是我们发展速度相对比较快的原因，比如华为的芯片设计能力就非常强。

当然全球巨头，主要还是集中在我们经常听到的那几家公司身上，比如高通、博通、英伟达、联发科这些。

尤其是英伟达这几个月超级火，AI简直把他给带飞上天了。

国内做IC设计的，主要是三大巨头，华为的海思是其中之一，估计未来会长时间占据国内龙头位置。

还有紫光集团旗下的紫光展锐那也是行业的一匹黑马，实力非常厉害。

另外中兴通讯旗下的中兴微电子也很不错，目前主要给自己的通信设备设计芯片。

说起中兴微电子，就让我想起名字完全谐音的“中星微电子”，这家公司来头更大，在图像芯片领域，有很高的地位。

二、制造设备
1、底片

芯片和光伏殊途同归，都是硅片做出来的，只是纯度要求不一样。

所以芯片产业的第一台设备就是“单晶炉”，先把硅料做成硅棒，然后切成硅片，半导体领域叫晶圆。

现在一般常用的是8寸和12寸，尺寸越大芯片的制造成本就越低，但是技术难度更高。

这个国内的北方华创和晶盛机电当之无愧的双雄，北方华创比较偏向半导体，晶盛机电比较偏向光伏。

这两家公司都分析过多次，未来也还会继续讲。

国外的话，德国的PVATePlaAG和日本的Ferrotec也还不错，不过在我们这没什么存在感。

硅片经过一系列精加工后，，就需要放到氧气或水汽等氧化剂的氛围中进行高温热处理，让硅片表面形成一层氧化膜。

这个设备叫氧化扩散设备，目前国内做的公司不多，只有北方华创做得不错。

2、光刻

接下来就是我们经常讨论的被卡脖子的光刻环节。

先把氧化后的硅片涂上一层光刻胶，作用是形成感光层。

然后光刻机通过掩模版把设计好的电路图投影到光刻胶上，通过曝光让它发生化学反应。

反应完成后再洗掉剩下的光刻胶，电路图就留在了硅片上。

这个过程主要用到光刻机和涂胶显影设备，光刻机我们现在还做不出高端设备，全球老大当然就是荷兰的ASML，还有日本的佳能和尼康也还不错。

我们这几年也在加快研发进度，比如中科院、中电科、光机所等专业机构，都在研发中。

还有上海微电子和芯碁微装也在布局，“芯碁微装”成立的时间不长，2021才上市，大股东里面几乎都是基金。

可能也正是因为他研发光刻机的原因，一家利润不到2个亿的公司，市值达到了83亿，市场真舍得给估值。

目前国内生产的光刻机很低端，希望尽快更上一层楼。

显影就是把晶圆浸泡在显影容易里面，把光刻之后的电路图给显示出来。

涂胶显影设备做的企业就更少了，国内好像只有“芯源微”这家公司在研发，他的估值那就更高了，一年的利润同样也才2亿多，市值已经高达131亿。

目前国际上的涂胶显影设备主要掌握在日本企业手里，比如东京电子(TEL)和迪恩士(DNS)，还有韩国的CND也还行。

显影设备标记出来的位置，还没有真正刻到晶圆上面，通过蚀刻才能留下不灭的痕迹。

不过在蚀刻之前，一般会先进行离子注入，当然也有先蚀刻再离子注入的情况。

3、离子注入

离子注入就是把多成分的掺杂剂离子，在真空环境中，高速引入固体，并且留在里面，从而改变固体的电学性质。

因为硅片本身的导电性很差，可以说几乎没有，所以要人为掺杂进去某些杂质，加强一点导电性，不然怎么叫半导体，而不叫绝缘体或者导体。

而且还可以改变硅片的性质，比如注入五价元素，就变成了N型硅，如果注入三价元素，就变成了P型硅。

这个离子注入机设备很贵，也很有技术含量，现在全球市场大部分都被美国应用材料拿走了，大概占比70%左右。

还有美国的亚舍立（Axcelis）又拿走了20%左右。

我们现在做得最好的，应该是中电48所旗下的“中科信”，他的CI E3000和CI S400这两款产品在国内算是比较好的。

上市公司里面做离子注入机的，好像只有中微半导体和万业企业。

这个“万业企业”比较特殊，本质上是一家投资公司，现在他的大股东还是“浦科投资”。

当年浦科投资拉着一帮机构，开场就是用并购的方式，买了不少半导体公司，后来就慢慢的把重心放在集成电路设备领域了。

4、蚀刻

蚀刻分为干法蚀刻和湿法蚀刻，看到过电路板的应该知道，一般都会凹凸不平，有的地方还会镂空，这就是蚀刻机把晶圆表面的材料根据需求去掉之后的效果。

蚀刻的精度要求没有光刻高，所以技术难度要低很多，国内的发展速度也挺快，北方华创和中微公司表现就不错。

国际上的话，主要是美国泛林（LAM）、日本东京电子（TEL）、美国应用材料（AMAT）、日立高新（Hitachi）、韩国TES这几家，拿走了全球很大的市场份额。

5、薄膜沉积

蚀刻之后，电路图终于是永久性的留在了晶圆上面，但仅仅还只是一张图纸，完整的电路是需要众多的元器件组成的，比如常见的电容、电阻、晶体管等等。

芯片跟普通的电路板还不一样，电子专业毕业的应该都手动焊接过电路板，比如自己做收音机做万用表等等。

这些电路板面积大，可是芯片是很小一块，不可能把普通元器件直接装上去。

所以芯片的元器件非常薄，在微米级别甚至纳米级别，所以叫薄膜，像我们手机贴膜一样，把它给贴到芯片上。

这个过程就叫“薄膜沉积”，沉积的方式挺多的，用设备贴上去就叫物理沉积（PVD），一般各种金属采用的是这种。

还有用化学物质长出来也行，就叫化学气相沉积（CVD），把物质进行化学反应，就会生成薄膜。

还有原子层沉积（ALD），这个就高深了。

现在全球范围内做化学气相沉积（CVD）设备的公司多一些，因为应用范围更广，主要集中在美、日、德、韩。

我们国内也有不少，北方华创肯定少不了，还有中微公司、拓荆科技、微导纳米、中晟光电等等。

这些公司的规模其实都不大，但是估值都非常高。

做物理沉积（PVD）的企业要少一点，国际上主要是美国的应用材料公司和泛林（LAM），还有日本的东京电子和KokusaiElectr。

国内的PVD企业没有太出名的，北方华创也只有两款。

左边这款是12寸的，右边是8寸的。

PVD和CVD最大的区别是工艺温度差别很大，CVD的工艺温度超过了回火温度，所以在镀膜之后，必须要进行真空热处理，否则就会变形。

另外CVD有很好的“绕镀性”，可以简单的理解为镀膜效果更好，但是也更容易产生杂质。

而且同等水平的PVD设备价格要比CVD设备高不少，虽然PVD的效率要高不少，但是我觉得综合比起来，还是CVD性价比更高。

不过PVD是物理沉积，没有尾气排放，所以有“绿色工程”之称，而且不会产生杂质，CVD不但会排放尾气，还有腐蚀性，所以对操作环境要求更高。

各有优缺点吧，市场更喜欢CVD一些，可能也是考虑到成本和工艺问题。

现在PVD是美国应用材料（AMAT）公司一家独大，拿走了全球90%左右的市场份额，绝对的龙头就有绝对的定价权。

北方华创想要突围，难度还是有点大。

但是必须要努力发展，国内做薄膜沉积设备做得好的，只有北方华创和沈阳拓荆，但是沈阳拓荆目前只做CVD和ALD，并不做PVD。

北方华创作为一根独苗，未来就靠他了。

之所重点讲这个薄膜沉积设备，主要有两个原因。

第一个是技术难度相对光刻机来说，要低一些，我们是可以突破的。

第二个是晶圆厂在投资的时候，80%左右的资金都用来买设备，而设备里面刻蚀占了大头，大概30%左右，排在第二位的就是薄膜沉积设备，大概占25%左右，光刻机虽然贵，占比也就23%左右。

所以关注半导体设备企业的，应该重点研究薄膜沉积设备。

6、抛光

芯片外表看起来很小一块，其实是多层叠起来的，在叠加过程中，每一层的平整性要求非常高，所以必须要经过高精度抛光。

现在主流的技术是CMP抛光，是机械抛光和化学抛光的组合。

机械抛光就是物理研磨，化学抛光就是溶解。

单纯的机械抛光很容易造成损伤，而单纯的化学抛光速度又太慢，所以CMP抛光就结合了两者的优势。

在抛光过程中加入研磨液，用来软化被抛光物质，然后抛光垫上的研磨微粒会对芯片进行研磨，从而完成抛光。

这个抛光设备的难度挺大的，全球龙头依然还是美国应用材料（AMAT），还有日本荏原（Ebara）也还行，他们两家几乎拿走了全球90%左右的市场份额。

国内做得好的，中电科当然算一家，上市公司里面，只有华海清科和盛美上海这两家有布局，华海清科的CMP设备卖得还不错。

这几年华海清科的CMP设备营收增长还挺快，五年之前收入只有千万级别，现在已经快23个亿了。

公司的业绩也几乎全部来源于CMP设备，看来是要非拿下这个领域不可。

以上流程在多次重复之后，就能得到芯片的雏形，最后封装测试，就是芯片的成品。

这两个环节相对来说都没太多技术含量，封装就是把晶圆上制作好的芯片一块块切下来，然后固定在基板上，加上保护壳就完事。

三、制造材料
在芯片的制造过程中，主要用到下面几种材料。

首先当然就是硅片，TCL中环主要做大硅片，这在光伏领域没那么受欢迎，因为成本高，光伏都卷成这样了，大硅片的市场容量相对小很多。

但是芯片制造喜欢大硅片，因为一块硅片能生产出更多芯片，效率更高成本更低。

所以我之前讲光伏的时候，就说TCL中环未来可能会把主要精力放在半导体领域去。

这个领域的公司非常多，上市公司也有不少，全球也就我们多，因为技术含量最低。

然后就是光刻胶，这是高科技，主要由感光树脂、增感剂和溶剂组成，分为正胶和负胶两类。

正胶就是本来不可溶，经过光照后，变成可溶物质，负胶就是反的，本来可溶，光照后变成不可溶物质。

别以为这就是一个普通的胶水，技术含量很高的，就比如从工艺上来说，胶水在成像的时候，会同时生产衍射、反射和散射，这是很正常的。

但是一旦这种现象产生过多，就会影响分辨率，尤其是芯片那么小的面积，对分辨率的要求本来就很高很高，那么谁能让胶水的分辨率更高，谁就厉害。

现在全球顶级的技术主要掌握在美日手里，典型代表就是陶氏化学和日本的JSR，而且日本还有诸多类似企业。

很多人可能不知道，我们的光刻胶发展其实很早，几乎和日本同步，但是因为各种原因，我们落后越来越多。

近几年又重新再追赶，但是差距依然比较大。

现在国内做得最好的是“南大光电”，但是和国际巨头相比，还是比较落后。

现在我们的光刻胶主要还是靠进口，国产化率只有10%左右，尤其是KrF光刻胶和Arf光刻胶，国产化率只有1%，几乎可以忽略不计。

然后EUV光刻胶就更不用说了，现在国内还没有哪家公司可以大规模量产，量产的都是低端的。

现在除了南大光电之外，还有北京科华、晶瑞股份等公司也在奋力追赶，期待他们能早日实现国产替代。

第三个用得较多的材料是掩膜版，又叫做光罩，，这个东西很重要，是芯片生产过程中，承载图形的载体，精度要求非常高。

这个领域我们发展很慢，在2019年我们才生产出第一张自主研发的11代TFT掩膜版，就为了生产这么个东西，就花了20年的时间。

因为1998年的时候，我们就生产了第一张大面积的掩膜版，还是用了别人的技术，20年后才有了自主技术。

要知道掩膜版在半导体材料中的使用占比，是排名第三的，仅次于硅片和气体，占比大概是13%左右。

所以这一块是我们未来需要花大力气补上的短板。

国内也有多家公司布局该领域，比如清溢光电、路维光电等等，“清溢光电”是我们最早做掩膜版的公司。

不过国产的掩膜版质量实在差得有点多，这些公司都拿到了巨额的融资，希望他们加倍努力吧。

然后就是湿电子化学品，这是一个泛称，因为半导体需要用到的化工材料种类比较多，比如显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等等一大堆。

这些化工材料的用量其实比较小，但是又不可缺少，所以被称为电子行业的“工业味精”。

由于市场规模有限，国内对这个感兴趣的好像不多，我没看到大的巨头布局这个领域。

现在全球的市场主要被德国的巴斯夫，美国的亚什兰化学和霍尼韦尔，日本的住友化学和三菱化学这些公司所掌控。

我们虽然也有多家上市公司在做这个，但是我看了一下他们的技术水平，还是差的比较远。

然后就是特种气体，在半导体里面成为电子气体，被称为电子工业的血液和粮食。

这东西最大的难点就是纯度，能够直接影响产品的质量。

这东西的的市场容量并不高，现在整体差不多也就200亿左右吧，而且生产线前期投资比较大，没多少人愿意做这个。

它的重要性毋庸置疑，难度等级也不小，比如对可靠性和稳定性可谓是要求极高，所以这些年的新玩家并不多。

不过好在电子气体的生产难度并不是很高，所以现在国产化率还是很高的，现在除了个别特殊气体，基本上不用靠进口。

但是我看国内做得比较好的几家公司，也不怎么赚钱。

第六种用得比较多的材料是CMP抛光材料，因为抛光过程中一直在消耗，所以抛光液和抛光垫的需求一直都很大。

很可惜这一领域我们依然很弱，华海清科虽然CMP设备做得风生水起，但是这种消耗性零配件，远比不上国际巨头。

现在主要还是靠进口美国卡博特、陶氏化学、日本Fujim等等这些公司的产品。

从材料的行业格局来看，相信大家都能轻易感受到，这一领域我们现在还很薄弱，当然硅片除外。

原因也很简单，主要是两点，一点是产品精度或者工艺门槛太高，不是一朝一夕就能解决，第二点是市场规模比较小，很多有实力的大企业不愿意去做。

但这又是半导体必不可少的环节，希望未来能重视并且补上这个短板。

至于芯片生产环节就不讲了，只要解决了材料和设备问题，生产难度就会小很多。

现在全球生产芯片的几个巨头大家也都很熟悉，比如台积电、联华电子、三星等等。

内地主要就是中芯国际、闻泰科技、长江存储等等。

后面我也会单独一家家详细分析半导体产业链上的优秀企业。

四、总结
半导体是一个好行业，但其实也是一个很辛苦的行业。

技术更新迭代非常快，研发投入非常大，但是不一定赚钱就很轻松。