华青资本观察:从半导体的悲观氛围中挖掘乐观的投资机会

吴超   2018-12-20 本文章272阅读

十数年缺芯之痛,巨大缺口亟待填补


据 WSTS 统计, 2017年全球半导体行业销售额为 4122 亿美元,同比增速 21.6%,创下历年新高;中国半导体销售额达 1315 亿美元,同比增速 22.5%,占全球市场销售额比重高达约30%,但国内供应能力不足(2017 年大陆自制率仅为 29%)。国际半导体产业协会(SEMI)发布2018年度报告指出,今年全球半导体设备销售金额将达621亿美元,年增长率为9.2%,超越去年的566亿美元,再创历史新高。中国大陆今年采购半导体设备金额将正式挤下中国台湾,成为全球第二大市场;增幅55.7%居首。半导体设备价值量占产业链 80%,国产化率低于20%。供需格局存在巨大缺口。“缺芯之痛”不仅痛在经济利益流失,也痛在对国家安全的担忧。


半导体产品分类


半导体产品主要分为集成电路、 分立器件、光电器件和传感器。

  1. 集成电路指把基本电路元器件制作在晶片上然后封装起来,形成具有一定功能的单元。 集成电路进一步分为逻辑电路(传递和处理离散信号, 实现数字信号的逻辑运算和操作的电路)、模拟电路(处理和传递连续变化信号的电路)、微处理器(大规模集成电路组成的中央处理器, 执行控制部件和算术逻辑部件的功能)和存储器(用于保存信息的记忆设备)。

  2. 分立器件指具有单一功能的电路元器件,如二极管、晶体管、电阻、电容、电容等。

  3. 光电器件指利用半导体光生伏特效应工作的光电池和半导体发光器等,如光导管、光电池、光电二极管等。

  4. 半导体传感器指利用半导体材料特性制成的传感器, 如光传感器、 温度传感器、 压力传感器等。


半导体产业结构


半导体生产主要分为设计、 制造、 封测三大流程,在此环节中,需要用到半导体材料和设备,这些是最重要的五大组成部分。

设计:即按照功能要求设计出所需要的电路图, 最终的输出结果是掩膜版图。 电路设计要求尽量减小面积、降低设计成本、缩短设计周期, 以保证全局优化。 对于设计类公司,由于他们没有 Fab(工厂), 所以被称为 Fabless, 例如高通、英伟达、联发科、华为海思等。

制造:将设计好的电路图转移到硅片等衬底材料上的环节称为制造流程。 半导体行业中, 不同的公司站位和布局是不同的,早期的公司多为IDM(Integrated Device Manufacture)模式,即包揽设计、制造、封测全部流程,具体公司包括三星、英特尔等巨头。后来发展出专做代工、不做设计的公司,被称为Foundry(代工厂),典型的代表如台积电、中芯国际等公司。

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封测: 半导体封装指制造与测试工作完成之后, 产品将从硅片或其他衬底上分离出来并装配到最终电路管壳中,引入接线端子,并通过绝缘介质固定保护,构成一体化结构的工艺技术。检测贯串全部工艺流程,封装前和封装后均需要检测。 封装和测试一般在封测厂完成,目前全球顶尖的封测厂包括台资的日月光,美国的艾克尔等。 内资企业中, 长电科技、通富微电、华天科技均跻身全球前十大封装厂,是我国半导体产业链发展最好的环节之一。

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半导体材料:半导体是在各类薄膜材料之上制造电路的技术,其加工和制备需要各种辅助功能材料。半导体材料包括硅片、靶材、 CMP 抛光材料、光刻胶、光罩等。全球知名的材料公司包括外资的信越化学、 SUMCO 等,内资的江丰电子、上海新昇等。

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半导体设备: 半导体设备是制造企业的重要利器。以最主要的集成电路制造为例, 分为晶圆加工设备和辅助设备。晶圆加工设备(俗称 Baseline 设备)包括光刻机、刻蚀机、薄膜设备、离子注入机、CMP 设备等; 辅助设备包括检测设备、 清洗设备等;后道封装工序包括固晶机、键合机设备等。 全球半导体设备龙头有 ASML、 应用材料、拉姆研究、泰瑞达、环球仪器、K&S、欧瑞康等,国内集成电路设备公司有北方华创、长川科技、至纯科技等。

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目前,我国半导体产业链的现状是:下游产品需求旺盛, 国内企业供给能力薄弱, 正在全方位追赶。以集成电路为例, IC 设计能力在华为海思的带领下角逐全球领先水平; IC 制造以中芯国际为代表正奋力追赶; IC 封测领域国产化最为成功,诞生了长电科技、通富微电等一批领先的封测厂;半导体材料和设备领域相对薄弱,与海外一流企业差距较大。


中国半导体设备市场概况


中国大陆今年采购半导体设备金额将正式挤下中国台湾,成为全球第二大市场;增幅55.7%居首。大陆半导体设备市场空间巨大、 成长迅速。

半导体设备技术难度高、 研发周期长、 投资金额高、依赖高级技术人员和高水平的研发手段,具备非常高的技术门槛。高门槛导致全球设备市场格局高度集中。目前全球半导体设备市场主要被美国、日本、 荷兰企业所垄断, 2017 年全球 IC 设备前十大供应商中,应用材料(美国)、 拉姆研究(美国)、东京电子(日本)、 阿斯麦(荷兰)、 科磊半导体(美国)占据榜单前五。 CR5 占比 64%, CR10 占比 73%,全球半导体设备呈现高度集中状态。

尽管需求旺盛,但国内设备供给能力目前并不能满足需求。 目前半导体设备商主要集中于美国、日本、欧洲、韩国四个地区,国内半导体设备体量尚小,技术水平与海外龙头还有较大差距。根据Gartner的数据,全球列入统计的、 规模以上的半导体设备企业共有 58 家, 其中日本 36 家、欧洲 13 家、北美 10 家、 韩国 7 家、中国大陆 4 家(上海盛美、 上海中微、 Mattson、北方华创), 数量占比 7%,市场规模占比不足 5%,与庞大的市场需求不相匹配。

根据中国电子专用设备工业协会数据, 2011-2016 年, 国内设备企业平均自制率仅为 16%,国产设备自制率还有较大的提升空间。据北方华创公司公告信息, 我国计划到“十三五”末期, 国产集成电路装备在国内芯片制造厂的替代率至少达到 30%, 全球半导体产能大转移为国内集成电路装备企业带来重要历史机遇。


半导体设备市场投资机会主要集中在IC制造和IC封测环节


不同的半导体产品制造略有区别, 我们以最主要产品集成电路来展开剖析。 集成电路制造环节包括IC设计、IC制造、IC封测,其中IC制造和IC封测环节设备需求较大,IC设计对设备需求较低。

IC制造一般从晶体生长开始, 晶圆经历氧化(晶圆表面绝缘)、 光刻和刻蚀(设计图形转移)、 离子注入和退火(激活晶体电性)、气相沉积和电镀(形成金属连线和绝缘层)、化学机械研磨(结构层表面平整),一直到晶圆测试。 其中核心设备包括氧化/扩散炉、光刻机、刻蚀机\离子注入机、PVD、CVD、清洗机、检测设备等。

我们将半导体设备分为晶圆加工设备和辅助设备。 对比而言,与摩尔定律相关、影响先进制程的设备技术难度最高,包括光刻机、刻蚀设备; 晶圆加工的生产线设备技术难度高,包括氧化/扩散炉、PVD 设备、 CVD 设备、 离子注入机、 CMP 设备等;辅助设备技术难度较高, 但低于晶圆加工设备,包括清洗设备和检测设备。

针对半导体设备, 国务院于“十二五”规划期间推出“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”重大专项,是 16 个国家重大专项的第二个,简称“02 专项”,旨在突破集成电路制造装备、 材料、工艺、封测等核心技术,形成完整的产业链,具备国际竞争力。 在“02 专项” 的带动下,北方华创的 28nm硅栅刻蚀机和 12 英寸的氧化炉、 上海中微半导体 90-65nm 等离子介质刻蚀机、 盛美半导体的 12英寸单晶园兆声波清洗机得到重大突破。 “02 专项”对于我国半导体装备行业发展起到了关键的引领扶持作用。

在国家政策的强烈支持以及半导体产业向中国转移的浪潮中,国产设备研发加速,功能不断提升,逐步实现进口替代。上市公司中, 北方华创核心设备最为丰富,包括刻蚀机、 PVD、 CVD、清洗设备等, 长川科技封测设备国内领先,至纯科技主要提供高纯工艺系统, 并积极布局清洗设备。

从目前中国半导体市场的产业结构来看,市场中对晶圆加工设备与封测设备的需求将保持长期稳定增长的需求态势,产业链当中存在较为确定的投资机会。同时,由于技术壁垒极高,资本投入需求量极大,应更加关注具备核心技术研发能力的公司进行投资。




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