
(下篇)从全球产业链角度,看中国半导体芯片产业国产化投资框架和机遇
特别声明
《证券期货投资者适当性管理办法》于2017年7月1日 起正式实施,完整的投资观点应以东方财富证券研究所发布的完整报告为准。
内容摘自:《策略专题:从全球产业链角度,看中国半导体芯片产业国产化投资框架和机遇》
发布时间:2022/11/22
证券分析师:曲一平
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核心观点
🔸人类社会进入第四次工业革命以来,工业和生活中的信息量呈指数型递增,如人工智能应用程序的训练数据正在爆炸式增长,半导体芯片计算力将成为21世纪大国博弈的核心技术基础。
🔸俄乌冲突爆发后,半导体领域AMD、INTEL、台积电相继宣布对俄断供。2022年10月7日美国商务部工业和安全局限制中国购买和制造高端芯片的能力。这一系列海外事件的冲击,给我国未来芯片国产化带来长期需求增长。
🔸10nm以下晶圆制造能力成为高端逻辑芯片护城河,其中中国台湾占据92%,韩国占据其余8%。中国需要在10nm以下先进制程进行技术突破,才能打造整个半导体产业进步的核心支柱。
🔸芯片设计环节面临海外垄断依然是未来最需要突破的短板方向。根据 Frost&Sullivan、Mercury Research等统计数据,国内EDA和IP自给率分别约为10%和5%。个人电脑和服务器的CPU国产化率低于1%,高性能逻辑芯片短板制约严重。FPGA和DSP芯片国产率低于5%,智能终端基带芯片持续被海外压制,国产化率低于10%。存储设备中的DRAM和NAND国产化率仅约1%和2%。
🔸半导体设备国产化率大致分为三个梯队有望阶梯提升:根据中商产业研究院数据,第一梯队大部分实现国产化,主要为去胶设备,国产化率在50%以上;第二个梯队技术上已取得突破国产化率快速增长,主要包括单品炉、清洗设备、刻蚀设备、PVD/CVD设备、氧化扩散设备、CMP设备、分选机等,国产化率在10-20%左右的水平;第三梯队尚未打破行业壁垒,主要包括光刻设备、离子注入设备、量测设备、涂胶显影设备等,国产化率大多在个位数水平。
🔸中国半导体材料的整体国产化率仍较低,中高端领域受限于技术卡脖子:综合头豹研究院、前瞻产业研究院及公司公告数据,硅片、电子气体引线框架等国产化率突破30%,湿电子化学品、CMP、靶材等突破20%,而光刻胶、掩模版、封装基板等领域不足10%。
🔸2022年地缘政治冲突升级叠加全球加息,带来全球半导体产业的调整已至末段。中国半导体行业估值已经回调至2019年初,长期投资价值已经凸显,深入布局半导体芯片产业链恰逢其时。
风险提示
🔸俄乌冲突加剧超预期风险:俄乌冲突全面扩大化可能会导致半导体产业链断裂和贸易中断;
🔸美国对华半导体政策加剧风险:美国对华半导体政策如果进一步升级,可能使中国长期在14nm以下制程开发受到瓶颈;
🔸台海局势升级对于晶圆制造冲击风险:台海局势升级可能使得台积电产能进一步迁移至美国;
🔸全球半导体技术突破不及预期风险:半导体3nm以下技术难以突破也带来产业发展放缓风险。
正文部分
5 半导体材料:打造甲胄的钢铁
5.1 半导体材料为芯片制造提供底层支撑
半导体材料是电子材料,具有半导体性能,是用于制作集成电路、分立器件、传感器、光电子器件等产品的重要材料,对精度、纯度等要求相较于普通材料更加严格,工艺制备过程中材料的选取、使用也尤为关键。在整个半导体产业链中,半导体材料和半导体设备一样位于上游环节,是半导体制造工艺的核心基础。
半导体材料按应用环节来进行划分,可以分为晶圆制造材料(前端)和封装材料(后端)两大类。前端晶圆制造材料包括:硅片、电子气体、掩膜版、光刻胶及其配套材料、湿电子化学品、靶材、CMP抛光材料等;后端封装材料包括:引线框架、封装基板、陶瓷材料、键合丝、切割材料、芯片粘贴材料等;若按照代际来进行划分,可分为第一代、第二代和第三代半导体材料。第一代半导体材料主要指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料;第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb);第三代半导体材料主要指以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的半导体材料,具有较宽的禁带宽度。

5.1.1 全球&中国半导体材料市场高速增长
根据SEMI数据,2015-2021年间全球半导体材料行业市场规模呈波动变化趋势,2019年受产业大环境影响,全球半导体材料行业市场规模同比下降1.12%至521.4亿美元,而2020-2021年,在全球半导体需求强劲的背景下,半导体材料市场规模快速增长,2021年全球市场营达到了643亿美元,同比增长15.9%,超过了2020年的555亿美元,成为新的市场高点。全球半导体材料市场规模占整个半导体市场规模比重维持在11%-13%的区间水平,较为平稳。
分产品来看,全球市场晶圆制造材料占比较高,封装材料占比较低。晶圆制造材料2018-2021年占比均超过60%,2021年晶圆制造材料占比为62.8%,封装材料占比仅为37.2%。晶圆制造材料市场中硅片、湿化学品、化学机械研磨及光罩等表现较为强势,封装材料市场成长主要由有机基板、导线架及打线接合等所带动。

5.1.2 我国半导体材料集中于后端封装材料,晶圆制造材料占比较低。
我国半导体材料集中于后端封装材料上,前端晶圆制造材料占比较低。根据SEMI统计数据,2012-2020年期间我国半导体材料市场规模总体呈波动增长态势。2020年时中国大陆半导体材料市场规模超过韩国达到97.6亿美元,排名全球第二,占比为17.7%,2021年中国大陆占比再次提高到18.6%,市场规模为119.3亿美元,同比增长21.9%,主要是由于部分材料国产化替代率的提高和半导体材料随着半导体产业同步向中国转移。但与此同时,SEMI数据显示,2019年我国半导体封装材料占比约66.82%,晶圆制造材料占比约33.18%,与全球市场的分布情况不同,我国的半导体材料后端封装材料占比更高,前端晶圆制造材料占比较低。

半导体材料缺货叠加产品涨价。总结以往的半导体景气周期,可以发现半导体周期遵循“设备先行,制造接力,材料缺货”的规律:设备运输安装的周期接近1年,中游制造提前一年开动订单,中游制造扩产后产能和用料大幅增加,导致材料供不应求,推动半导体材料市场增长。信越化学在2021年期间已两度调涨含硅产品价格,2022年4月11日宣布:将调涨有机硅日本国内外价格,自2022年5月份的出货产品开始、所有有机硅产品价格将调涨10%。
国内企业正在加速认证。半导体材料认证流程复杂,耗费的时间长,目前国内各大半导体材料企业在2021-2022年期间正在进行大批的认证测试环节,集中在硅片、光刻胶、电子特种气体这三大半导体材料上。

5.1.3 晶圆制造材料:晶圆厂扩产叠加下游强劲需求,空间广阔
根据SEMI数据,2021年全球半导体材料市场中,晶圆制造材料占比为62.8%,封装材料占比仅为37.2%。晶圆制造材料市场中硅片、湿化学品、化学机械研磨及光罩等表现较为强势,硅片占比最大,占比为33.0%。其次为湿化学品,占比为14.0%,第三是光掩膜,占比为12.9%,而后分别是CMP抛光材料、光刻胶配套试剂、光刻胶、电子气体、溅射靶材,占比分别为7.1%、7.1%、6.1%、4%和 2.9%。根据SEMI数据,过去6年全球晶圆制造材料市场规模整体呈稳步增长趋势,从2016年的248亿美元增长至2021年的404亿美元,年复合增长率为10.25%。预计未来5年,晶圆厂扩建带来的产能提高,叠加下游市场的强劲需求,晶圆制造材料市场将会加速增长。
中国大陆成晶圆厂扩厂主要区域。全球晶圆厂投资从2020年开始进入高峰期,中国大陆正是晶圆厂扩建的主要区域,根据SEMI数据,到2024年至少有38个新的300mm晶圆厂投产,其中中国大陆预计将建立8个新的300mm晶圆厂,并在2024年底之前将其300mm晶圆厂的市场份额大幅提高至20%(2015年时300nm晶圆厂的市场份额仅为8%)。根据SEMI《200mm晶圆厂展望报告》,中国大陆将在2022年以21%的份额在200mm晶圆产能方面领先世界,其次是日本,占16%,中国台湾和欧洲/中东各占15%。
下游市场需求强劲。5G、汽车和物联网(IoT)设备等应用需求日益增长,这些设备依赖于模拟、电源管理和显示驱动集成电路(IC)、MOSFET、微控制器单元(MCU)和传感器等器件,将进一步拉动晶圆材料市场的需求增长。

5.1.4 封装材料:芯片出厂的成功保证
封装的主要目的是保护芯片避免其受损、保证芯片的散热功能和正常工作。封装工艺流程包括来料检查、贴膜、磨片、贴片、划片、划片检测、装片、键合、塑封、打标、切筋打弯、品质检验、出货,过程中涉及的封装材料有封装基板、引线框架、键合丝、包封材料、陶瓷基板、粘接材料等。根据SEMI数据,2021年全球半导体封装材料市场规模为239亿美元,同比增长16.5%。主要由有机基板、引线和键合线增长带动。在半导体封装材料产业链中,上游为金属、陶瓷、塑料、玻璃等各种原料,下游为半导体广泛的应用领域。
封装按外壳材料通常可以分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装;按照封装链接结构可以分为内部封装、外部封装和晶圆级封装,封装内部是指封装内部芯片与载体(引线框架或载板)之间的连接方式,包括引线键合(WB)、载带自动焊(TAB)、倒装封装(FC),外部封装为引线框架(或载板)与印刷电路板(PCB)之间的连接方式,是我们肉眼可见的封装外型,例如 QFP、QFN、BGA、LGA等,部分晶圆级封装因为无需引线框架或导线载板,直接与 PCB 板连接,因此跳脱于传统内部及外部封装之分。

摩尔定律逐步接近物理极限,迭代速度放缓,先进封装优势凸显。摩尔定律是指:每18 -24个月晶体管的数量每年翻倍,带来芯片性能提升一倍,或成本下降一半。封装历史发展大概分为五阶段,目前市场主流封装形式仍以第三阶段为主流,BGA 和CSP等主要封装形式进入大规模生产阶段。封装演变历史朝小型化、I/O 数量增加(多引脚)、集成化三向发展。以小型化为例,过去 DIP封装后的体积是芯片的100 倍大,发展至 CSP仅芯片的 1.2倍或更小;I/O 数量也从过去6个引脚增加到数千个以上。先进封装位于整个封装技术发展的第四阶段及第五阶段,I/O数量多、芯片相对小、高度集成化为先进封装特色。随着摩尔定律逐步接近物理极限,迭代速度放缓,未来先进封装技术有望成为提升性能、降低成本的关键技术。
5.1.5 德邦科技:业绩高速增长,深耕电子封装材料领域
德邦科技专业从事高端电子封装材料研发及产业化,主要产品包括集成电路封装材料、智能终端封装材料、新能源应用材料、高端装备应用材料四大类别。公司是国家集成电路产业基金重点布局的电子封装材料生产企业,是国家级专精特新重点“小巨人”企业,在国家高层次海外引进人才领衔的核心团队长期钻研下,在集成电路封装、智能终端封装、动力电池封装、光伏叠瓦封装等领域均实现了技术突破,并已在高端电子封装材料领域构建起了完整的研发生产体系且拥有完全自主知识产权。
公司2022年成功登陆科创板,募集资金将用于高端电子专用材料生产项目、年产 35吨半导体电子封装材料建设项目以及新建研发中心建设项目,高端电子封装材料生产能力将得到进一步提升。
2019-2021年公司集成电路封装材料、智能终端封装材料及新能源应用材料收入合计占比分别为 87.06%、88.92%、91.10%,在高端电子封装领域保持较高的收入占比。2022年前三季度,公司实现营业收入6.33亿元、同比增长61.63%,归母净利润0.83亿元、同比增长66.28%,主要系公司产品市场需求持续快速增长,销售量同比增加带来收入与净利润增长。2022年前三季度毛利率31.28%,比去年同期-2.93pct;2022年前三季度净利率12.99%,比去年同期+0.24pct。

5.2 半导体硅片:需求高企,国产替代加速
5.2.1 半导体材料基石,国产替代空间辽阔
按照制造工艺来进行划分,半导体硅片可以分为抛光片、外延片、高端硅基材料(例如SOI硅片)。单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。抛光片经过外延生长形成外延片,抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成SOI硅片。

从原材料成本占比情况来看,硅片生产所需原材料主要包括多晶硅、石墨制品、石英坩锅、包装耗材、抛光耗材等。其中,多晶硅占比约为总成本的32%,占比最高,其次是包装材料、石英坩锅,分别占17%、9%。

硅片在半导体晶圆制造材料中价值占比最高,是半导体材料的基石,国产替代空间辽阔。目前全球市场主流的产品是 200mm(8寸)、300mm(12寸)直径的半导体硅片,2021年12寸硅片和8寸硅片出货面积市场份额占比分别为68.47%和24.56%,合计占比保持超过90%,6英寸及以下小尺寸硅片占比仅有6.97%。

5.2.2 市场主要由国外厂商主导,呈高度垄断竞争格局,国产替代加速
2012-2021年间,全球半导体硅片行业销售额(不含SOI硅片)整体呈波动增长趋势,2020年虽受疫情影响,但市场规模仍与2019年持平,2021年增长至126亿美元,同比增长12.50%。中国半导体硅片市场规模一直保持高速增长,2021年市场规模达到了119.14亿元,中商产业研究院预计2022年市场规模将达到138.28亿元。

根据中商产业研究院援引Omdia数据,2021年,全球前五大半导体硅片企业信越化学、胜高、世创、环球晶圆、韩国鲜京矽特隆占全球半导体硅片行业销售额比重高达94%。据前瞻产业研究院援引SEMI数据,2020年,全球半导体硅片厂商中,沪硅产业以约2.2%的全球份额占比排名第七。目前,全球能够供应300mmSOI硅片的供应商主要为法国Soitec、日本信越化学以及中国台湾环球晶圆。沪硅产业是中国大陆率先实现300mm半导体硅片规模化销售的企业。
国产替代加速:中国半导体硅片产业链涉及电子级多晶硅制造、半导体硅片制造、半导体器件制造等环节,参与主体主要类型为半导体硅片制造商,半导体全产业链一体化厂商以及多领域布局的半导体材料生产商。与国际主要半导体硅片供应商相比,中国大陆半导体硅片企业技术较为薄弱,市场份额较小,多数企业以生产 200mm 及以下抛光片、外延片为主。2020年,沪硅产业、中环股份、立昂微、中晶科技合计占国内半导体硅片市场的31.9%。沪硅产业硅片全系列布局,12寸片已进入中芯国际供应链;立昂微重点布局功率领域重掺;神工股份作为国内硅料龙头,单晶硅经验丰富,重点布局8寸。
半导体硅片价格上涨:2016-2019年,全球半导体硅片销售单价从0.67美元/英寸上升至0.95美元/平方英寸,年复合增长率为12.4%。信越化学公告显示,21Q4半导体硅片现货价持续上升,2022-2024年半导体硅片长期协议价将调涨。

5.2.3 沪硅产业:国内半导体硅片龙头
沪硅产业是国内规模最大、技术最全面、国际化程度最高的半导体硅片企业之一,目前可提供的半导体硅片产品类型有:300mm抛光片及外延片、200mm及以下抛光片、外延片以及200mm及以下的SOI硅片,产品主要应用于存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片、功率器件、传感器、射频芯片、模拟芯片、分立器件等领域。沪硅产业有众多国内外知名客户,包括台积电、联电、格罗方德、意法半导体、Towerjazz等国际芯片厂商以及中芯国际、华虹宏力、华力微电子、长江存储、武汉新芯、华润微等国内所有主要芯片制造企业。
沪硅产业目前掌握了多项核心技术,技术水平和科创能力再在国内也处于领先水平。

2022年前三季度沪硅产业实现营业收入25.96亿元,同比+46.9%,实现归母净利润1.26亿元,同比+25.12%。前三季度毛利率和净利率分别为22.37%和5.16%,毛利率同比+7.63pct,净利率同比-0.57pct。

5.3 电子气体:进口依赖严重,逐步走向高端化
5.3.1 半导体制造的“血液”和“粮食”
电子气体在电子产品制程工艺中广泛应用于离子注入、刻蚀、气相沉积、掺杂等工艺,被称作是集成电路、液晶面板、LED 及光伏等材料的“粮食”。电子气体可以分为电子大宗气体和电子特种气体。电子特种气体,是集成电路制造、显示面板制造、半导体照明系统制造和太阳能电池制造等电子工业生产中的基础材料,相较于传统工业气体纯度更高或可用于特定用途。不同种类的电子特气能实现不同功能,在沉积、光刻、刻蚀、扩散、退火等关键工序中均有应用,几乎贯穿整个集成电路制造工艺制程。因此电子特种气体也被称为半导体制造的“血液”和“粮食”。

根据前瞻产业研究院整理的中国半导体工业协会数据,2020年中国电子特气主要应用于集成电路、显示面板、LED以及太阳能领域,其中,集成电路对电子气体的需求占下游总需求比例达到45%。
从产品种类上看,据中国工业气体工业协会统计,目前集成电路生产用的电子特气,我国仅能生产约20%的品种,其余均依赖进口。电子特种气体对技术要求、气源及其供应系统都有着非常高且严格的要求,存在很高的行业壁垒,主要集中在产品技术、客户认证、渠道建设和资金投入等方面。

5.3.2 电子特气市场持续高增长,我国增速显著高于全球增速
根据中商产业研究院整理的TECHCET数据,2017-2021年间,全球电子特气市场规模整体呈现增长趋势,市场规模由2017年的36.91亿美元增长到2021年的45.38亿美元,年复合增长率达到了5.30%,预计2022年市场容量将超过50.01亿美元。根据亿渡数据发布的《2021年中国特种气体行业短报告》,中国电子特种气体行业市场规模2016年为103亿元,2020年达到175亿元,同比增长22.38%,2016-2020年期间复合增长率为14.17%,呈现不断稳步上升趋势。根据华经产业研究院数据,2021年市场规模达到了195.8亿元,预计2022年将进一步增长超过220.80亿元。根据中巨芯招股说明书公布的SEMI、江苏省半导体行业协会测算结果,我国电子特种气体市场总规模在2023年将达到 238 亿元,在具体的下游应用中,集成电路及器件占比 42.02%、显示面板占比33.61%、太阳能及LED等占比 24.37%。从年复合增长率来看,我国电子特气市场规模的增长率显著高于全球,未来有较大发展空间。

通过不断的经验积累和技术进步,国内企业已经初步具备批量生产集成电路制造用主要电子气体的能力。但与境外领先气体集团相比,大部分境内气体公司的供应产品较为单一,产品级别不高,尤其在集成电路、显示面板等高端应用领域仍主要依赖国外进口。

根据亿渡数据报告,2020年全球半导体电子气体市场中,林德集团、液化空气、空气化工、和大阳日酸这四大公司控制着全球50%左右的市场份额,形成寡头竞争的局面。据华经产业研究院统计,2020年中国半导体电子气体市场份额多为国外大型电子特气企业所占据:空气化工占比最高,达到总份额的25%,林德公司、液化空气、大阳日酸占比分别为23%、22%和16%。
5.3.3 南大光电:打破国外垄断,跻身世界前列
南大光电是从事先进电子材料生产、研发和销售的高新技术企业,产品广泛应用于集成电路、平板显示、LED、第三代半导体、光伏和半导体激光器的生产制造。南大光电的主要产品分为先进前驱体材料、电子特气和光刻胶及配套材料三个板块。凭借领先的生产技术、强大的研发创新实力及扎实的产业化能力,南大光电已经在多个领域内打破国外长期技术垄断的局面,各类产品的技术、品质、产能和服务逐步跻身世界前列。
南大光电的电子特气板块主要包括氢类电子特气产品和含氟电子特气产品。氢类电子特气产品已覆盖国内集成电路和 LED 行业的一线厂商,并进入国外一流厂商供应链,砷烷、磷烷成为产能和品质稳居世界前列的供应商。氟类电子特气在稳固存量市场份额的同时,乌兰察布“试验田”加快建设步伐,新增的三氟化氮产能顺利投产并实现销售,规模经济效益迭现。

2022年前三季度南大光电实现营业收入12.59亿元,同比+77.64%,实现归母净利润2.11亿元,同比+70.33%,主要系市场需求和产能增大,电子特气、 MO 源产品销售收入增加所致。前三季度毛利率和净利率分别为47%和22.11%,其中毛利率同比+2.66pct,净利率同比-1.27pct。

5.4 光刻胶:高壁垒高盈利,国产空间广阔
5.4.1 高技术壁垒材料,由g线至EUV
光刻胶是一种对光敏感的混合液体,通过光化学反应,经曝光、显影等光刻工序可以将所需要的微细图形从光罩(掩模版)转移到待加工基片上。在大规模集成电路的制造过程中,光刻和刻蚀技术是精细线路图形加工中最重要的工艺,决定着芯片的最小特征尺寸,根据晶瑞电材公司公告,光刻和刻蚀技术占芯片制造时间的40-50%,占制造成本的30%。光刻胶属于高技术壁垒材料,生产工艺复杂,纯度要求高,需要长期的技术积累。根据下游应用领域,光刻胶可分为半导体光刻胶、PCB光刻胶、LCD光刻胶及其他。根据化学反应机理,光刻胶可分为负性光刻胶和正性光刻胶。根据原材料化学结构,光刻胶可分为光聚合型感光树脂、光分解型感光树脂、光交联型感光树脂。

从整个光刻胶产业链来看,上游原料环节至关重要,原料品质决定了光刻胶的品质,光刻胶主要原料包括树脂、光引发剂、溶剂和单体等,在主要光刻胶产品的原料使用中,树脂和溶剂的使用量较大,光引发剂也起着关键作用。光刻胶使用的树脂为高端产品,中国大陆大多数厂商主要生产中低端树胶,能生产高端树胶的厂商不多,面板显示光刻胶树脂和半导体光刻胶树脂长期依赖进口。

半导体产品趋于小型化、功能多样化,半导体光刻胶通也过不断缩短曝光波长提高极限分辨率,达到集成电路更高密度的集积,为适应集成电路线宽不断缩小的要求,光刻胶的波长由紫外宽谱向g线(436nm)→i线(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→F2(157nm)→EUV(13.5nm)的方向变动,并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶的分辨率水平。

5.4.2 市场空间广阔,国内自给仍不足,有进口替代趋势
根据前瞻产业研究院援引Reportlinker数据,2019年全球光刻胶市场规模为82亿美元;根据Research And Markets数据,2020年全球光刻胶市场规模为87亿美元,自2010年以来复合年增长率达到了4.6%,预计到2026年将超过120亿美元,2020-2026年的复合年增长率将高达5.5%。在2020年在全球光刻胶市场中,PCB、FPD和半导体光刻胶细分市场规模分别为20.5亿美元、22.5亿美元和20.4亿美元,分别占全球总量的23.6%、25.9%和23.3%。
根据中商研究产业院的数据,我国光刻胶市场规模由2016年的53.2亿元逐步增长到2021年的93亿元左右,年均复合增长率为15.23%。总体呈现逐年稳步增长态势。

中国光刻胶市场外资企业占据71%份额。光刻胶是国际上技术门槛最高的微电子化学品之一,也是典型的“卡脖子”材料,全球光刻胶市场长期被日本和美国公司垄断,仅前五大参与者就占据了87%市场份额,而其中JSR、Tokyo Ohka Kogyo、Shin-Etsu Chemical和Fujifilm Electronic Materials这四家日本公司合计占72.5%的份额。高分辨率KrF/ArF半导体光刻胶的核心技术被日本和美国的公司封锁,更先进的EUV光刻胶市场几乎完全由日本企业主导。根据新材料在线以及前瞻产业研究院整理的数据,由于光刻胶产品技术含量高以及当前国内光刻胶技术尚待成熟,2020年国内光刻胶市场71%的国内光刻胶市场份额由日本TOK、日本信越化学等全球龙头企业占据,外资企业在中国市场占有绝对的领先优势,相比之下,内资企业总市场份额仅占到29%,处于相对劣势地位。

根据前瞻产业研究院整理的SEMI、TECHCET数据,2016-2020年全球半导体光刻胶的市场规模从15亿美元增长至17.5亿美元。根据TECHCET数据测算,2021年全球半导体光刻胶市场规模为21.4亿美元,TECHCET预计2022年将同比增长7.5%至23亿美元,2021-2026年的市场规模复合增长率将达到5.9%。在全球半导体光刻胶市场中,日本企业牢牢占据龙头地位,至少占据60%以上。在中国光刻胶市场中,半导体光刻胶只占很小一部分,厂商也更多得集中在低端产品线(g/i线和环化橡胶光刻胶)。
根据前瞻产业研究院整理的美国半导体协会数据,2015-2020年,中国半导体光刻胶市场规模从1.3亿美元增长至3.5亿美元。随着国内晶圆代工产能的不断提升,2025 年中国光刻胶半导体市场规模有望达到100亿元,2020-2025年的年复合增速将达到35%,明显高于全球市场增速。

国内自给仍不足,有明显进口替代趋势:PCB光刻胶是目前国产替代进度最快的,LCD光刻胶替代进度相对较快,而半导体光刻胶目前国产技术较国外先进技术差距仍然较大,中低端产品国产化率在10%左右,中高端的KrF和ArF仍只有1%左右,而高端线的EUV光刻胶仍处于研发阶段,国内自给仍不足,但存在明显进口替代趋势。

5.4.3 华懋科技:全面布局光刻胶,技术工艺不断突破
华懋科技是一家新材料科技企业,同时也在积极开拓新业务,2021年公司完成了对国内领先的光刻胶企业徐州博康信息化学品有限公司的投资,成为其第二大股东,2021年10月公司与徐州博康共同设立合资公司东阳华芯并规划建设光刻材料生产基地,目前东阳华芯已经取得位于浙江省东阳市歌山镇的相关土地使用权,2022年将进入建设期,2022年7月,公司公告了东阳华芯建设“年产8000吨光刻材料新建项目”的事项,项目总投资金额 20 亿元,建设地点位于浙江省东阳市歌山镇,项目规划年产 8000 吨光刻材料。
2021 年是徐州博康产能切换及光刻产品技术与工艺不断突破的一年,光刻胶单体收入同比增长 19.48%,光刻胶收入同比增长 177%;研发新立项方面,光刻胶立项 44 款,其中 90%针对 12 寸晶圆厂客户的需求定制开发,10%针对 8 寸晶圆厂客户的定制开发。2022年上半年徐州博康实现营业收入1.31亿元。

2022年前三季度,华懋科技实现营业收入11.08亿元、同比增长36.52%,归母净利润1.24亿元、同比下降8.04%,主要系原材料成本较上年同期增长致净利润增长幅度低于营业收入的增长比例。2022年前三季度毛利率31.83%,比去年同期-4.28pct;2022年前三季度净利率11.2%,比去年同期-5.31pct。

5.5 掩膜版:美日厂商占主流,国内厂商逐步缩小差距
5.5.1 掩膜版应用广泛,精度趋向精细化
掩膜版是微电子制造过程中的图形转移工具或母版,也被称为光罩、光掩模,是下游行业产品制造过程中的图形“底片”转移用的高精密工具,用于下游电子元器件行业批量复制生产,在生产中起到承上启下的关键作用,是半导体产业链中不可或缺的重要环节。

掩模版上游包括掩膜基板、设备、材料等,全球的主要供应厂商有日本东曹、信越化学、尼康等;掩膜板制造行业中主要企业以日韩为主,包括日本HOYA,日本DNP,韩国LG-IT和日本SKE,国内主要厂商有清溢光电等;下游主要包括IC制造与封装、半导体器件与芯片、平面显示和电路板等行业,广泛应用于消费电子、家电、汽车等电子产品领域。根据前瞻产业研究院的数据,掩膜版的终端产品主要应用于IC、LCD、OLED、PCB四个领域,其中占比最高的是IC应用,达到了60%,其次是LCD应用和OLED应用。

掩模版精度趋向精细化:半导体芯片主流节点工艺逐步发展到14nm、7nm、5nm,正在进一步精细化工艺发展,对与之配套的掩模版提出了更高要求,尤其是对线缝精度的要求越来越高,因此半导体掩模版制造技术也在不断进步,从激光直写光刻、湿法制程、光学检测等到电子束光刻、干法制程、电子显微检测,光学邻近校正(OPC)和相移掩膜(PSM)等技术也被运用到这一制造领域中。
5.5.2 美日垄断,国产能力较为薄弱
2012年-2020年,全球掩膜版市场规模总体呈现增长态势,2017年以前增长速度较慢,2017年当年出现近十年来最大年增幅,2017年后年增长幅度再次放缓。根据SEMI的统计分析,2021年半导体晶圆制造材料的市场规模达404亿美元,掩膜版占比约为12.9%,市场规模达到了52.12亿美元。
顶尖的晶圆制造厂商通常会使用自制的掩膜版,这部分市场主要被美国福尼克斯、日本凸版印刷和大日本印刷三家公司所垄断。根据SEMI2021年4月的统计,2020年全球半导体芯片掩膜版企业市场份额排名,半导体芯片厂商自行配套的掩膜版工厂的市场份额为65%,半导体芯片掩膜版商用厂商前五位依次排名TOPPAN、福尼克斯、DNP、HOYA和中国台湾的台湾光罩,前五家半导体芯片掩膜版商用市场份额达到33%。中国大陆半导体芯片掩膜版商用市场长期以来被全球前五大半导体芯片掩膜版厂商所占用,目前我国国产半导体芯片掩膜版制造能力还较为薄弱,掩膜版非常依赖海外进口。

5.5.3 清溢光电:国内规模最大独立第三方掩膜版厂商
清溢光电产能释放,业绩高增。清溢光电是国内成立最早的平板显示、半导体芯片、触控、电路板等行业用掩膜版生产企业之一。产品聚焦于低温多晶硅(LTPS)、金属氧化物(IGZO)、有源矩阵有机发光二极体(AMOLED)、MicroLED显示、硅基半导体显示、半导体芯片等领域,为客户提供丰富的平板显示、半导体芯片用掩膜版。清溢光电在8.6代及以下平板显示及半导体领域均已具备较强的产品技术与制造工艺能力,且通过提高半导体芯片掩膜版产品产能和交期,优化半导体芯片掩膜版产品结构,提升细分市场占有率等举措推动半导体芯片掩膜版业务的发展。
技术现状:(1)清溢光电在半导体芯片用掩膜版技术方面已经实现了250nm工艺节点的半导体芯片(6英寸和8英寸)用掩膜版的量产,其250nm半导体芯片用掩膜版技术的CD精度为50nm,位置精度为70nm,根据同行业信息披露文件,该技术水平为国际主流水平。(2)清溢光电正在推进180nm半导体芯片用掩膜版的客户测试认证,并且在同步开展130nm-65nm半导体芯片用掩膜版的工艺研发和28nm半导体芯片所需的掩膜版工艺开发规划。(3)清溢光电与包括中芯国际、士兰微、上海先进、赛微电子、长电科技、安靠、华微电子、泰科天润、三安集成、方正微电子和株洲半导体等在内的国内重点IC Foundry、功率半导体器件、MEMS、MicroLED芯片、先进封装等领域企业均建立了深度的合作关系。
2022年前三季度清溢光电实现营业收入和归母净利润分别为5.47亿元、0.69亿元,同比+41.46%、+123.27%,其中Q3实现营业收入和归母净利润分别为2.06亿元、0.30亿元,同比+28.95%、+193.82%,环比+6.40%、+17.29%,营收大幅提升主要系报告期内子合肥清溢产销规模增长所致,2022年前三季度销售毛利率和净利率分别为24.61%和12.63%,较为平稳。

5.6 湿电子化学品:稳健发展,国产替代进行中
5.6.1 国内湿电子化学品应用集中于显示面板和光伏产业。
湿电子化学品是指微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种液体化工原料,广泛应用于半导体、显示面板的制作过程中,在集成电路中的应用主要为刻蚀和清洗等,包括硅片、晶圆制造、光罩制作以及封装工艺等,具体分为扩散前清洗、刻蚀后清洗、离子注入后清洗、光罩过程蚀刻清洗、封装TSV清洗、键合清洗等。湿电子化学品是关键性基础化工材料,也是重要支撑材料,其核心要素是超净、高纯以及功能性,因此其质量的好坏,直接影响到电子产品的成品率、电性能及可靠性,因而湿电子化学品也需要不断地更新换代。
湿电子化学品主要分为通用湿电子化学品和功能湿电子化学品两大类。其中通用湿电子化学品又可分为酸类、碱类、有机溶剂类和其他类等四小类;功能湿电子化学品则主要指的是复配类化学品这一小类。

根据前瞻产业研究院援引中国电子材料行业协会数据,通用湿电子化学品占比88.2%,其中过氧化氢占比16.7%,氢氟酸占比16%,硫酸占比15.3%,硝酸占比14.3%。功能湿电子化学品占比11.8%,其中半导体用显影液占比2.7%,半导体用蚀刻液占比2.2%。

1975年,SEMI(国际半导体设备和材料协会)制定了国际统一的SEMI标准,可用于规范电子湿化学品的技术标准,集成电路工艺用电子湿化学品的纯度要求较高,基本集中在G3及以上水平,晶圆尺寸越大对纯度要求越高,12英寸晶圆制造一般要求G4水平。目前,国内只有包括中巨芯在内的少数几家企业的产品品控能够达到G4级及以上,如中巨芯的电子级氢氟酸、电子级硫酸、电子级硝酸均达到G5级,电子级盐酸、电子级氨水、电子级氟化铵、缓冲氧化物刻蚀液达到G4级。国内产品大多在G1-G3等级,因此国内湿电子化学品应用集中于显示面板和光伏产业。

5.6.2 欧美日企业掌握绝对优势
全球湿电子化学品市场规模呈现波动变化:根据华经产业研究院和SEMI数据,2018-2019年全球市场规模呈现小幅度上涨,由2018年的50.83亿美元增长至2019年的52.96亿美元;2019-2020年又出现了小幅回落,由52.96亿美元跌落至50.84亿美元,2021年全球湿电子化学品的市场规模达到了56.56亿美元。
我国湿电子化学品市场规模逐年攀升:根据观研天下数据,在2011-2018年间,我国湿电子化学品市场规模由27.82亿元增长至87.89亿元,复合年增长率高达17.86%,2019年后增速有所降低,2020年同比增长6.85%至100.62亿元。据华经产业研究院统计,2021年我国湿电子化学品需求超200万吨,同比2020年增长36.6%,在我国需求旺盛的情况下,观研天下预测2021年我国湿电子化学品市场规模将实现117.46亿元,之后年复合增速约为10%,到2027年时预计可达210.38亿元。

欧美日企业掌握绝对优势:目前全球范围内从事湿电子化学品研究开发及大规模生产的厂商主要集中在美国、德国、日本、韩国、中国台湾以及中国大陆等地区。从2020年全球湿电子化学品区域供应份额来看,欧美企业占比达31%,掌握绝对优势;日本企业占比为29%,略次于欧美企业;中国台湾和中国大陆企业均各自占15%,并列全球市场第三;最后是韩国企业以及其他国家企业。


5.6.3 江化微:国内湿电子化学品品类最齐全、配套能力最强之一
江化微是国内为数不多的具备为平板显示、半导体及LED、光伏太阳能等多领域供应湿电子化学品的企业之一,主营业务为超净高纯试剂、光刻胶配套试剂等湿电子化学品的研发、生产和销售,在半导体及LED领域拥有中芯国际、士兰微、长电科技、华润微电子、上海旭福电子、无锡力特半导体、方正微电子、华灿光电等知名企业客户;
江化微通过自主设计的一整套湿电子化学品生产工艺,并自主研发配置的满足规模化、专业化湿电子化学品生产流水线,已具备G2、G3、G4、G5等级产品的规模化生产能力,目前镇江工厂硫酸、氨水均已达到G5等级,供货稳定,产能继续提升,江化微在国内12英寸高端半导体上将持续发力。江化微湿电子化学品规模化生产所需的纯化技术、混配技术、分析检测技术在国内处于领先地位。
2022年上半年,江化微实现营业收入47,003.09万,同比+40.24%。其中超净高纯试剂业务实现收入31,877.24万元,占主营业务收入比例为67.82%,实现毛利率28.97%,同比上升12.76个百分点。2022年上半年,半导体客户销售增长53.73%,其中8-12英寸半导体客户销售6,200万元,同比增长42.82%。

江化微2022 年前三季度营收、毛利与净利率均大幅提升,共实现营业收入6.95亿元、同比增长28.81%,归母净利润0.82亿元、同比增加194.29%,其中Q3实现营业收入2.25亿元、同比增长10.05%,归母净利润0.2亿元、同比增加62.02%。2022年前三季度毛利率27.28%,比去年同期+8.14pct,净利率10.39%,比去年同期+5.31pct。销售、管理、研发费用率分别1.17%、8.63%、4.2%,同比-0.47pct、+2.38pct、-0.7pct,销售费用提高主要系销售增长及子公司暂未使用资产折旧费所致。

5.7 CMP材料:海外企业主导,国产替代加速推进
5.7.1 以抛光液和抛光垫为主,CMP步骤(循环次数)逐渐增加
CMP抛光材料包括抛光液、抛光垫、钻石碟、清洗液及其他,主要为抛光液和抛光垫。根据SEMI数据,全球CMP材料成本占比中,抛光液占比达到了49%,抛光垫占比为33%,合计占比82%,钻石碟占比9%,清洗液占比5%。其中,抛光垫按类型可分为硬质抛光垫和软质抛光垫,主要用来保证表面较好平整度;抛光液按类型可分为酸性抛光液和碱性抛光液,其具有可溶性好,使用效率高等特点。CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除,从而达到晶圆表面的高度(纳米级)平坦化效应,使下一步的光刻工艺得以进行。

近年来,CMP技术从Planar Logic发展到3D FinFET,从2DNAND发展到3DNAND。随着CMP工艺的演变,CMP步骤(循环次数)也在逐渐加多。其产物的表面也越来越精细。(1) CMP工艺步骤随着晶圆制造工艺制程缩小而增长,CMP抛光材料消耗量增加。根据 Cabot Microelectronics 数据,250nm时CMP抛光步骤为8次,45nm时CMP抛光步骤增加到17次,7nm时CMP抛光步骤则增加到30次。(2)在存储芯片领域,CMP工艺步骤随着存储容量需求增长而增长,存储芯片在由2D NAND向3D NAND升级过程中,CMP抛光步骤增加了5次。(3)有望在先进封装工艺中找到空间。传统的2D封装不需要CMP,但是诸如TSV技术等先进封装技术需要使用 CMP 工艺进行抛光。

5.7.2 国内企业已实现部分产品量产,成功打破海外垄断
据TECHCET数据估测,2021年全球抛光液市场规模为18.9亿美元,抛光垫市场规模11.5亿美元,两大市场同比增长均在13%左右。TECHCET预计,在下游半导体行业的快速发展之下,两大抛光材料市场规模在2020-2025年的复合增速分别为8.8%和6.2%。
CMP抛光材料市场长期由国外厂商主导,但是中国企业已实现部分产品量产,成功打破海外垄断。2021年全球CMP抛光垫主要生产厂商中,美国厂商DOW和Cabot两家企业合计市场份额占比高达88%,处于绝对的垄断地位。除此以外,Fujibo、TWI这两家企业也占据了共计9%的市场份额,留给剩余企业的份额仅仅占到总份额的3%。在2021年全球CMP抛光液主要生产厂商中,美国厂商Dow和Cabot也同样占据了接近50%的总市场份额,拥有很高的市场地位。此外,Hitachi、Fujimi和Versum分别占据了15%、11%和10%的市场份额,根据安集科技2021年年报,其2021年全球市场份额已达到约5%。
而在国内抛光液市场中,根据华经情报网数据,卡博特(Cabot)占比39%,安集科技占比13%,日立(Hitachi)占比 12%,Fujimi占比6%,慧瞻材料(Versum,被默克收购)占比4%,CR5为74%,集中度较高。

CMP国产化率较低,国内主要企业中安集科技掌握抛光液核心技术,多个产品取得重要突破,成功打破国外厂商垄断。鼎龙股份主攻抛光垫,其中抛光硬垫对标陶氏,目前抛光垫产品已经实现了全制程、全技术节点覆盖,并正在开展创新性研究。
根据对于国产替代环境的过去与现在的对比,可以看到中国内资厂商在技术方面逐步实现能够自主满足国内晶圆厂商对于CMP两大耗材需求的目标;在目标客户方面逐步由海外厂商转向国内厂商,服务于中芯国际、长江存储等国内高新技术企业;在替代产线方面,我国新增产线数量逐年稳步增长,给到耗材越来越多的上线机会。

5.7.3 安集科技:国产CMP抛光液龙头
安集科技成功打破了国外厂商对集成电路领域化学机械抛光液的垄断,实现了进口替代,使中国在该领域拥有了自主供应能力。依靠自主创新,在特定领域实现技术突破,使中国具备了引领特定新技术的能力。
安集科技主营业务为关键半导体材料的研发和产业化,目前产品包括不同系列的化学机械抛光液和功能性湿电子化学品,主要应用于集成电路制造和先进封装领域。安集科技的化学机械抛光液产品已涵盖铜及铜阻挡层抛光液、介电材料抛光液、钨抛光液、基于氧化铈磨料的抛光液、衬底抛光液五大产品平台。同时还基于化学机械抛光液技术和产品平台,支持客户对于不同制程的需求,定制开发用于新材料、新工艺的化学机械抛光液。

安集科技2022 年前三季度实现营业收入7.94亿元、同比增长68.69%,归母净利润2.07亿元、同比增加112.86%。2022年Q3实现营业收入2.9亿元、同比增长54.85%,归母净利润0.8亿元、同比增加220.59%。2022年前三季度毛利率52.63%,比去年同期增长1.9pct。2022年前三季度净利率26.02%,比去年同期+5.4pct。销售、管理、研发费用率分别2.67%、6.25%、15.06%,同比-1.87pct、-2.69pct、-4.88pct。

5.7.4 鼎龙股份:CMP抛光垫中国唯一本土供应商
鼎龙股份是国内各类核心“卡脖子”进口替代类创新材料的平台型公司,重点聚焦在半导体创新材料领域,细分为半导体 CMP 制程工艺材料、半导体显示材料和半导体先进封装材料三个板块。鼎龙股份率先打破国外垄断,成为CMP抛光垫中国唯一本土供应商,目前是国内唯一一家全面掌握抛光垫全流程核心研发和制造技术的CMP抛光垫的国产供应商,深度渗透国内主流晶圆厂供应链,领先优势明显。
CMP抛光垫:鼎龙股份在互动平台回答投资者提问时表示抛光垫产品基本实现了对国内各制程(氧化物、钨、铜、铝等)全覆盖。前三季度累计实现产品销售收入3.57亿元,同比增长84.97%;其中,第三季度销售收入1.21亿元,同比增长37.38%,产品单价及产品毛利水平整体保持稳定。产能方面,武汉本部一二期现有合计产能为年产30万片抛光垫,潜江三期抛光垫新品及其核心配套原材料的扩产项目已建设完工处于试生产阶段,并已经送样给主流客户测试,目前客户反馈测试效果良好。
CMP抛光液:鼎龙股份搭载自产高纯氧化硅磨料的氧化层抛光液产品ZX5201在国内主流厂商取得订单,并逐步放量;在28nm节点HKMG制程的铝制程抛光液解决了海外厂商的技术“卡脖子”问题,其各项参数均达到客户应用要求,通过客户端全方面工艺参数验证,并已进入吨级采购阶段。
技术进展:(1)重点开发高平坦化、高去除速率用抛光垫,突破现有CMP抛光垫的参数区间范围,开发出全新的DH74XXX系列抛光垫,达到预期目的,已给部分客户送样进行测试;(2)开发出低缺陷抛光垫新产品,目前正在多家客户推进送样测试,部分型号已获订单。

鼎龙股份2022 年前三季度实现营业收入19.55亿元、同比增长18.42%,归母净利润2.95亿元、同比增加95.74%。2022年Q3实现营业收入6.43亿元、同比增长15.85%,归母净利润1亿元、同比增加69.49%。2022年前三季度毛利率38.28%,比去年同期3.99pct。2022年前三季度净利率17.6%,比去年同期7.07pct。销售、管理、研发费用率分别4.94%、6.95%、11.14%,同比-0.97pct、-0.4pct、0.81pct。

5.8 靶材:半导体制造关键材料,国产化加速中
5.8.1 溅射靶材面临新挑战
靶材是沉积薄膜的重要原料,溅射靶材主要由靶坯、背板等部分构成,其中,靶坯是高速离子束流轰击的目标材料,属于溅射靶材的核心部分,在溅射镀膜过程中,靶坯被离子撞击后,其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成电子薄膜;由于高纯度金属强度较低,而溅射靶材需要安装在专用的机台内完成溅射过程,机台内部为高电压、高真空环境,因此,需要通过不同的焊接工艺对超高纯金属的溅射靶坯和背板进行接合,背板主要作用是固定溅射靶材,需要具备良好的导电、导热性能。
溅射靶材产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用等环节,其中,靶材制造和溅射镀膜环节是整个溅射靶材产业链中的关键环节。

半导体领域靶材具有多品种、高门槛、定制化研发的特点,对金属材料纯度、内部微观结构等均有严苛的标准。近年来半导体芯片的集成度越来越高,半导体芯片尺寸不断缩小,对高纯溅射靶材也提出了新的挑战。
5.8.2 美日垄断,江丰电子、有研新材持续发力
根据QYResearch数据,2020年全球半导体溅射靶材市场价值为13.1亿美元,2021年市场规模约为17.6亿美元,预计到2028年达到22.1亿美元,2022-2028年的复合年增长率为2.60%;2021年中国半导体用高纯溅射靶材市场规模为3.55亿美元,北美和欧洲半导体用高纯溅射靶材市场规模分别为1.78亿美元和99.98万美元。2021年北美占比为10.09%,中国和欧洲分别为20.16%和5.67%,预计2028年中国占比将达到23.37%,2022-2028年复合年增长率达到4.37%。
溅射镀膜工艺起源于国外,所需要的溅射靶材产品性能要求高、专业应用性强,长期以来全球溅射靶材研制和生产被霍尼韦尔(美国)、日矿金属(日本)、东曹(日本)和普莱克斯垄断,合计占全球溅射靶材市场80%的份额。我国溅射靶材行业受到发展历史和技术限制的影响,起步较晚,与国际知名企业生产的溅射靶材相比,研发生产技术还存在一定差距,国内靶材市场中约70%被外资企业垄断。目前国内半导体靶材主要供应商有江丰电子、有研新材等,江丰电子对标霍尼韦尔,主要产品有铝钯、钛靶、铜钯等;有研新材主要产品则为12寸高纯金属靶材。隆华科技、阿石创的靶材则是主要用于面板产业。

5.8.3 江丰电子:高纯溅射靶材技术领先,具备国际竞争力。
江丰电子成立于2005年,主营业务为超高纯金属材料的溅射靶材以及半导体产业装备机台的关键零部件的研发、生产和销售,其中超高纯溅射靶材包括铝靶、钛靶、钽靶、铜靶以及各种超高纯金属合金靶材等,这些产品主要应用于超大规模集成电路芯片、液晶面板、薄膜太阳能电池制造的物理气相沉积(PVD)工艺,用于制备电子薄膜材料。
经过多年的技术研究与突破,江丰电子的高纯金属溅射靶材在技术门槛最高的半导体领域已具备了一定国际竞争力,如在集成电路28-7nm技术节点用超高纯钽(Ta)靶材及环件、铜靶材(Cu)、钛靶材(Ti)、铝靶材(Al)的晶粒晶向精细调控技术、大面积无缺陷焊接技术、精密机械加工技术及高洁净清洗封装技术已实现全面攻克并实现全面量产,其中钽靶材及环件在台积电7nm芯片中已经量产。同时,江丰电子的产品成功打入5nm先端技术,成为台积电、中芯国际、SK海力士、联华电子等全球知名芯片制造企业的核心供应商。


超高纯金属溅射靶材技术领先,收入规模稳步增长。2022年上半年,江丰电子超高纯金属溅射靶材业务稳步提升,超高纯钽靶实现销售收入33,999.46万元,同比增长41.79%;超高纯铝靶实现销售收入17,184.79万元,同比增长35.21%;超高纯钛靶实现销售收入14,734.66万元,同比增长49.47%。一方面,超高纯铜靶通过多个重要客户评价,成功获得批量订单;超高纯铜锰合金靶订单持续上扬。另一方面,先端制程的超高纯金属溅射靶材的海外销量持续增加,同时随着国内加大对12英寸工厂建设的投资力度,靶材产品作为Baseline直接导入,国内的先端制程靶材销售也有明显增长。
江丰电子2022年前三季度实现营业收入16.85亿元、同比增长50.01%,归母净利润2.23亿元、同比增加134.37%。2022年前三季度毛利率30.31%,比去年同期3.37pct;2022年前三季度净利率12.54%,比去年同期4.63pct。

5.9 封装基板:半导体时代,加速技术演变
5.9.1 高壁垒、高市场集中度、高速发展
封装基板用于承载芯片,具有高密度、高精度、高性能、小型化及轻薄化特点,为芯片提供支撑、散热及保护作用。按照封装工艺的不同,封装基板可分为引线键合封装基板和倒装封装基板:引线键合(WB)使用细金属线,利用热、压力、超声波能量为使金属引线与芯片焊盘、基板焊盘紧密焊合,实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通,大量应用于射频模块、存储芯片、微机电系统器件封装;倒装(FC)采用焊球连接芯片与基板,即在芯片的焊盘上形成焊球,然后将芯片翻转贴到对应的基板上,利用加热熔融的焊球实现芯片与基板焊盘结合,广泛应用于CPU、GPU及Chipset等产品封装。
两大核心壁垒:高加工难度、高投资门槛。封装基板作为一种高端的PCB,具有高密度、高精度、高性能、小型化及薄型化等特点,未来趋于微小化、精密化,单位尺寸小于150*150,线宽/线距为产品核心差异,且封装基板的最小线宽/线距范围10-130um,远小于普通多层硬板PCB的50-1000um。

封装基板是半导体封装材料中占比最高的耗材。根据SEMI数据,2021年全球半导体封装材料市场规模为239亿美元,同比增长16.5%,封装材料市场的增长主要由有机基板、引线和键合线的增长拉动,有机基板市场规模为89.54亿美元,同比增长16%。根据华经产业研究院援引Prismark数据,2020年全球封装基板市场规模达到了101.9亿美元,预计2022年将达到122.6亿美元,中国封装基板市场2020年就达到了186亿元,预计2022年将达到206亿元。

封装基板正处于高速发展期:(1)5G通信、人工智能、云计算、自动驾驶、智能穿戴、智能家居等产品技术升级与应用场景拓展,驱动电子产业对芯片和先进封装需求的大幅增长,间接带动了全球封装基板产业发展。(2)国内加大对半导体产业的发展的支持力度,相关投资力度加大,将进一步加速国内封装基板产业发展。据深南电路援引Prismark2022Q1报告数据,2021至2026年中国大陆地区封装基板复合增速将为9.2%,显著高于其他地区。
从市占率看,封装基板市场集中度高,2020年CR10达到了83%,市场规模占比第一的是中国台湾企业欣兴电子,占比高达15%。中国大陆封装基板起步较晚,且封装基板壁垒较厚,目前厂商主要有深南电路和兴森科技,近年来也在不断扩产、提升技术水平。

5.9.2 兴森科技:国内高端封装基板领跑者,FC-BGA封装基板持续发力
兴森科技主要从事PCB样板及多品种小批量板、IC封装基板、半导体测试板的生产、销售业务和PCB贸易业务。公司半导体业务主要包括IC封装基板及半导体测试板生产及销售,其中,IC封装基板业务主要由子公司广州兴森负责运营;半导体测试板业务主要由HARBOR负责运营,此外,广州兴森生产线也生产部分半导体测试板产品。IC封装基板方面,公司IC封装基板业务以存储类为主,并实现了Coreless、ETS、FC—CSP、RF、指纹识别产品的稳定量产。
半导体业务是公司未来战略业务和重要投资方向,公司于2022年9月非公开发行股票募集资金总额约20亿元,其中1.50亿元用于广州兴森封装基板项目;2022年2月公司发布公告,拟投资约人民币60亿元,在中新广州知识城内设立全资子公司建设FCBGA封装基板生产和研发基地项目,分两期建设月产能为2,000万颗的FCBGA封装基板智能化工厂,预计一二期分别于2025年和2027年达产;2022年6月公司发布公告,公司全资子公司珠海兴森半导体有限公司计划投资建设FC-BGA封装基板项目,拟建设产能200万颗/月(约6,000平米/月)的FC-BGA封装基板产线,项目总投资额预计约12亿元人民币。未来新增产能的逐步落地将推动公司封装基板业务规模进一步增长,并且有望成为国内首家量产FC-BGA封装基板的企业。

兴森科技受益于广州兴森快捷电路科技有限公司国产高端集成电路封装基板自动化生产技术改造项目正式投产,2021年IC封装基板年产能大幅增长,2万平方米/月的IC封装基板产能基本实现满产满销,且整体良率保持在96%左右,同时拉高了业务收入和毛利率。公司 2022年前三季度实现营业收入41.51亿元、同比增长11.7%,归母净利润5.18亿元、同比增长5.84%。2022年前三季度毛利率29.56%,比去年同期-2.73pct;净利率11.88%,比去年同期-1.4pct,毛利率与净利率均有所下滑,主要系新增高端产品处于产能爬坡期,拖累了毛利率。

5.10 引线框架:高强高导型逐步成为主流
引线框架是半导体封装的基础材料,是集成电路的芯片载体,是电子信息产业中重要的基础材料。芯片的引线框架起着稳固芯片、电路连接、散热等作用。随着集成电路向小型化、薄型化、轻量化和多功能化发展,高强高导型引线框架材料逐步成为市场主流。按照封装方式分类,可将分为集成电路引线框架和分立器件引线框架。按照生产工艺分类,可将分为冲压和蚀刻引线框架。蚀刻工艺产品具备精度高的优势,资金投入大,且环保压力是蚀刻工业发展的主要阻碍,华经产业研究院预计随着相关技术逐步完善,成本有望改善,目前国内主要以冲压为主

高端引线框架材料仍然受制于国外供应商。目前国内冲压引线框架的原材料(铜带等)基本实现了国产化,但是相对较高端的蚀刻引线框架,其生产过程的主要原材料仍然需要进口,如蚀刻铜带、感光干膜、背贴胶带以及电镀添加剂等。关于蚀刻铜带,一方面,国内铜加工企业由于技术工艺上的问题,还不能稳定生产高端的蚀刻铜带。另一方面,由于高端蚀刻铜带国内市场总需求量相对不大,而开发难度却较高,铜带生产企业开发高端蚀刻铜带的积极性并不高。
国内引线框架人才(尤其是蚀刻引线框架人才)仍然较缺乏。在冲压引线框架领域,现有的技术专业人才基本可以满足国内封装企业目前对引线框架企业的需求,仍比较缺乏应对国际化客户的技术服务方面的人才,
蚀刻引线框架技术积累不足。国内蚀刻引线框架起步较晚,基础薄弱,而国外的引线框架企业在这个产品上不管是技术工艺还是生产设备都领先我们一大截。

5.11 键合丝:键合铜丝市占率逐步扩大
5.11.1 需求持续增长,本土厂商产品相对单一或低端
作为芯片和引线框架间的连接线,键合丝是半导体集成电路、分立器件、传感器、光电子等传统封装工艺制程中必不可少的基础原材料。按照材质不同可分为键合金丝、键合铜丝、纯铜丝。键合金丝对原材料纯度要求颇高,生产工艺复杂,是目前集成电路封装最优材料,但受限于金价成本较高,键合铜丝逐步市占率持续提升。

根据华经产业研究院统计数据,2019年键合丝细分产品中占比最高的为键合金丝,占比为32%,镀钯铜丝占比29%,纯铜丝占比25%,键合铜丝具有硬度较大、价格较低、导热率、导电性、延展性较好;更高抗腐蚀性等优势。未来随着技术的进一步成熟、企业降本诉求的增强,键合铜丝的份额或将继续扩大。按键合工艺分类,超声波键合是目前半导体封装领域采用的主流封装互联技术,倒装芯片封装技术、TSV封装技术多用于新兴技术和先进封装,发展速度快,但受限于成本管控,目前主流键合方式仍是超声波键合。
随着下游集成电路产业稳步扩张,键合丝需求量持续增长。根据Green Chemicals发布的报告,2021年全球键合线市场价值为79.39亿美元,预计从2021年到2027年将以8.01%的复合年增长率增长。根据Gen的数据,市场排名前四的制造商是田中,住友金属矿业,贺利氏和MK电子,市场份额约为30%。根据华经产业研究院数据,2019年我国键合丝需求量达174亿米,同比2018年增长163.1亿米,从下游半导体材料规模整体变动情况来看,预计2021年我国键合丝需求量有望突破200亿米。
国内键合丝市场仍主要被德国、韩国、日本厂商占据,本土厂商产品相对单一或低端。根据华经产业研究院统计的数据,德国贺利氏占比21%,韩国铭凯益(MKE)占比20%,日本日铁和田中占比分别为13%和10%,厂商一诺电子是本土产能最大的厂商,占比11%,万生合金、达博有色和铭沣科技占比分别为 6%、5%和2%。

5.11.2 康强电子:中国半导体封装材料领军企业
康强电子作为中国半导体材料十强企业,主营业务为引线框架、键合丝等半导体封装材料的制造和销售,国内市场规模处于领先地位,产品覆盖国内知名的半导体后封装企业。
技术不断突破:全资子公司北京康迪普瑞模具技术有限公司拥有业内先进的集成电路引线框架的多工位级进模具、电机高速冲压模具等先进设计与研发能力,突破和掌握了蚀刻法生产工艺的技术难点和要点,成为使用蚀刻法批量生产和销售引线框架的少数厂家之一,掌握了合金元素配方、热处理、复绕等多项核心技术,已具备生产超细、超低弧度的键合金丝的能力,产品各项技术指标已经达到国际同档次产品水平。
康强电子2022年前三季度实现营业收入13.1亿元、同比下降21.13%,归母净利润0.97亿元、同比下降22.31%;2022年Q3实现营业收入3.74亿元、同比下滑38.06%,归母净利润0.18亿元、同比下降65.49%。2022年三季度毛利率17.49%,比去年同期-1.37pct,净利率7.37%,比去年同期-0.12pct。销售、管理、研发费用率分别0.56%、4.43%、3.97%,同比+0.44pct、-0.02pct、+0.61pct。

5.12 第三代半导体材料:把握优势,有望实现弯道超车
5.12.1 第三代半导体材料性能优越
第一代半导体材料以硅(Si)和锗(Ge)等元素半导体为代表,其典型应用是集成电路,主要应用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中。硅基半导体材料是目前产量最大、应用最广的半导体材料,90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。第二代半导体材料以砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)为代表,砷化镓材料的电子迁移率约是硅的6倍,具有直接带隙,故其器件相对硅基器件具有高频、高速的光电性能,因此被广泛应用于光电子和微电子领域,是制作半导体发光二极管和通信器件的关键衬底材料。
第三代半导体材料是以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料,和前两代半导体材料相比,第三代半导体材料禁带宽度大,具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势,因此采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行,适用于高电压、高频率场景,此外,还能以较少的电能消耗,获得更高的运行能力。因此在基站、新能源车、光伏、风电、高铁等领域有着很大应用潜力。我国在第三代半导体领域与国际先进技术的差距较小,有广泛的第三代半导体应用市场。
各代主要半导体材料的性能对比情况如下:

5.12.2 碳化硅晶片作为衬底材料的应用逐步成熟
从产业链层面来看,SiC产业链主要分为晶片、衬底、外延、器件和应用。根据CASA数据,2021年我国第三代半导体材料(包含LED)总产值达到了7900亿元,其中SiC、GaN电力电子产值规模为 58 亿元,同比增长 29.6%,衬底材料约3.8亿元,外延及芯片约4.4亿元,器件及模组约8.9亿元,装置约40.9亿元,衬底环节随着产能陆续开出,增长速度最快。另外GaN微波射频产值达到 69亿元,同比增长13.5%,较前两年稍有放缓,其中,衬底约9.5亿元,外延及芯片3.7亿元,器件及模组11.2亿元,装置约44.6亿元。
碳化硅晶片经外延生长后主要用于制造功率器件、射频器件等分立器件。氮化镓材料主要是以蓝宝石、硅晶片或碳化硅晶片为衬底,通过外延生长氮化镓以制造氮化镓器件。
近年来碳化硅晶片作为衬底材料的应用逐步成熟并进入产业化阶段。按照电学性能的不同,碳化硅衬底可分为两类:一类是具有高电阻率(电阻率≥105Ω·cm)的半绝缘型碳化硅衬底,另一类是低电阻率(电阻率区间为15~30mΩ·cm)的导电型碳化硅衬底。衬底电学性能决定了下游芯片功能与性能的优劣。以碳化硅晶片为衬底,通常使用化学气相沉积(CVD)方法,在晶片上淀积一层单晶形成外延片。其中,在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅外延片,可进一步制成功率器件,应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域;在半绝缘型碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)外延片,可进一步制成微波射频器件,应用于5G通讯、雷达等领域。

碳化硅衬底制造的技术壁垒众多。具体包括电子级高纯粉料合成与提纯技术、数字仿真技术、单晶生长技术、单晶加工(切抛磨)技术。


碳化硅衬底的尺寸(按直径计算)主要有2英寸(50mm)、3英寸(75mm)、 4 英寸(100mm)、6 英寸(150mm)、8 英寸(200mm)等规格。大尺寸是碳化硅衬底制备技术的重要发展方向。衬底尺寸越大,单位衬底可制造的芯片数量越多,单位芯片成本越低。衬底的尺寸越大,边缘的浪费就越小,有利于进一步降低芯片的成本。目前行业内公司主要量产产品尺寸集中在4英寸及6英寸。在最新技术研发储备上,以行业领先者科锐公司的研发进程为例,科锐公司已成功研发8英寸产品。在半绝缘型碳化硅市场,目前主流的衬底产品规格为4英寸。在导电型碳化硅市场,目前主流的衬底产品规格为6英寸。

根据CASA援引 Yole 数据,用于氮化镓外延的半绝缘型碳化硅衬底市场规模取得较快 增长,全球市场规模由2019年的1.54亿美元增长至2020年1.82亿美元,增幅达17.88%,导电型碳化硅衬底全球市场规模取得较快增长,从2018年的1.73 亿美元增长至2020年的2.76亿美元,复合增长率为26.36%。Yole预计受益于5G 基站建设、雷达、电动汽车等下游市场的大量需求增长,碳化硅衬底市场未来将快速发展。

功率器件:以碳化硅为衬底制成的功率器件相比硅基功率器件具有优越的电气性能,相同规格的碳化硅基MOSFET 和硅基MOSFET 相比,导通电阻降低为1/200,尺寸减小为 1/10;相同规格的使用碳化硅基 MOSFET 的逆变器和使用硅基 IGBT 相比,总能量损失小于 1/4。

根据CASA综合 Yole、Omida、WSTS 及大西洋市场研究公司等公司数据,2021 年全球 SiC、GaN功率半导体市场约 13.66亿美元,其中SiC约为10.9亿美元,GaN 约为2.76亿美元,市场渗透率约为4.6%-7.3%,较2020年提升2个多百分点。HIS Markit预计到 2027 年碳化硅功率器件的市场规模将超过100亿美元,碳化硅衬底的市场需求也将大幅增长。
微波射频器件:微波射频器件是实现信号发送和接收的基础部件,是无线通讯的核心,5G 通讯高频、高速、高功率的特点对功率放大器的高频、高速以及功率性能有更高要求。以碳化硅为衬底的氮化镓射频器件同时具备了碳化硅的高导热性能和氮化镓在高频段下大功率射频输出的优势,突破了砷化镓和硅基 LDMOS 器件的固有缺陷,能够满足 5G 通讯对高频性能和高功率处理能力的要求,碳化硅基氮化镓射频器件已逐步成为 5G 功率放大器尤其宏基站功率放大器的主流技术路线。
根据CASA援引 Yole Development 预测,2025 年全球射频器件市场将超过250亿美元,其中射频功率放大器市场规模将从2018年的60亿美元增长到2025年104 亿美元,而氮化镓射频器件在功率放大器中的渗透率将持续提高。随着5G市场对碳化硅基氮化镓器件需求的增长,半绝缘型碳化硅晶片的需求量也将大幅增长。

根据CASA综合Yole及Trendforce 数据,2021年全球GaN射频器件及模组市场规模约为 10.5 亿美元,未来几年将保持 18%的增速,到2026年市场规模约为 24 亿美元,其中GaN-on-SiC占九成的市场,在军事雷达和电信通讯渗透较高。
5.12.3 在宽禁带半导体领域我国和国际巨头公司间的整体技术差距相对较小
全球宽禁带半导体行业目前总体处于发展初期阶段,相比硅和砷化镓等半导体而言,在宽禁带半导体领域我国和国际巨头公司之间的整体技术差距相对较小。且宽禁带半导体的下游工艺制程具有更高的包容性和宽容度,制造环节对设备的要求相对较低,投资额相对较小,制约宽禁带半导体行业快速发展的关键之一在上游材料端。因此,我国若能在宽禁带半导体行业上游衬底材料行业实现突破,将有望在半导体行业实现换道超车。
根据天岳先进招股说明书,近年来天岳先进在半绝缘型碳化硅衬底领域市场占有率大幅提升,已进入行业第一梯队,直接与国外巨头竞争。2019-2020 年,在半绝缘型碳化硅衬底领域,天岳先进按销售额统计的市场份额均位列全球第三,2020 年市场份额达到了30%。

国家“十四五”规划布局第三代半导体,助力“双碳”目标实现。2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》明确指出:推动集成电路领域要取得“集成电路设计工具、重点装备和高纯靶材等关键材料研发,集成电路先进工艺和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、微机电系统(MEMS) 等特色工艺突破,先进储存技术升级,碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN) 等宽禁带半导体发展。2021年中共中央、国务院印发了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,明确提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现“碳中和”。第三代半导体器件相比硅器件可降低 50%以上的能量损失,并减小75%以上的装备体积,可显著提升能源转换效率,是助力节能减排并实现“碳中和”目标的重要支撑。
5.12.4 三安光电:国内化合物半导体领域龙头企业
三安光电为化合物半导体领域重大生产力发展布局的集成电路骨干企业,拥有国家级企业技术中心,曾获得国家科学技术进步一等奖、二等奖以及福建省科技进步一等奖等多项奖项,在研发、技术创新领域持续投入,产品性能、生产良率、设备利用率等方面加速提升。在集成电路产品性能方面处于行业领先地位,在碳化硅、射频等集成电路领域的重点布局价值逐步体现,在碳化硅下游市场取得多点突破,在服务器电源、通信电源、光伏逆变器等细分赛道已实现为客户稳定供货。
公司在电力电子领域主要产品为高功率密度碳化硅二极管、MOSFET及硅基氮化镓产品,产品类型多样化,产品性能优越,PEC电源标杆客户长城、维谛等、光伏逆变器阳光电源、科士达等拥有稳定大客户,已实现稳定供货,同时借助海外技术及销售布局,扩大海外市场发展;碳化硅MOSFET车规级与新能源汽车重点客户的合作取得重大突破,是电力电子产品线重要的成长动力。
公司多方位布局产业发展。泉州三安砷化镓、滤波器及先进封装产线、湖南碳化硅全产业链产线等相继投产,进入适量产阶段,进一步释放产能,产品交付能力获得大幅提升。

三安光电2022年前三季度公司实现营业收入100.12亿元、同比增长5.04%,归母净利润9.87亿元、同比降低23.27%,2022年Q3公司实现营业收入32.5亿元、同比降低4.9%,归母净利润0.55亿元、同比降低86.36%。2022年前季度毛利率18.96%,比去年同期-3.99pct,净利率9.86%,比去年同期-3.63pct。销售、管理、研发费用率分别1.18%、5.66%、3.95%,同比-0.02pct、-0.37pct、+0.46pct。

5.12.5 天岳先进:国内 SiC 衬底龙头,实现我国核心战略材料自主可控
天岳先进是国内领先的第三代半导体衬底材料生产商,主要从事碳化硅衬底的研发、生产和销售,产品可广泛应用于微波电子、电力电子等领域。主要产品包括半绝缘型和导电型碳化硅衬底。公司经过十余年的技术发展,自主研发出2-6英寸半绝缘型及导电型碳化硅衬底制备技术,公司自主研发的半绝缘型碳化硅衬底产品,实现了我国核心战略材料的自主可控。同时,公司的6英寸导电型碳化硅衬底正在全球知名的电力电子领域客户中进行验证,并开始批量供货。
6.硅片制造技术升级,产业自主化迎来机遇
90%以上的芯片需要使用半导体硅片制造。半导体硅片企业的下游客户是 芯片制造企业,包括大型综合晶圆代工企业及专注于存储器制造、传感器制造 与射频芯片制造等领域的芯片制造企业。半导体硅片的终端应用领域涵盖智能手机、便携式设备、物联网、汽车电子、人工智能、工业电子、军事、航空航 天等众多行业。随着科学技术的不断发展,新兴终端市场还将不断涌现。
硅片的加工过程涉及几十道工序,但按大工序可分为滚磨切割倒角、研磨腐蚀、抛光清洗三部分。其中,滚磨切割倒角目的就是通过机械加工使得硅片边缘形成指定形貌的光滑边缘,倒角后的硅片有较低的中心应力,因而更牢固,并且在以后的芯片制造中不容易产生碎片。硅片研磨是为了去除在切片加工中,硅片表面因切割产生的表面/亚表面机械应力损伤层(20-50μm)和各种金属离子等杂质污染的表面,并使硅片具有一定精度几何尺寸的平坦表面;硅片抛光的目的是得到一个光滑、平整、无损伤的硅表面;硅片抛光后表面有大量的沾污物,绝大部分是来源于抛光过程的颗粒。

6.1 半导体硅片朝大尺寸发展,带来技术和设备升级
半导体硅片是指由硅单晶锭切割而成的薄片,又称硅晶圆片,是半导体、光伏等行业广泛使用的基底材料。常见的半导体材料包括硅(Si)、锗(Ge)等元素半导体及砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等化合物半导体。
大尺寸硅片在高端量产领域优势明显。按尺寸划分,半导体硅片的尺寸(以直径计算)主要有 50mm(2 英寸)、75mm(3 英寸)、100mm(4 英寸)、150mm(6 英寸)、200mm(8 英寸)与 300mm(12 英寸)等规格。大尺寸硅片有利于提高生产效率并降低成本,在同样的工艺条件下,300mm半导体硅片的可使用面积超过200mm硅片的两倍以上,可使用率是200mm硅片的2.5倍左右。但与此同时,半导体硅片生产的尺寸越大,其所需要的技术水平、设备性能、材料和工艺要求也随之提高。目前,300mm半导体硅片的需求主要来源于存储芯片、图像处理芯片、通用处理器芯片、高性能FPGA与ASIC等较为高端领域。而在高精度模拟电路、射频前端芯片等特殊产品方面,200mm 及以下芯片制造的工艺更为成熟,综合成本较低。
12寸硅片占比逐年提升,2021年近七成。从1965年首次生产2英寸硅片到2000年12英寸硅片实现量产,半导体硅片向大尺寸方向不断发展,从2014年开始,12寸和8寸合计占比90%的市场份额,并且逐年增加。目前12寸硅片是最主流的硅片尺寸,2021年12寸、8寸、6寸占硅片市场的比重分别为68.5%,24.6%,7%。

6.2 百亿美元级别硅片市场,国外厂商占主导
新兴行业崛起助力半导体需求,全球硅片行业市场规模不断增长。半导体行业与全球宏观经济形势联系紧密,据中商产业研究院援引SEMI数据,2016年以来随着全球经济走向复苏,全球硅片市场规模快速提升,2021年达到126亿美元。从出货面积看,2019年至今,全球硅片出货量整体逐步攀升,2021年达到141.6亿平方英寸。
半导体硅片的价格走势与其行业景气密切相关。受到2014年新兴产业崛起影响,硅片价格有所回升,由2017年的0.74美元/平方英寸上涨至2021年的0.98美元/平方英寸。当前半导体硅片行业的景气度预期持续上升,有望伴随着下游市场的增长,进而推动半导体硅片价格上涨。中国硅片占全球比重趋增。我国硅片市场快速发展,占全球的比例由2019年的9.6%提升至2021年的13.2%。

全球半导体硅片行业进入壁垒较高,市场目前主要由国外厂商主导,行业呈现高度寡头垄断的竞争格局。半导体硅片作为芯片制造的关键原材料,技术门槛较高,属于技术密集、人才密集行业。全球硅片市场中,国外硅片厂商占据主要份额,根据中商产业研究院援引Omdia数据,2021年日本信越、SUMCO、环球圆晶、SK Siltron、世创等前五大制造商合计占比达到94%。国内市场中,本土企业崭露头角,国产化稳步推进。根据中商产业研究院数据,2021年沪硅产业、中环股份、立昂微、中晶科技等国内企业分别占中国市场份额的12.1%、10.6%、7.7%、1.5%。其中,沪硅产业是国内硅片龙头,在前文已提及,本章不做赘述。

6.3 TCL中环:专注单晶硅的研发和生产
TCL中环主营业务围绕硅材料展开,专注单晶硅的研发和生产,以单晶硅为起点和基础,定位战略新兴产业,朝着纵深化、延展化方向发展。纵向在半导体材料制造和新能源光伏制造领域延伸,形成半导体材料板块、光伏材料板块和光伏电池及组件板块。主要产品包括半导体材料、光伏硅片、光伏电池及组件;高效光伏电站项目开发及运营。产品的应用领域,包括集成电路、消费类电子、电网传输、风能发电、轨道交通、新能源汽车、5G、人工智能、光伏发电、工业控制等产业。
根据公司募集说明书,TCL中环主导产品电力电子器件用半导体区熔单晶-硅片综合实力全球前三,国外市场占有率超过18%,国内市场占有率超过80%;单晶晶体晶片的综合实力、整体产销规模、研发水平全球领先,先后开发了具有自主知识产权的转换效率超过24%的高效N型DW硅片,转换效率达到26%、“零衰减”的CFZ-DW(直拉区熔)硅片,高效N型硅片市场占有率稳居前列。
2021年,TCL中环实现营业收入 411.05 亿元,同比增长 115.70%;归母净利润为40.30亿元,同比增长270.06%。TCL中环2022年前三季度实现营业收入498.45亿元、同比增长71.35%,归母净利润50.01亿元、同比增加80.68%。2022年前三季度毛利率17.92%,比去年同期-2.1pct;净利率11.01%,比去年同期-0.26pct。

6.4 立昂微:从硅片到芯片的一站式制造平台
立昂微为目前国内屈指可数的从硅片到芯片的一站式制造平台,形成了以盈利的小尺寸硅片产品带动大尺寸硅片的研发和产业化。立昂微主营业务包含半导体硅片、半导体功率器件、化合物半导体射频芯片三大板块,产品覆盖 6-12英寸半导体硅抛光片和硅外延片。三大业务板块产品应用领域广泛,包括通信、计算机、汽车、消费电子、光伏、智能电网、医疗电子以及 5G、物联网、工业控制、航空航天等产业。立昂微具有从硅单晶、硅研磨片、硅抛光片和硅外延片制造的完整产业链,2020年约占全球份额的 1%。
近年来,立昂微营业收入快速增长,由2017年的9.32亿元快速增长至2021年的25.41亿元,2019,2020和2021三年综合毛利率分别为37.31%、35.29%和44.9%,维持在较高的水平。立昂微2022年前三季度实现营业收入22.78亿元、同比增长29.96%,归母净利润6.41亿元、同比增加58.67%。2022年前三季度毛利率44.11%,比去年同期+0.04pct;净利率29.01%,比去年同期+5.15pct。

7.晶圆代工产业国内具备要素优势
晶圆代工工艺繁杂,需要经历多个流程。半导体产业链包括集成电路设计、制造和封装测试,支撑产业链包括集成电路材料、设备、EDA、IP 核等,需求产业链包括通讯产品领域、消费电子领域、计算类芯片领域、汽车/工业领域及其他领域。其中,集成电路制造是指将光掩模上的电路图形信息大批量复制到晶圆上,并在晶圆上大批量形成特定集成电路结构的过程,需要在高度精密的设备下进行,经过光刻、刻蚀、离子注入等工艺步骤反复几十次甚至上百次的循环,最终实现从光掩模上复杂的电路结构到晶圆上集成电路图形的转移,即将硅料精制成封装后的芯片,其技术含量高、工艺复杂,在芯片生产过程中处于至关重要的地位。


中国作为“世界工厂”,有望承接全球晶圆代工产业。晶圆代工产业劳动力、资本、技术等要素高度集中,国内具备上述要素优势,尤其是拥有大量受教育程度较高的劳动人口。且根据制造业“美国→日本→亚洲四小龙→中国”迁移规律,晶圆制造领域有望从中国台湾、韩国等地向中国大陆转移。
7.1晶圆代工市场近千亿美元,国内发展迅猛
根据智研咨询援引IC Insights数据,2021年全球纯晶圆代工市场达到1101亿美元,同比增长26%,连续两年增速超过20%。2021年中国大陆晶圆代工厂占全球份额为8.5%,相比2020年提高0.9个百分点。IC Insights预计,随着数据中心、5G等需求强劲,带动全球晶圆市场快速增长,全球晶圆代工市场规模预计在2022年有望达到1321亿美元,中国晶圆代工厂增速预计将高于全球,2026年占全球份额有望上升至8.8%。
中国大陆晶圆代工产商占比逐年提升。当前中国台湾地区占据晶圆代工产业龙头地位,2021年前十大专属晶圆代工公司中,台积电、联电、力积电、世界先进、稳懋等五家企业均位于台湾地区,其中台积电、联电合计市占率近七成。中国大陆的中芯国际和华虹集团近年来快速发展,2021年分别位列全球第四、第五,合计市场占有率为9.51%,较2020年增加0.64个百分点。

7.2 中芯国际:集成电路晶圆代工全球领先
中芯国际是全球领先的集成电路晶圆代工企业之一,也是中国大陆技术最先进、规模最大、配套服务最完善、跨国经营的专业晶圆代工企业,能够提供0.35微米到14纳米不同技术节点的晶圆代工与技术服务,包括逻辑芯片,混合信号/射频收发芯片,耐高压芯片,系统芯片,闪存芯片,EEPROM芯片,图像传感器芯片电源管理,微型机电系统等。


中芯国际多年来长期专注于集成电路工艺技术的开发,成功开发了0.35微米至FinFET等多种技术节点,应用于不同工艺技术平台。中芯国际在集成电路领域内积累了众多核心技术,形成了完善的知识产权体系。截至2022年6月30日,共累计获得授权专利共12,684件,其中发明专利10913件。此外,中芯国际还拥有集成电路布图设计权94件。
2022年上半年,在全球集成电路行业整体维持增长趋势的大环境下,中芯国际实现主营业务收入24,299.2百万元,同比增加53.3%。其中,晶圆代工业务营收为22,685.0百万元,同比增长56.4%。2022年前三季度实现营业收入377.64亿元、同比增长48.85%,归母净利润93.9亿元、同比增加28.3%。2022年前三季度毛利率39.9%,比去年同期+11.96pct;净利率30.78%,比去年同期+1.21pct。
8.封测环节是集成电路产业链的保障
半导体封测是连接晶圆到元器件的桥梁,位于半导体元器件设计之后、终端产品之前,属于半导体制造的后道工序。其中,封装环节是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,目的是使电路芯片免受周围环境的影响(包括物理、化学的影响),起着保护芯片、增强导热(散热)性能、实现电气和物理连接、功率分配、信号分配,以沟通芯片内部与外部电路的作用,确保系统正常工作;测试环节指对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。
半导体封测下游应用场景不断丰富,广泛运用于计算机、工业自动化、通讯电信、照明电器、消费电子、汽车电子等领域,半导体封测逐渐步入产业链核心地带。根据 SEMI 对全球半导体封装设备市场的数据统计,封测设备占半导体设备整体市场份额的约15%,属于核心制程设备。


8.1 半导体封装技术及其演变:更高密度、更高性能
半导体器件有许多封装形式,按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装三类。从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP,技术指标一代比一代先进。1964年最早的DIP包装元件是由仙童半导体司发明,属于引脚插入型,在裸片周围使用塑料封装外壳,并有两排平行的突出的引脚。此后,随着下游应用场景的不断丰富,对封测环节制程技术的要求不断提高。


近年来芯片朝着更轻更薄的趋势发展,对封装技术提出新的要求,成本更低、性价比更高、“轻薄短小”成为封装技术的发展方向。其中,Bumping技术、晶圆级封装WLP、系统级封装SiP等技术较为常见。
Bumping技术提升封装效率。Bumping技术广泛应用于FC、WLP、CSP、3D等先进封装,其原理是通过在芯片表面制作金属凸块,提供芯片电气互连的“点”接口,实现先进制程“以点替代线”。由于其芯片之间、芯片和基板之间通过“点”进行连接,有效减小了芯片面积,封装效率接近100%;此外,Bumping技术的凸块阵列在芯片表面,引脚密度可以做得很高,便于满足芯片性能提升的需求。


晶圆级封装有效降低封装成本。晶圆级封装(Wafer Level Packaging,缩写WLP)是一种先进的封装技术,相比与传统封装,晶圆级封装是在整片晶圆上先封装在切割,得到的成品芯片尺寸与裸芯片尺寸一样,因此具有封装尺寸小、传输速度快、连接密度高、生产周期短、工艺成本低等优势。


系统级封装具备微小化优势。系统级封装(SiP)是将多个集成电路(IC)和无源组件捆绑到单个封装中的方法,即将多种功能芯片,包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完整的功能。SiP具备小型化、低成本、可靠性强等优势,被广泛用于智能手机、TWS耳机、智能手表等小型消费电子领域。

8.2 国内封测行业逐步崛起
中国封测市场增速快于全球。根据大族封测援引Frost & Sullivan数据,全球封测市场规模从2016年的510亿美元增长至2021年的518亿美元,年平均增速为3.9%;中国封测行业在2014-2021年各年均持续保持正增长,2021年市场规模达到2763亿元,同比增长10.10%,2016-2021年平均年增速为12.1%,显著高于全球增速。从企业层面看,长电科技、通富微电、华天科技等中国大陆企业2021年全球委外封测市场占有率跻身前十,封测领域国产化形势较好。


8.3 长电科技:国内封测领域龙头
长电科技是全球领先的集成电路制造和技术服务提供商,提供全方位的芯片成品制造一站式服务,通过高集成度的晶圆级(WLP)、2.5D/3D、系统级(SiP)封装技术和高性能的倒装芯片和引线互联封装技术,长电科技的产品、服务和技术涵盖了主流集成电路系统应用,包括网络通讯、移动终端、高性能计算、车载电子、大数据存储、人工智能与物联网、工业智造等领域。
此外,长电科技拥有丰富的多样化专利,覆盖中、高端封测领域。2021年度获得专利授权127件,新申请专利196件。截至2021年末,长电科技拥有专利3,216件,其中发明专利2,446件。
长电科技2022年前三季度实现营业收入247.78亿元、同比增长13.05%,归母净利润24.52亿元、同比增加15.92%。2022年前三季度毛利率17.98%,比去年同期0.13pct;净利率9.9%,比去年同期0.24pct。


8.4 华天科技:世界一流半导体封测企业
华天科技主要从事半导体集成电路、半导体元器件的封装测试业务,目前集成电路封装产品主要有DIP/SDIP、SOT、SOP等多个系列,产品主要应用于计算机、网络通讯、消费电子及智能移动终端、物联网、工业自动化控制、汽车电子等电子整机和智能化领域。近年来,华天科技不断加强先进封装技术和产品的研发力度,依托国家科技重大专项02专项等科技创新项目,自主研发多项集成电路先进封装技术和产品,如开发了3DFOSiP封装技术,完成应用于高性能计算的大尺寸HFCBGA产品、基于汽车电子Grade1要求的大尺寸BGA产品开发等。2022年上半年华天科技共获得授权专利30项,其中发明专利7项。
华天科技2022年前三季度实现营业收入91.27亿元、同比增长2.93%,归母净利润7.04亿元、同比-31.48%。2022年前三季度毛利率18.34%,比去年同期-7.22pct;2022年前三季度净利率10.46%,比去年同期-3.86pct。

8.5 通富微电:国家科技重大专项骨干
通富微电公司从事研究开发、生产集成电路等半导体产品等业务,提供相关的技术服务,自营和代理上述商品的进出口业务。
当前通富微电在FC产品方面,已完成5nm制程的FC技术产品认证,同时在多芯片MCM技术方面已确保9颗芯片的MCM封装技术能力,并推进13颗芯片的MCM研发。Fanout技术达到世界先进水平,高密度扇出型封装平台完成6层RDL开发,通过与传统基板配合,可解决高性能计算封装的高端基板短缺问题。2.5D/3D先进封装平台方面,取得突破性进展,BVR技术实现通线并完成客户首批产品验证,2层芯片堆叠的CoW技术完成技术验证。
通富微电2022年前三季度实现营业收入153.19亿元、同比增长36.73%,归母净利润4.77亿元、同比-32.19%。2022年前三季度毛利率15.57%,比去年同期-3.21pct;2022年前三季度净利率3.2%,比去年同期-3.2pct。

结语:
2022年是国际局势大变局的一年,地缘政治冲突升级叠加全球加息,带来全球半导体产业由牛转熊的一年,中国半导体产业经历了美国又一轮制裁升级。我们回顾过往30年,半导体的每一次制程的推进都在推动人类社会技术革命的进步,所有科技产业都终将受益于半导体技术的革新。在这一恒久主线驱动下,中国半导体产业在国家政策和自主研发加持下,产业将迎来更大变局。中国半导体产业在短暂风雨过后,估值已经回调至2019年初位置,长期投资价值已经凸显,更多的机遇就在远方。

【风险提示】
1、俄乌冲突加剧超预期风险:俄乌冲突全面扩大化可能会导致半导体产业链断裂和贸易中断;
2、美国对华半导体政策加剧风险:美国对华半导体政策如果进一步升级,可能使中国长期在14nm以下制程开发受到瓶颈;
3、台海局势升级对于晶圆制造冲击风险:台海局势升级可能使得台积电产能进一步迁移至美国;
4、全球半导体技术突破不及预期风险:半导体3nm以下技术难以突破也带来产业发展放缓风险。
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