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谨以此文献给半导体研发一线的工作人员
导读>>
我最近一直在搞宏观经济数据库，很长时间没有发新内容了。我想有些科研成果后，拿出一部分在这里分享，主要是对证券投资有强关联的宏观经济指标进行一些跟踪和分析。这样本公众号价值投资主题就会自上而下含盖宏观经济、行业及公司财务三个维度，更全面了。
最近也在关注半导体行业，这是一个热度很高而有巨大发展空间的行业。我国半导体产业链中还有很多核心领域是空白状态，急需填补。我自己对半导体行业认识也不深入。我们一起来学习一下行业知识。
这篇主要介绍半导体行业产业概况，属于科普文章。我主要参考了比较专业的文献，将相关知识按产业链条理整理成文，尽量将专业术语和流程用易懂语言说明清楚。但半导体行业太庞杂，我不可能面面俱到。我们会对半导体行业整体及主要细分领域有一个概念性的认识。有了这个知识铺垫，后面有时间我会介绍细分领域并对其中典型的上市公司进行分析，最后可能还会研究影响行业证券投资的驱动指标。
01
半导体产业链、制造流程及工艺
一、半导体行业产业链
图1 半导体产业链示意图A
资料来源：中微半导体设备（上海）股份有限公司招股说明书
由于半导体产业链各细分环节比较繁多，而且基本都涉及专业术语，我特意找了两个产业链示意图，便于形成概念。图A比较简明，上游环节较图B多了一个“IP核及设计”，但下游没有列出具体的应用行业。图B对各细分环节有较详细的说明。本文后续将以这两张产业链示意图为基础展开。
图2 半导体产业链示意图B
资料来源：《半导体材料研究框架系列，详解八大芯片材料》——方正证券分析师陈杭
二、半导体制造流程及工艺
为了便于理解半导体行业产业链各环节，我有必要首先简要介绍一下半导体的制造工艺。半导体制造和封装的各主要环节如下图所示：
图3 半导体制造各环节流程图
资料来源：《英特尔宣布：Q87、H81、C226、QM87和HM86芯片组将停产》，雪球ID：行行查
（一）单晶硅片制造工艺
硅片是制造芯片的基础材料。单晶硅片需要经过拉晶、切割、研磨、抛光、清洗等程序才成形（如下图）。
图4 晶圆的制备过程
（二）半导体制造的前道工序
上述程序制造出来的是晶圆裸片。晶圆裸片还要根据集成电路设计方案经过前道（Front-End,即半导体制造）和后道（Back-End,即半导体封装）复杂而精密的工序后才变成为可以应用于各种场合的芯片产品。半导体的前道工序通常包含沉积、光刻、刻蚀、离子注入4大主要工序。其中光刻、刻蚀和薄膜沉积是半导体制造三大核心工艺。
首先，使用沉积设备（如 CVD、PVD、ALD）在基材表面沉积多层待处理的薄膜。
其次，在晶圆表面均匀涂上光刻胶，采用光刻和显影工艺使射强激光通过含有电路设计的光掩膜（即光罩），将其设计图形刻制到晶圆表面光刻胶。
第三，采用刻蚀工艺把光刻胶上图形转移到薄膜形成3D图形，去除光刻胶后，即完成图形从光罩到晶圆的转移。
制造芯片的过程需要数十层光罩。集成电路制造主要是通过薄膜沉积、光刻和刻蚀三大工艺循环，把所有光罩的图形逐层转移到晶圆上（参考下图）。
图5 薄膜沉积、光刻和刻蚀——半导体制造三大核心工艺
资料来源：中微半导体设备（上海）股份有限公司招股说明书
制造先进的集成电路器件，如同建一个几十层的微观楼房，或建一个多层的立交桥。下图从二维和三维的角度显示了器件的微观结构：
图6 集成电路的微观结构
资料来源：中微半导体设备（上海）股份有限公司招股说明书
完成这样的微观结构，需要一层一层地建造。下图展示了建成有孔的一层结构所需的步骤和设备。
图7 刻蚀工序将图形从光刻胶转移到待刻蚀的薄膜上
资料来源：中微半导体设备（上海）股份有限公司招股说明书
如上图所示，一层结构的加工就需要十几个步骤，如果要建立60 层的复杂结构，就需要约1,000 个加工步骤。单个步骤的合格率即使达到99.0%，1000 个步骤后的合格率就趋近于零。因此只有每个步骤的合格率均达到99.99%，才能实现总体合格率90%以上。
刻蚀工序完成后即进行离子注入，将离子材料、掺杂剂注入晶圆，通过带电的离子控制电流，并实现晶体管的功能。离子注入工序后通常还会将上述薄膜沉积、光刻和刻蚀工序再循环往复多次，每次都会消耗一块掩膜板（光罩），直到所有电路图形刻制到晶圆上为止。
（三）半导体制造的后道工序
半导体制造的后道工序主要为封装和测试工序。主要的后道工艺流程为:减薄－>切割（划片）－>贴装－>键合－>模塑－>切筋和成型－>测试。由于制造工艺的要求，对晶片的尺寸精度、几何精度、表面洁净度等都提出很高的要求，因此在几百道工艺流程中只能采用一定厚度的晶片在工艺过程中传递、流片。因此在集成电路封装前，需要对晶圆背面多余的基体材料去除一定的厚度，这一过程称之为晶圆背面减薄工艺（STEP1），对应装备是晶圆减薄机。
半导体经过晶圆减薄程序后就进入到封装工序。根据晶圆工艺制程及客户的产品需求，一片晶圆通常由几百至数万颗小芯片组成，业内大部分晶圆上的Dice之间有着40um-100um不等的间隙区分，此间隙被称为划片街区（切割道）。而圆片上99%的芯片都具有独立的性能模块（1%为边缘Dice，不具备使用性能），为将小芯片分离成单颗Dice,就需采用切割的工艺进行切割分离，此工艺过程叫做晶圆切割（STEP2:即晶圆切割工艺）。
将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板（引线框架）架的小岛上即晶圆贴装工艺（STEP3），再利用超细的金属（金、锡、铜、铝）导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘（Bond Pad）连接到基板的相应引脚（Lead）,并构成所要求的电路（参考图13）。通常使用金线的一端烧成小球，再将小球键合在第一焊点。然后按照设置好的程序拉金线，将金线键合在第二焊点上（STEP4:即引线键合工艺）。将完成引线键合的芯片与引线框架置于模腔中，再注入塑封化合物环氧树脂用于包裹住晶圆和引线框架上的金线（STEP5:即模塑工艺）。这是为了保护晶圆元件和金线。塑封的过程分为加热注塑、成型两个阶段。塑封的目的主要是保护元件不受损坏、防止气体氧化内部芯片、保证产品使用安全和稳定。
半导体塑封之后，还要进行一系列操作，如固化（Post Mold Cure）、激光打印、电镀（Plating）以及切筋和成型（Trim&Form）等工艺。切筋和成型工艺（STEP6）是将原来连接在一起的引线框架外管脚切断分离，并将其弯曲成设计的形状，但不能破坏环氧树脂密封状态，并避免引脚扭曲变形，将切割好的产品装入料管或托盘便于转运。
封装完成后进行成品测试（STEP7），常见的测试项目包括：引脚平整性、共面性，引脚间的脚距，塑封体是否损伤、电性能及其它功能测试等。测试合格的成品将验收入库以待出货。
02
半导体行业上游介绍
半导体行业各产业链环节细分子市场非常繁多，各子行业技术壁垒普遍较高，每个细分子市场间天然又具有一定技术跨度，单一市场规模不大。而下游大客户对产品性能/质量的稳定性和、定制化能力和整体解决方案供应能力要求较高。因此能够提供平台化整合解决方案的半导体供应商具有更高的客户粘度和更强的竞争优势。
半导体行业按上游、中游和下游划分的话，上游为半导体的支撑产业，主要由半导体IP核、EDA及设计、半导体材料和半导体设备构成。半导体产业链的上游主要为中游（设计、制造和封测环节）提供软件及知识产权（IP核）、硬件设备、原材料等核心生产资料支持。
表1 半导体上游主要环节说明
资料来源：中微半导体设备（上海）股份有限公司招股说明书
（一）IP核、EDA及设计
EDA和IP贯穿芯片制造的全流程，是芯片设计的重要工具，可以缩短芯片的开发时间，并提高芯片性能。
EDA（电子设计自动化）是一套协助半导体器件的定义、规划、设计、实施、验证和后续制造的工具，包括仿真、设计、验证。EDA是实现半导体元器件和集成电路设计流程自动化的必备软件工具，是半导体市场的先驱和风向标。我国目前在EDA领域与三大国际巨头新思科技（Synopsys）、明导国际（Mentor Graphics）、楷登电子（Cadence）仍存在一定差距。中国大陆EDA/IP在全球市场中的占比仅为约2%，需要长期积累与晶圆代工联动的设计数据，并投入相关人才，才能后来居上。
IP核是指与硅相关的知识产权，由半导体芯片中所使用的逻辑或数据块所组成，是已经设计好的、并经过实际验证的、具有特定功能、并经性能优化、且可重复使用的预设计电路，包括IP软核、IP固核、IP硬核，可减少设计工作量，缩短周期并提高成功率。
（二）半导体材料
半导体材料分为制造材料（前端或前道）和封装材料（后端或后道）。制造材料包括硅片、光刻胶、电子特气、抛光材料、靶材、掩模板等；封装材料包括引线框架、封装基板、键合线、陶瓷基板、包装材料及芯片粘接材料等。目前制造材料较封装材料技术壁垒更高、国产化率更低、国产替代空间较大。下表为半导体主要制造和封装材料及应用说明。
表2 主要细分半导体材料用途及应用环节
资料来源：《半导体材料研究框架系列，详解八大芯片材料》——方正证券分析师陈杭
半导体制造材料中硅片使用量占比最大，目前约为33%，其次是气体和光刻胶及配套试剂。半导体封装材料中，封装基板占比最大（约40%），其次是引线框架和键合线（如下图）。
图8 半导体制造及封装中各细分材料占比
资料来源：《半导体材料研究框架系列，详解八大芯片材料》——方正证券分析师陈杭
1.硅片
硅片是半导体器件的主要载体。不同种类的芯片一般来说使用的硅片（晶圆）规格是不一样的。功率半导体通常使用6寸和8寸晶圆，多应用于家电及汽车电子；MCU等处理器通常使用8寸晶圆，多应用于汽车电子领域；逻辑芯片和存储芯片通常使用12寸晶圆，主要应用于存储芯片（NAND和DRAM），比如手机和计算机领域。因提升生产效率和效益原因，硅片（晶圆）的规格趋势总体上是越来越大。目前12寸晶圆为需求的主流。目前国内大尺寸硅片仍主要依赖进口。
2.电子特气
电子特气是指在半导体芯片制备过程中需要使用到的各种特种气体，被广泛运用于掺杂、外延、离子、刻蚀、化学气相沉积等生产步骤，按照气体的化学成分可以分为通用气体和特种气体。另外按照用途也可以分为掺杂气体、外延用气体、离子注入气、发光二极管用气、刻蚀用气、化学气相沉积气和平衡气。
表3 四种主要电子特气的作用及主要产品
资料来源：2022中国半导体制造及封装材料行业研究报告，亿欧智库
3.光掩膜
光掩膜也称为掩膜版或光罩，是半导体芯片光刻过程中的集成电路设计图形的载体，通过光刻和刻蚀，实现图形到硅晶圆片上的转移。全球主要的晶圆制造厂商，如Intel、Globalfoundries、IBM、TSMC、UMC、Samsung等都有自己的专业工厂来生产自身需要的掩膜版，但近些年，对于一些60nm及90nm以上制程的低端产品，外包趋势也很明显。
4.光刻胶
光刻胶是图形转移介质，利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上（半导体制造中即为晶圆片），目前广泛用于光电信息产业的微细图形线路加工制作，是电子制造领域关键材料。目前ArF和KrF光刻胶为市场主流，高端的EUV 光刻胶基本被日本和美国企业所垄断。大陆方面目前仅实现了KrF光刻胶的量产，ArF 光刻胶产品仍处于下游客户验证阶段并未形成实际性的量产产能，而最高端的EUV 光刻胶的技术储备近乎空白。
5.靶材
半导体芯片的单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层等组成，其中，介质层、导体层甚至保护层都要用到溅射镀膜工艺。集成电路领域的镀膜用靶材主要包括铝靶、钛靶、铜靶、钽靶、钨钛靶等，对靶材纯度要求很高，一般在5N（99.999%）以上。日本及美国的靶材制造巨头占居了全球半导体芯片用靶材市场约90%的份额。而德国世泰科公司则几乎垄断着全球半导体芯片用钽靶材的钽粉原料和钽靶坯的供应。国内方面，江丰电子、有研新材等国内靶材制造企业近年来正在快速崛起，已在全球市场占有了一席之地。
半导体芯片制造企业对其靶材合格供应商的认证过程十分苛刻，且各家认证模式也各不相同，绝大多数供应商都难以承受认证过程中的巨大资金和时间成本，而芯片制造企业也对引入新的供应商兴趣不大，新的行业参与者并无太多进入市场的机会，行业高度集中。
6.抛光材料
抛光材料一般可以分为抛光垫、抛光液、调节器和清洁剂，其中前二者最为关键，在抛光材料中占比超过80%。抛光垫的材料一般是聚氨酯或者是聚酯中加入饱和的聚氨酯。抛光液一般是由超细固体粒子研磨剂（如纳米级二氧化硅、氧化铝粒子等）、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。
全球抛光垫市场几乎被陶氏垄断，市场份额超过90%，抛光液市场则主要由日本的Fujimi、慧瞻材料、美国的卡博特、韩国的ACE等企业占领绝大多数市场份额。
国内安集科技填补了国产产品在抛光液领域的空白。鼎龙股份也正在积极开拓抛光垫市场，加速追赶世界领先水平。随着芯片制程和封装技术的进步，对于抛光材料的需求也将大幅上涨。
7.封装基板
封装基板是封装材料中成本占比最大的一部分，主要起到承载保护芯片与连接上层芯片和下层电路板的作用。
封装基板能够保护、固定、支撑芯片，增强芯片的导热散热性能，另外还能够连通芯片与印刷电路板，实现电气和物理连接、功率分配、信号分配，以及沟通芯片内部与外部电路等功能。
目前，国内制造企业的品类集中于引线键合球栅阵列封装（wire bonding ball grid array package，WBBGA）封装基板、倒装芯片尺寸封装（flip-chip chip scale package，FCCSP）封装基板、无芯封装基板、无源元件埋入，对于高端FCBGA基板、有源元件埋入基板等少有涉及，先进基板在国内仍处蓝海市场。
8.引线框架
引线框架作为半导体的芯片载体，是一种借助于键合丝实现芯片内部电路引出端与外部电路（PCB）的电气连接，形成电气回路的关键结构件。引线框架起到了和外部导线连接的桥梁作用，绝大部分的半导体中都需要使用引线框架，是电子信息产业中重要的基础材料。
引线框架的通常类型有TO、DIP、SIP、SOP、SSOP、QFP、QFN、SOD、SOT等，主要用模具冲压法和蚀刻法进行生产，是封测技术中发展最为成熟的领域。
引线框架供应会受上游原材料铜价格影响，尤其是供应大户日本的产出会受铜价波动影响，从而导致引线框架设备供应产生波动。目前整体上，引线框架市场供不应求。国产产品中，康强电子占据较大的市场份额。
（三）半导体设备
与半导体的前道和后道材料相对应，半导体设备也分为前道和后道设备。
前道设备主要包括晶圆清洗/切割/抛光、检测、薄膜沉积、涂胶、光刻、蚀刻、氧化扩散、离子注入设备等；后道设备主要有检测设备、减薄机、分选机、划片机、键合机等。半导体设备投资总额通常占整个晶圆厂投资总额的75%左右，其中刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备是集成电路前道生产工艺中最重要的三类设备。
1.光刻机
光刻机（lithography）又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。
图9 图为一台工作中的光刻机正在对晶圆进行“光刻”
虽然光刻机工作机理与一般照相基本相同，不过是在硅片上将集成电路图曝光成像，但光刻机操作精度以纳米为计量单位，二者精度要求就好比在头发丝上刻字与在小米上刻字的差距。光刻机核心技术包括光源、光学系统、掩模制备和投影系统等多个方面，其中光学系统的设计和制造尤为复杂。目前，全球光刻机制造商主要有荷兰ASML公司、日本尼康公司和CANON公司等。包括光刻机在内的大多数半导体设备都掌控在美日荷手中，他们近年开始联合对华进行出口管制。
2.刻蚀机
刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀各向异性较差，侧壁容易产生横向刻蚀，造成刻蚀偏差，通常用于工艺尺寸较大的应用，或用于干法刻蚀后清洗残留物等。干法刻蚀是目前主流的刻蚀技术，其中以等离子体干法刻蚀为主导。
等离子体刻蚀设备是一种大型真空的全自动加工设备，一般由多个真空等离子体反应腔和主机传递系统构成。等离子体刻蚀设备的分类与刻蚀工艺密切相关，其原理是利用等离子体放电产生的带化学活性的粒子，在离子的轰击下，与表面的材料发生化学反应，产生可挥发的气体，从而在表面的材料上加工出微观结构。
根据产生等离子体方法的不同，干法刻蚀主要分为电容性等离子体刻蚀和电感性等离子体刻蚀；根据被刻蚀材料类型的不同，干法刻蚀主要是刻蚀介质材料（氧化硅、氮化硅、二氧化铪、光刻胶等）、硅材料（单晶硅、多晶硅、和硅化物等）和金属材料（铝、钨等）。电容性等离子体刻蚀主要是以高能离子在较硬的介质材料上，刻蚀高深宽比的深孔、深沟等微观结构；而电感性等离子体刻蚀主要是以较低的离子能量和极均匀的离子浓度刻蚀较软的和较薄的材料。这两种刻蚀设备涵盖了主要的刻蚀应用。
图10 干法刻蚀的两种等离子体刻蚀方法
资料来源：中微半导体设备（上海）股份有限公司招股说明书
3.薄膜沉积设备
薄膜沉积技术是以各类适当化学反应源在外加能量（包括热、光、等离子体等）的驱动下激活，将由此形成的原子、离子、活性反应基团等在衬底表面进行吸附，并在适当的位置发生化学反应或聚结，渐渐形成几纳米至几微米不等厚度的金属、介质、或半导体材料待处理薄膜。所沉积薄膜材料可以是二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金属以及铜等金属。沉积的膜可以为无定形、多晶的或者单晶。在晶圆制造过程中，这三种薄膜都会被用到。
芯片是微型结构体，其内部结构是3D立体式形态，衬底之上的微米或纳米级薄膜构成了制作电路的功能材料层。根据芯片电路设计，沉积导电金属薄膜或绝缘介质薄膜后，在薄膜上进行光刻形成电路设计图形，依据电路图形，将图形外多余的薄膜材料刻蚀去除，辅助以清洗、抛光、离子注入等步骤，形成一层电路的制造。现代集成电路制造工艺即通过不断的薄膜沉积、光刻、刻蚀，一层一层地将完整的电路结构搭建起来，最后沉积一层起到保护作用的钝化膜，再将制造好的晶圆送入封装测试工序。
薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中的介质层与金属层的沉积，包括CVD（化学气相沉积）设备、PVD（物理气相沉积）设备/电镀设备和ALD（原子层沉积）设备，其中ALD又是属于 CVD的一种，是先进制程部分工序节点所需的薄膜沉积设备。
图11 PVD、CVD 及 ALD 成膜效果简示
资料来源：拓荆科技股份股份有限公司招股说明书
以CVD设备为例，该设备主要功能是在将硅片控制到预定温度后，使用射频电磁波作为能量源在硅片上方形成低温等离子体，通入适当的化学气体，在等离子体的激活下，经一系列化学反应在硅片表面形成固态薄膜。
图12 CVD设备反应腔简图
资料来源：拓荆科技股份股份有限公司招股说明书
4.探针台
探针测试是半导体测试的关键技术，主要应用在晶圆成品进入封装厂前的芯片测试工序，测试对象为经光刻、刻蚀、薄膜沉积等制造工序，已具备芯片功能但未经封装的裸芯片（即下图绿色方块）。裸芯片上有多个PAD点用于信号传输（即下图绿色方块上多个方形区域，边长约数十微米）。测试时探针与之接触并输入、输出测试信号。裸芯片经PAD引出引脚、覆盖封装材料等工序后即成为成品芯片，稳定性与尺寸均大幅提升。
图13 成品芯片及裸芯片截面示意图
资料来源：矽电半导体设备（深圳）股份有限公司招股说明书
相同裸芯片纵横排列在整片晶圆面积里，同一尺寸晶圆（wafer size）由于裸芯片大小（chip size）不同，单片晶圆上芯片数量可以从几十个到几万个以上。由于裸芯片没有引脚（Pin），输入输出信号只能通过PAD点传输。PAD点大小以方形为主，边长在 50μm 左右，需要通过特殊探针接触PAD点引入引出信号，对裸芯片设计参数进行测试验证。探针台通过智能微观对准和电性接触控制，实现探针与PAD点的接触，通过与测试机连接，完成对一颗裸芯片的测试；通过连续精密步进技术，将下一颗被测裸芯片（DUT）移动至探针下方，重复对准、接触工序，完成对一张晶圆上需要测试的裸芯片的惯序探针测试，实现对不同裸芯片设计参数的测试。探针台根据测试结果，对不合格品进行打点标记、记录坐标，形成晶圆Map图，完成对晶圆上裸芯片不良品的筛选。
图14 探针台对晶圆的测试
资料来源：矽电半导体设备（深圳）股份有限公司招股说明书
5.中国在设备市场空白领域的国产替代需求迫切
美日荷在全球半导体设备处于垄断地位，近期三国达成协议对中国芯片施加新的出口管制。欧美在设计、设备绝对主导；美国在EDA&IP核一家独大；韩国主导存储IC设计；日本在DAO、设备优势显著。2022年8月，美国《芯片法案》加入“中国护栏”条款，禁止获得联邦资金的公司在中国大幅增产先进制程芯片。2023年3月，荷兰政府发布最新出口管制，宣布对包括最先进DUV在内的半导体设备实施新的出口管制。2023年3月31日，日本政府宣布，将修订外汇与外贸法相关法令，拟对用于芯片制造的六大类23项先进芯片制造设备追加出口管制。
我国迫切需要在上述“卡脖子”环节寻求突破，实现国产替代（参考下图）。
图15 中国厂商在前端设备市场处于起步阶段，从沉积、刻蚀设备开始获取份额
资料来源：《2020年中国半导体白皮书》，贝恩咨询
03
半导体行业中游介绍
中游为半导体制造产业链，包含IC的设计、制造和封测三个环节。
表4 半导体中游主要环节说明
资料来源：中微半导体设备（上海）股份有限公司招股说明书
一、IC设计
根据要满足的功能不同，集成电路可以设计成为模拟芯片、存储芯片、逻辑芯片。
CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器）为最常见的逻辑芯片。目前逻辑芯片贡献了约一半的市场份额。其中在GPU领域，头部企业英伟达占据了约八成的销售额；在MPU领域英特尔拥有较强的优势；在应用/媒体处理器领域，苹果和联发科表现亮眼。
有别于逻辑芯片，存储芯片市场高度集中。无论在内存（DRAM）还是闪存（NAND）领域，三星都是主力军，SK海力士、美光紧随其后，铠侠和西部数据则更加专注于NAND领域。
模拟芯片的厂商众多，在三大芯片中，格局最分散：德州仪器、亚德诺占据了模拟领域的半壁江山；分立器件、光电子领域中，各大厂商不分伯仲；传感器领域同样如此，除博世以外，其他厂商竞争激烈。
中国在通讯芯片和模拟芯片设计中已获取一定的市场份额，然而，其他细分领域，诸如存储、逻辑芯片等市场占有非常有限（参考下图）。
图16 各类型芯片主要的参与者
资料来源：《2020年中国半导体白皮书》，贝恩咨询
二、晶圆代工
一直以来，逻辑芯片的制造受到摩尔定律的驱动，遵循集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每两年会增加一倍的规律演进，而在摩尔定律的推动下，半导体制造走向“更大硅片”和“更小制程”以降低制造成本和功耗。按照尺寸和制程划分，当前主流为8英寸/12英寸硅片；以及65纳米/28纳米/7纳米等不同制程。代表企业有台积电、联华电子等。
总体上，全球晶圆制造代工市场由成熟制程（>=14nm）和先进制程（<14nm）组成。其中，成熟制程约占70%的市场份额，先进制程芯片制造约占30%，并且高度集中于台积电和三星（如下图）。中国厂商目前在成熟制程代工市场已经建立了一定的市场份额。2019年，中芯国际实现14纳米FinFET量产。以中芯国际为代表的中国厂商除了扩大成熟制程产能外，仍需在先进制程领域实现突破。
图17 在芯片制造中，成熟制程占据约70%芯片制造总市场；先进制程芯片制造高度集中在少数厂商
资料来源：《2020年中国半导体白皮书》，贝恩咨询
三、封装和测试
封测即封装和测试指的是通过引线键合、倒装等技术，使芯片与外部电路连接，并对封装好的芯片进行一系列性能测试。
• 封装：指的是实现芯片电路与外部器件电气连接，并为芯片提供机械物理保护，包括传统封装和先进封装。
• 测试：将封装完毕的芯片进行性能、持久性等方面的测试，包括初始测试（Initial Test，在不同环境下进行电气特性测试）和最后测试（Final test）。
长期以来半导体发展都是遵循摩尔定律的，即按英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验，集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能每隔两年翻一倍。然而近些年，随着芯片工艺不断演进，硅工艺的发展已趋近于其物理极限。在制程不断升级的情况下，半导体设计即使从平面升级为更为立体和复杂的3D结构也不足以满足人类对芯片性能和功能的需求。而且随着制程越先进，所需的光刻机越先进，薄膜沉积和刻蚀次数越多，生产成本将呈指数级增长。
这逼迫厂商改进封装技术来维持摩尔定律的进展。行业内逐步采用倒装、晶圆级封装、扇出型封装、3D封装、SIP（系统级封装）等先进封装取代传统封装。先进封装较传统封装提升了芯片产品的集成密度和互联速度，降低了设计门槛，优化了功能搭配的灵活性。例如倒装将芯片与衬底互联，缩短了互联长度，实现了芯片性能增强和散热、可靠性的改善。因而先进封装相较于传统封装也具有更高的附加值。近年先进封装市场规模增速显著高于传统封装。先进封装将成为全球封测市场的主要推动力和提升点。
如下图18，中国封装测试行业市场规模由2016年的1564.3亿元增长至2021年的2660.1亿元，年复合增长率达11.2%。
图18 2016年到2022年中国封装测试行业市场规模及增速
资料来源：中商产业研究院
如下图19，中国先进封装行业市场规模由2016年的187.7亿元增长至2021年的399.6亿元，年复合增长率达16.3%，这个增速明显快于我国封测行业整体增速。
图19 2016年到2022年中国先进封装市场规模及增速
资料来源：中商产业研究院
目前中国大陆封装与测试行业市场规模占全球份额的20%左右（如图20），其中先进封装市场规模全球占比正在稳步上升（如图21）。
图20 全球封装与测试市场分布占比统计
资料来源：中商产业研究院
图21 2016年到2022年中国先进封装市场占全球市场份额趋势图
资料来源：中商产业研究院
四、半导体成品
经封装测试后半导体的成品形态主要包括集成电路、分立器件、光电子和传感器这4类元器件。根据前瞻产业研究院数据，2021年集成电路、光电子器件、分立器件和传感器的全球市场规模分别为4630.02亿美元、434.04亿美元、303.37亿美元和191.49亿美元，占5560亿美元半导体元器件市场整体规模的比例分别约为 83.29%、7.81%、5.46%和3.44%。
图22 2015-2021年全球半导体元器件市场规模（单位：亿美元，％）
数据来源：前瞻产业研究院
图23 2021年全球半导体行业细分市场份额（单位：％）
数据来源：前瞻产业研究院
04
半导体行业下游介绍
下游是半导体的具体应用领域，涉及消费电子、移动通信、新能源、人工智能和航空航天等领域。
除家电、智能手机、计算机、传统电子设备、通讯设备、医疗设备等传统半导体需求行业外，近年还不断涌现出新能源汽车、云计算、人工智能及配套服务器等新兴需求领域。这些新兴应用领域对半导体器件的消耗量显著增加。比如云计算和人工智能领域（比如近期热点ChatGPT）要求数据存储容量大、计算能力强，这将明显增加对半导体存储器的需求，特别是增加对大尺寸晶圆的需求量。云计算厂商（阿里，腾讯，Baidu等）对于计算和存储芯片有着巨量的需求。出于定制化性能、成本控制等考虑，云计算厂商也在积极参与到芯片设计领域，构成了半导体芯片的重要需求力量。所以这个行业的增量需求往往来自数据需求驱动下的数据存储和计算能力的技术突破。
展望未来，全球半导体行业主要驱动力可能来自：云计算、智能手机新型芯片（指纹识别、OLED显示驱动）、汽车电子智能化、物联网、AR、VR及人工智能。
综上所述，从半导体产业链特点来看，该行业投资机会主要产生于晶圆及电子元器件产能的扩张、细分子市场平台化整合空间、技术创新和技术壁垒的突破以及国产替代机会。
在当前半导体受国际巨头紧密封锁的严峻局势下，我国迫切需要解决半导体核心领域的国产替代问题。这也是最重要的投资机会之一。有人专门整理了我国半导体行业各环节的竞争力情况（如下图）。
图24 中国半导体各细分领域国际竞争力情况
资料来源：《The Semiconductor Supply Chain：Assessing National Competitiveness》，德邦证券研究所
（注：绿色代表具备较高的国际竞争力；黄色表示具备一定的竞争力；橙色表示竞争力微弱；红色表明几乎无竞争力，橙色和红色为“卡脖子”关键领域）
总体上我国在封测及封测设备方面具备较强国际竞争力，封测代工环节市场占比也最高，但在EDA、IP核、部分半导体材料、部分半导体设备领域都存在明显的“卡脖子”问题，对进口依赖度较高，而这些领域也正是美国及其盟国的优势领域。在近年优势国家对我国封锁力度趋强的局势下，我国将在半导体薄弱环节，特别是美日荷垄断环节及国产化率低的设备环节奋起直追。这些薄弱环节自然也就是突显投资价值的领域。
以上就是我整理的半导体行业产业链概况。我梳理了一些细分领域的上市公司（如下表5）。下期我将从中挑选几家典型的上市公司进行分析（朋友们也可以发公司名称到消息栏，但我不一定会分析：））。
表5 我国半导体细分领域典型上市公司
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