国之重器，重“芯”出发

原创： 国都证券 国都证券 前天
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美国商务部在美国东部时间2018年7月13日， 正式终止对中兴通讯的拒绝令，历时三个月的禁令终于解除。这一次是教训更是机会。目前全球半导体市场大概率进入新需求景气周期。从历史数据来看，全球半导体市场大概4-6年为一个周期。从2016Q4开始，全球半导体市场规模数据出现显著回暖，根据世界半导体贸易统计协会（WSTS）的数据，2017年世界半导体市场规模为4086.91亿美元，同比增长20.6%，首破4000亿美元大关。

那么你知道一个半导体芯片是怎样制造出来的么？又是如何落实到投资上的呢？看完这篇文章你就有大概的了解。
一、半导体定义
半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。

半导体产业概述
半导体——信息产业的明珠，具备技术密集和资本密集特性，作为上游是信息产业根本所在。从分类来看，半导体可以分为集成电路、分立器件、光电器件和传感器，而集成电路又可分为微处理器、逻辑电路、存储器和模拟电路。

图1：半导体分类


按照生产过程来看
半导体产业链包含芯片设计、制造和封装测试环节，其中后两个环节支撑着上游半导体材料、设备、软件服务的发展。通过人为地掺入特定的杂质元素，半导体的导电性可受控制，进而产生巨大的经济效益，因而半导体广泛地应用于下游通信、计算机、网络技术、物联网等产业。

图2：半导体的生产过程


二、复杂繁琐的芯片制造流程
芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样，先有晶圆作为地基，再层层往上叠的芯片制造流程后，就可产出必要的IC芯片。然而，没有设计图，拥有再强制造能力都没有用。在IC生产流程中，IC多由专业IC设计公司进行规划、设计，像是联发科、高通、Intel等知名大厂，都自行设计各自的IC芯片，提供不同规格、效能的芯片给下游厂商选择。
在设计一颗IC芯片时，究竟有那些步骤？设计流程可以简单分成如下：



IC设计
在IC设计中，最重要的步骤就是规格制定。这个步骤就像是在设计建筑前，先决定要几间房间、浴室，有什么建筑法规需要遵守，在确定好所有的功能之后在进行设计，这样才不用再花额外的时间进行后续修改。IC设计也需要经过类似的步骤，才能确保设计出来的芯片不会有任何差错。
设计完规格后，接着就是设计芯片的细节了。这个步骤就像初步记下建筑的规划，将整体轮廓描绘出来，方便后续制图。

晶圆是制造的基础
在半导体的新闻中，总是会提到以尺寸标示的晶圆厂，如8寸或是12寸晶圆厂，然而，所谓的晶圆到底是什么东西？其中8寸指的是什么部分？要产出大尺寸的晶圆制造又有什么难度呢？以下将逐步介绍半导体最重要的基础——晶圆到底是什么。
晶圆是制造各式电脑芯片的基础。我们可以将芯片制造比拟成用乐高积木盖房子，由一层又一层的堆叠，完成自己期望的造型（也就是各式芯片）。然而，如果没有良好的地基，盖出来的房子就会歪来歪去，不合自己所意，为了做出完美的房子，便需要一个平稳的基板。对芯片制造来说，这个基板就是接下来将描述的晶圆。
在固体材料中，有一种特殊的晶体结构单晶。它具有原子一个接着一个紧密排列在一起的特性，可以形成一个平整的原子表层。因此，采用单晶做成晶圆，便可以满足原子和基板固定在一起的需求。然而，8寸、12寸又代表什么东西呢？他指的是我们产生的晶柱，长得像铅笔笔杆的部分，表面经过处理并切成薄圆片后的直径。
有制作过棉花糖的话，应该都知道要做出大而且扎实的棉花糖是相当困难的，而拉晶的过程也是一样，旋转拉起的速度以及温度的控制都会影响到晶柱的品质。也因此，尺寸愈大时，拉晶对速度与温度的要求就更高，因此要做出高品质12寸晶圆的难度就比8寸晶圆还来得高。

层层堆叠打造芯片
制造IC芯片就像是用乐高积木盖房子一样，由一层又一层的堆叠，创造自己所期望的造型。然而，盖房子有相当多的步骤，IC制造也是一样，制造IC究竟有哪些步骤？
我们要先认识IC芯片是什么。IC，全名积体电路，由它的命名可知它是将设计好的电路，以堆叠的方式组合起来。由这个方法，我们可以减少连接电路时所需耗费的面积，一层一层堆叠，这也就是为何会将 IC 制造比拟成盖房子。
制作IC时，可以简单分成以下4种步骤。虽然实际制造时，制造的步骤会有差异，使用的材料也有所不同，但是大体上皆采用类似的原理。


金属溅镀：将欲使用的金属材料均匀洒在晶圆片上，形成一薄膜。
涂布光阻：先将光阻材料放在晶圆片上，透过光罩，将光束打在不要的部分上，破坏光阻材料结构，接着，再以化学药剂将被破坏的材料洗去。
蚀刻技术：将没有受光阻保护的硅晶圆，以离子束蚀刻。
光阻去除：使用去光阻液皆剩下的光阻溶解掉，如此便完成一次流程。

最后便会在一整片晶圆上完成很多IC芯片，接下来只要将完成的方形IC芯片剪下，便可送到封装厂做封装就可以了。

最后一步：封装
经过漫长的流程，从设计到制造，终于获得一颗IC芯片了。然而一颗芯片相当小且薄，如果不在外施加保护，会被轻易的刮伤损坏。此外，因为芯片的尺寸微小，如果不用一个较大尺寸的外壳，将不易以人工安置在电路板上。
目前常见的封装有两种，一种是电动玩具内常见的，黑色长得像蜈蚣的DIP封装，另一为购买盒装CPU 时常见的BGA 封装。完成封装后，便要进入测试的阶段，在这个阶段便要确认封装完的IC是否有正常的运作，正确无误之后便可出货给组装厂，做成我们所见的电子产品。


当我们知道一个半导体芯片是怎样设计、制造出来的后，我们最为关注的是如何落实到投资问题，那么国内半导体产业链上的相关公司又有哪些呢？如下图所示：



三、相关产业链公司：
材料：
上海新阳（300236）
公司是国内半导体专用材料细分领域龙头企业，研发实力雄厚。在半导体制造领域，公司晶圆化学品持续高速增长，已经进入中芯国际、无锡海力士、华力微电子、通富微电、苏州晶方、长电先进封装等客户，其中在芯片铜互连电镀液产品方面已经成为中芯国际28nm技术节点的Baseline，无锡海力士32nm技术节点的Baseline；用于晶圆制程的铜制程清洗液和铝制程清洗液也都分别开始供货。行业壁垒极高，均是国内空白。受益于下游半导体行业产能不断向国内转移及国家对IC产业的大力扶持，未来市场空间巨大。

江丰电子（300666）
公司是国内高纯溅射靶材行业龙头，产品包括铝、钛、钽和钨钛靶极溅射材料，是国内少有打破海外技术封锁的龙头企业，已进入中芯国际、台积电、格罗方德、京东方和华星光电等半导体和平板制造厂商供应链，公司受益于下游客户持续扩产业绩弹性大。公司产品主要应用于半导体和平板领域，根据公司公告预计到2020年世界溅射靶材市场份额将达到160亿美元，复合增长率高达13%，产品未来市场空间广阔。公司发布半年度业绩预增公告，预计2018年上半年实现归母净利润2367.16万元至2573.00万元，同比2017年上半年归母净利润2058.40万元增长15%-25%。

洁美科技（002859）
浙江洁美电子科技股份有限公司是一家专业为片式电子元器件（包括被动元件、分立器件、集成电路及LED)配套生产电子薄型载带、上下胶带、转移胶带(离型膜)等产品的企业，主要产品有分切纸带、打孔纸带、不打穿孔纸带、上下胶带、塑料载带及其配套盖带、塑料卷盘、转移胶带(离型膜)等，实现配套供应，是业内唯一可为客户提供薄型载带整体解决方案的集成供应商，多项产品拥有自主知识产权，拥有主要专利数十项。
IC设计：
上海贝岭（600171）
公司是国内模拟和数模混合集成电路及系统解决方案的领先供应商，重点拓展智能计量及SOC、电源管理、接口电路、非挥发存储器、模数转换器等产品，受益芯片国产化率提升和半导体行业高景气度。公司将借助集成电路国产化发展机遇，加大研发投入，通过内生增长和外延并购实现快速成长，提升消费电子和工业控制芯片领域市场竞争力。

国科微（300672）
公司是集成电路（IC）设计企业，采用Fabless模式，产品的生产、封装、测试委托第三方厂商或机构完成。公司的主要产品是广播电视系列芯片和智能监控系列芯片，性价比较高，已经成为国内广播电视系列芯片和智能监控系列芯片的主流供应商之一。依托现有的系统平台，公司还开拓了固态存储控制器，具备了底层自主定制能力，采用国际领先的架构，拥有业内领先的连续读写性能。2017年报告期内，公司实现营业总收入41,175.18万元，同比减少15.8%。公司实现净利润5,264.48万元，同比增长3.01%。

全志科技（300458）
凭借卓越的研发团队及技术实力，全志科技在超高清视频编解码、高性能CPU/GPU多核整合、先进工艺的高集成度、超低功耗等方面处于业界领先水平，产品领域覆盖车联网、智能硬件、智能家电、服务机器人、无人机、虚拟现实、平板电脑、OTT盒子、移动互联网设备以及智能电源管理等。公司公告2018H1实现归母净利润7300-8000万元，同比增长4220%-4634%，单季利润创历史新高，大超市场预期。

景嘉微（300474）
景嘉微电子发布2018年半年度业绩预告，归属于上市公司股东的净利润较上年同期增长预计达4.12%-22.07%，主要系公司图形显控领域和小型专用化雷达领域产品销售增长所致。公司图形显控产品占比超过70%，其在国内军用航空领域占有较大市场，约有90%的三代、四代战机装有公司的图形显控产品。景嘉微与法国高性能芯片设计公司KALRAY合作，会加快推进新型芯片的研发和应用。可以预见的是，在国家相关政策资金支持下，未来景嘉微高性能GPU芯片的应用会降低AI和云计算的运行成本，同时增强我国在计算机前沿领域的国际地位。
制造：
中芯国际（0981.HK）
中芯国际是中国大陆规模最大、技术最先进的集成电路晶圆代工企业，也是世界第五大集成电路晶圆代工企业。公司总部位于上海，拥有全球化的制造和服务基地，提供0.35微米到28纳米不同技术节点的晶圆代工与技术服务。中芯国际2017年收入创下新高，由2016年的29.14亿美元增至31.01亿美元，升幅6.4%，但年内利润录得1.26亿，较2016年的3.16亿下滑60.13%，主要是因为销售成本、 研发开支净额的上升，使得年内利润大幅下滑。
设备：
长川科技（300604）
作为国产测试设备龙头企业，一直致力于测试机和分选机的研发。2013年以来，公司承担了国家科技重大02专项中两项课题的研发工作，并获国家产业基金入股7.5%，充分展现其核心技术优势。公司营收和净利润一直保持高度增长趋势，且毛利率和净利率水平高达50%和20%以上。公司集成电路测试机和分选机产品已获得长电科技、华天科技、通富微电、士兰微、华润微电子、日月光等多个一流集成电路企业的使用和认可。随着公司持续深入的研发和产品的不断升级，产品性能将进一步提升，产品类型和客户群体将进一步扩充，公司市场占有率将继续提升。

北方华创（002371）
公司由七星电子、北方微电子重组而来，并引入大基金等战略投资者。目前公司已形成半导体设备、真空设备、新能源锂电设备、精密电子元器件四大事业群，其中半导体设备涵盖刻蚀机、PVD、CVD、氧化炉、扩散炉、清洗机及MFC七大类核心生产设备，面向集成电路、先进封装、半导体照明、微机电系统、功率半导体、化合物半导体、新能源光伏、平板显示等8个产品领域，是国内规模最大、产品体系最丰富、涉及领域最广的高端半导体工艺设备供应商。2017年公司实现营业总收入222,281.85万元，同比增长37.01%，实现归属于上市公司股东的净利润12,561.02万元，同比增长35.21%。
功率器件：
扬杰科技（300373）
公司是国内二极管整流桥领域的领先企业，4寸线产能稳定提升，加速实现进口替代；6寸线持续导入新产品，包括MOSFET、小批量IGBT等，依赖新的产品切入新的应用领域。在公司整体保持稳定增长的同时不断拓展公司的产品线布局，丰富优化公司的产品结构，不断提升芯片以及MOSFET等产品的比例，积极切入新的应用领域和客户，为公司长远的发展奠定坚实的内生基础。公司公告2018年半年度业绩预告，预计上半年营收同比增加25%~35%，现归属于上市公司股东的净利润1.49亿元~1.69亿元，同比增长10%~25%。
存储：
兆易创新（603986）
公司是国内领先的存储设计公司，2017年Nor Flash营收占比为65.6%，公司在Nor市场上地位显著，目前全球排名第5，国内独家供应。从行业分析，Nor市场得益于海外两大龙头厂商Cypress及美光相继缩减产能，尤其在中低容量产品，能够为公司市场份额有效提升带来机会。公司2017年切入DRAM领域，目前和合肥产投共同投资合肥长鑫项目。为公司长期发展打开空间。公司 2017 年业绩取得快速稳定增长。报告期内，公司实现营业收入202,971万元，比去年同期增长36.32%；归属于上市公司股东的净利润39,742万元，比去年同期增长125.26%。

紫光国微（002049）
紫光国微股份有限公司是紫光集团旗下半导体行业上市公司，专注于集成电路芯片设计开发领域。该公司深耕集成电路相关领域多年，凭借持续的技术积累、市场拓展和精心构筑的产品质量体系，智能芯片、特种行业集成电路、存储器芯片、FPGA以及晶体等核心业务已形成业内领先的竞争优势，产品及应用遍及国内外，芯片年出货量约10亿颗。2017年度，公司实现营业收入182,909.57万元，较上年同期增加28.94%；归属于上市公司 股东的净利润27,988.72万元，较上年同期下降了16.73%。
封测：
长电科技（600584）
随着大陆新建晶圆厂持续落成，本土封测配套需求快速增长，长电科技作为国内封测龙头，具备最优质的规模化封装产能，并通过收购星科金朋获得国际一流的晶圆级封装技术，抢占优质赛道，势将率先受益。长电科技发布的2017年财报显示，在过去的一年，公司整体业绩继续保持较高速度增长：全年完成营业收入239亿元人民币，同比增长24.54%；归属上市公司股东净利润3.43亿元，同比增长222.89%。