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人类制造业的巅峰-半导体设备与制造(附企业梳理)

作者:芯片投资进阶 来源: 头条号 103506/05

一颗芯片约指甲盖大小,上面要布局几十亿个晶体管,其难度相当于在一根头发直径十万分之一大小的地基上盖高楼大厦,想想都觉得不太可能,然而在一代代科研工作者几十年如一日的的努力下,人类却神奇的做到了,因此说芯片制造是人类制造业的巅峰是名副其实正因

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一颗芯片约指甲盖大小,上面要布局几十亿个晶体管,其难度相当于在一根头发直径十万分之一大小的地基上盖高楼大厦,想想都觉得不太可能,然而在一代代科研工作者几十年如一日的的努力下,人类却神奇的做到了,因此说芯片制造是人类制造业的巅峰是名副其实

正因为芯片制造如此之难,不是光靠砸钱砸人就能短期发展起来的东西,因此这才有了卡脖子一说,占尽先发优势的西方势力不断对我国芯片行业进行打压和制裁,好在在芯片设计领域,一批国产公司已经在中国人的聪明才智和勤奋努力下发展了起来,甚至在资本的助推下有些过剩,然而设计好了得能造出来才行,早期海外芯片公司都是自己设计自己造(IDM),随着芯片发展日趋复杂,在台积电带领下,设计的专注设计,设计好了交给代工厂来制造(Fabless),然而我国芯片制造和相应的设备依然和西方依然有着难以逾越的鸿沟,所以我国的代工厂很难受,先进制程发展不起来(人家不卖给我们设备),众所周知被卡脖子的光刻机,就是典型的例子,台积电都发展到3nm了,我们还在14nm止步不前,被迫在成熟制程发展特色工艺,搞搞Chiplet封装,试图另辟蹊径弯道超车

在A股,芯片设计企业已经经历了一大波调整,估值普遍降了下来,然而半导体设备和材料依然估值倍数依然高企,可以说是风口上最坚挺的猪

芯片制造步骤主要分为扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、抛光等流程,通俗来理解,扩散就是在由沙子提纯后形成的硅片里,在高温氧化炉里掺杂进P或者B等杂质改变其导电特性,然后给晶圆上涂一层胶,利用照相机的原理,用紫外线隔着光刻板对晶圆进行一定时间的照射,使部分光刻胶变质,易于腐蚀,从而把电脑里画好的电路图印在晶圆上,然后用利用刻蚀机把腐蚀液将变质的那部分光刻胶腐蚀掉,晶圆表面就显出半导体器件及其连接的图形。然后用另一种腐蚀液对晶圆腐蚀,形成半导体器件及其电路,然后进行离子注入把P或B继续掺杂进晶圆,可形成浅结,用来控制MOSFET阈值电压,之后在晶圆上镀一层绝缘的二氧化硅之类的膜,再根据电路图对膜进行腐蚀,就能露出衬底的硅片,最后再抛光,清洗,检测,就造好了一盘盘带有电路的晶圆,送往封测厂进行封装和测试,封测环节又需要系列的设备来完成

这些复杂的步骤,靠人类手工当然是不可能完成的,需要一台台复杂的机器,自动化来运作,尤其是最重要的三步为光刻、刻蚀、沉积。这三大工序需要不断的重复循环,最终制造成为芯片,其中要用到三种关键设备,分别是光刻机、刻蚀机、镀膜设备,占所有制造设备投入的25%、15%、15%左右,而整个半导体设备又占半导体工厂投资比重的70%-80%,其重要程度可见一斑,在这个领域,经过几十年的发展,世界行业格局已相对比较稳定,海外巨头占据着绝大部分市场份额,国内企业还在苦苦追赶中

从生意模式上来说,我不认为半导体设备是一个好的生意,它研发周期长,投入高,失败风险大,研发成功后面对下游晶圆厂,回款又比较缓慢,一旦晶圆厂资本开支放缓,库存都能把企业给压死,而且容易出现赢者通吃的情况,对新进入者极其不友好,好在国内一些企业经过数十年的辛苦耕耘,有一部分已经崭露头角,下面就逐一盘点一下国内的上市半导体设备公司,看看未来哪家能发展成国际巨头

1. 北方华创: 国产半导体设备龙头,2015年由七星电子和北方微电子两家国企战略重组而来,七星电子做电阻电容等元器件,提供利润(毛利50%),北方微电子主做设备研发,提供增长点,大股东为北京国资委,得到大基金大力支持,目前设备涵盖单晶炉(氧化炉近乎垄断),刻蚀机(核心,已到14nm),气相沉积设备,清洗机等,是我国半导体设备领域产品线覆盖最全的A股上市公司,公司2016年主板上市,后续营收及利润逐年增高,总体来讲,无论是技术还是体量,和国外巨头差距还是很大

2. 盛美上海: 国内半导体清洗设备行业龙头,全球市占率3%,公司创始人王晖(海外博士)1998年成立美国ACMR(2017年纳斯达克上市),2005年美国ACMR创立盛美上海,2008年公司发明SAPS(空间交替相移)技术,实现清洗设备良率的提升,2009年产品进入海力士验证,2011年取得正式订单,2013年获得重复订单。进入韩国高端设备市场之后产品陆续得到国内外主流厂商认可,2015年前后成为中芯国际、华虹、长江存储等厂商核心供应商。21年登陆科创板,公司近些年除清洗设备外,产品延伸至半导体电镀设备(18年)、先进封装湿法设备(13年)以及立式炉管设备(20年)等(后两者合计占比达到两成以上)

3. 拓荆科技: 国产薄膜沉积设备龙头,公司立于2010年,前身为中科仪PECVD事业部,自成立始便聚焦半导体薄膜沉积设备,2011年便出厂首台12英寸PECVD到中芯国际并通过验证,目前主要包括(PECVD)设备、原子层沉积(ALD)设备和次常压化学气相沉积(SACVD)设备这三大类设备,其中PECVD占营收超50%,公司号称国内唯一一家产业化应用的集成电路PECVD和SACVD设备厂商,近年来伴随着国内建设晶圆厂的热潮,营收持续扩大,2022年登陆科创板,但由于平均每年超亿元的研发支出,公司至今始终未盈利,且无实际控制人,第一大股东为大基金,占比不足30%,在薄膜沉积的特定市场,公司暂无竞争对手,北方华创也做但工艺不同,中微公司做但主要用于LED

4.华海清科: 国内CMP(化学机械抛光技术)龙头,也是国内唯一一家能够提供12英寸 CMP设备商业机型的制造商。公司成立于2013年,由清华大学旗下基金清创创投与路新春等三位清华老师合资成立,2014年公司推出国内首台拥有核心自主知识产权的12英寸CMP设备,打破了国际巨头数十年的垄断。目前公司所生产CMP设备(包括抛光、清洗、传送三大模块)包括12英寸和8英寸两种,分别用于集成电路制造中 12 英寸/8 英寸产品线,主要客户包括中芯国际等各大晶圆厂,在28nm及以上和国外设备已无明显差异,公司还开发了高精度抛光减薄一体机,公司于2022年登陆科创板,之后逐步布局减薄抛光机、湿法清洗设备、量测设备等,要打造平台型企业。

5.中微公司: 国产等离子刻蚀机及薄膜沉积设备(MOCVD,主要用于LED外延片和功率器件的生产)供应商,由当时年近60的海龟博士尹志尧在上海市政府支持下于2004年创立,07年首台CCP刻蚀设备研制成功,08年打入中芯国际,09年打入台积电,12年首台薄膜沉积设备研制成功,18年刻蚀设备打入台积电5nm生产工艺,19年登陆科创板。公司第一大和第二大股东分别属于上海国资委和大基金,均不参与公司经营管理,目前公司刻蚀机(64%)+MOCVD(16%)双腿走路,并且已成为MOCVD 全球三大设备寡头之一

6. 芯源微: 国内中高端涂胶显影设备龙头,2002年由中科院沈自所和韩国STL(已退出)合资成立,公司目前无实控人,董事长为哈工大毕业,前沈自所副总经理宗润福,公司主要营收来自于光刻工序涂胶显影设备(包括涂胶显影机和喷胶机,占比55%)和单片湿法设备(包括湿法刻蚀机、去胶机和清洗机,占比40%),下游应用从LED向集成电路延伸,集成电路以先进封装为主,未来逐步拓展至前道领域,公司主要竞争对手为TEL,DNS,SUSD,CND,2019年科创板上市后获得充裕资金,公司起家的涂胶显影设备在前道需配合光刻机使用,由于光刻机受限因此业务发展受到制约,公司以清洗机作为第二增长曲线重点发展。

7. 至纯科技: 国内湿法清洗设备的后起之秀,由前公务员出身的蒋渊2000年带在上海设立,公司做高纯工艺系统起家(蒋之前任职的德国公司的业务),2009年遭遇资金危机,后涉险渡过,2015年启动湿法工艺装备研发,17年公司主板上市,同年设立子公司至微科技专门负责湿法清洗设备板块,21年至微获得大基金融资,湿法清洗设备逐渐起量,19年公司跨界到晶圆再生领域,目前形成了高纯工艺系统(占比大)+半导体设备(占比低于30%)+光传感器及器件+晶圆再生(还未放量)四大主业的格局,在湿法设备领域,与北方华创,盛美,芯源微共同切分蛋糕。

8. 晶盛机电: 国内晶体硅生长设备龙头,公司前身系上虞晶盛机电公司,由浙江大学教授和博士(邱敏秀,曹建伟等)带领团队,于2006年12月正式创立。公司成立同月,就承担浙江省重大科技专项“全自动大规模集成电路单晶硅生长炉关键技术的研究与开发”项目,成立不到5月,公司就成功研发出国内首台全自动单晶硅生长炉,2008年3月,成功研制出国内规格最大的全自动直拉式单晶硅生长炉,结束了长期以来12英寸大规格单晶硅生长炉设备依赖国外进口的历史,核心客户是TCL中环,12年公司顺利登陆创业板,上市后公司围绕硅、碳化硅、蓝宝石三大主要半导体材料开发出一系列关键设备,形成了半导体材料装备(硅生长炉)和LED衬底材料(蓝宝石)制造等,处在国内大硅片龙头地位,因纯度问题,公司设备主要应用于光伏,LED等,小规模应用于半导体。

9. 华峰测控: 国产半导体测试设备龙头(主攻模拟及数模混合芯片测试),由前中航工业公司专家孙铣(已于2021年离世,享年72)于1993年在北京创立,早期的STS2000 系列产品,覆盖模拟、数字、继电器、分立器件等的测试需求,主要客户为科研院所及高校,2005年公司推出爆款STS8200,面向商用,14年,公司推出“CROSS”技术平台,通过更换不同的测试模块实现了模拟、混合、分立器件等多类别在同一个测试技术平台上的测试,彻底引爆市场,一举获得龙头地位,20年公司登陆科创板,同时大力投入难度更高的SoC测试机,试图打开新的成长空间。

10. 华兴源创: 科创板上市第一股+并购第一股,国产面板检测设备龙头,由技术员陈文源及妻子张茜于2005年在苏州成立,公司得到了陈文源的老东家,台湾+日本合资企业泰科苏州的大力扶持,2013年以来为苹果手机屏幕指定供应商,19年登陆科创板,20年收购欧立通,打入iwatch检测领域。目前公司业务为平板检测(龙头,立足AMOLED行业Cell/Module,布局Micro OLED)、半导体检测(主要为SoC测试机)、新能源汽车电子检测(车载电脑测试机、车身控制器测试平等,打入特斯拉工厂)、可穿戴设备检测(iWatch)四大业务板块。公司前期和苹果绑定较深,目前苹果产业链略显颓势,公司急需找到新的大腿。

11. 万业企业: 国产离子注入设备龙头,前身是91年成立的上海众城实业,主营房地产,93年就在上交所上市,15年浦东科投耗资30.43亿拿下大股东(本来想装澜起科技),17年10亿认购了上海半导体材料装备基金,18年6.77亿引入大基金,同年以3.98亿收购专做离子注入机的上海凯士通100%股份(全球仅有的3家太阳能离子注入机厂家之一,市场占有率为全球第一,其产品已在太阳能电池厂商生产线上大规模应用,竞争对手中科信),20年投资了新加坡Compart(做气体运输高精流量控制组件的),21年携手宁波芯恩创立了嘉芯半导体(产品范围覆盖刻蚀机、快速热处理、薄膜沉积、单片清洗机、槽式清洗机、尾气处理、机械手臂等8/12英寸半导体设备),公司不断完善半导体装备业务领域,想要打造成一个平台型企业。

12. 精测电子: 国内膜厚设备领域及存储芯片检测设备参与者,由做销售起家的彭骞于2006年成立,08年以前主做Module段电讯技术信号,没做起来,08年转向面板检测,主要面向module段检测设备,13年做到龙头地位,2013年公司通过收购光达检测和宏濑光电成立了苏州精濑光电(专精特新),2014年组成韩国研发中心,目前面板检测业务已经延伸到前端的Array、Cell制程,是国内面板检测产品线最全的公司,18年布局半导体前道检测和新能源电池检测,前道检测方面,形成了膜厚/OCD量测设备、电子束量测设备、泛半导体设备三大产品,19年公司收购日本WINTEST,在原本聚焦显示驱动芯片、CIS芯片、模拟芯片等后道测试设备基础上扩大规模,控股子公司武汉精鸿是与韩国存储ATE的领军企业IT&T合资,布局存储芯片测试设备。公司2016年登陆创业板,目前业务结构显示面板检测占比80%,新能源占12%,半导体占7%

13. 芯碁微装: PCB直接成像设备市场份额全球第三,由军人家庭出身的陈卓女士2015年在合肥创立(核心团队及技术来自合肥芯硕),发展初期,公司最先开发半导体直写光刻设备 MLL-C900 产品,实现直写光刻产业化应用;随后切入直写光刻应用更为成熟、市场需求更为庞大的 PCB 制造设备市场 ,2016年上半年推出双台面LDI;130-90nm制版光刻设备;2017年推出高端防焊光刻设备;2018年推出卷对卷曝光设备;2019年推出载板和类载板的光刻设备;2020年推出自动化整体解决方案;2020年启动了晶圆封装直写曝光设备、FPD6代线曝光设备的专项研发等。21年顺利登陆科创板,目前业务结构中,PCB直接成像设备占主流,未来计划将直写光刻技术应用于光伏产业,打造第二成长曲线。

14. 长川科技: 中国规模最大,产品布局最全的半导体测试设备企业,公司2008年在杭州创立,实际控制人为出自士兰微的赵轶,核心团队均来自士兰,士兰也是也是公司主要客户之一,自创立后陆续开发了测试机(主要是模拟芯片及功率芯片后道检测)、分选机(22年收购长奕科技)、探针台(19年推出)、AOI设备(19年收购新加坡STI)等,产品主要应用于芯片设计验证、晶圆制造检测及成品测试。2015年国家大基金入股,2017年在创业板上市,目前业务结构中,分选机占50%+,测试机占40%+,公司已推出Soc芯片检测设备,后续会在SoC芯片及存储芯片检测设备发力。

15. 连城数控: 背靠隆基的单晶炉及切磨加工企业,由出身于大连机床厂的李春安于隆基董事长钟宝申2007年在大连创立,并在2008年推出我国第一代自主知识产权的单晶硅多线切方机,2013年,在国内首次推出金刚线切片机,同年又收购了全球单晶炉龙头企业美国 Kayex,并在后续完成相关技术的国产化,为隆基的单晶硅光伏企业霸主地位奠定了重要基础,公司也随着隆基的发展一路上升,目前在新三板挂牌,公司产品主要包括单晶炉、切割设备、磨床、硅片处理设备和氩气回收装置五大类。其中,单晶炉为主力产品,在营业收入中的占比达50%以上,未来计划减少对隆基的依赖,开始客户多元化发展,尤其是升级到半导体级单晶炉市场。

16. 联动科技: 国产分立器件测试机龙头,由工商银行职员张赤梅,郑俊岭夫妇1998年在佛山创立(2005年已离婚,目前张是董事长,郑是总经理),公司自成立起一只专注于半导体后道分立器件封装测试设备,目前该部分业务占营收比超过70%(但该领域市场规模较小,国内规模约5亿,天花板明显),另一部份业务是芯片后道程序中的激光打标,目前占比约20%,公司2022年在科创板上市,也在逐渐向模拟及数字混合测试设备领域拓展,抢占华峰测控和长川科技的市场,公司也有计划向SoC芯片测试设备方向发展

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