向上解读半导体到底值不值得投?

2.半导体、集成电路、芯片有什么区别和联系?

半导体是一种材料类别的统称,具备可通亦可断、介于导体和绝缘体之间的材料都可以叫做半导体。

用半导体材料(如硅)制成半导体元件,再经过设计和加工制成一系列精密电路的集合体,就是集成电路。

而芯片则是内含单一或多种集成电路、由晶圆分割而成的硅片,是集成电路的载体。

也就是说,以上三个概念是逐渐叠加的关系,半导体材料可以制造出集成电路,集成电路的集大成者就是我们所说的芯片。芯片包含集成电路,集成电路包含半导体材料。

3.半导体的生产制造与产业链如何组成?

1.提纯

半导体首先是从硅的提纯开始的,富含硅的物质,较为常见的就是沙子,还有硅石。

半导体提纯用的沙子

把沙子氯化后蒸馏,可以得到高纯度硅,切成片就是硅片了。硅,以纯度为评判指标,如果硅内含一堆杂质,那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅了,所以对纯度的要求非常高。

太阳能级硅要求99.9999%(四个9),目前国产化比率已经很高,市场上超过一半的太阳能级硅已经国产,价格也非常便宜。芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(11个9),几乎全部依赖进口,所以目前我们的技术水平较全球最领先的差距依然很大。

硅提纯时需旋转,成品是一个柱状物体。

柱状硅

2.切片

柱状硅切片后的硅是圆的,因此就叫“晶圆”。

12寸晶圆

3.器件及电路组装

切好之后,就要在晶圆上把成千上万的电路装起来的,干这活的是“晶圆厂”。以目前人类的技术,怎样才能完成这种操作?简单来说,有点像3D打印,把导线和其他器件一点点一层层装进去。

首先,在晶圆上涂一层感光材料,这材料见光就融化,那光从哪里来?光刻机,可以用非常精准的光线,在感光材料上刻出图案,让底下的晶圆裸露出来。然后,用等离子体这类东西冲刷,裸露的晶圆就会被刻出很多沟槽,这套设备就叫“刻蚀机”。完成后清洗干净,重新涂上感光材料,用光刻机刻图,用刻蚀机刻沟槽,实际过程非常繁琐,简单理解,就是用机器来在晶圆上雕刻出非常细的电路图,晶圆制作完成后,电流就可以在里面运行。

加工处理完后的晶圆

4.半导体的上下游产业链是什么样的?

半导体的产业环节就跟我们一般理解的制造业的组成是一样的,包含设计环节、制造环节、封测环节,还有上游的设备和材料环节。随着行业发展和芯片的需求越来越广,因半导体器件的制造需要耗资巨大的设备投入,且受上下游产业链供需关系影响与重资产叠加高风险,单一公司很难承包设计、制造到销售的全部环节,于是该行业衍生出了将设计与制造分离、各自集中化从事专业领域的“垂直分工模式”。

设计公司集中投入在集成电路的研发与设计上;晶圆代工企业可以同时为多个设计公司代工,以提高设备的利用率和规模化生产的效率,降低半导体生产成本,并研究提高制造的工艺、布局设备投入与更新;封测产业则为上游产业链提供封装和测试。三个环节各司其职,各究其艺,共同推动半导体芯片的进步与发展。而半导体材料和设备则贯穿整个生产流程,支撑芯片的研发与制造,从上游发掘更多可能。

半导体产两个上游支撑产业:材料与设备,也是分工越来越细,基本上每一家公司专注在一个细分领域,做一类的设备和材料,也是做得越来越专业化。各环节联系十分紧密,相互依赖、制约,协同发展。

半导体全产业链企业大全

5.生产链三大环节生意模式有什么区别?

设计环节:资产投入少、毛利率高,属人才技术密集型,主要考验的是数学能力,国际水平差距最大。

制造环节:最重资产化、自动化程度高、技术难度大、投资周期长,最重要的是制程和良率,考验的是物理和化学能力。

封测环节:相对门槛较低、利润率低、国产化程度高,属劳动密集型

半导体各环节关系

6.半导体行业的核心设备?

芯片良品率取决于晶圆厂整体水平,但加工精度完全取决于核心设备,就是前面提到的“光刻机”和刻蚀机等核心设备,虽然刻蚀机的国产水平已经跟国际接近,但是核心的光刻机设备,国内跟国外差距还有好几代。

阿斯麦是唯一的高端光刻机生产商,每台售价至少1亿美金,2017-2019年每年的产量只有几十台,既然这么重要又稀缺,咱不能多出点钱吗?

第一,英特尔持有阿斯麦15%的股份,台积电持有5%,三星持有3%,也就是说ASML与下游核心客户高度绑定。第二,根据美国的《瓦森纳协定》,敏感技术不能卖,我国也在被限制国家之列。因此,高端光刻机还是得依赖于国内企业上海微电子的技术突破。

ASML最先进的EUV光刻机

7.国内半导体行业的发展阶段和机会?

半导体全球的市场规模大约是5000亿美金,分为四大类别(集成电路、光电器件、分立器件、传感器)中,集成电路市场规模约4100亿美元,占比84%。集成电路中,按市场占比大小,又依次为存储芯片、逻辑电路、处理器和模拟电路。其中,细分来看,分为CPU、GPU、DSP、FPGA、存储器、模拟芯片等各种各样的产品类型。

但是无论从哪个角度看,目前芯片的国产化率都很低。基本上都是被国外企业所垄断,而对于芯片的需求方来说,中国又是全球最大的芯片进口地,每年进口芯片几千亿美金,因为我们产出了全球大部分的电子产品,包括手机、电视、电脑、通信基站等等,所以我们对于半导体的需求是非常旺盛的,而国产比例又很低,这就会带来很大的空间,中长期有非常大的投资机会。

主要电子产品的国产芯片占有率

8.半导体行业的未来在哪里?

从半导体行业发展来说,目前的芯片加工精度已经到了3nm,三星和台积电还在往1nm进军,可那又如何?1nm差不多就是几个原子而已,量子效应非常显著,近似理论就不好使了,电子的行为更加难以预测,且精度越来越高,成本也越来越高,目前除了手机等产品,也几乎用不到这么先进的芯片,半导体的技术进步将在一定程度上放缓,所以这也会为国产厂商的追赶提供更多机会。

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