【华创证券】电子行业深度研究报告:AI浪潮汹涌,HBM全产业链迸发向上.pdf

2024-03-31
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3MB

一、HBM凭高带宽优势成AI芯片主流选择,三大存储厂引领市场


(一)HBM具有高带宽优势,AI需求爆发驱动HBM快速增长


HBM(High Bandwidth Memory)即高带宽存储器,是一种基于3D堆叠工艺的DRAM内 存芯片,具有高内存带宽、低能耗、更多I/O数量、更小尺寸等优势。随着显卡芯片快速 发展,GDDR5已经逐渐不能满足对带宽的需求,技术发展也进入瓶颈期,阻碍了显卡芯 片性能的持续提升。2009年AMD开始着手HBM的研发,并联合海力士在2013年首次 实现HBM的制造问世。


在每个HBM封装内部,多个DRAM die通过TSV(硅通孔)和Microbump(微凸块) 连接,堆叠后连接到下层DRAM的逻辑die;DRAM再通过uBump和Interposer(中介 层)连接GPU芯片。Interposer再通过Bump连接到BALL,BGA ball再连接到封装基板 上。


HBM 技术快速迭代,向更大带宽、更快传输速率演进。2014 年推出的 HBM1 带宽为 128Gb/s,高于 DDR4 和 GDDR5,容量为 1GB,同时较小的尺寸能够消耗较低的功率; 海力士在2018年推出了HBM2,性能是HBM1的2-3倍,带宽达到了307GB/s,容量扩 大到了4-8 倍。2020 年海力士又推出了HBM2的扩展版本——HBM2E,带宽和容量进 一步扩大,到2022年海力士推出并量产了全球首款HBM3,堆叠层数达到了8/12层, 容量已提高到了16/24GB。2024年2月,美光科技表示,其 HBM3E 内存已开始量产, 并将用于英伟达的H200 计算GPU,预计于2024 年第二季度发货。HBM3E最大容量为 36GB,每引脚最大数据速率为9.2Gbps,最大带宽超过每秒1.18TB。


大模型要求算力提升速度加快,HBM助力突破存储瓶颈。ChatGPT爆火AI大模型迎来 快速发展,引爆算力需求。GPT-3 等超大语言模型对算力的提升速度要求已经突破了后 摩尔时代算力提升速度的极限,“内存墙”已成为重要的性能瓶颈。内存墙问题不仅与内 存的大小有关,还与内存的传输带宽有关。在过去 20 年间硬件的峰值计算能力提高了 90000 倍,即使存储器从DDR发展到GDDR6x,内存/硬件互联带宽也只提高了30倍。 HBM相比DDR具有更高的带宽和更低的功耗,是高速计算平台的最优解决方案。


HBM3成高端AI训练芯片主流选择。目前NVIDIA的A100和H100,分别搭载了达 80GB的HBM2E和HBM3,在Grace Hopper芯片中,单颗芯片的HBM搭载容量再提升 20%,达到96GB。2024年GTC人工智能大会正式发布Blackwell芯片,单颗芯片的GPU 显存容量高达192GB,搭载HBM3E,显存带宽有8TB/s。此外AMD的MI300也搭载 HBM3,其中MI300X容量达192GB,八颗HBM3堆栈带宽达5.2TB/s。


HBM市场规模迎来快速增长,预计24年全球达169亿美元市场空间。为应对NVIDIA 和大型CSP厂商对高带宽存储订单的不断增加,各大存储供应商持续扩大 HBM 产量, TrendForce根据供应商当前的生产计划进行的预测表明,到 2024 年,HBM 位元供应量 将增加260%。2023年至2024年将是AI发展的关键年,将引发对AI 训练芯片的大量 需求,从而提高HBM配置率。2023年起市场主要需求将从HBM2e转向HBM3,根据 TrendForce数据及预测,2022-2024年HBM3需求占比分别为8%/39%/60%,HBM3凭借 其卓越性能加持ASP 显著高于前序版本,或进一步推动HBM市场规模在 2024 年达到 169 亿美元,同比增长288 %,届时HBM占DRAM产业产值比重或提升至20.1%,同 比提升11.7pct。


(二)SK海力士独占半壁江山,三星&美光紧随其后


SK海力士具备先发优势,三星奋起直追,美光专注先进世代产品。当前HBM的量产厂 商是三大存储厂,2012年海力士成功研发HBM1后,三星奋起直追,2016年即宣布开始 量产4GB HBM2 DRAM,并在同年开始生产8GB HBM2。2019年8月,SK海力士宣布 成功研发出新一代“HBM2e”; 2020年2月,三星也正式宣布推出其16GB HBM2e产品 “Flashbolt”,于 2020 年上半年开始量产。2021 年 10 月,SK 海力士发布了全球首款 HBM3,并于2022年6月正式量产,供货英伟达,击败了三星再度于HBM上拿到了技 术和市场优势。而另一大存储厂商美光在2018年放弃HMC后才转向GDDR6和HBM 产品的研发,将更多研发投入HBM3E及更先进世代产品。


SK 海力士独占HBM市场半壁江山,三星有望逐步缩小差距。根据TrendForce 数据, 2022 年三大原厂HBM份额分别为SK海力士占比50%,三星占比约40%,美光(Micron) 占比约10%。SK海力士目前在HBM3生产方面处于领先地位,是NVIDIA服务器GPU 的主要供应商。由于三星从CSP获得的订单数量不断增加,预计2024年三星与SK海力士之间的市场份额差距将大幅缩小。主要专注于 HBM3E 开发的美光科技未来两年的市 场份额可能会略有下降。


HBM供应依然紧俏,2024年订单量预计持续攀升。HBM Die Size较DDR5同制程与同 容量尺寸大35~45%;良率(包含TSV封装良率),则比起DDR5低约20~30%;生产 周期(包含TSV)较 DDR5多1.5~2个月不等。HBM生产周期较DDR5更长,从投片到 产出与封装完成需要两个季度以上。因此,急欲取得充足供货的买家需要更早锁定订单 量,据TrendForce 集邦咨询了解,大部分针对2024年度的订单都已经递交给供应商,除 非有验证无法通过的情况,否则目前来看这些订单量均无法取消。以HBM产能来看,三 星/SK海力士/美光至2024年底的TSV HBM月总产能有望达到130K/120~125K/20K。


二、HBM技术概述:TSV、MR-MUF与混合键合为关键工艺


HBM 的加工流程包括前端的晶圆加工、后端的 Bumping(凸点)和 Stacking(堆叠)以及 KGSD测试。TSV和MR-MUF封装技术是HBM技术应用的核心工艺,混合键合工艺应 用前景良好。


(一)TSV:HBM制备核心工艺


TSV封装可以提高堆叠密度,降低互联延迟。TSV(Through-Silicon Vias)即硅通孔技术, 指在芯片上钻孔并通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充,实现芯片的垂直电气互联。 硅通孔封装的优势在于:1)可以实现较小的封装尺寸:随着堆叠芯片及连接引脚(Pin) 的数量增加,引线复杂度提高并且需要更多空间容纳引线;而硅通孔芯片堆叠不需要复 杂布线,封装尺寸更小。2)硅通孔封装可以实现芯片直接向下方芯片发送信号,而引线 键合封装需先将信号传输至基板再传输至芯片,信号传输路径更长,因此硅通孔封装可 以大大降低互联延迟,提高运行速度。TSV结合微凸点,可以在三维方向获得最大的堆 叠密度和最小的外形尺寸,同时大幅提高了芯片的速度和低功耗性能,被视为是继引线 键合、载带自动键合(TAB)和倒装芯片之后的第四代封装互联技术。


HBM并非一种全封装产品,而是一种半封装产品。当HBM产品被送到系统半导体制造 商那里时,系统半导体制造商会使用中介层构建一个2.5D封装,将HBM与逻辑芯片并 排排列。由于2.5D封装中的基板无法提供用于支持HBM和逻辑芯片的所有输入/输出引 脚的焊盘,因此需要使用中介层来形成焊盘和金属布线,从而容纳HBM和逻辑芯片。然 后,再将这些中介层与基板连接。


SV工艺价值量在HBM封装工艺中占比最高。根据3DinCites数据,配置为4 层DRAM core die 和 1 层逻辑base die堆叠的HBM 结构,在99.5%和99%的芯片键合良率条件下, TSV 制造和TSV 通孔露出工艺分别占其成本的30%和28%。


TSV属于前道工艺,主要由存储原厂完成。用于生产HBM的DRAM颗粒需要在制造过 程中预留TSV打孔的位置,属于定制颗粒。具体封装工艺流程:首先在晶圆制造过程中 形成通孔(Via Middle)。随后在封装过程中,于晶圆正面形成焊接凸点。之后将晶圆贴 附在晶圆载片上并进行背面研磨,在晶圆背面形成凸点后,将晶圆切割成独立芯片单元, 并进行堆叠。


中通孔(Via Middle)的制备涉及刻蚀、沉积、电镀、抛光等工艺:首先在前道工序(Front end of Line)中,在晶圆上制作晶体管,如互补金属氧化物半导体等。随后使用硬掩模 (Hard Mask)在硅通孔形成区域绘制电路图案。之后利用干刻蚀(Dry Etching)工艺去 除未覆盖硬掩膜的区域,形成深槽。再利用化学气相沉积工艺(Chemical Vapor Deposition) 制备绝缘膜,如氧化物等。这层绝缘膜将用于隔绝填入槽中的铜等金属物质,防止硅片 被金属物质污染。此外绝缘层上还将制备一层金属薄层作为屏障。此金属薄层将被用于 电镀铜层。电镀完成后,采用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)技术使晶 圆表面保持平滑,同时清除其表面铜基材,确保铜基材只留在沟槽中。然后通过后道工 序(Back-end of Line)完成晶圆制造。


(二)MR-MUF:HBM3领先核心技术


MR-MUF 相比目前主流堆叠工艺TC-NCF具有散热好等优势。MR-MUF(Mass reflow molded underfill)即批量回流模制底部填充,是将多个芯片放置在下层基板上,通过回流 焊一次性粘合,然后同时用模塑料填充芯片之间或芯片与基板之间间隙的方法,该方法 主要用于倒片封装和TSV芯片堆叠。目前主流的堆叠工艺是用TC-NCF的方式,即热压 键合与非导电膜(NCF,Non Conductive Film)相结合。NCF预先贴合在晶圆表面,覆盖 凸点,在焊接过程中流动填充在芯片与芯片间,缓冲应力对芯片的影响的同时保护凸块。 MR-MUF避免了TC-NCF在穿透中所需要的高温和压力,使用的EMC塑封料具有良好 的导热性,可以将导热率提高两倍左右,有助于解决存储器的散热问题,具有显著优势。


MR-MUF 和 EMC 塑封料是SK海力士实现HBM3技术升级的关键工艺及材料。2016 年,SK海力士将批量回流焊技术应用在8层堆叠的HBM2E上,并使用具有优良导热性 的塑封料作为间隙填充材料,改善了因存储器带宽增加而引起的散热问题,同时也大幅降低了TSV的制造成本。对于12层的HBM3产品,堆叠的DRAM芯片个数从8个(容 量16GB)提到了12个(容量24GB),容量提升了50%,同时还要保持产品的厚度不变, 需要将DRAM芯片打薄40%后再进行叠加,容易导致芯片弯曲等问题,芯片间隙也缩窄 13%。SK海力士进一步改进使用的EMC塑封料和MR-MUF技术,在成功实现12层堆 叠的同时还将散热性提高了约2.5倍,重新获得了在HBM市场的领先优势。


EMC是海力士实现HBM3快速迭代的关键材料。EMC(Epoxy Molding Compound,环 氧树脂模塑料)中文简称环氧塑封料,是用于半导体封装的一种热固性化学材料,由环 氧树脂为基体树脂,以高性能酚醛树脂为固化剂,加入硅微粉等填料,以及添加多种助 剂加工而成,主要功能为保护半导体芯片不受外界环境(水汽、温度、污染等)的影响, 并实现导热、绝缘、耐湿、耐压、支撑等复合功能。根据中国科学院上海微系统与信息技 术研究所数据,90%以上的集成电路均采用环氧塑封料作为包封材料。


EMC主要构成为硅微粉填充料。目前常见的环氧塑封料主要组成为填充料(60%~90%)、 环氧树脂(18%以下)、固化剂(9%以下)、添加剂(3%左右)。在微电子封装中,主要要求集成电路封装后高耐潮、低应力、低α射线,耐浸焊和回流焊,塑封工艺性能好。针 对这几个要求,环氧塑封料需在树脂基体里掺杂无机填料,现用的无机填料基本为二氧 化硅微粉,其含量最高达90.50%。


球形硅微粉是重要的环氧塑封料填料。填充率与硅微粉的颗粒形貌相关,硅微粉按产品 颗粒形貌不同可分为角形硅微粉和球形硅微粉。以高端芯片为代表的大规模集成电路要 求封装材料中的填充料超细,而且要求其具有纯度高、放射性元素含量低等品质,特别 是对于颗粒形貌提出了球形化要求。球形硅微粉具有高耐热、高耐湿、高填充率、低膨 胀、低应力、低杂质、低摩擦系数等优越性能,成为超大规模和特大规模集成电路封装 料中不可或缺的功能性填充材料。根据立木信息咨询《中国电子级硅微粉市场调研与投 资战略报告(2019版)》数据,当集成电路的集成度为1M-4M时,环氧塑封料应部分使 用球形硅微粉,集成度8M-16M时,则必须全部使用球形硅微粉。


(三)混合键合:未来HBM主流堆叠键合技术


互联距离/互联密度/导热效率优势加持,混合键合或为未来HBM主流堆叠键合技术。目 前HBM中所使用的TSV技术需要使用微凸块垂直堆叠多个芯片(通常为4-12个芯片) 的方法。由于市场对高容量存储器产品需求不断增加,预计未来将需要16层甚至更高的 多芯片堆叠技术。随着层数变高,会出现翘曲和发热等因素,同时还需满足当下HBM芯 片的标准厚度720微米。为了实现这一目标,不仅需要减小芯片的厚度和凸块电极的尺 寸,而且在不久的将来还需要应用混合键合技术,去除芯片之间的填充物,使其直接连接到铜电极上。


混合键合(Hybrid Bonding),主要用于在芯片的垂直堆叠中实现互连,最大的特点是无 凸块,结合了金属键合和非导电粘合剂(通常是氧化物或聚合物)的方法,能够在微观 尺度上实现芯片间的直接电连接。与使用微凸块的方法相比,混合键合方法可以大幅缩 小电极尺寸,从而增加单位面积上的I/O数量,进而大幅降低功耗。与此同时,混合键合 方法可以显著缩小芯片之间的间隙,由此实现大容量封装。此外,它还可以改善芯片散 热性能,有效地解决因耗电量增加而引起的散热问题。


混合键合可以通过晶圆到晶圆 (W2W) 或芯片到晶圆 (D2W) 工艺来完成。W2W 将两 个制造好的晶圆直接键合在一起,此方案提供更高的对准精度、吞吐量和粘合良率,因 此应用更为广泛。在DRAM领域主要使用W2W方案。


混合键合更加依赖前道制造工艺。与基于凸块的互连相比,混合键合对表面光滑度、清 洁度和粘合对准精度有非常严格的要求,因此该技术融入了十分复杂的工序,生产必须 在标准接近前端晶圆厂级别的超洁净室、自动化工厂和工艺专业知识要求的环境中进行。 混合键合的工艺流程还涉及许多传统上仅由晶圆厂专用的工具,包括电镀、CMP、等离 子体激活、对准、键合、分割和退火,以及颗粒和缺陷的检测工具。


混合键合潜在应用良多,出货量有望快速增长。目前,混合键合技术已经成功应用于数 据中心和高性能计算应用的高端逻辑芯片领域。AMD在其Ryzen 7 5800x的芯片设计中, 采用了台积电的混合键合技术SoIC,将 7nm 64MB SRAM堆叠并键合到 7nm 处理器上, 使内存密度增加了两倍,成为第一家推出采用铜混合键合芯片的供应商。Besi预估,2024 年逻辑芯片领域将迎来新一轮混合键合需求浪潮,而随着 HBM 需求持续抬升,存储领 域将会接力逻辑芯片贡献明显增量,中性假设下全球2030年混合键合设备保有量有望达 到1400台左右,混合键合技术为未来芯片互联技术的发展方向之一。混合键合设备的平均售价将显著高于目前最先进的Flip chip(倒装芯片)或TCB键合系统。据Besi估计, 每台键合设备的成本在200万至250万欧元之间。


三、相关标的


(一)材料端


HBM 需求高增有望带动上游材料需求,建议关注雅克科技(前驱体)、华海诚科(环氧 塑封料+底填料)、德邦科技(底填料)、上海新阳(电镀液)。


1、雅克科技:SK海力士前驱体供应商,充分受益HBM需求增长 半导体材料平台公司,国内独家 LNG 板材厂受益 LNG 船放量。公司主营电子材料、 LNG 保温绝热板材、阻燃剂三大板块。其中电子材料业务包括半导体前驱体材料/SOD、 光刻胶及配套试剂、电子特气、硅微粉及LDS输送系统等。LNG船保温绝热材料用于 162℃超低温条件,是保证液化气储运安全性和经济性的核心技术之一,目前全球仅3家 公司在生产LNG保温板材,其中2家在韩国。公司是目前国内唯一一家通过GTT和船 级社认证的 LNG 保温绝热板材供应商。公司领先于国外板材制造商完成 GTT 新技术 NO96 super+的智能产线建设,并成功生产出合格产品交付客户使用,公司板材第二工厂 建设工作基本完成,后续将陆续投入生产。 全球前驱体领先厂商,有望受益HBM存储扩产。前驱体材料是半导体材料中用于薄膜 沉积工艺的核心材料。公司是全球领先的前驱体供应商之一,产品在DRAM可以满足全 球最先进存储芯片制程1b、200X层以上NAND、逻辑芯片3纳米的量产供应,覆盖硅类前驱体、High-K 前驱体、金属前驱体。公司封装材料产品包括中高端EMC球形封装 材料、MUF 用球形硅微粉、覆铜板用球形硅微粉、LOW-α球形硅微粉等。公司电子材 料业务客户包括SK海力士、美光、三星电子、长江存储、合肥长鑫等知名芯片制造商。 随着AI带动的HBM需求增长,公司有望受益于三大存储厂扩产需求。


2、华海诚科:国内环氧塑封料领先厂商,HBM用产品已通过部分客户验证 国内环氧塑封料领先厂商,布局FC底填胶+液态塑封料享协同效应。公司主要产品为环 氧塑封料和电子胶黏剂。环氧塑封料方面公司应用于DIP、TO、SOT、SOP等传统封装 形式的产品,具备品质稳定、性能优良、性价比高等优势,且应用于SOT、SOP领域的 高性能类环氧塑封料的产品性能已达到了外资厂商相当水平,并在长电科技、华天科技 等部分主流厂商逐步实现了对外资厂商产品的替代,市场份额持续增长。公司电子胶黏 剂为半导体器件提供粘结、导电、导热、塑封等复合功能,可广泛应用于芯片粘结、芯片 级塑封、板级组装等不同的封装环节。芯片级电子胶黏剂技术含量高,市场基本由外资 厂商垄断,公司是国内极少数同时布局“倒装芯片底部填充材料(FC底填胶)”与“液态塑 封料(LMC)”的内资半导体封装材料厂商,在技术研发等方面与环氧塑封料具有协同效 应,有望丰富公司产品线,强化公司封装领域布局。


布局先进封装有望打破外资垄断,HBM用材料正在验证中。公司在先进封装领域研发了 应用于QFN、BGA、FC、SiP以及FOWLP/FOPLP等封装形式的封装材料,其中应用于 QFN的产品已实现小批量生产与销售,FC底填胶已通过客户验证,液态塑封材料(LMC) 正在客户验证过程中。此外,HBM因叠层厚度较高需使用特殊的颗粒塑封料封装(GMC), 当前GMC产品仍由外资垄断。公司自主研发GMC产品,可用于HBM产品。根据公司 公告可用于HBM材料的产品已通过部分客户认证。公司有望受益于HBM旺盛需求,持 续推进先进封装领域布局,逐步实现产业化并打破外资厂商垄断地位。


3、德邦科技:国内高端电子封装材料领先厂商,芯片级底部填充胶验证进展顺利 国内高端电子封装材料领先厂商,助力加速国产替代。公司专注于高端电子封装材料领 域,产品形态为电子级粘合剂和功能性薄膜材料,广泛用于晶圆加工、芯片级封装、功 率器件封装等不同封装工艺环节和场景。公司产品按应用可分为四大类:1)集成电路封 装材料:芯片固晶导电胶、晶圆UV膜等产品已在华天科技、长电科技等知名封测厂实 现量产供货。2)智能终端封装材料:已进入国内外知名品牌供应链并实现大批量供货, 与国外供应商直接竞争。3)新能源应用材料:包括用于新能源车动力电池、光伏电池、 储能电池等领域的封装材料,已批量供应通威股份等光伏组件龙头企业,并陆续通过宁 德时代、比亚迪等动力电池头部企业验证测试。4)高端装备应用材料:包括轨道交通、 汽车制造等高端装备应用领域。目前高端电子封装材料市场主要为德国汉高、富乐、陶 氏化学等欧美厂商以及日东电工、日本琳得科、日本信越等日本厂商所占据,国内厂商 仍以通用型和中低档封装材料为主。公司是国内高端电子封装材料的领先厂商,品类丰 富,能够实现产品快速迭代,有望加速高端电子封装材料国产替代。


坚持研发投入,芯片级底部填充胶验证进展顺利。HBM 由多层 DRAM 堆叠,每一层 DRAM之间通过Bump焊接,焊接后DRAM与DRAM中存在空隙,Bump非常脆弱, 故需用 underfill 填充保护,起到应力平衡的作用。公司持续加大在集成电路领域的研发投入,承担了“用于Low-k倒装芯片TCB工艺的底部填充材料研发与产业化”国家重大科 技“ 02 专项”课题项目,牵头承担了“窄间距大尺寸芯片封装用底部填充胶材料(underfill) 应用研究”国家重点研发计划项目。截至2023年4月,公司芯片级底部填充胶已开始配 合国内领先芯片半导体厂商进行验证测试。


4、沃格光电:多年布局掌握TGV核心技术,半导体/显示玻璃基板全面布局迎发展良机 多年显示精加工积累,全面布局玻璃基产品。公司主要分为平板显示器件精加工业务板 块和光电子器件产品业务,其中平板显示器件精加工业务主要包括 TFT 液晶显示面板 的薄化、镀膜、切割等,光电子器件产品业务主要包括触控模组及组件、背光模组、高端 光学膜材模切等。公司在平板显示器件精加工业务稳步经营的基础上,始终坚持以技术 创新为驱动力,以市场为导向,以客户需求为目标,紧紧围绕“玻璃基”精密线路基板在 Mini LED 背光、Mini/Micro LED 直显及半导体封装领域的新技术、新材料的量产化应 用。


掌握TGV核心技术,半导体通信领域发展空间广阔。基于TGV技术的玻璃基IC封装 载板,其相较于其他封装材料的优势主要体现在:(1)玻璃可以介电损耗更低,更薄,线 路精密度更高,以此减少线路扇出层数,提升信号传送速度和功率效率,降低功耗;(2) 稳定性更高,主要体现在高绝缘性能、高刚性、高耐用性、低膨胀系数;(3)玻璃更容易 实现 3D 封装结构;(4)玻璃成本更低,目前存储、cpu、gpu芯片等封装载板基本是用 高性能的载板材料;而玻璃相比之下更易实现大面积生产,更具性价比。玻璃基作为芯 片封装载板具备更优的散热性、信号传输等优势,其在大功率器件封装和高算力数据中 心服务器、CPO封装等领域具有广泛的应用空间,有望受益于行业发展。沃格光电是全 球少数掌握TGV 技术的厂家之一,具备行业领先的玻璃薄化、TGV(玻璃基巨量互通技 术)、溅射铜以及微电路图形化技术,拥有玻璃基巨量微米级通孔的能力,最小孔径可至 10μm,厚度最薄 0.09-0.2mm 实现轻薄化。作为芯片封装基板材料的选择,从板材特性 并结合成本看,玻璃基低膨胀系数、低涨缩、低板翘、高图形化精度,更加匹配高精度的 技术要求以及更大的降本空间,玻璃能提供更优的解决方案。


5、上海新阳:功能性湿电子化学品平台型公司,关键互联材料打破进口垄断 功能性湿电子化学品平台型公司,多产品线全面开花。公司主营半导体材料及环保功能 性氟碳涂料两大业务板块。其中半导体材料业务覆盖电镀、清洗、光刻、研磨四大工艺, 主要产品包括电镀液及添加剂、清洗液、光刻胶、封装材料及配套设备产品。1)清洗液: 公司干法蚀刻后清洗液产品已经实现 14nm 及以上技术节点全覆盖,同时在铝互连干法 蚀刻后清洗液“卡脖子”关键原材料非羟胺上实现了重大技术突破。2)蚀刻液:目前已 量产的应用于128层、192层及以上的氮化硅蚀刻液产品已规模化销售。3)光刻胶:2022 年KrF光刻胶产品通过认证客户不断增加,已在国内主流晶圆制造厂商处实现供货;KrF 光刻胶部分产品形成订单,ArF 光刻胶部分产品验证效果良好,继续加速推进客户端其 他光刻胶产品推广测试。 4)研磨液:CMP研磨液已有成熟的STI Slurry、Poly slurry, W slurry 系列产品通过客户测试,进入批量化生产阶段。


坚持自主创新,电镀液产品打破进口垄断。电镀液及其添加剂是实现互联技术的关键工 艺材料。公司自成立以来坚持技术创新,研发出第一代电子电镀与电子清洗技术,以半 导体封装表面处理所需的去毛刺溶液和无铅纯锡电镀添加剂为核心产品;近年来重点投 资研发并成功产业化晶圆制程超纯化学品-芯片铜互连电镀液和刻蚀清洗液。目前公司电镀技术已经达到国内领先水平,应用涵盖大马士革工艺、硅通孔工艺(TSV)、凸点工艺 (Bumping)等,电镀液及添加剂产品已覆盖90-14nm技术节点, 填补了我国芯片制造铜 互连工艺国产材料的空白,打破了进口垄断。


(二)设备端 HBM


需求高增有望带动上游设备需求,建议关注拓荆科技(混合键合)、华海清科(减 薄)、 中微公司(TSV刻蚀)、北方华创(TSV刻蚀)、 芯源微(临时键合、解键合)、 中 科飞测(量测)、 赛腾股份(量测)、 精智达(测试)。


1、拓荆科技:自主研发混合键合设备,进军“后摩尔时代”高端设备前沿领域 国内半导体薄膜沉积设备龙头,新产品&新客户拓展顺利。公司持续完善 PECVD、ALD、 SACVD 及 HDPCVD 等薄膜系列产品性能,拓展薄膜工艺的应用领域,保持产品核心 竞争力,进一步提升量产薄膜设备系列产品的市场应用规模和覆盖面,同时,积极推进 混合键合设备产品的量产和验证。随着新产品的陆续推出,公司所处赛道天花板正快速 提升,未来成长空间广阔。在新客户拓展方面,公司进展卓有成效,客户群体覆盖度进 一步扩大,销售订单持续增长。截止2023年年末,公司在手销售订单金额超过64亿元 (不含Demo订单),较2022年年末增加18亿元,为后续业绩的增长提供保障。 公司面向新的技术趋势和市场需求,积极进军高端半导体设备的前沿技术领域。混合键 合设备作为可以提供键合面最小为 1μm 间距的金属导线连接点以实现芯片或晶圆的堆 叠,使芯片间的通信速度提升至业界先进水平,并能提高整体芯片性能。公司混合键合 系列产品包括晶圆对晶圆键合产品(W2W,Dione 300)和芯片对晶圆键合表面预处理产 品(D2W,Pollux)。目前Dione300已实现量产,并获得复购订单,Pollux已出货至客户 端验证。


2、华海清科:前瞻自研减薄抛光一体机,填补国内技术领域空白 国内半导体CMP设备龙头,持续推进“装备+服务”平台化发展战略。公司自成立以来 始终坚持自主创新的发展路线,在纳米级抛光、纳米精度膜厚在线检测、纳米颗粒超洁 净清洗、大数据分析及智能化控制等关键技术层面取得了有效突破和系统布局,开发出 了Universal 系列 CMP设备、Versatile 系列减薄设备、HSC系列清洗设备、HSDS/HCDS 系列供液系统、膜厚测量设备,以及晶圆再生、关键耗材与维保服务等技术服务,初步 实现了“装备+服务”的平台化战略布局。公司主要产品及服务已广泛应用于集成电路、 先进封装、大硅片、第三代半导体、MEMS、MicroLED等制造工艺。


公司基于自身对 CMP 设备领域的深耕和技术积累,前瞻性地创新开发出 Versatile GP300 减薄抛光一体机,主要适用于前道晶圆制造的背面减薄工艺,以满足3D IC对超 精密磨削、CMP 及清洗的一体化工艺需求,在客户端验证顺利。2023 年,公司针对 Versatile-GP300 进行了智能化控制及工艺性能水平的迭代升级,推出 Versatile-GP300 量 产机台,在核心技术指标方面取得新突破,其超精密晶圆磨削系统稳定实现了12英寸晶 圆片内磨削TTV<1um,达到了国内领先和国际先进水平,并配备了新开发的CMP多区 压力智能控制系统,突破传统减薄机的精度限制,实现了减薄工艺全过程的稳定可控, 已获得小批量订单,2023年已有多台设备发往多家集成电路龙头企业进行验证,标志着其性能获得客户认可,填补了国内芯片装备行业在超精密减薄技术领域的空白。随着 Chiplet 模式逐步成为摩尔定律趋缓下半导体工艺的重要发展方向,通过对多个裸芯片进 行堆叠以实现对先进制程迭代的弯道超车,先进封装、Chiplet等技术的应用将大幅提升 市场对CMP设备和减薄设备的需求。


3、北方华创:晶圆厂扩产趋势向好,龙头持续受益于国产替代浪潮 需求回暖+终端创新有望带动晶圆厂扩产,平台型设备公司将深度受益。终端需求复苏叠 加AI等应用创新,晶圆厂资本开支有望重回高增轨道,以北方华创为代表的国内半导体 设备厂商将深度受益。刻蚀设备方面,公司ICP刻蚀设备性能优异,CCP设备研发导入 进展顺利,其中12寸CCP晶边刻蚀机已进入多家生产线验证,双频耦合CCP介质刻蚀 机已全面覆盖硅/金属/介质刻蚀工艺。沉积设备方面,公司的铜互联薄膜沉积等二十余款 产品已成为国内主流芯片厂的优选机台。作为平台型设备厂商,公司有望持续受益于下 游晶圆厂扩产。北方华创于2020年前瞻性推出的12英寸先进封装领域PSE V300,因性 能达到国际主流水平且具有广泛应用于国内 12 英寸主流 Fab 厂的扎实实践经验而成为 国内TSV量产生产线主力机台。 国际贸易形势变化加速设备国产替代进程,龙头厂商市占率有望显著提升。受国际贸易 形势变化影响,国内晶圆厂的“解决供应链安全”诉求大幅提升,显著提振了半导体设 备国产化进程,但出于供应链管理的角度,晶圆厂不会扶持太多供应商,因此当前阶段 是国内半导体设备厂商重要的战略窗口期。作为产品线最齐全的国产半导体设备龙头厂 商,随着重点客户扩产规划和国产设备验证的稳步推进,公司有望充分受益于市场的快 速增长及份额的显著提升。


4、中微公司:国产半导体设备龙头厂商,拓宽产品矩阵未来可期 国际贸易形势变化加速设备国产化,公司刻蚀设备将持续受益。外部贸易环境变化推动 半导体设备国产化进程加速,以中微公司为代表的国内半导体设备厂商将持续受益。公 司ICP 和CCP设备正快速突破,在逻辑产线中,公司开发的12英寸高端刻蚀设备已经 在从65nm到5nm及更先进技术结点大量量产;在3D NAND中,公司的等离子体刻蚀设 备已应用于128层及以上的量产,新开发的用于超高深宽比掩膜刻蚀的ICP设备在生产 线上验证顺利,用于超高深宽比介质刻蚀的 CCP 设备也进入到良率和可靠性验证阶段, 公司的TSV硅通孔刻蚀设备也越来越多地应用在先进封装和MEMS器件生产。展望未 来,在高端存储和逻辑产线的国产化过程中,公司设备有望发挥更为重要的作用。 新产品开发成效显著,平台化布局打开公司远期成长空间。公司在新品研发方面进展顺 利,近两年新开发的LPCVD和ALD设备,目前已有四款设备进入市场,其中三款设备 已得到重复性订单,公司计划在2024年推出超过10款新型薄膜沉积设备,在薄膜沉积 领域快速扩大覆盖度;新开发的硅和锗硅外延EPI设备、晶圆边缘Bevel刻蚀设备等多 个新产品,将于2024年投入市场验证。此外公司通过投资布局了第四大设备市场——光 学检测设备。随着新产品陆续推出,公司所处赛道天花板快速提升,未来成长空间广阔。


5、芯源微:涂胶显影+清洗设备共振发力,前道设备持续放量 贸易形势变化加速设备国产化,公司有望凭借卡位优势迎来份额快速提升。目前国内前 道涂胶显影设备市场仍被日本东京电子高度垄断,外部贸易环境变化加速国产替代,公 司是目前国内唯一能提供中高端量产型涂胶显影设备的厂商,未来有望凭卡位优势迎来 份额快速提升。在前道清洗设备领域,公司单片物理清洗设备Spin Scrubber已达到国际 先进水平并成为国内知名晶圆厂的主流机型,前道单片化学清洗机进展顺利并成功获得 国内知名客户验证性订单。此外,公司在后道先进封装及化合物等小尺寸领域的布局全 面、竞争优势显著,有望深度受益需求回暖叠加先进封装技术变革带来的产业机遇。 公司持续优化前道 track 性能并拓宽产品矩阵,新机台客户端导入进展顺利。公司保持 高水平研发投入,依托过往在offline、I-line、KrF 等方面积累的技术经验,快速实现了 第三代浸没式高产能涂胶显影设备平台架构的研发,未来该平台架构有望全面向下兼容 ArF、KrF、I-line、offline 等工艺。新产品方面,公司超高温Barc设备已实现客户重复订 单,应用于其他旋涂类工艺的SOC设备在客户端表现良好,可应用于chiplet领域的临时 键合、解键合设备也实现了国内多家客户订单,新产品正加速导入,公司可触及市场空 间不断提升。


6、中科飞测:国内量检测设备领军者,新品布局持续推进 行业周期复苏+终端创新驱动晶圆厂扩产,量检测设备市场有望持续高增长。行业周期回 暖叠加 AI、新能源汽车等终端应用持续创新,有望带动晶圆厂资本开支重回增长轨道, 提振半导体设备市场需求。与此同时,随着半导体产业链向先进制程演进,对过程质量 控制设备的用量和需求不断提高,半导体检测和量测设备市场有望实现量价齐升。竞争 格局方面,目前市场仍由KLA、应用材料等海外厂商主导,近年来国内半导体检测和量 测厂商中科飞测、上海精测正加速布局追赶,但整体市场份额仍比较小,未来仍有广阔 提升空间。 公司研发实力强劲+客户资源优质,持续拓宽产品系列打开远期成长空间。公司研发团队 在董事长&核心技术人员陈鲁先生的带领下持续创新突破,现有产品已获得中芯国际、长 江存储、士兰集科、长电科技和华天科技等国内知名晶圆厂、先进封装厂商的认可。新 品布局方面,目前公司正在积极研发前道纳米图形晶圆缺陷检测设备、套刻精度量测设 备等新产品,未来公司有望凭借在无图形晶圆缺陷检测设备和先进封装领域积累的经验 快速实现新品的突破。


7、赛腾股份:消费电子/半导体双轮并驱,打开成长天花板 公司在消费电子、半导体、新能源等智能组装及检测方面具有较强的竞争优势和自主创 新能力,同时拥有多项自主研发的核心技术成果。公司产品主要运用于消费电子、半导 体、新能源等行业,适用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、新能源零部 件、锂电池、8寸/12寸晶圆等。公司自动化设备主要包括非标准化自动化设备及标准化 自动化设备两大类,在消费电子及新能源行业主要是非标准化自动化设备,依据客户需 求提供生产制程中所涉及组装及检测的非标准化自动化设备;在半导体、光伏及锂电行 业主要是行业标准设备,具体产品如固晶设备、分选设备,晶圆包装机、晶圆缺陷检测 机、倒角粗糙度量测、晶圆字符检测机、晶圆激光打标机、晶圆激光开槽机、锂电切叠一体机、卷绕机、锂电电芯组装设备以及光伏组件自动化单机及整线等等。 晶圆检测是所有半导体检测赛道中壁垒最高的环节之一。据 SEMI 统计,爱德万、泰瑞 达和科磊等国际巨头在半导体检测设备市场仍占据主流,全球份额合计超过 90%,随着 我国半导体产业发展阶段逐步走向成熟,具备自主可控和产业链安全等特点的国产设备 将逐渐成为各大半导体厂商的首选。公司通过收购全球领先的晶圆检测设备供应商日本 OPTIMA 涉足晶圆检测装备领域,经过研发人员不断的努力陆续扩充了半导体设备种类, 实现了在国内高端集成电路设备市场的进一步突破。通过“全球技术+中国市场”战略, 迅速打开国内市场空间,并实现技术本地化融合迭代,以顶尖的全球技术、高效的生产 流程、人性化的服务体验实现在前道晶圆设备市场的快速突破。


8、精智达:战略布局DRAM 测试领域,深化半导体客户合作 公司是国内领先的检测设备与系统解决方案提供商,主要从事新型显示器件检测设备的 研发、生产和销售业务,产品广泛应用于以 AMOLED 为代表的新型显示器件制造中光 学特性、显示缺陷、电学特性等功能检测及校准修复。凭借多年的研发创新和技术积累, 公司深刻把握行业客户对于良率与效率提升的核心需求,与下游主要新型显示器件厂商 建立了稳定的合作关系,主要客户包括维信诺股份、TCL 科技、京东方、广州国显、合 肥维信诺、深天马等。公司为客户提升生产工艺水平、提高产品良率和生产效率,有效 降低了国内新型显示器件厂商对进口设备的依赖程度及采购成本。 顺应半导体测试设备自主可控和国产化替代浪潮,战略布局 DRAM 测试行业。公司基 于自身在新型显示器件检测领域的技术积累,面向半导体存储器件测试行业积极布局, 战略聚焦 DRAM 测试机及探针卡等产品的自主研发,不断深化技术创新。公司已开发 长鑫科技、沛顿科技、晋华集成、兆易创新、通富微电、太极实业等半导体客户。公司产 品获得了良好的市场口碑,积累了成熟的量产经验,并不断提升自主研发产品的产业化 适应性,为公司提升产品设备市场份额奠定了坚实的基础。


(三)封测端


HBM需求高增有望拉动先进封测需求,建议关注通富微电、长电科技、深科技。 1、通富微电:AI算力发展拉动先进封装需求,先进封装助力长期发展 AI 算力发展拉动先进封装需求,公司深化优质客户合作把握行业机遇。生成式AI推动 人工智能产业化,基于高端处理器和AI芯片的封测需求不断增长。公司持续推进5nm、 4nm、3nm新品研发,凭借FCBGA、Chiplet等先进封装技术优势,通过并购与AMD形 成“合资+合作”强强联合模式。公司是AMD最大的封装测试供应商,占其订单总数的 80%以上,公司积极在槟城扩产备料,未来有望充分受益于AI浪潮下催生的先进封装需 求增长。此外公司加强与客户合作,未来优质客户扩容有望带动公司经营节奏持续向上。 公司持续布局先进封装领域,技术突破为长远发展提供支撑。公司把握市场发展机遇, 积极调整产品布局,在高性能计算、存储器、汽车电子、显示驱动、5G等应用领域,大 力开发扇出型、圆片级、倒装焊等封装技术并扩充其产能。公司通过在多芯片组件、集 成扇出封装、2.5D/3D 等先进封装技术方面的提前布局,可为客户提供多样化的 Chiplet封装解决方案,形成差异化竞争优势。Chiplet作为后摩尔时代半导体产业最优解决方案 之一,发展势头十分强劲,公司技术突破有望打开远期成长空间。


2、长电科技:拟收购晟碟深化与西部数据合作,先进封装业务放量可期 晟碟半导体盈利水平较高,收购完成后将直接增厚长电科技收入及利润。晟碟半导体 2022A/2023H1 营业收入分别为34.98/16.05 亿元,净利润分别为3.57/2.22 亿元,净利率 分别为10.2%/13.8%,高于长电科技同期水平,标的资产的盈利能力及质量较好。本次收 购完成后,西部数据在一段时间内将持续作为晟碟半导体的主要或者唯一的客户,同时 交易双方将在《供应协议》中约定标的公司应在交割后5年内完成交易双方约定的业绩 指标的下限。因此,本次收购完成后将直接增厚长电科技的收入及利润。 公司在 AI 人工智能等领域拥有全方位解决方案,通过上市公司平台及联营企业长电绍 兴已具备多种类2.5D Chiplet 封装技术的量产能力。摩尔定律放缓背景下,封装环节价 值凸显。未来封测环节或将复制晶圆代工环节的发展路径,即先进封装市场规模快速提 升,技术领先的龙头厂商享受较大红利。公司XDFOI工艺不断取得突破,已在高性能计 算、人工智能、5G、汽车电子等领域应用。其中在AI人工智能/IoT物联网领域,公司拥 有全方位解决方案,国内厂区涵盖封装行业的大部分通用封装测试类型及部分高端封装 类型,江阴厂区可满足客户从中道封测到系统集成及测试的一站式服务,同时公司联营 企业长电绍兴已具备集成电路中道晶圆级先进封装的量产能力。


3、深科技:EMS老牌龙头,致力成为存储芯片封测标杆企业 公司是全球领先的专业电子制造企业。以先进制造为基础,以市场和技术为导向,公司 坚持高质量发展,构建了以存储半导体、高端制造、计量智能终端三大主营业务的发展 战略。高端制造业务领域,公司主要涉及消费电子、通信、硬盘、汽车电子与医疗电子等 领域,以现有的综合平台为基础,围绕核心客户的发展战略和业务规划,以制造业转型 升级为契机,结合数字技术,加快设计能力建设,推进原始设计制造(ODM)和共同设 计制造(JDM)业务发展,充分利用全球布局优势,将高壁垒、高附加值业务板块作为发 展重点,不断提升公司的盈利水平;计量智能终端领域,公司聚焦于为智能电表、气表 与水表计量终端及能源管理系统解决方案的研发、生产、销售,公司充分把握双碳目标 下全球各国推动智慧能源体系建设以及双循环新发展格局带来的发展机遇,巩固欧洲市 场优势,积极开拓中亚、中东市场,充分利用深耕海外市场积累的技术、经验优势,发挥 公司产品性能优势,赋能国内新型电力系统建设,实现海内外业务协同发展。


强化先进封测全业务链服务能力,着力与重点客户深化战略合作伙伴关系。公司于2015 年自金士顿处收购沛顿科技100%股权,进军存储封测业务,主要从事高端存储芯片的封 装与测试,产品包括动态随机存取存储器(DRAM)、 NAND 型闪存(NAND FLASH) 以及嵌入式存储芯片。作为国内领先的独立 DRAM 内存芯片封装测试企业,公司以深 圳、合肥半导体封测双基地的运营模式,至2023年上半年,合肥沛顿存储积极导入新客 户、完成现有客户新产品的设计开发和验证,产能产量持续爬坡。为支持 5G 技术,实 现高阶、大容量存储芯片封装,合肥沛顿存储积极布局高端封测,凸点(Bumping)项目 已通过小批量试产。未来,公司将以满足重点客户产能需求和加强先进封装技术研发为 目标,聚焦倒装工艺(Flip-chip)、 POPt 堆叠封装技术的研发、16 层超薄芯片堆叠技术的优化,致力成为存储芯片封测标杆企业。


(四)经销商


1、香农芯创:SK海力士国内云计算存储代理商,进军企业级SSD领域 国内领先的半导体存储分销商,进军企业级SSD领域。公司主要从事电子元器件分销业 务,公司目前已具备数据存储器、主控芯片、模组等电子元器件产品提供能力,产品广 泛应用于云计算存储(数据中心服务器)、手机、电视、车载产品、智能穿戴、物联网等 领域。公司始终坚持与知名原厂保持长期良好合作的业务模式。经过多年的潜心合作发 展,公司已积累了众多优质的原厂授权资质,先后取得全球前三家全产业存储器供应商 之一的 SK海力士、全球著名主控芯片品牌 MTK、国内存储控制芯片领域领头厂商兆易 创新的授权代理权,形成了代理原厂线优势。HBM产品当前主要供应商是SK海力士, 海力士与其代理商签订全线产品代理权,公司作为代理商之一具有 HBM 代理资质。公 司2022年有HBM产品销售,未来根据下游客户需求,在原厂供应有保障的前提下会继 续形成相应销售。2023年5月,公司公告,拟联合大普微等设立海普存储,进军企业级 SSD 领域,其中公司持股35%、大普微持股20%,君海投资持股15%(海力士持股37%), 大普微是国内领先的存储主控芯片和企业级SSD供应商。 深耕各大下游细分领域,具有较强的市场开拓能力。作为多家全球知名品牌的授权代理 商,公司产品广泛应用于云计算存储(数据中心服务器)、手机、电视、车载产品、智能 穿戴、物联网等领域。公司结合原厂产品的性能以及下游客户终端产品的功能需求,在 各大下游细分领域深入耕耘,具有较强的市场开拓能力。目前客户主要系阿里巴巴、中 霸集团、字节跳动、华勤通讯、超聚变等互联网云服务商和国内大型 ODM 企业,实现 了对该等领域一流厂商的覆盖,具备领先的客户优势。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)


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