最近的任务是研究半导体材料行业，找了很多资料，看得云里雾里。但没办法，谁叫这是任务呢？于是我打算先来个宏观的：就像从天空俯瞰一样，把半导体材料的大致格局，先看明白了。完了之后，我再挑里面的细分行业细看。
其实这类文章很多了，我没必要重复写一篇，以下文章更像是我个人的研究笔记，当然，尽可能用人话——让很多像我一样非技术出身的读者——能看懂。
本文不是行业研究，而是一张“地图”，稍微摸一下半导体的整个产业链，都是干嘛的，都有谁。里面涉及到的高科技，对于我们做研究和投资的人来说，前期只能通俗理解一下，后期再慢慢深入。
先放一张来自Wind的半导体材料产业链地图：
一块芯片是怎么做出来的
在上面那张图中，有8个子行业，看不懂没关系，先列一下：硅片、光罩、光刻胶、靶材、CMP（抛光）、湿电子化学品、特种气体、封装。
首先起点是从硅片开始，就是把石头里的多晶硅拿来提纯做成纯度很高的单晶硅，然后把硅拉成一个圆柱体的硅棒，再一片片切下来，这就是硅片，因为是圆形的，所以也叫硅晶圆片，简称“晶圆”。它是做芯片的基底材料，我们可以在上面做出一个个集成电路，然后切下来，就是一个个芯片。
这样做出来的晶圆，肯定是粗糙不平的，不能满足纳米级的集成电路的质量要求，这时候就要用到抛光。这时候就要用到抛光垫和抛光液，把晶片放到垫子上把它磨成纳米级的平整，才能保证芯片的质量。当然抛光工艺不仅此一次，做一枚芯片，要几十次抛光，贯穿整个芯片制作过程。
然后这块晶圆还是不够，需在表面镀上一层膜，实现导电和保护的功能，但用于集成电路的薄膜肯定是非常薄的，这就需要溅射靶材。靶材就是一些高纯度金属，用什么离子枪之类的来轰击它，把它的原子轰出来附在晶圆上形成薄膜，所以才取了个溅射靶材这样的名字。
接下来这个晶圆就可以用来做集成电路了，这就到了一个叫光刻的步骤。那就是把集成电路上要的那些路线，刻在晶圆上，这就需要用到光罩（掩膜板）。我的通俗理解是，用光刻技术，把纳米级的精细线路图刻在光罩上，接着，在晶圆上涂上光刻胶，这种物质对光很敏感。把光罩放在晶圆上，用激光照射，受光的部分，光刻胶就溶解了，而不受光的部分，光刻胶依然可以保护晶圆上的薄膜。这就相当于把光罩上的线路图复制到了光刻胶上，而那些被光照过的部分，光刻胶溶解后，硅片就裸露出来了。
在这个期间，又要用到很多种类的湿电子化学品，比如要把蚀刻液倒在光刻胶上，那些不受保护的部分就会产生化学反应，从而“画出”线路图来。刻完了还要清洗，要把多余的光刻胶洗掉，这就需要别的湿电子化学品。
然后就是封装了，通俗理解就是给这块集成电路加上个外套，起到保护作用。当然在这整个流程中，涉及到太多纳米级的工艺，而普通空气中有很多杂质，哪怕一粒灰尘都有可能造成故障，这就需要电子特种气体全程参与，它们都是高纯度的气体，能避免杂质的存在。
以上是我对半导体工艺流程的通俗理解，作为菜鸟入门应该好理解，若有表达不到位的或者错误的，欢迎指正。
硅片（晶圆）的产业格局
晶圆是半导体材料的基底，打个比方就是，做芯片就像大理石雕刻，艺术家在大理石上雕刻出塑像，而工程师在晶圆片上雕刻出芯片，这个晶圆片相当于大理石原石。在制作半导体的所有材料里，晶圆的成本比重大约33%，而硅是最传统的晶圆材料，所以美国加州圣巴巴拉那一带才被叫做“硅谷”。但是发展到现在，已经出现了以氮化镓、碳化硅为材料的第三代晶圆材料。所以，硅片通常就是晶圆，而晶圆不一定是硅片，它还有可能是氮化镓做的。
晶圆片越大越好，大尺寸做芯片成本更低，浪费更少，但技术难度也越大。现在的主流趋势是12英寸晶圆，被用于智能手机、电脑、云计算、AI，市场需求占比80%，但原材料基本找美国和日本进口。国内能提供的原材料多晶硅，只能用来生产比较低端的6英寸和8英寸硅片。而且据说12英寸的我们还没搞定，18英寸的已经出来了，但技术还不成熟，主流市场依然以12英寸为主。
不仅原材料难搞，生产也难搞，全球只有10家企业能搞定，其中前5大供应商（日本信越、日本胜高、台湾环球晶圆、德国Silitronic、韩国LG）就占据了92%市场份额，而日本信越和日本胜高在8英寸、12英寸晶圆的市占率是70%。中国大陆的龙头沪硅产业，市占率才2.18%。
目前，我国对12英寸晶圆的月需求量是80-100万片，全球需求大概是550万片，我们拥有全球1/5的需求，自己却做不了，都给日本人交钱了。12英寸晶圆的硅纯度要11个9以上，即99.999999999%，中国大陆现在还难以实现，也难以控制良品率。除了原材料，关键机器设备也都依赖进口。
所以我很讨厌听到“日本衰弱了快挂了”之类的说法，人家的技术力还摆在那里，人均GDP是中国的4倍，这不是没有理由的。中国人很勤劳，可做的东西附加值太低了。
那么晶圆做出来了，下游是谁呢？就是那些生产芯片的晶圆代工厂，也就是负责接下来要讲的抛光、溅射靶材这些流程的那些公司，其中台积电、台联电占据60%以上市场份额，剩下的主要是三星、格罗方德和中芯国际。目前的情况是整个市场供不应求，一方面新能源汽车、5G、AI在发展，另一方面产能扩充不是那么容易的事情，一条生产线投入要2年，回本要7年，无论是新建产能的能力和动力上都存在不足，所以供需差异必然导致接下来7-10年的一个景气周期。
中国大陆可关注公司为：沪硅产业、中环股份、上海新昇、重庆超硅半导体、宁夏银和、金瑞泓、郑州合晶、北京奕斯伟、有研德州、杭州中芯、安徽易芯、奥斯伟西安、四川经略、中晶嘉兴、洛阳单晶硅、上海新傲、晶盛机电、北方华创、至纯科技
CMP（抛光）的产业格局
CMP就是“化学机械抛光”，也就是同时用化学（抛光液）和物理（抛光垫）相结合的方式把晶圆磨平整。毕竟芯片是个细活，要在指甲盖大小的地方搭建那么多元器件，就要求这块芯片能达到纳米级的平整度。要不然，肉眼虽然看不出来，但放大了看，这芯片起起伏伏跟山包一样，各处电阻值不均，光刻也刻不准。
抛光消耗的成本占比大概就7%，却是半导体生产过程中重复次数最多的步骤，28纳米制程的芯片，全程要12次抛光，现在芯片越来越小，到了10纳米制程，抛光要重复30次。毕竟芯片是个细活，做了磨，磨了做，一定要保证平整才行。
本人研究的是半导体材料，所以在技术上不深究了。在抛光这个工艺中，最重要的两种材料是抛光液和抛光垫。
抛光垫，我的通俗理解，就是用来物理打磨晶圆的东西，所以普通的材料肯定是不行的，技术和专利门槛都很高，毕竟一旦打磨不好，整块芯片就废了，所以这东西虽然成本占比不高，但重要性却不容忽视，核心客户认证也需要2年左右。美国陶氏化学（DOW）占据80%市场份额，绝对的垄断，第二名还是美国的卡伯特。前五大厂商占据了90%市场份额，全是美日的公司。中国大陆目前有能力提供的只有鼎龙股份，而且主要还是做给8英寸晶圆用的抛光垫，目前在积累实力向12英寸晶圆用的抛光垫进军。
抛光液就是一些研磨颗粒、添加剂和水制成的东西，用途广泛，有酸性的、碱性的、金属的、非金属的。抛光液的问题在于，你得控制好各种成分的比例，要不断优化配方直到最合适，所以配方和流程是每家公司的机密，也是核心竞争力所在。抛光液基本上也都是美日企业把持，其中美国卡伯特市占率36%，日立15%，富士美11%，德国Versum10%。国内比较有希望的公司是安集科技，公司的抛光液已经能用于12英寸晶圆，但市占率仅2.44%。
中国大陆可关注公司为：鼎龙股份、安集科技、江丰电子
靶材的产业格局
晶圆上经常需要镀膜，有的是保护用的，有的是导电用的，但用于芯片的镀膜技术肯定不是用刷子刷的，而是精确到纳米级的。于是，就有了溅射这门工艺。
我个人通俗理解是，我手上有个要镀膜的材料，这个材料的专业叫法叫“靶材”，我要把这个材料上的东西镀到旁边的晶圆片上，那么溅射的方法就是用离子枪来轰击这个靶材，把靶材的粒子给轰出去，然后附在晶圆片上形成纳米级的薄膜。可见，半导体行业对靶材纯度的要求也不低。靶材的应用范围很广，一大半用于记忆媒体和显示器，甚至从最低端的说，吊灯上糊着的东西，也是靶材，但肯定没那么大要求。用于面板显示的靶材纯度要求是99.999%，而半导体要99.9999%才行。这么一个0.0009%的差异，决定了靶材的本质区别。甚至，靶材的内部微观结构都有着苛刻的规定，要不然，一颗粒子被轰偏了跑到别的地方，就有可能造成芯片短路。
从需求上看，中国大陆占了25%，但半导体需要的高端靶材，不用想也知道，跟硅片一样，这玩意儿能供货的主要还是美日企业。日矿金属、霍尼韦尔、日本东曹、美国普莱克斯一共占据80%市场。中国大陆的企业虽然也有不少能提供靶材，但纯度不够，主要还是面板用，很难达到半导体的水平。这些巨头还不断向产业链上下延伸，向上就是掌握原材料，掌握提纯技术，向下则掌握着供应商资格认证体系，国际行业协会为靶材设立了质量管理标准，而有的客户自己也会有一套认证标准，跟其他材料一样，半导体的品质要求都是苛刻到纳米级的，对材料的要求也非常苛刻，毕竟要是图便宜找来什么新供应商，稍有不慎都会砸了自己的牌子，所以下游客户一般也不会轻易替换供应商。产品制作出来要通过认证，一样需要2-3年的时间。
中国大陆可关注公司为：江丰电子、有研新材、阿石创、隆华科技、安泰科技、株冶集团、金钼股份、长信科技、豫光金铅、东方钽业、锡业股份
光罩（掩膜板）的产业格局
前面说到用靶材来镀膜，很多人会有疑问：镀膜干什么？其实靶材的主要功能是做金属线，就是在指甲盖大小的芯片上画线，一块芯片上集成着数以亿计的微晶体管，它们之间相互连接就需要“布线”。那么做法就是，把靶材先喷上去，然后再刻，不要的部分抠掉，要的地方留下来，变成一条条纳米级的金属线。这个工艺就是“光刻”，其中要用到的材料就是光罩和光刻胶。
光罩，主要由石英基板和其他中间材料构成，我的通俗理解就是，按照芯片设计的图纸要求，把线路刻上去，然后再把光刻胶抹到晶圆上，然后用光刻技术，也就是把光打在因有图纸的光罩上，再用透镜把这张“图”复刻到晶圆片上，我们设计出来的线路图就被“印”到上面了。因为光照射的地方，晶圆片上的光刻胶就融化了，镀上去的靶材就会露出来，到时候用什么湿电子化学品洗掉。照不到的地方，就会被光刻胶保护着，留下来就成线路了。所以掩膜板是非常关键，要求也非常高的材料，它直接关系到你的线路能不能画上去。
以上是对技术和工艺的通俗理解，可惜本人是个文科生，估计理解有错，但对做投资的而言，关键还是要理解产业本身，比如供需、格局之类。
光罩的用途广泛，60%用于芯片行业，23%用于液晶显示器，余下主要是OLED和电路板。我国已经占据了全球平板领域的光罩需求的一半，但国产供应能力依然跟不上，缺口越来越大，而且随着芯片、显示分辨率等要求越来越高，总体上，掩膜板肯定越来越往精细化发展，而这么高精度的产品，肯定还是被国外巨头所垄断，以下3家公司的市占率接近90%：Photronics（美国）、凸版（日本）、DNP（大日本印刷）。
在这个领域，中国的脖子被卡得厉害，在高端领域，我国几乎搞不定，针对8.5代以下TFT（薄膜晶体管），我国能供应的只有清溢光电、路维光电。
中国大陆可关注公司为：清溢光电、路维光电
上游石英基材可关注公司为：菲利华、石英股份
光刻胶的产业格局
光刻胶比较好理解，就是一种对光敏感的物质，分为负性胶和正性胶，这个也很好理解，光照过后变得不可溶的是负性胶，反之叫正性胶。所以它的作用就是涂抹在晶圆上，前面不是已经在掩膜板上刻线路图了吗，那就用激光照射，完了用湿电子化学品洗掉，那么晶圆上，有的地方就还盖着胶，有的就保护住了，再抠一抠，线路不就刻上去了。
光刻这门工艺是芯片制造的关键环节，整个工艺耗费的成本占据总成本的35%，和硅片本身的成本差不多，其中光刻胶材料占比4%。但该工艺的耗时占比整整一半，而其中有很多卡脖子的环节，比如很多人都知道的荷兰的AMSL光刻机。光是涂胶这个过程，就要求误差不超过0.01微米。
为了符合越来越小的芯片的制作需求，光刻机要降低曝光的波长，增加光刻机投影镜头的孔径尺寸，至于为什么反正就是这么一个理。所以，光的波长越来越短，从90年代的350纳米，到21世纪初的248纳米的KrF激光，以及193纳米的ArF激光。今天最新进展的是13.5纳米的极紫外光（EUV）光刻技术，目前这门技术只有荷兰的AMSL光刻机能做到。
光刻胶，配方是关键，纯度要求非常高，比如用于半导体的光刻胶，每L含有的金属杂质必须少于0.1微克，颗粒个数更是几乎不能有。而且光刻胶的研究需要昂贵的曝光机等设备。这么高精尖的技术，当然还是被美日把持着，日本JSR、东京应化、日本信越和富士电子的市占率加起来高达72%，美国罗门哈斯占15%，加起来市占率是87%。中国有着全球32%的市场需求，却只能给日本人交钱。
日韩摩擦期间，日本对韩国禁运光刻胶，而作为全球重要晶圆代工基底的韩国，直接被掐断了经济支柱，可见这东西有多重要。中国的光刻胶技术和美日有2-3代差距，国产光刻胶目前还只是用于一些低端领域，比如PCB光刻胶，国产替代率就有50%，但在半导体领域，尤其是现在比较主流的KrF和ArF光刻胶，就几乎没有。
所以说，光刻胶，可能是最被卡脖子的那个环节。
中国大陆可关注公司为：
湿电子化学品的产业格局
湿电子化学品是在半导体生产过程中大量使用的液体化学品的统称，比如清洗，芯片制作过程中的杂质什么的要洗掉，这里说的“杂质”可能是分子级别的。还有刻蚀线路用的，刻蚀完了把光刻胶洗掉用的，所以种类很多，使用较多的是硫酸（吨数占比31%）、双氧水（29%）、显影液（10%）、氨水（8%）。
湿电子化学品可以用在很多行业里，主要是太阳能电池、平板显示和半导体，而半导体用的化学品纯度要求最高，一点点杂质就有可能造成损伤、短路，而且随着芯片越来越小，净度和纯度要求越来越高，所以“超净”、“高纯”是其最基本也最严格的要求，主体成份纯度≥99.99%。用于超大规模集成电路的湿电子化学品，每L金属杂质含量不得超过0.1微克。
虽然跟其他领域一样，大块市场还是被境外企业所占据，其中33%是欧美企业，27%日本，19%台湾地区，11%中国大陆，8%韩国，但是在半导体领域的超净高纯化率的整体国产化率有23%左右，一些龙头企业的工艺水平已经能够比肩国外巨头，也就是说，在这个子领域，国产替代的可能性最强。
但是往细了看，越高端，国产化率越低，6英寸以下晶圆用的湿电子化学品的国产化率是80%，但8英寸及以上就不到10%了。前面提到现在的趋势是越来越大，12英寸将是主流，所以在这一块，大陆公司还有很长的路要走。
中国大陆73%的供应在苏州和江阴，这可能与湿电子化学品的运输难度有关，因为对纯净度要求太高，所以往往围绕下游制造业布局以减少风险。
中国大陆可关注公司为：晶瑞股份、江化微、格林达、中巨芯科技、安集科技、江阴润玛、巨化股份、达诺尔、雅克科技、上海新阳
封测材料的产业格局
封测即封装+测试，芯片做好了，就得装到一个壳里保护起来，防尘防抖防撞，我的通俗理解是这样：前面讲了晶圆片，在晶圆（Wafer）上做好了集成电路后，就切成一块块小晶片（Die），就是我们熟知的指甲盖大小的那个东西，但这个东西很娇气，所以要封装。我们要把这个晶片放到载板或引线框架上，你可以把载板理解为一个台子，而引线框架就是把芯片上的电路和外部电路（比如电脑主板）连接起来的那个东西，把芯片放进去，这样就能和外部电路进行连接，然后用塑料外壳（环氧树脂）保护起来，这里还要用到把盖子粘起来的粘合剂，为保护物理环境而用的密封剂等，就可以拿去测试，测试通过的就是成品，就能卖了。在这些材料里，引线框架和基板价值占比52%，18.4%是缝合线，16.4%是密封剂。
载板是封测材料的主体，如果把中国内地的合资企业也算进去，那么全球92%都被日本、韩国、台湾地区占据，其中，台湾地区38%，韩国28%，日本26%。
其次是保温线，主要供应商还是来自德国、日本、韩国，占83.1%。
接着是焊接线材料，国内最大的5家公司是康强电子、骏码科技、达博焊料、佳博电子、铂业股份，但是这5家公司的市占率加起来仅6.4%。
封装技术有很多种，作为文科生基本是看晕了，我就说重点：未来趋势是三维高密度系统级封装，即System in Package和System on Package，简称SIP和SOP。我的理解是，它将一整个“系统”，而不仅仅是一块芯片封装在一起，这就更能满足越来越精细和小型化的趋势。比如苹果手表，就把一个个功能封装为一个个模组，每个模组都是一个独立系统，以实现模块化的产品开发方式。随着科技往高精尖发展，先进封装必是未来趋势，而从年复合增长率来看，先进封装为8.2%，而传统封装只有2.4%，更说明了这一点。
从封测服务产业来看，中国企业有较强的优势。全球前10大封测企业市占率占比超80%，前3名分别是：台湾地区的日月光（18.9%），美国安靠（15.6%），中国大陆的长电科技（13.1%）。另外第6、7名也是中国大陆公司，分别是通富微电（3.9%）、华天科技（3.8%）。
中国大陆封测服务可关注公司为：长电科技、华天科技、晶方科技、通富微电、环旭电子
中国大陆封测材料可关注公司为：康强电子、骏码科技、达博焊料、佳博电子、铂业股份、贺利氏、深南电路、珠海越亚、兴森科技、丹邦科技
电子特气的产业格局
工业气体是工业生产过程中要用到的特殊气体产品，可分为大宗气体和特种气体。大宗气体就比如氧气、氮气、二氧化碳之类，产销量大，对纯度要求不高。特种气体就比如专门在光刻的时候用的，做晶圆的时候用的之类，这一类气体虽然产销量小，但技术要求、纯度、净度都很严格，比如纯度要达到99.999999%，不能有杂质，不然一粒灰尘都可能带来麻烦。
电子特种气体（电子特气）跟湿电子化学品一样，是贯穿整个半导体制造过程的材料，也一样有着高纯、高净的要求。因为半导体是一种高度精密的产品，在生产过程中，自然不能暴露在普通的空气中，否则打个喷嚏都有可能沾上杂质，所以从制造到封测，都需要电子特气的参与，就比如说封测的时候，就得在有电子特气的环境下进行，不然你封的时候指不定把灰尘封进去了。作为技术上的外行我说的不一定对，可能封测的时候用不上特气，但大概就是这么个理。虽然特气成本占比不高（6%），但全程都要用到，号称半导体的“粮食”。
特气种类繁多，这道工序用这个，那道用那个，所以往往是种类多、小批量、高次的，一整道芯片生产工序下来可能要用到100多种气体，常见的也有30多种，所以那些有一体化供应能力的公司会有优势，而且气体不好保存，可能生产的过程没问题，运输过程哪里出了差错，就变质了，混入杂质了，所以往往是老牌化工巨头，有能力实行一体化的、多元化的业务，有完整的生产、运输、贮存能力的，才有足够的供应能力，而客户更是嫌麻烦，所以就用 TGCM（Total Gas and Chemical Management，全面气体及化学品运维管理服务）模式，把一整套解决方案，从生产到服务，都包给供应商。所以这一行业，不是你能生产就够的，服务能力也得跟上，所以往往只有综合化工巨头才能做得到，市场依然高度集中，国外巨头总共占据88%市场份额，留给国内企业只有12%，其中包括：美国空气化工（25%）、法国液化空气集团（23%）、太阳日酸株式会社（17%）、美国普莱克斯（16%）、德国林德集团（7%）。目前我国和国外有10年的技术代差。
中国大陆可关注公司为：华特气体、金宏气体、南大光电、昊华科技、硅烷科技、和远气体、派瑞特气、绿菱气体、博纯股份、雅克科技、巨化股份、凯美特气、中核红华、河南氟能、永晶化工
写在最后
本文不是调查报告，只作为一张“地图”，大致了解半导体8个子行业的大体格局。一些什么市场规模、增长率之类就不写了，重在“格局”上，收集一些接下来值得关注的标的。
本文不是科普文章，是作者自己做行业研究和投资用的笔记，本人读经济学而不是工科，如有技术上的错误欢迎指正，勿喷。
欢迎关注本专栏，我会将其中几个感兴趣的子行业和几家关键公司进行深入研究。