半导体设备:行业新一轮扩容,国产化步入新篇章

(报告出品方/作者:国泰君安证券,王聪、舒迪、郭航)

1. 

半导体行业扩容在即,海外设备龙头供应链地位强势

1.1. 

市场规模:700亿美金大市场,行业扩容技术升级助力设备环节再成长

1.1.1. 

半导体行业产能紧缺引发涨价潮,“行业扩产设备先行”推升新一轮景气周期

全球半导体行业目前正处于产能紧张价格上涨的供需矛盾突出的时期。

在疫情影响、中美科技摩擦、全球产业链转移、5G需求升级、新能源汽车起量、物联网风起布局等供需两端多重因素影响下,目前全球半导体行业产能紧缺,供需缺口持续拉大,行业景气度有望攀升。

在景气度持续性方面,全球晶圆制造最先进制程厂商台积电法说会指引产能紧缺状态有望延续至2022年。

下游市场与客户相对分散、产品形态相对大宗的封测环节龙头厂商包括日月光、长电科技华天科技通富微电等企业自2020年 Q4 起对各产品价格进行不同程度调涨,在封测产能扩张相对较快的情况下,预计封装产能供需平衡最早将在2023年实现。

全球与中国半导体销售额逐月创新高,行业景气度向上趋势延续。

据 SIA 数据,2021年9月全球半导体销售额482.8亿美元,同比增长27.5%,连续20个月同比正增长,9 月销售额再次突破前月新高值。9 月中国半导体销售额167.2 亿美元,同比增长 24.3%,连续 22 个月同比正增长,全球占比维持在 35.36%左右。

全球与中国半导体销售额同创新高,今年以来同比增速持续爬升,其中中国半导体销售额同比增速明显高于全球水平,增长势头强劲。

展望2021年 5G、线上应用、汽车电子、AIoT 仍为行业主流发展趋势,创新升级前景可期,行业景气度向上趋势有望延续。

半导体产业涨价潮来临,多家海内外厂商交货周期拉长并调涨产品价格。

自 21 年年初至今,半导体从代工厂环节开始发生行业价格普涨,代工厂台积电中芯国际、力晶,材料端硅片、封装基板、覆铜板,封测端日月光、长电科技等厂商或环节均有发生涨价,累积传递至 IC 设计端,IC设计厂商芯片交货周期拉长、价格上涨蔓延至产业链下游各个细分市场,行业产能持续紧张,行业供给压力预计持续至 2022 年。

为缓解全球芯片短缺问题,并应对自动驾驶、AI、高效能计算以及 5G 通讯等中长期的强劲需求,龙头代工厂开启新一轮高强度资本开支。

一方面由于行业产能供需矛盾突出,另一方面汽车电子、AIoT 等新兴赛道强势崛起,全球代工龙头台积电开启十年周期级别的新一轮高强度资本开支。在 2008 年金融危机前后,台积电每年资本开支在 25 亿美金左右。

在 2010 年~2018 年,台积电每年资本开支提升至 60~110 亿美金水平,平均约 88.7 亿美金,其抢先布局智能手机赛道,与大客户携手突破先进 制程迭代,成功打造全球领先的先进制程代工厂。

在 2019 年~2020 年,台积电每年资本开支在约 170 亿美金,应对 4G 到 5G 的换代周期。

在 2021 年~2023 年,台积电指引三年 1000 亿美金高强度资本开支,在智能手机创新放缓趋势下,半导体行业有望迎来下一个五年黄金赛道。

本土代工龙头中芯国际自 2020 年 7 月回归科创板上市后,迅速提升资本开支强度支撑本土半导体产业发展。

在中美科技摩擦背景下,中芯国际多次公告其对美国半导体设备供应商采购需进行审批管制,对其先进制程研发以及成熟制程扩产带来一定阻力和不确定性。

产能扩张,设备先行。代工厂高强度资本开支将直接拉动半导体设备环节订单量。

图 3:全球代工龙头台积电开启新一轮高强度资本开支

图 4:本土代工龙头中芯国际回 A 上市后加速产能扩张

全球主要半导体设备供应地区设备出货额屡创新高,同比增速达 50%。

据 Wind 数据,2021 年 9 月北美半导体设备出货额 37.18 亿美元,同比增长 35.53%;9 月日本半导体设备出货额 2723.88 亿日元,同比增长 38.98%。

北美与日本半导体设备出货额持续高企,均创历史新高,同比增速逐月爬升至约50%水平。

在全球芯片缺货潮影响下,龙头厂商台积电、联电、中芯国际等代工厂加大资本开支坚定扩产,半导体设备环节将先行受益。

1.1.2. 

全球市场规模持续扩大,中国市场规模占比逐渐提升

全球半导体设备市场规模未来几年有望持续扩张。随着半导体产品的加工面积成倍缩小带来加工难度不断扩大,未来生产半导体产品的制造设备将越来越精细化,价值或持续上升。

根据 SEMI 数据,预计 2022 年全球半导体设备市场规模有望达到 1013.1 亿美元(年初预测为 761 亿美元), 20-22 年 CAGR 为 19.29%。

中国半导体设备市场规模增速大于全球增速,正处于快速发展态势。

由于中国半导体设备行业起步较晚,因此整体市场规模仍较小。

根据 wind 的数据,2020年中国半导体设备市场规模仅为全球半导体设备市场规模的26.30%。

但随着下游需求的不断推动以及国家政策扶持力度的不断加强,中国半导体设备市场正迎来高速增长。

根据 Wind 的数据,从2011年到2020年,中国半导体市场规模增速明显大于全球增速,2011-2020年CAGR为19.92%,大于全球的5.62%。

随着半导体行业的第三次产业转移,下游产业需求和政策红利正推动中国逐渐成为半导体设备市场的中心。

根据 SEMI 的数据,中国大陆半导体市场规模预计2020年将达到 173 亿美元,2016-2020 年 CAGR 为27.92%,保持高速增长,且预计将于2020年在全球市场占比达到约27.4%,超过中国台湾成为全球第一大半导体设备市场。

在半导体晶圆加工设备领域,根据 Gartner 的数据,从2014年到2019年,中国大陆市场规模在全球的比重从10.01%增长到22.07%,并正式超越韩国与中国台湾地区,成为全球最大的晶圆加工设备细分市场。

1.1.3. 

晶圆制造设备占比最大,先进制程迭代带来各工艺设备结构性差异

半导体设备是半导体行业的基石,支撑芯片制造和芯片封测行业发展。

半导体行业主要分为上中下三个环节,上游环节包括 IP 核及设计服务、材料和设备;中游环节包括设计、芯片制造和芯片封测;下游环节即终端应用,包括集成电路、分立元件、光电子、传感器等。

半导体设备虽然年产值仅为几百亿美金,却支撑起 10 倍大的芯片制造产业,进而为整个年产值近几十万亿美金的信息产业的发展起到了关键性的作用。

半导体设备主要分为晶圆加工设备和封测设备,对应于晶圆加工和封测的各个环节。

(1)晶圆加工设备:

晶圆加工步骤主要分为扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、抛光等。以晶圆加工中最重要的光刻为例,光刻又可以细分为清洗、涂胶、光刻和显影,对应的晶圆加工设备为清洗机、涂胶机、光刻机和显影机(测量的 CD/SEM 属于封测设备)。

晶圆处理精度高,一般在几纳米至几微米,对加工设备精度要求极高,其中部分工序需要循环进行多次,需要用到大量的半导体设备。

(2)封测设备:

封测分为封装和测试,封装主要用于芯片后道加工,工艺流程在晶圆制造后,分为传统封装和先进封装两种;测试则涵盖半导体中游所有环节,从 IC 设计到 IC 封装,都需要经过测试。

传统封装设备包括减薄机、划片机、贴片机、引线键合机等;先进封装设备包括清洗机、溅射设备、光刻机、涂覆设备、回熔焊接设备等;测试设备主要包括测试机、探针台和分选机。

在半导体设备投资中,晶圆加工设备资本开支最大,占近 80%。

根据 Gartner 的数据,在晶圆厂的资本开支中,半导体设备投资占比最大,占70%-80%。在半导体设备投资中,晶圆加工作为集成电路制造过程中最重要和最复杂的环节,其相关设备占比最大,占78%-80%。

封测设备在半导体设备中占18%-20%,其中测试设备占比最大,占55%-60%。

晶圆加工设备市场规模不断刷新历史新高,冲击 700 亿美元关卡。

晶圆加工设备市场规模自 2012-2015 年间超过 300 亿美元后,2015-2019 年再次超过 500 亿美元。

据预测,未来 2020-2022 年,其晶圆加工设备将超过 600 亿美元,冲击 700 亿美元关卡。

2018 年因为半导体行业景气度高企,晶圆加工设备市场规模达到历史最高值。

2020 年由于半导体行业持续供需失衡,晶圆加工设备市场规模有望超过 2018 年,再次冲击历史高峰。

根据 SEMI 的数据,2020 年市场规模较 2019 年预计增长 15%,增至 549 亿美元,超过 2018 年历史最高值。

预计得益于存储半导体市场的恢复以及先进逻辑半导体方向的投资,2021 年、2022 年的晶圆加工设备市场分别较上年增长 4%和 6%,达到 618 亿美元和 655 亿美元。

图 17:晶圆加工生产设备市场不断刷新历史新高

下游应用方面,晶圆加工设备的最大应用市场在逻辑半导体。

根据 SEMI 的数据,2023 年,晶圆加工设备市场将达到 680 亿美元,其中 Foundry/Logic 占据近一半的市场份额。

值得一提的是,2020 年预计增长率最高的用途是 NAND,预计较 2019 年增长 30%。另外,DRAM 在 2020 年的同比增长率接近 20%。

封测设备市场开始恢复,测试设备再次冲击历史新高。

根据 SEMI 的数据预测,2020 年封测设备市场规模将达到 95 亿美元,其中封装设备 35 亿美元,同比增长 20%,测试设备 60 亿美元,同比增长 20%。

未来封装设备的市场规模主要受到先进封装需求的带动,预计 2021 年同比增长 8%,2022 年同比增长 5%。

未来测试设备市场规模将受益于 5G、HPC 的需求带动,2021 年同比增长 4.9%,2022 年同比增长 6.5%。

图 19:封装设备市场开始恢复,测试设备市场再次冲击历史新高

图 20 先进封装技术市占率逐年增加

从增长率和波动性上进行分析,晶圆加工设备市场增长率大于封测设备市场,市场波动率小于封测设备市场。

根据 SEMI 的数据计算,晶圆加工设备2012年-2022年 CAGR为8.11%,封测设备2012年-2022年CAGR 为 4.86%。

晶圆加工设备 2012 年-2022 年波动率 Sx 为 14.65,封测设备 2012 年-2022 年波动率为 Sx 为 26.54。

细分设备市场规模方面,半导体设备细分市场随着先进制程的迭代而出现较大结构性差异,大部分市场份额被关键细分设备占据。

半导体设备市场份额占比最大的是光刻机、刻蚀设备、薄膜沉积设备三种,分别占 21.8%、18.1%和 25.9%的市场份额。退火设备市场份额占比较小,约为 2.3%。

根据 2018 到 2020 年各类前道设备占比数据,半导体设备市场份额占比排名前三的分别为光刻机、刻蚀和 CVD,总占比达到 63%。

1.2. 

市场格局:海外寡头供应链地位强势,本土企业任重道远

市场格局方面,全球半导体设备市场处于国际巨头主导的格局。

根据 VLSI 的统计数据,2020 年全球前 5 大半导体设备厂商分别为 AMAT、ASML、Lam、TEL 及 KLA,对应市场份额为 17.7%、16.7%、12.9%、12.3%及 5.9%,销售额合计达 604.54 亿美元、占市场总额的 65.50%。

前10大半导体设备厂商总销售额合计708.08亿美元,同比增长19.98%,市场份额达到 76.60%,头部效应明显、已形成较为稳定的寡头垄断市场格局。

全球半导体设备市场的集中度不断上升。根据 Gartner 的数据,前十家半导体设备企业的市场占有率不断提升,1998 年 CR10 为 58.2%。2020 年,CR10 提高到 76.6%,增加了 18.4pct,其中前五大厂商市占率达到 65.5%。

细分设备市场格局方面,大部分设备的市场份额均由国外企业垄断。

根据长江存储、中芯绍兴、积塔、华虹无锡、华力微和株洲中车这五条产线进行计算,以刻蚀设备、退火设备和薄膜沉积设备市场格局为例:

(1)刻蚀设备: 由于刻蚀工艺复杂,技术壁垒高,市场格局高度集中。

根据 Gartner 的 数据,2019 年,Lam、TEL 和 AMAT 在刻蚀设备市场分别占据前三,总计占有 90.88%的市场份额,寡头垄断明显。

国内有部分新兴公司正逐渐打破刻蚀设备市场垄断,包括中微公司北方华创、北京屹唐等,三者分别占据 1.08%、0.78%和 0.15%的市场份额,目前市场份额占比相对较小。

内资产线对于国内刻蚀设备公司有明显的发展推动作用,产线中的国内设备占比相对较高。

根据中国国际招标网的数据,Lam、TEL 和 AMAT 总共占据 67%的产线份额。

虽然国外公司寡头现象依然严重,但是国内设备公司的产线份额得到了明显提升,其中北方华创中微公司和北京屹唐三家公司分别占有内资产线 8%、9%和 2%的市场份额,内资产线对于国内刻蚀设备的发展具有推动作用。

(2)退火设备: AMAT 在全球 RTP(快速热处理设备)领域占有绝对领先地位。

退火设备主要分为氧化/扩散炉、RTP 设备和 Gate Stack 三个部分。其中在 RTP 设备方面,AMAT 占有近 70%的市场份额,有绝对话语权。

北京屹唐作为国内公司,在 RTP 领域有深厚积累,占据 10.22%的市场份额,排名第二。

内资产线中北方华创、国际电气等国内公司占比明显提升。

根据中国国际招标网的数据,市场份额占比最大的为 TEL,占 46%。中国公司总计 占有 23.17%的市场份额,其中北方华创占 17%,北京屹唐占 2%。

图 24:2019 年全球 RTP 设备市场被 AMAT 垄断

图 25:内资产线中北方华创、北京屹唐等国内公司占比较大

(3)薄膜沉积设备: AMAT、Lam 和 TEL 在薄膜沉积设备领域具有垄断地位。

薄膜沉积设备主要分为 CVD、PVD 和 ALD。根据 Gartner 的数据,全球 CVD 设备 被 AMAT、Lam 和 TEL 垄断,三者合计占有 70%左右的市场份额。

国内薄膜沉积设备公司主要为北方华创和沈阳拓荆,竞争力较小。

根据中国国际招标网的数据,AMAT、Lam 和 TEL 在内资产线中占比达到 69%,国内设备公司仅占 10.52%,竞争力非常小,其中北方华创占 3%,沈阳拓荆占 4%。

晶圆加工前道环节国产替代市场广阔,本土领军企业挑战国际巨头垄断地位。

前道制程设备(含前道测试)投资额占比高达 80%以上,为半导体设备领域的核心主战场。前道设备市场中海外龙头厂商高度垄断,本土厂商占比较低,主要市场突破口仍集中在本土产线。在国内政策导向等支持下,本土产线扩张速度显著高于全球市场。

本土领军的设备企业已经突破部分前道制程设备,凭借多年前道工艺技术积累以及产线国产 化扶持,本土领军设备企业有望在前道工艺这一核心主战场挑战国际巨头垄断地位。

本土封测企业全球市占率高,国产封测设备企业市占率有望进一步提升。

据芯思想数据,本土三大封装企业长电科技通富微电华天科技 2020 年市占率分别为 11.96%、5.05%、3.93%,合计占比 20.94%,在全球供应链体系中具有较强话语权。

传统封装技术相对稳定,国内设备厂商已具备一定技术积累与份额。先进封装国内市场布局较快,国内封测设备企业有望受益国内封测环节崛起而进一步提升市占率。

1.3. 

行业特点:资本先行、客户高粘性、技术迭代快

1.3.1. 

资本开支是设备环节有效先行指标

下游资本开支是半导体设备行业一个有效的先行指标。

根据 Wind 的数 据,从 2006 年到 2020 年,全球半导体行业资本开支与集成电路晶圆加工设备市场规模的同比增长率具有近乎相同的变化关系,集成电路制造设备产业景气程度与行业资本开支密切相关,行业资本开支属于设备行业整体发展趋势的先行指标。

这主要是因为设备支出在行业资本开支中占比最大,占比接近 80%,而晶圆加工设备投资又在设备投资中达到近 50%。

1.3.2. 

产品验证周期长,客户市场粘性大

半导体设备涉及多类学科,具有高技术门槛。

技术专利是半导体行业的护城河,而半导体设备行业更是如此。该行业涉猎更广,其设计和制造过程需要综合运用电子、机械、物理、化学、材料、软件系统、自动化等多学科领域的先进科技

由于半导体设备的技术参数、运行稳定性等指标会直接影响半导体产品的产量、质量和良率等生产指标,因此行业新进入者需要经过较长时间的技术积累,才能在该领域有所突破。半导体设备由于对技术参数和运行稳定性的严格要求,具有长验证周期的特点。

半导体设备的产品研发及商业化流程主要分为可行性研究阶段、产品开发及下线阶段、客户端认证阶段和量产及生命周期维护阶段四个阶段,其中客户端认证是最为关键的步骤。

无论是市场新进入者或新设备的量产,都要经过下游企业长时间的工艺验证,包括在具体生产场景的技术验证、与客户的持续沟通、完善技术细节等。

整个验证周期消耗时间平均在 1 年以上,之后设备供应商才会被纳入客户的合格供应商名 单。

以华海清科为例,其 Demo 机台平均验证周期长达 12.46 个月,销售机台属于二次采购,验收周期较短,为 4.95 个月。

半导体设备通过产品验证后替换成本高,具有较强的客户粘性。

由于半导体设备较长的生产周期和验证周期,且下游客户对于产品售后服务响应速度和售后技术工艺支持都有着较高的要求,因此半导体设备领域具有较强的客户粘性,非必要情况下,下游客户不会轻易更改产线设备。

1.3.3. 

技术迭代带动产品价值量提升,不同精度等级设备共存

随着先进制程逐步推进,晶圆制造复杂度提升,工艺步骤显著增多,精度要求也随着线宽变小而明显提升,最终带来半导体设备先进产品价值量提升。

以集成电路器件刻蚀为例,根据中微公司的公告,就逻辑器件而言,从 40nm 到 7nm,需要的刻蚀步骤从 35 步提升到 140 步,且主要运用设备也从有限控制的圆筒式刻蚀机发展至现代等离子体刻蚀机。

而闪存器件与动态存储器件相对于逻辑器件而言,又存在刻蚀步骤等性能要求上的差异。

随着先进制程推进,制造工艺结构复杂度提升,同一产线同一产品可使用不同精度等级的设备。

以国产存储厂商 128 层 NAND 产品为例,由于产品层数较多,不同环节对设备的要求存在显著差异。

其中,光刻机 单台设备价值量波动范围约 300 万美金~7000 万美金;刻蚀单台设备价值量波动范围约 30 万美金~1400 万美金;CVD 单台设备价值量波动范 围约 20 万美金~1100 万美金。

设备价值量差异一方面给新进厂商带来导入产线的突破口;另一方面给高研发投入的先进厂商带来较高护城河。

2. 

高强度资本开支+深度国产化为本土设备企业带来历史发展机遇

2.1. 

制造环节高强度资本开支为设备行业带来发展空间

受益于半导体行业景气度高企,下游晶圆厂、封测厂资本开支不断扩大,加速产能扩张。

2021年,晶圆厂开始加大资本开支进行产能扩张。

台积电 2021 年资本开支计划比 2020 年增加 66%,达到 300 亿美元的高位。内资产线长江存储、长鑫存储、中芯国际、无锡华虹均规划大幅进行产能扩张。

本土半导体设备厂商的主要客户集中在内资产线和部分台资产线,其中内资产线占绝大部分份额。

内资产线扩产主力集中在两大存储基地长存/长鑫,以及两大代工厂中芯国际/华虹。

产线投资中设备投资占比最高,以本土最大的晶圆制造代工厂中芯国际为例,中芯国际募投项目 12 英 寸芯片 SN1 项目的总投资额为 90.59 亿美元,其中生产设置购置及安装费达 73.30 亿美元,晶圆制造设备相关占比达到 80.9%。

根据 IBS 统计,随着技术节点的不断缩小,集成电路制造的设备投入呈大幅上升的趋势。

以 5 纳米技术节点为例,其投资成本高达数百亿美元,是 14 纳米的两倍以上,28 纳米的四倍左右。

根据本土主要晶圆制造产线每年扩产产能峰值测算,本土产线扩产产能峰值合计约 30 万片/月。

其中,不同制程产线对应投资密度不同,据测算,本土主要产线每年设备投资额峰值合计约 220 亿美元。

进一步,根据不同工艺设备占总设备投资比例测算,在实现 40%国产化率情况下,薄膜沉积、光刻、刻蚀等环节的本土设备分别对应约 17.6 亿美元市场。

随着国产化率进一步提升,本土设备厂商直接面向的市场空间将更为广阔。

表 8: 本土主要晶圆产线扩产峰值对应设备投资额测算

2.2. 

中美科技摩擦反复,加速设备全面深度国产化

2020年中美科技摩擦升级,美对华为芯片断供生效。

2020年 5 月 15 日,美商务部称全面限制华为购买采用美国软件和技术生产的半导体,禁令升级至半导体设备,设定 4 个月过渡期。

2020 年 9 月 15 日,美国对华为芯片断供禁令生效。

2020 年 10 月 5 日,中芯国际公告称美国商务部工业与安全局对向中芯国际出口的美国设备等进行限制。

2020 年 12 月 21 日,中芯国际公告称被美国商务部列入“实体清单”,10nm 及以下的产品或技术“推定拒绝”。

表 10: 中美科技摩擦事件梳理

根据中芯国际前后两次的公告,美国商务部以保护美国国家安全和外交利益为由,将中芯国际及其部分子公司及参股公司列入“实体清单”。

公司被列入“实体清单”后,根据美国相关法律法规的规定,针对适用于美国《出口管制条例》的产品或技术,供应商须获得美国商务部的出口许可才能向公司供应;对用于 10nm 及以下技术节点(包括极紫外光技术)的产品或技术,美国商务部会采取“推定拒绝”(Presumption of Denial)的审批政策进行审核;同时公司为部分特殊客户提供代工服务也可能受到一定限制。

美国对中芯国际限令将“10nm 技术节点”作为分界点,对“先进制程” 与“成熟制程”进行了再定义,将业界传统认为的分界点“28nm”或“14nm” 直接提升至“10nm”,美国对中芯国际的制裁在“先进制程”定义上存 在一定程度的妥协与边际改善。

据 SIA 数据,2019 年逻辑晶圆制造产能占比约 41%,其中<10nm 晶圆制造产能占比约 2%,>45nm 晶圆制造产能占比最高约 22%。

目前,≥10nm 制程的晶圆产能占比高达 98%,美国对中芯国际的制裁将工艺制程分界点划分为 10nm 为本土晶圆代工龙头的发展带来了相对确定的发展空间和技术积累时间。

图 32:本土晶圆制造产能占比低,先进制程能力薄弱

中美科技摩擦过程中,华为和中芯国际两大支柱性企业均受不同程度影响,半导体设备国产化有望向深度化和全面化发展。

中国半导体设备目前仍主要依赖于进口设备,国内公司市场规模相对较小,自给能力亟待提升。

在中美科技摩擦背景下,国内政策倾斜、Fab 厂国产化意愿加强、资本市场活跃注入、设备厂抓住历史机遇等多方面因素促使半导体设备国产化逐渐走向深度化和全面化。

根据中国半导体工业协会的数据,2020 年中国半导体设备销售额预计将达到 213 亿美元,国产化率预计将首次超过 20%。

从细分设备市场来看,ICP 刻蚀设备、CVD 成膜设备、掺杂设备、量测设备、光刻设备上升速度明显。

通过统计截止到2021年11月13日中国国际招标网所公示的设备中标情况,对六大产线(长江存储、中芯绍兴、华虹无锡、华力微、株洲中车、积塔)每一类设备的总采购量以及国产化率进行测算。

根据测算,2020H2至今六大产线中ICP刻蚀设备、CCP刻蚀设备、PVD成膜设备、CMP设备、炉管设备、清洗设备以及去胶设备国产化率较高,均超过了30%,其中清洗设备达到50%。

技术壁垒较高的量测设备、光刻设备以及掺杂设备虽然国产化率很低,但是上升趋势明显。

在 IC 设备国产化的浪潮中,各个子领域均有优秀的本土企业。

其中,北方华创在 ICP 刻蚀设备、PVD成膜设备、清洗设备、炉管设备份额提升显著,中微半导体在 CCP 刻蚀设备表现出色,上海微电子在技术壁垒较高的光刻设备中开始崭露头角,华海清科在 CMP 设备中市场份额逐渐提升等。

尤其是 2020H2 至今,北方华创在 ICP 刻蚀设备市场份额达到 29.27%的市场份额,开始逐渐在该领域与龙头企业 Lam 和 AMAT 分 庭抗礼。

我们预计未来随着国产替代的持续推进,IC 设备的国产化率有望进一步提升。

2.3. 

资本市场助力行业发展,Fabless 厂商自建制造环节

自科创板创立以来,本土半导体厂商迎来历史性融资窗口期。

在资本市场助力下,大小 Fabless 厂商不同程度扩建制造环节,以补强自身产品流片过程中的产能薄弱环节,增强供应链管理能力与话语权。

Fabless 厂商扩产过程中根据自身产品特点对部分设备存在一定客制化需求,在疫情影响下,国内设备厂商的快速响应能力有望加速该环节产线导入。

自 2019 年以来 A 股 Fabless 和 IDM 企业募投项目中,设备投资占比超 10%项目投资额超 430 亿元。

其中,设备投资额根据产品差异、企业战略定位等存在较大差异,统计企业中各类项目设备投资额占比约在 10%~75%之间。

韦尔股份自建生产线补强流片薄弱环节。

韦尔股份作为本土最大的 Fabless 上市公司,发行可转债约 24.4 亿元用于晶圆测试及晶圆重构生产等项目建设,规划于上海松江建设 3.5 万片/月测试与 3.0 万片/月重构产能。

韦尔股份作为具有国际竞争力的 CIS 芯片龙头企业,借助资本市场补强 CIS 芯片流片环节中的产能瓶颈环节,有助于保障自身供应链安全,提升竞争壁垒。

卓胜微与 Foundry 共建晶圆前道生产专线。

卓胜微作为射频领域 Fabless 龙头企业,通过定增募资 30.1 亿元发展滤波器芯片等项目。

据公司公告,公司通过与 Foundry 共同投入资源合作建立晶圆前道生产专线,使用先进的管理和设备对晶圆生产过程中的特殊工艺和环节进行快速迭代优化,综合晶圆制造企业和公司各自优势,形成最终的工艺技术能力和量产能力,同时实现生产效率的提升和成本空间的压缩。

龙头企业在规模扩大后,开始突破发展早期的纯 Fabless 模式,加强与 Foundry 合作,并 投入资金建立生产专线。该项目设备投资额占比约 62.3%。

Fabless 和 IDM 企业融资扩产将拉升设备环节订单量。

格科微规划于上海投资 74.3 亿元用于建设 CIS 研发与产业化项目,设备投资额占比约 72.28%。

华润微规划于重庆西永投资 42.0 亿元用于功率半导体封测基地项目建设,设备投资额占比约 69.76%。

此外,部分 Fabless 厂商募投项目设备投资额占比较低,而对研发进行高额投入。

恒玄科技 IPO 募资 48.6 亿元,其中设备和硬件投资占比约 5%,研发投入约 80%。

研发投入中晶圆试制费用和封测费用占绝大部分,也将占用晶圆厂部分产能。

在资本市场资金助力下,较大规模的 Fabless 厂商加强布局自身供应链,自建产线、共建专线或加强研发等方式将直接或间接拉动设备订单。

Fabless 厂商产品种类相对固定,在自建或共建产能上对部分设备存在一定客制化需求,为本土企业导入产线打开一条新的通道。

2.4. 

本土半导体设备企业迎来历史性发展机遇

机遇一:半导体行业景气度历史罕见,高强度资本开支开启新一轮扩产周期。

半导体行业自 2019 年下半年开启景气度向上周期,自 2020 年下半年开启涨价模式,产能紧张产品缺货推升半导体行业新一轮高强度扩容。

半导体行业发动机台积电年初指引三年 1000 亿美金高强度资本开支,新一轮行业扩产周期启动,半导体设备环节率先直接受益。

机遇二:中美科技摩擦推升国产化意愿,本土设备中标率明显提升。

中美科技摩擦自 2018 年起逐步升级加剧,2020 年 9 月华为芯片断供、中芯国际设备采购受限。

国家层面出台政策进行产业资源倾斜、本土产线国产化意愿全面提升、本土设备厂提效抓机会、本土资金与人才流动性加强,在多方助力下,本土设备厂中标率与订单量提升明显,国产自主可控仍是中长期主旋律。

机遇三:本土大厂已经跃过风险试产阶段,战略目标从“爬良率出产品”向“供应链安全”倾斜。

本土两大存储基地武汉长存、合肥长鑫在2017年~2019年的发展早期,首要目标是突破技术路径和专利风险,尽快爬升良率出产品,其在早期建设过程中供应链国产化并非首要任务。

而目前,长存和长鑫产能已初具规模,跃过早期风险试产阶段,后期扩产出于供应链安全角度,国产化意愿与能力有望提升。同理,中芯国际 14nm 已量产时间超过一年半,后期扩产规划主要以成熟制程为主。

华虹无锡、士兰微厦门、华润微重庆的 12 寸产线均在近年内量产爬坡,后续扩产有望进一步提升国产化率。

机遇四:设备国产化由单点突破模式迈向产线协同整合。

早期国产设备制造商导入内资产线主要通过提升自身产品性能向海外巨头看齐,认证周期及认证环节相对更长更繁琐。目前在科技摩擦背景下,国内部分产线针对成熟制程和成熟产品,从工艺制造、设计、机台设备等方面加强全环节协作,部分国产设备厂商有望从单一产品类公司向工艺平台类公司升级,看好半导体设备环节深度国产化

机遇五:资本市场助力行业发展,Fabless 厂商自建或共建制造产能。

自科创板创立以来,本土半导体厂商迎来历史性融资窗口期。在资本市场助力下,大小 Fabless厂商不同程度扩建制造环节,以补强自身产品流片过程中的产能薄弱环节,增强供应链管理能力与话语权。

Fabless 厂商扩产过程中根据自身产品特点对部分设备存在一定客制化需求,在疫情影响下,国内设备厂商的快速响应能力有望加速该环节产线导入。

机遇六:疫情影响叠加设备订单旺盛,海外巨头部分设备交期拉长给本土企业带来替代机会。

半导体设备厂主要集中在欧美日地区,半导体制造环节主要集中在大陆、台湾、韩国等地区。

在全球疫情影响下,海外巨头设备厂商海运交付、工程师调试等受阻,在旺盛设备订单下,部分海外厂商设备交期拉长,给本土企业带来良好的替代机会。

3. 

报告总结

我们认为:全球半导体行业目前正处于产能紧张价格上涨的供需矛盾突出时期。

半导体产业涨价潮来临,多家海内外厂商交货周期拉长并调涨产品价格。为缓解全球芯片短缺问题,并应对自动驾驶、AI、高效能计算以及 5G 通讯等中长期的强劲需求,龙头代工厂开启新一轮高强度资本开支。

产能扩张,设备先行。代工厂高强度资本开支将直接拉动半导体设备环节订单量。

本土晶圆制造产线已突破良率风险,科技摩擦背景下国产化意愿加强。

本土两大存储基地长江存储与长鑫存储已突破早期的风险试产与良率爬坡阶段,一期产能初具规模,后期扩产过程中战略目标从“爬良率出产品”向“供应链安全”倾斜,Fab 厂国产化意愿有望加强。

本土逻辑代工厂规划扩张产能也以成熟制程为主,国产设备厂导入机会提升,利好本土半导体设备环节。

国产化产线进展顺利,设备国产化由单点突破模式迈向产线协同整合。

早期国产设备制造商导入内资产线主要通过提升自身产品性能向海外巨头看齐,认证周期及认证环节相对更长更繁琐。

目前在科技摩擦背景下,国内部分国产化产线针对成熟制程和成熟产品,从工艺制造、设计、机台设备等方面加强全环节协作,部分国产设备厂商有望从单一产品类公司向工艺平台类公司升级,看好半导体设备环节深度国产化。

资本市场助力行业发展,Fabless厂商自建制造产能。

自科创板创立以来,本土半导体厂商迎来历史性融资窗口期。在资本市场助力下,大小Fabless 厂商不同程度扩建制造环节,以补强自身产品流片过程中的产能薄弱环节,增强供应链管理能力与话语权。

Fabless 厂商扩产过程中根据自身产品特点对部分设备存在一定客制化需求,在疫情影响下,国内设备厂商的快速响应能力有望加速该环节产线导入。

综合上述行业逻辑,各环节龙头公司:设备公司北方华创(002371.SZ)、万业企业(600641.SH)、中微公司(688012.SH)、新莱应材(300260.SZ)、华峰测控(688200.SH)、长川科技(300604.SZ)、华兴源创(688001.SH)、光力科技(300480.SZ)、正帆科技(688596.SH),以及加大资本开支的代工厂中芯国际(688981.SH)、华虹半导体 (1347.HK)、长电科技(600584.SH)、华天科技(002185.SZ)、通富微电(002156.SZ)

估值方面,半导体设备公司估值水平根据净利率水平、半导体设备业务占比、主营设备在晶圆生产过程中的重要性等存在差异。

通常,净利率越高估值越高,半导体设备业务占比越高估值越高,主营设备在晶圆生产过程中越靠近前道估值越高。

考虑切换2022年估值,我们给予龙头公司北方华创2022年20倍PS,其他设备公司根据上述三个要素给予差异性估值。

代工厂估值根据前后道环节以及先进封装占比不同给给予一定差异性的PE估值,具体估值理由如下表。

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0923厚积薄发11-28 05:59

只看了最后俩图,北方华创估值为什么比中微要低?因为刻蚀设备水平不如中微?但是北方放量很快,记忆里今年的招标数据来看中微要少很多啊

自然1931611-27 09:07

谢谢分享,值得研究。

ljub理性投资11-27 04:21

真TM佩服,预期高PE已经无法满足吹票需求了,直接干到30PS,转换一下,按制造业很难达到的20%净利率来算,30PS对应150PE,按10%净利率算对应300PE。

最牛的仔仔11-26 22:45

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兜圈儿11-26 17:02