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芯片设备大爆发!

发布时间:2022-03-10作者来源:萨科微浏览:794

从去年开始缺芯现象,延续到现在,丝毫不见好转。


上个月发生的香港500万芯片被抢、深圳千万芯片被偷事件,告诉我们事情大有愈演愈烈之势。


各类芯片终端需求持续旺盛,导致晶圆代工各制程产能严重不足。


国内的晶圆厂,因为产能紧张,只能优先满足长期合作伙伴,中小客户就算预先付款,也未必能按时拿到货。


为了应对这个情况,各大厂商从3月份开始就纷纷公告扩产计划。


台积电、三星计划投资金额均超过1000亿美元,国内中芯国际、华虹半导体等企业也纷纷加大资本开支。


缺芯事件,也让老美意识到芯片产能的重要性,从去年开始陆续推出跟半导体有关的法案,其中还包括520亿美元的投资计划。


根据SEMI6月份发布的[敏感词]报告,今年全球将新建设19座晶圆厂,而明年将会增加10座。


其中,中国大陆和台湾地区将各新建8个晶圆厂,其次是北美,将新建6个。


一直以来,许多对半导体行业不太了解的朋友们都有一个严重的认知误区,那就是觉得中国芯片的主要问题在于制造工艺落后。


比如,看到台积电、三星的5nm芯片已经实现量产,正在聚焦3nm制程,就认为中芯国际的14nm、28nm工艺很落后。


因此,会觉得国内的当务之急是赶紧发展先进工艺,尽快向7nm、5nm冲击。


而事实是,中芯国际制造工艺虽然能达到14nm,但占收入比重极小,2020年为2%,2021年预期提升到4%。


28nm占营收的比重也仅为6%,大部分收入还是依赖成熟工艺,即90~45nm。

   

相比于制造工艺落后,国内芯片产能过低才是更大的问题。


造芯片,不是只需要光刻机就行了,还要经过刻蚀、沉积、离子注入、清洗、氧化、检测等环节,缺一不可。

   

目前中国最不缺光刻机,DUV光刻机可以正常购买,真正缺的是其他环节被美国把持的设备。


最近,美国又开始限制28nm设备对我国的出口,企图在成熟工艺上限制我们的产能。

   

除了手机芯片对工艺要求较高,其他智能设备需要的芯片,国内企业的成熟工艺基本都可以达到。


比如,汽车芯片、显示驱动IC、电源管理芯片、物联网连接IC、Wi-Fi6等芯片都需要28nm工艺制造。


比起高端芯片,国内更缺成熟工艺,8寸比12寸紧缺,90/55/28nm比7/5nm紧缺。


以等效8英寸产能计算,中芯国际的产能仅有台积电的10%~15%,根本无法满足国内需求。


制造产能不足,极大制约国内芯片产业的发展,2020年我国集成电路供给量为227亿美元,需求量为1430亿美元,自给率仅为15.9%。

   

进出口上,2020年我国集成电路进口3500亿美元,出口1166亿美元,贸易逆差高达2334亿美元,进口芯片中,多为45nm以上的成熟工艺。


“自研”虽然振奋人心,但并不能解决当前的产能不足的问题,与其追求7nm、5nm,不如先做好成熟工艺。


韦尔股份的CIS、PMIC、Driver,兆易创新的NOR、MCU,汇顶科技的指纹识别,圣邦股份的模拟IC,卓胜微的射频芯片。


这些公司的芯片都属于12寸成熟工艺(90~45nm),并非所谓的先进工艺(14~5nm),但即便如此,国内也缺乏相应的成熟代工产能与其配套。


根据各公司一季报披露信息,中芯国际产能利用率为98.7%,华虹半导体利用率为104.2%,继续维持高位状态。


2021年世界半导体大会上,工程院院士吴汉明谈到国内芯片产能问题,就认为国内还需要再建设8个中芯国际的产能。


目前,以中芯、长江存储、合肥长鑫为代表的国内厂商都在积极扩产,此轮新建晶圆厂和扩产完成后,能很大程度上缓解我国芯片产能问题。

   

新建晶圆厂的[敏感词]投资项是半导体设备,占总投资额的近80%,各大厂扩产项目建设,会带来大量的设备需求。


在美国出口限制越来越强的背景下,半导体设备国产替代的趋势不可阻挡。

   

“国产化”、“去美化”一直是半导体领域的热门话题,凡是涉及国内半导体技术突破、重大进展的新闻,热度总是居高不下。


比如前阵子,电子信息研究所所长温晓君接受环球网采访的文章就引起了争议。


文中先是表示国产14nm芯片有望到明年实现量产,但这一表述明显有问题,因为从材料到设备,14nm工艺明年全部实现国产化,根本不现实。


随后,环球网就修改了关于明年量产14nm国产芯片的话,避免了误会。


其实,对于半导体产业,我们需要有一个清醒的认识,那就是想实现“国产化”非常困难。


完全“国产化”难度究竟有多高呢?


这么说吧,半导体是一个深度全球化的产业,理论上没有任何一个国家可以实现“国产化”。

半导体设备美国为主,日欧为辅;

半导体材料日本为主,欧美为辅;

芯片代工台湾省为主,韩国为辅;

芯片设计美国为主,中国大陆为辅;

封测台湾省为主,中国大陆为辅。

日本半导体产业曾经占领全球50%的市场,后期却在芯片设计、制造等领域失势。


韩国在储存芯片领域一家独大,但原材料始终无法“去日本化”。


强如美国,光刻机、半导体材料等也得靠进口。


所以,芯片“国产化”虽然听上去振奋人心,但路子并不好走。


对现在的中国半导体来说,比“国产化”更迫切的是“去美化”,即与美国脱钩,对其强势领域进行国产替代。


半导体设备这边,美国除了光刻机之外,在薄膜沉积、检测、刻蚀机、清洗机、离子注入等设备上都有很强的优势,全球前十大半导体设备公司中,美国占据了四席。

   

2020年全球半导体设备销售额711.8亿美元,其中,中国大陆为187.3亿美元,占全球市场26.3%。


中国大陆超越台湾省,成为全球[敏感词]大市场,但国内半导体设备自制率仍较低,2020年国产化率约为16%。


半导体设备中,光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、质量检测设备价值[敏感词]。


2020年这四类设备市场规模分别为132亿美元、123亿美元、138亿美元、72亿美元,占比分别为21%、20%、22%、11%。

   

从国产化率来看,清洗设备、CMP设备国产化率相对较高,最有可能率先国产化。


刻蚀、薄膜沉积、检测设备国产渗透较快,同时市场规模也足够大,赛道更好。


其他环节,要么是国内企业竞争力太弱,如光刻机,要么市场太小,目前不用过于关注。

   

综合考虑国产化率、市场规模、是否上市等因素,刻蚀、薄膜沉积、检测、清洗这四大设备存在投资价值。

               

(1)北方华创VS中微公司

北方华创和中微公司是国内少有的两家平台型设备公司,共同点是体量大、产品线丰富、研发实力强。


北方华创布局更加全面,涵盖刻蚀、薄膜沉积、热处理、清洗等设备;


中微公司刻蚀设备为主,包含部分薄膜沉积设备(MOCVD)。


单论刻蚀设备,中微明显强于北方华创。


全球刻蚀设备市场呈现垄断格局,泛林半导体、东京电子和应用材料公司排前三,CR3超过90%。


而在本土晶圆厂的刻蚀设备市场中,国际三家龙头占据78%市场,中微公司市占率13%,北方华创市占率6%。

   

技术上,中微同时开发了CCP刻蚀(市场规模48亿美元)、ICP刻蚀(市场规模76亿美元),而北方华创仅包含ICP刻蚀。


中微的CCP刻蚀工艺可以覆盖65nm~5nm的微观器件,在国内28nm晶圆厂的市占率为39%,已进入台积电[敏感词]工艺产线。

   

以长江存储18~20年刻蚀设备招标情况为例,中微公司排名第二,占比15%,明显强过北方华创。


但从整体看,北方华创产品基本具备28nm国产替代能力,是国产半导体设备的[敏感词]龙头。


北方华创在刻蚀机、薄膜设备(PVD、CVD)、清洗机、氧化炉等设备上都属于国内一线,技术、市占率领先。


如果说中微公司是单科成绩拔尖,刻蚀机技术可以接近[敏感词]水准,那北方华创就是全科平衡,基本都属于国内领先水平,平台属性更强。


目前,市场对北方华创更加认可,3月份股价触底后,一路向上,不断创出新高;而中微公司拉胯严重,目前仍然处于低位反弹阶段。


从“国产化”角度来探讨,想要实现28nm工艺完全国产化,北方华创或许是中间最重要的一环。


多产品布局,使得在国产替代的过程中,北方华创拥有的市场空间大大高于中微公司,这也是两家公司股价走势截然不同的原因。

(2)检测设备

检测设备主要用于检测芯片性能与缺陷,贯穿于半导体制造过程中的每一步主要工艺,按不同环节分为前道测试和后道测试设备。


前道测试设备(规模86亿美元)主要用于晶圆加工环节,属于质量检测,代表为精测电子


后道测试设备(规模61亿美元)主要用于晶圆加工后的封测环节,主要为电学检测,与封测产能扩张紧密相关,代表为长川科技、华峰测控


精测电子2018年7月份成立了上海精测,开始布局半导体前道测试,目前推出了膜厚检测设备、OCD检测设备等多款产品。


前道测试设备中,膜厚测量、OCD检测占比分别为12%、10%,精测电子的膜厚测量设备已经成功小批量生产并进入长江存储生产线,OCD量测设备已取得订单并已实现交付。


在前道测试设备上,国内企业目前的竞争力较弱,处于技术、产品突破阶段。


国内三家厂商上海精测、中科飞测、上海睿励虽能拿到订单并交付,但都没有形成规模化,放量很少。

   

精测电子虽然能蹭上半导体设备的概念,但相比其他领域的一线厂商,技术、产品都没有明显优势,因此市场给予估值也一直不高。


与之相反,后道测试设备赛道的两家上市公司,长川科技、华峰测控就明显有竞争力的多。


后道测试依附于封测厂,而我国正好是封测大国,拥有 “封测三杰”——长电科技、通富微电、华天科技,因此格局比前道好很多。


随着三大封测厂商宣布扩产计划,合计投资150亿元扩充原有产线,会直接增加对国产后道测试设备的需求。

   

后道测试设备主要分为探针台、分选机、测试机(ATE),三者中,测试机市场[敏感词],价值量更高。


华峰测控聚焦测试机,长川科技分选机为主、测试机为辅。

   

华峰测控的测试机国内领先,接近世界一流水平,进入了日月光、意法半导体、长电科技等封测龙头供应链。


测试机业务上,华峰2020年营收近4亿元,是长川科技的4倍左右,公司整体毛利率为80%,也高于长川科技的50%。


由于测试机赛道好于分选机,也导致华峰测控的盈利能力明显强于长川科技,但受制于单一赛道,成长速度不如多赛道布局的长川。

(3)清洗设备

前面提到,清洗设备是目前国产化率[敏感词]的半导体设备,由于技术难度较低,是最有可能率先完成国产替代的领域。


清洗的目标是去除所有表面沾污,包括颗粒、有机物、金属和自然氧化层。


随着工艺流程延长且复杂,每个晶片在整个制造过程中需要至少超过200道清洗步骤,这也是为啥晶圆厂都这么耗水的原因。


清洗设备市场规模在35.6亿美元左右,前三名迪恩士、东京电子和泛林半导体市场率超过90%。

   

盛美股份还没上市,A股中只有北方华创、至纯科技有清洗机业务,


盛美股份是龙头,国内企业中市占率[敏感词],产品进入中芯国际、长江存储、SK海力士等企业供应链,目前正在申报科创板IPO。


至纯科技从2017年开始进入清洗设备,随后逐渐加大研发,即将进入放量阶段。


2020年,至纯科技湿法清洗设备全年出货超30台,实现收入2.18亿元,客户包括华润微、楚微、中车、燕东科技、台湾力机电等企业。


公司目前订单充足,2020年新签订单5.3亿元,排产计划已经到了2022年。

   

至纯目前的设备可实现28nm湿法工艺全覆盖,可以满足国内绝大部分晶圆厂的要求,单片清洗设备预计会在下半年批量交付,公司毛利率和净利润应该会有不小的提升。

   

为了缓解当下的缺芯危机,各大晶圆厂都在酝酿着一大波扩产计划,直接利好上游半导体设备公司。


美国不断的限制和打压,也坚定了国内半导体产业完成“去美化”、实现国产替代的决心。


在国内设计、制造、封测都在快速扩张的时候,作为上游卖铲子的设备厂商们,肯定也会迎来高速发展。


市场更加偏好平台型的北方华创,以及产品有竞争力并实现放量的长川科技、华峰测控、中微公司等企业,给了很高的估值。


而至纯科技、精测电子由于产品放量不多,目前估值较低,存在一定的预期差,未来随着产品不断量产,很可能会经历估值重塑。


考虑到大部分晶圆厂扩产项目会持续到22、23年,对设备的需求也会同步持续,设备厂商的业绩也有相应保证,景气程度或许还将继续蔓延。







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