半导体深度报告:正在崛起的中国半导体设备

科技进步推动设备投资额台阶式上升

半导体设备是半导体产业进步的核心发动机作为半导体产业的发动机,半导体设备是半导体技术迭代的基石。大型制造业的发展都需要其产业设备的发展推动,半导体产业也是如此。踏着晶体管集成度约18个月翻番的摩尔定律旋律。半导体工艺从上世纪70-80年代的3-10微米,发展至目前最先进的7nm制程,设备的进步起着至关重要的基石作用。

集成电路制造工艺复杂,所需设备种类广泛,设备精密度要求高。集成电路的制作是将在EDA软件上设计好电路图制作成掩模(Mask),然后通过众多复杂的工艺,像搭积木一般,一层一层构建在硅晶圆之上,形成裸芯片,然后进行封装测试,成为成品。整个制造流程大约涉及到300-400道工序,半导体材料、设备和洁净工程等上游产业链作为重要支撑。

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在新一轮科技创新推动下,半导体设备产业迎来加速增长

2000年以来全球设备市场发展趋势回顾:PC电脑联网时代(2000-2009):全球顶尖芯片制程能力在100~38nm,半导体

制程设备行业的市场规模位于200~300亿美元/年的平均水平。智能手机移动互联网时代(2010-2017):全球顶尖芯片制程能力在32~16nm,

半导体制程设备行业的市场规模上升到350~400亿美元/年的平均线上。

5G、人工智能和物联网时代开启(2018-2025):全球顶尖芯片制程能力达到5~10nm,半导体制程设备的市场规模有望增加到600~650亿美元/年及以上的数量级。

Semi预计,2019-2021年设备市场销售规模可达依576/608/668亿美元,随着5G推动半导体设备行业规模将创历史新高,中国地区半导体设备销售市场呈现较快增长。

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工艺制程世代升级催化新一代半导体制程设备,投资规模逐级提升

先进制程对设备需求显现日益加速增长。半导体技术制程随着摩尔定律的节奏而进步,每更新一代工艺制程,则需更新一代更为先进的制程设备。以台积电为例,每个节点的投资额迅速攀升,其中16nm制程1万片/月产能投资15亿美元,7nm制程1万片/月产能投资估计30亿美元,5nm制程1万片/月产能投资估计50亿美元,而3nm则预估需要100亿美元。

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拆分细分半导体设备投资占比,光刻、沉积、刻蚀和清洗等投资占比较高

根据SEMI历史数据,按照产业链上下游来看晶圆制造及处理设备类投资金额最大,占总设备投资的81%;封测环节设备投资约占总设备投资的15%,晶圆制造及处理设备为半导体行业中固定资产的核心。

晶圆制造设备投资中主要分为光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散\离子注入设备、湿法设备、过程检测等六大类设备,其中光刻、刻蚀和薄膜沉积设备等占比较高,光刻机约占总体设备销售额的30%,刻蚀约占20%,薄膜沉积设备约占25%(PVD15%、CVD10%)。

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全球半导体设备海外公司寡头垄断

全球半导体设备市场集中度较高,主要设备龙头CR4达57%

主要核心设备领域仍然海外厂商主导,2018年全球半导体设备厂商CR4达到57%,CR10达到78%,市场集中度相对较高。国内设备厂家在单晶炉、刻蚀、沉积、划片、减薄等环节实现逐步突破,多个中高端产业链环节依赖国外进口。

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薄膜设备(气象沉积)市场规模约145美金

CVD主要厂商为日立、Lam(泛林集团)、TEL(东京电子)、AMAT(应用材料)等占据超70%的市场。PVD被AMAT(应用材料)、Evatec、Ulvac占据90%市场份额;

国内厂商北方华创实现28nmPVD设备的突破,封装设备国产PVD市占率接近70%。CVD中的MOCVD是目前中微半导体已取得重要突破,目前已有20%的国产化率。

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显影设备:全球核心供应商为TEL(东京电子),目前国内沈阳芯源有中低端产品。

离子注入机:AMAT(应用材料)拥有约70%以上的市场,AxcelisTechnologies拥有18%市场份额,前三家包揽97%市场份额。目前国内只有凯世通和中科信有离子注入机的研发生产能力,17年凯世通已经销售太阳能离子注入机15台。

清洗设备:主要设备厂商SCREEN、东京电子、LAM合计占比88%,目前国内的盛美半导体的SAPS产品已经进入一流半导体制造商产线。北方华创整合Akrion后提供单片清洗和槽式清洗设备,已经进入中芯国际产线。至纯科技已经取得湿法清洗设备的批量订单,未来五年超过200台的订单。CMP(化学机械抛光):AMAT(应用材料)拥有70%市场份额,Ebara拥有26%

市场份额

热处理:主要厂商有AMAT(应用材料)、日立国际电气、TEL(东京电子)

去胶设备:主要厂商有PSK、Lam、日立高科技、屹唐半导体;

划片/减薄机:日本DISCO绝对垄断;

量测设备:主要包括自动检测设备(ATE)、分选机、探针台等。

前端检测设备,前三甲厂商科磊(KLA)市占率50%、应用材料市占率12%、日立高科技市占率10%,这三者累积市占率72%;

后道测试设备厂商,包括美国泰瑞达、日本爱德万占全球份额64%;分选机厂商厂商,包括科林、爱德万、爱普生等市占率高达70%;而探针台基本

由东京精密、东京电子、SEMES垄断。国内厂商长川科技测试设备主要在中低端市场,主要在数模混合测试机和功率测试机。其他包括上海睿励、中科飞测、上海精测半导体等。

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半导体设备国产化是中国半导体产业振兴的起点

回看中国改革开放的40多年,中国制造业的崛起离不开装备设备行业的国产化。国外技术绝不轻易交出标志技术及生产能力制高点的装备技术,而没有优秀的设备装备就像砍柴没有镰刀,发展及生产效率必然大打折扣。因此半导体设备国产化是中国半导体产业振兴的起点。

下游需求自主可控将拉动国产设备近千亿市场需求

近年来中国晶圆厂建设进度加快,根据芯思想研究院数据显示,新建的20家FAB中,19年上半年有2家在建厂完毕逐步投产,12家在建,4家在规划中或新增规划,2家处于停摆状态。根据上述数据测算,总计将投入约1177亿人民币,若按65%~70%为设备投资,则有约需760亿~830亿增量设备需求。

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如果按各项目如期推进,则预计到2020~2021年,中国大陆晶圆厂装机产能将达到每月400万晶圆片/月(约当8吋),过去5年产能复合成长率(CAGR)达12%,成长速度远高过所有其他地区,对设备需求量将每年拉动近千亿市场需求。

根据SEMI数据预估,未来中国区域显现更为显著的半导体设备销售增长潜力。预计2020~2021增速可达10%~16%,快于全球平均6~10%增速,中国区域迎来国产设备增长的大好时机,年市场规模可达130~160亿美金。

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中国国产替代走上核心战略,龙头公司市场空间有10倍以上

半导体设备无论是产业安全自主可控需求外,也符合产业发展根本规律。只有在设备上拥有核心技术升级与迭代能力,才能真正实现半导体制造上实现超越,国产化率是当务之急,也势不可挡。

中国设备产业未来10年,第一步将迎接中国半导体产业对设备投资需求成倍的增长,同时目标将国产化率从平均5%~10%,提升到70%~80%以上甚至更高;第二步中国设备技术能力与国际厂商同台竞技之后,实现打开国门走向世界,从追赶到超越的升华。

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从长江存储采购,看国内设备供应商进展情况

在近年来来的国产设备替代中,国内需求成为非常重要的推动力,我们下文列举了,长江存储对国内设备商的采购情况。

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全球主要半导体龙头公司及半导体设备龙头公司梳理

全球排名前50的半导体公司,目前总市值达2.08万亿美元,2018财年总收入为4218亿美元,净利润1051亿美元,平均估值20倍,最新PE(TTM)中位数31倍。

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国内外半导体设备龙头公司总市值4141亿美元,18财年总收入1233亿美元,净利润156亿美元,平均估值27倍,中位数PE(TTM)25倍。

国际上半导体设备龙头公司如ASML、AppliedMaterials以及LAM等年收入在100亿美元-200亿美元左右,相比之下国内设备龙头公司如北方华创、中微公司等年收入在10亿美金以内,差距在10倍-20倍之间。国内半导体产业的逐步崛起,将给上游带来较大的市场需求,给上游设备龙头公司带来较大的成长空间。

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