核心觀點(diǎn)

全球半導(dǎo)體設(shè)備支出進(jìn)入上升周期。5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能以及汽車電子等新技術(shù)和新產(chǎn)品的應(yīng)用，將帶來龐大的半導(dǎo)體市場需求，行業(yè)將進(jìn)入新一輪的上升周期。半導(dǎo)體設(shè)備位于產(chǎn)業(yè)鏈的上游，其市場規(guī)模隨著下游半導(dǎo)體的技術(shù)發(fā)展和市場需求而波動。根據(jù)SEMI預(yù)測，2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模達(dá)創(chuàng)紀(jì)錄的689億美元，同比增長16%，2021年將達(dá)719億美元，同比增長4.4%，2022年仍舊保持增長態(tài)勢，市場將達(dá)761億美元，同比增長5.8%。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，中國成為*大半導(dǎo)體設(shè)備市場。中國憑借低勞動力成本的優(yōu)勢，不斷引進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)，加大半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)，逐步承接了半導(dǎo)體低端封測和晶圓制造業(yè)務(wù)。隨著全球電子化進(jìn)程的開展，下游產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，不斷推動中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)興旺。中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模在全球的占比逐年提升，SEMI預(yù)計(jì)2020年中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模將達(dá)181億美元，同比增長34.6%，成為全球*大的半導(dǎo)體設(shè)備市場。在2020年晶圓廠密集的資本支出之后，SEMI預(yù)計(jì)中國大陸2021年半導(dǎo)體設(shè)備市場將小幅回落，市場規(guī)模為168億美元，同比下降7%。

半導(dǎo)體設(shè)備市場為海外廠商壟斷，國產(chǎn)設(shè)備企業(yè)奮起直追。2019年國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為161.82億元，中國大陸2019年半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模134.5億美元，國產(chǎn)化率約17%，具備較大國產(chǎn)替代空間。在當(dāng)前美國持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)和設(shè)備封鎖的情況下，半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)替代步伐正在加快。國產(chǎn)設(shè)備企業(yè)在政策和資金大力支持下，在刻蝕、薄膜沉積、測試等多個領(lǐng)域不斷取得突破。

國產(chǎn)刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備和測試設(shè)備有望成為半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化先鋒。中微公司和北方華創(chuàng)分別在CCP和ICP刻蝕設(shè)備領(lǐng)域取得突破，部分產(chǎn)品已進(jìn)入先進(jìn)制程生產(chǎn)線驗(yàn)證；北方華創(chuàng)在PVD領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了國產(chǎn)**薄膜制備設(shè)備零的突破，設(shè)備覆蓋了90-14nm多個制程，沈陽拓荊CVD設(shè)備成功進(jìn)入長江存儲生產(chǎn)線。華峰測控模擬測試機(jī)國內(nèi)市占率已達(dá)60%，后續(xù)SOC項(xiàng)目推進(jìn)可能為公司帶來新的增長空間。

1. 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈解析

半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體產(chǎn)品按照功能區(qū)分可以分為集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器等四大類。其中集成電路是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心，根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)，2020年集成電路市場規(guī)模占到了半導(dǎo)體市場的82%。

圖1：全球半導(dǎo)體市場規(guī)模

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈可按照主要生產(chǎn)過程進(jìn)行劃分，整體可分為上游中游下游。以半導(dǎo)體中占比*高的集成電路產(chǎn)業(yè)為例，上游包括半導(dǎo)體材料、生產(chǎn)設(shè)備、EDA、IP核。EDA，即電子設(shè)計(jì)自動化（Electronics Design Automation），主要包括設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)軟件。IP核（Intellectual Property Core）提供已經(jīng)完成邏輯設(shè)計(jì)或物理設(shè)計(jì)的芯片功能模塊，通過授權(quán)允許客戶將其集成在IC設(shè)計(jì)中。中游包括設(shè)計(jì)、制造、封測三大環(huán)節(jié)。下游主要為半導(dǎo)體應(yīng)用，主要包括3C電子、醫(yī)療、通信、物聯(lián)網(wǎng)、信息**、汽車、新能源、工業(yè)等。

1.1.半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)運(yùn)作的兩種模式：IDM和垂直分工模式

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)運(yùn)作主要有兩種模式，即IDM模式和垂直分工模式。如前文所述，半導(dǎo)體整個制造過程主要包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測試三大環(huán)節(jié)。所謂IDM（Integrated Device Manufacture）模式，即由一個廠商獨(dú)立完成芯片設(shè)計(jì)、制造和封裝三大環(huán)節(jié)，英特爾和三星是全球*具代表性的IDM企業(yè)。另一種模式為垂直分工模式，即Fabless（無晶圓制造的設(shè)計(jì)公司）+Foundry（晶圓代工廠）+OSAT（封裝測試企業(yè)），F(xiàn)abless是指專注于芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，只負(fù)責(zé)芯片的電路設(shè)計(jì)與銷售，將生產(chǎn)、測試、封裝等環(huán)節(jié)外包的設(shè)計(jì)企業(yè)，代表企業(yè)有高通、英偉達(dá)、AMD等；Foundry即晶圓代工廠，指只負(fù)責(zé)制造、封測的一個或多個環(huán)節(jié)，不負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)，可以同時為多家設(shè)計(jì)公司提供服務(wù)的企業(yè)，代表企業(yè)有臺積電、中芯國際等。OSAT指專門從事半導(dǎo)體封裝和測試的企業(yè)。

在臺積電成立以前，半導(dǎo)體行業(yè)只有IDM一種模式。IDM模式的優(yōu)勢在于資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢，以及具有較高的利潤率。IDM模式貫穿整個半導(dǎo)體生產(chǎn)流程，不存在工藝流程對接問題，新產(chǎn)品從開發(fā)到面市的時間較短，且因?yàn)楦采w前端的IC設(shè)計(jì)和末端的品牌營銷環(huán)節(jié)，具有較高的利潤率水平。但其公司規(guī)模龐大、管理成本和運(yùn)營費(fèi)用較高，同時半導(dǎo)體生產(chǎn)需要龐大的資本支出，使得行業(yè)內(nèi)只有極大的幾家IDM企業(yè)能夠生存。

半導(dǎo)體制造業(yè)具有明顯的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，擴(kuò)大規(guī)模可以顯著降低單位產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)競爭力，降低產(chǎn)品價格，垂直分工模式應(yīng)運(yùn)而生。一方面，垂直分工模式使得Fabless投資規(guī)模較小，運(yùn)行費(fèi)用較低，因此涌現(xiàn)出了大量的上等的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)。另一方面，F(xiàn)oundry能夠*大化的利用產(chǎn)能，提高資本支出的收益率。但垂直分工模式可能會因芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)無法順利協(xié)同，導(dǎo)致芯片從設(shè)計(jì)到面市的時間過長，給芯片設(shè)計(jì)廠商造成損失。

1.2.硅片制造

半導(dǎo)體設(shè)備主要應(yīng)用在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的晶圓制造和封裝測試環(huán)節(jié)。硅片制造是半導(dǎo)體制造的基礎(chǔ)大環(huán)節(jié)，硅片制造主要通過硅料提純、拉晶、整型、切片、研磨、刻蝕、拋光、清洗等工藝將硅料制造成硅片，然后提供給晶圓加工廠。

半導(dǎo)體工業(yè)中有兩種常用方法生產(chǎn)單晶硅，即直拉單晶制造法（CZ法）和懸浮區(qū)熔法（FZ法）。CZ法是硅片制造常用的方法，它較FZ法有較多優(yōu)點(diǎn)，例如只有CZ法能夠做出直徑大于200mm的晶圓，并且它的價格較為便宜。CZ法的原理是將多晶硅硅料置于坩堝中，使用射頻或電阻加專線圈加熱熔化，待溫度超過硅的熔點(diǎn)溫度后，將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩等徑等步驟，完成一根單晶硅棒的拉制。

圖2 半導(dǎo)體單晶硅棒拉晶設(shè)備

單晶生長爐是生產(chǎn)單晶硅的主要半導(dǎo)體設(shè)備。目前全球的單晶生長爐主要由美國Kayex、德國PVATePla、日本Ferrotec等企業(yè)供應(yīng)，國內(nèi)的單晶生長爐企業(yè)主要包括晶盛機(jī)電、南京晶能、連城數(shù)控等。

單晶硅棒完成后，還需要經(jīng)過一系列加工才能得到硅片成品，主要涉及的半導(dǎo)體設(shè)備有切片機(jī)、研磨機(jī)、濕法刻蝕機(jī)、清洗機(jī)、拋光機(jī)和量測機(jī)。目前上述硅片加工設(shè)備主要由日本、德國和美國廠商提供，國內(nèi)僅有晶盛機(jī)電等少數(shù)廠家推出了部分硅片加工設(shè)備，市場占有率較低。