(報告出品方/作者:申萬宏源研究,袁航、駱思遠)
1.半導體封測設備:景氣向上,行業新一輪擴容封裝測試屬于芯片制造的后道工序,主要是將晶圓廠完成的晶圓片切割成裸片,并進行封裝和測試,最后輸出芯片成品給芯片設計公司。產業鏈橫向來看,封測是我國在半導體行業中全球市場份額較高的一個環節。封測廠商也需要投資大量的專用設備,一般占半導體設備整體市場的15%。后道工廠的資本和研發投入雖然相對于前道晶圓廠較小,但先進封裝工藝也需大量專用設備和工藝支持。
IC封測分為封裝與測試兩個環節:(1)封裝環節將集成電路與引線框架上的集成電路焊盤與引腳相連接以達到穩定驅動集成電路的目的,并使用塑封料保護集成電路免受外部環境的損傷;(2)廣義的半導體測試工藝貫穿集成電路設計、制造、封測三大過程,是提高集成電路制造水平的關鍵工序之一。封測環節的測試工藝特指后道檢測中的晶圓檢測(CP)及成品檢測(FT)。
中國大陸封測行業已進入第一梯隊。封裝和測試工廠主要建立在中國大陸和中國臺灣地區,其他一些新封測工廠設施基地大多設置在東南亞等人力成本較低區域。產業鏈橫向對比來看封測為我國在半導體行業中全球市場份額較高環節,2019年中國OSAT廠商合計擁有全球38%的市場份額,且這些廠商已經展開了全球化布局,超過30%的制造設施都新建在中國之外。
根據Chipinsights數據,2020年前十大封測公司相比2019年產業集中度進一步加劇,CR10占OSAT營收的84%,較2019年83.6%增加0.4pcts。根據總部所在地劃分,前十大封測公司中,中國臺灣地區有五家(日月光、力成、京元電、南茂、頎邦),市占率為46.26%,較2019年43.9%增加2.3pcts;中國大陸有三家(長電科技、通富微電、華天科技),市占率為20.94%,較2018年20.1%增加0.84pcts;美國一家(安靠),市占率為14.62%,較2018年持平;新加坡一家(聯合科技),市占率為2.15%;營收增速前兩名分別為通富微電(30.46%)、長電科技(19.09%)都是中國大陸廠商,主要來源于先進封裝的增長。隨著并購的不斷發生以及行業競爭加劇,行業集中度預計呈現進一步提升趨勢。
封測行業的高速發展,帶動我國半導體設備規模快速成長。根據中國半導體行業協會(CSIA),我國半導體封測行業銷售收入從2011年的976億增長至2020年的2510億元,年復合增長為11.1%。2020年大陸封測企業數量已超過120家。英特爾、三星等國際知名公司陸續在我國大陸地區投資建廠,同時在集成電路產業投資基金的引導下,大陸集成電路生產線建設熱情高漲。密集的集成電路產線投資,將帶來半導體設備市場的迅速擴張。根據SEMI統計,繼2018年超過中國臺灣地區成為全球第二大市場后,2020年中國大陸地區半導體專用設備銷售規模達到187.2億美元,首次成為全球最大的半導體設備市場,銷售額同比增長39.2%。
前道制造三類主設備光刻、刻蝕、薄膜沉積+過程檢測設備投資占比高,后道封測支出比重約14%。根據SEMI數據,2020年全球半導體設備市場規模約712億美元,同比增長19.2%,其中前中道晶圓制造設備613億美元,占比86.1%。前道制造三類主設備光刻、刻蝕、薄膜沉積占比最高,合計市場規模超70%;除此之外工藝過程量檢測設備也是質量監測的關鍵,占前中道投資比重約13%;其他設備占比相對較小。2020年全球后道封裝測試設備市場規模約為98.6億美元,同比增長24.9%,合計占半導體設備支出比重約14%,在所有地區均顯示強勁增長,其中封裝設備38.5億美元,后道測試設備60.1億美元。
據SEMI預測,2021及2022年全球半導體設備市場規模將達953/1013億美元,后道設備市場規模預計將達到135.9/144.2億美元,同比增長38%/6%;其中封裝設備21/22年為60.1/63.9億美元,同比增長56.1%/6.1%,測試設備為75.8/80.3億美元,同比增長26.3%/5.9%。
根據VLSI數據,2020年全球營收規模前15大半導體設備商中測試設備和封裝設備廠商占據三分之一,其營收規模也較為可觀,包括前道過程檢測龍頭科天和日立高新,后道測試雙寡頭愛德萬和泰瑞達,封裝設備龍頭ASMPT。
測試設備廠商毛利率高,盈利能力也較強。毛利率來看,科天2020年以57.81%的毛利率位列第一,要高于排名前四的半導體設備商;后道測試的泰瑞達、愛德萬緊隨其后,毛利率分別為57.21%、56.72%;封測設備廠商ASMPT和前道設備接近;日立高新主要因包含其他業務不做比較。凈利率方面,泰瑞達、愛德萬、科天則位于中游,泰瑞達2020年以25.12%的凈利率居前,科天、愛德萬則比較接近,分別為20.96%、19.4%。
封測行業投資呈現一定程度周期性。封測行業營收呈現一定程度周期性,2019以來隨半導體景氣度提升而復蘇,作為半導體加工的最后一個重要環節,其封測出片量與半導體晶圓的出貨量變化趨勢保持一致,因此受半導體整體周期性的影響,封測行業也存在著較為明顯的周期特性。2018年后期受半導體整體周期下行影響,封測行業增速放緩。2019年二季度起,隨著半導體景氣度回升,封測行業也明顯回暖。后疫情時期,中國內地半導體封測行業的景氣度回升高于全球平均水平,這一趨勢預計將在未來兩年持續。
半導體產業景氣周期仍處于上行通道,封測行業迎來資本開支大年,設備商將明顯受益。截止3Q21,國內多家封測大廠已計劃募集資金進行擴產,其中長電科技2020年擴產項目募資50億元;通富微電2020年已定增募資32.71億元,擴產項目規劃總投資44億元,21年再次擬定增募資55億元,華天科技已定增募資51億元,用于天水、西安、昆山、南京四地工廠產能擴張;晶方科技定增募資10.29億元(擬定增14億),用于擴產12英寸TSV產能。封裝測試已成為我國半導體產業鏈中最具國際競爭力的環節,行業景氣度持續帶來封裝測試設備強勁市場需求。
2.測試設備:全流程貫穿保駕護航2.1前道過程檢測:檢測種類繁多,KLA高度壟斷
前道檢測包括量測、缺陷檢測和過程控制軟件。前道量檢測運用于晶圓的加工制造過程,它是一種物理性、功能性的測試,用以檢測每一步工藝后產品的加工參數是否達到了設計的要求,并且查看晶圓表面上是否存在影響良率的缺陷,確保將加工產線的良率控制在規定的水平之上。
由于晶圓制造工藝環節復雜,所需要的檢測設備種類繁多,因此也是所有半導體檢測賽道中壁壘最高的環節,單機設備價格較后道測試設備高,且不同功能設備價格差異也較大。前道量檢測根據測試目的可以細分為量測和檢測。量測主要是對芯片的薄膜厚度、關鍵尺寸、套準精度等制成尺寸和膜應力、摻雜濃度等材料性質進行測量,以確保其符合參數設計要求;而檢測主要用于識別并定位產品表面存在的雜質顆粒沾污、機械劃傷、晶圓圖案缺陷等問題。從價值量來看,根據SEMI數據,量測類設備和缺陷檢測類設備價值量分別占比約34%和55%。
按應用范疇劃分劃分,前道量檢測包括膜厚量測設備、OCD關鍵尺寸量測、CD-SEM關鍵尺寸量測、光刻校準量測、圖形缺陷檢測設備等多種前道量檢測設備。其中,價值量占比方面,膜厚量測設備約占12%,CD-SEM約占12%,套刻誤差量測約占9%,宏觀缺陷檢測約占6%,有圖形晶圓檢測約占34%,無圖形晶圓檢測約占5%,電子束檢測約占12%。其中,
(1)關鍵尺寸量測:監控線寬和孔徑,實現精確誤差測量半導體制程中最小線寬稱為關鍵尺寸,其變化是半導體制造工藝中的關鍵。隨著關鍵尺寸減小,容錯率變低,必須盡可能量測所有產品線寬,即突顯關鍵尺寸量測重要性。
(2)薄膜厚度量測:厚度、反射率、密度量測,鑒定和監控不同薄膜層在整個制造工藝中硅片表面有多種不同類型的薄膜,包含金屬、絕緣體、多晶硅、氮化硅等材質。晶圓廠為生產可靠性較高的芯片時薄膜質量成為提高成品率的關鍵,其中薄膜厚度、反射率、密度等都須要進行精準量測。
(3)圖形化晶圓檢測:比較圖像生成缺陷圖,識別物理和高縱橫比缺陷AMAT表示,隨著圖形化和幾何結構線寬的縮小,在早期技術節點不構成問題的瑕疵,現已成為“致命”缺陷,或成為影響成品率的主要因素。圖形化晶圓光學檢測可采用明場照明、暗場照明,或兩者的組合進行缺陷檢測。此外,電子束成像也用于缺陷檢測,尤其是在光學成像效果較低的較小幾何形狀中。但其進程緩慢,只應用于研發階段。
前道檢測設備領域市場集中度較高,基本被海外巨頭壟斷。市占率方面,根據Gartner數據,KLA52%,AMAT12%,Hitachi11%,Nano4%,HemesMicrovison3%,Nava2%。KLA呈現高度壟斷局面,在較高價值與技術壁壘的晶圓形貌檢測、無圖形晶圓檢測、有圖形晶圓檢測領域市占率分別達到85%、78%、72%,競爭優勢明顯,據SEMI統計2018年KLA在前道的檢測和測量市場中占比過半、穩居行業第一;應用材料為全球最大半導體設備龍頭(2020年),其產品線貫穿半導體制造生產整個流程,在半導體檢測領域產品線主要為晶圓檢測設備和CD-SEM,布局量測類設備;日立高新為日立集團下的子公司,主要布局半導體制造和檢測、科學醫療系統、儀表系統和其他工業零部件,半導體測試領域產品為CD-SEM、暗場檢測設備、宏觀檢測設備、缺陷復查顯微鏡等,主要布局量測類設備,在局部細分領域與KLA形成差異化競爭,在關鍵尺寸測量等光學設備領域保有較強競爭力。
2020年科天半導體按照營收規模為全球第五大半導體設備商,其銷售額為第四名東京電子的一半左右,但在半導體檢測設備市場KLA為全球絕對龍頭。科天半導體由KLA公司和TencorInstruments公司合并而成,位于美國加州,是一家從事半導體及相關納米電子產業的設計、制造及行銷制程控制和良率管理解決方案商。公司國際市場上的客戶占公司收入的75%以上。2019年2月,KLA以約32億美元的價格收購了以色列公司Orbotech。通過此次收購,KLA切入PCB檢測、面板檢測和特殊半導體檢測,與過程控制形成四大業務板塊。2020年公司過程控制收入47.45億美元,占比81.72%;印刷電路板、顯示和組件檢測7.27億美元,占比12.52%;特色工藝3.3億美元,占比5.67%。
營業收入持續增長,毛利水平維持高位。2015-2021年,科天營業收入呈現較快增長,CAGR達17.25%,2021年營業收入約為466.96億元,同比增長8.73%.同時,憑借行業龍頭地位與深厚技術積累,公司毛利率保持較高水平,2015-2021年維持在約60%水平。
中國大陸已成為公司最大市場。KLA業務網絡遍及全球,2021年公司中國大陸地區營收占比26.47%,中國臺灣營收占比24.43%,成為公司前兩大市場。伴隨著中國半導體行業的快速發展,公司中國大陸及中國臺灣地區營收規模快速增長,充分受益于行業高景氣。
目前,本土檢測企業與國外企業差距仍較大,國內晶圓廠對國外品牌設備依賴性強,但經過多年的研發與技術沉淀部分企業有望實現局部突圍。其中,上海精測和睿勵科學主要聚焦于膜厚及OCD量測,已獲國內一線存儲廠商重復訂單;中科飛測產品以形貌測試為主,已進入國內多家生產線,晶圓表面顆粒檢測機成功進入中芯國際生產線,智能視覺檢測系統成功進入長江存儲生產線,橢偏膜厚量測儀進入士蘭微生產線;東方晶源主攻EBI和CD-SEM領域,產品已實現交付,填補了國內空缺的關鍵領域;賽騰股份通過并購Optima,切入國內半導體前道缺陷檢測設備領域。本土企業逐漸形成了量測領域切入,向檢測等較高難度領域延伸的國產替代突圍之勢。(報告來源:未來智庫)
2.2第三方檢測:臺資優勢顯著,本土企業方興未艾
第三方檢測廣泛應用于設計驗證階段,涵蓋可靠性分析RA、失效分析FA、晶圓材料分析MA、信號測試、芯片線路修改等,其中較重要的環節包括可靠性分析、失效分析等。廣義上的第三方檢測服務可以進一步分為針對半導體設計企業的實驗室測試服務和針對制造和封測環節企業的***晶圓/成品測試服務等,本章主要討論實驗室檢測或稱特性測試。
可靠性指器件在規定條件下、規定時間內完成規定功能的能力。在可靠性的基礎上,第三方實驗室對半導體器件進行失效分析,確定其失效模式、失效機理及修改模式等,為半導體設計公司等提供檢測結果和建議。根據電測結果,失效模式包含開路、短路或漏電、參數漂移、功能失效等;根據失效原因,失效模式可以分為電力過應、靜電放電導致的失效、制造工藝不良導致的失效等。
電子元器件應用不斷廣泛,對產品可靠性要求不斷提高,電子元器件在研制、生產和使用過程中的失效分析日益關鍵。
(1)在電子元器件的研制階段,可以通過失效分析糾正設計和研制中的錯誤,縮短研制周期;
(2)在電子元器件的生產、測試和使用階段,可以通過失效分析查找失效原因、判定失效的責任方;
(3)根據分析結果,生產廠可以改進元器件的設計和工藝,用戶可以改進電路板的設計、改進器件和整機的測試和使用的環境參數或者改變供貨商。
目前實驗室第三方檢測所需的物理分析儀器主要包括X射線檢測儀、程控ESD試驗臺、聚焦離子束設備(FIB)、掃描電子顯微鏡(SEM)、集成電路測試驗證系統、電子束微探針(EBT)、光輻射顯微鏡、紅外熱像儀、俄歇電子譜儀(AES)、掃描聲學顯微鏡(SAM)、內部氣氛分析儀(IVA)等分析設備和性能測試設備。
臺資優勢顯著,大陸企業方興未艾。半導體第三方實驗室檢測市場起源于中國臺灣,目前國內市場中市占率較高的企業有宜特科技、閎康科技、中國賽寶、勝科納米等,其中宜特科技、閎康為中國臺灣企業,2020年1月蘇試試驗完成收購上海宜特檢測切入該領域,中國賽寶、勝科納米均處于未上市狀態。大陸第三方檢測公司起步較晚,收入規模較臺資企業尚小,但毛利水平具備優勢。2020年閎康科技、宜特科技、蘇試試驗第三方檢測板塊營業收入分別為7.11億元、7.06億元、1.70億元;毛利率分別為29.63%、27.57%、43.83%。
2.3后道檢測:雙寡頭絕對壟斷,國產設備仍需突破
后道檢測為電性能的檢測,主要聚焦于檢測批次產品的質量。以確保合格產品進入封裝環節與市場,并改進設計、生產、封測工藝,以提高良率及產品質量。后道檢測貫穿于半導體制造始末,可以有效降低封裝成本。據SEMI數據,后道測試設備市場規模2020年為60.1億美元,并預測2021/2022年為75.8/80.3億美元,同比增長26.3%/5.9%。從設備分類來看,根據SEMI2018年數據,測試機、分選機、探針臺的份額分別約為63.1%、17.4%、15.2%。
后道檢測主要可以分為CP晶圓測試、FT芯片成品測試兩個環節。1)CP晶圓測試:通過探針扎取芯片,將各類信號輸入進芯片,再通過抓取芯片的輸出響應,計算、測試晶圓的性能。該環節發生在晶圓完成后、封裝前,主要任務為挑揀出不合格裸片,統計晶圓上的管芯合格率、不合格管芯的確切位置,最終反映出晶圓的制造良率。CP晶圓測試環節主要使用的設備為探針臺、測試機。2)FT芯片成品測試:FT測試即為終測,由于經歷后道工序的電路有損壞的風險,因此在封裝后要根據測試規范對電路成品進行全面的性能檢測。該環節發生在芯片封裝后,主要任務為挑選出合格的成品電路,根據器件性能的參數指標進行分級,并記錄各級的器件數以及各種參數的統計分布情況。
2.3.1測試機
測試機:芯片功能的檢測設備,后測環節核心儀器。在測試環節中,測試機占據著最為重要的地位,主要通過計算機自動控制,實現對半導體器件的電路功能、電性能參數的檢測。由于目前客戶對集成電路應用程序定制化、測試精度、響應速度方面越來越高的要求,測試機的技術要求也相應有所提高,從1960年開始,測試機已從最初針對簡單的、低芯片引腳數的低速測試系統發展到適用于超大規模、復雜結構集成電路的高速測試系統,技術壁壘較高。
全球測試市場高景氣持續,產能向國內轉移。據VLSIResearch預測,受益于下游芯片需求強勁帶來的封測廠產能擴張,全球測試機市場將繼續維持較高景氣,2020年半導體測試市場將達61億美元,同比+10%,2021年有望達到69億美元。國內市場方面,據賽迪顧問預測,2020年中國半導體測試設備市場規模將達64億元,同比+5.78%。隨著國內封測廠陸續投入新產線以實現產能的配套擴張,封測產能向大陸集中將持續帶動國內半導體測試設備市場高速增長。
而對于我國而言,高端芯片國產化程度較低,被測產品集成度、復雜度高,測試功耗大,整體技術壁壘較高,因此SoC測試設備占比不大,國內測試機市場結構與全球市場產生了較大差異。根據賽迪顧問數據,2018年國內測試機市場規模為36.0億元,存儲器測試機和SoC測試機分別占比43.8%、23.5%,為主要的測試機類別。目前,模擬/混合測試機已實現國產替代,根據2020年銷售額測算,華峰測控與長川科技的市占率合計已超過80%;而SoC測試機方面,我們認為未來國產替代將逐漸從低端市場轉向高端市場,隨著國產化替代在高端芯片市場的持續放量,測試機市場結構有望發生改變,SoC測試機國產市場空間廣闊。
雙寡頭壟斷格局穩固,市場高度集中。目前全球與國內半導體測試設備市場中,泰瑞達(Teradyne)與愛德萬(Advantest)均占據壟斷地位,主要產品為SoC與存儲器測試機。由于雙寡頭產品線豐富、技術領先顯著,2018年合計在全球、中國市場份額中分別占到90%、82.0%。中國的華峰測控與長川科技為國內規模最大的兩家企業,產品以模擬/混合測試系統為主,分別占中國集成電路測試機市場份額的6.1%和2.4%。下文將主要通過復盤測試機龍頭泰瑞達與愛德萬,分析測試機市場未來發展方向。
2.3.2探針臺
探針臺:晶圓輸送與定位任務的承擔者,檢測半導體芯片電、光參數的關鍵設備。CP測試環節中,探針臺首先將晶圓移動至晶圓相機下,確定晶圓的坐標位置;再將探針相機移動至探針卡下,確定探針卡的坐標位置,當確定二者位置后,即通過載片臺將晶圓移動至探針卡下實現對針。其按不同功能可以分為高溫探針臺、低溫探針臺、RF探針臺、LCD探針臺等,當晶圓依次與探針接觸完成測試后,探針臺記錄參數特性不符合要求的芯片,并在進入后序工序前予以剔除,以保障質量與可靠性,降低器件的制造成本。
據SEMI預測,2020年全球的探針臺市場規模約為42.96億元。由于半導體設備需求與半導體芯片出貨量息息相關,在5G、物聯網等因素的催化下,半導體芯片出貨量維持較高規模,半導體設備市場規模將穩步提升,探針臺市場規模在2021、2022年有望達到51.56億元、59.29億元。
2.3.3分選機
分選機:進行芯片篩選、分類的設備。在FT測試環節中,分選機負責將輸入的芯片按照系統設計的取放方式運輸到測試機上完成電路壓測,并根據測試結果對芯片進行取舍和分類。根據系統結構可將分選機分為三大類別,分別為重力下滑式(Gravity)分選機、轉塔式(Turret)分選機、平移拾取和放置式(PickandPlace)分選機。
競爭格局相對分散,國產替代有望突破。據SEMI預測,2020年分選機全球市場規模約為9.3億美元,與測試機、探針臺相比,競爭格局較為分散,前五大企業為科休、Xcerra(已被科休收購)、愛德萬、鴻勁精密和長川科技,2018年CR5為59%,市場規模最大的科休份額為21%,國內企業長川科技占比2%。目前,長川科技、金海通等國產企業不斷加大研發投入,并已經實現技術突破,將在分選機等領域不斷實現國產替代;未來分選機將向增加并行工位、整合溫度控制等方向進一步迭代發展。(報告來源:未來智庫)
3.封裝設備:先進封裝帶來國產化機遇3.1多環節高要求,關鍵節點亟待突破
傳統封測主要實現對芯片的保護和電信號的對外連接,具體加工環節包括磨片、劃片、裝片、鍵合、塑封、去飛邊、電鍍、打印、切筋和成型、外觀檢查、成品測試、包裝出貨等,完成從晶圓到芯片出廠的過程。前段工藝中,主要包括磨片、晶圓切割、貼片、引線鍵合等,對應的設備有減薄機、劃片機、貼片機、引線焊接/鍵合設備等;后段工藝中,主要流程包括塑封、電鍍、切筋/成型等環節,對應的設備主要為塑封設備、電鍍設備、切筋/成型設備等。
先進封裝則進入到晶圓級領域,將多顆晶圓通過堆疊、硅通孔乃至異質鍵合等微納加工技術將芯片提升至系統級水平,同時實現更小的體積,更低的功耗和更高的速度。此外,在以凸點焊(Bumping)代替引線鍵合的先進封裝工藝中,還需用到倒裝機、植球機、回流爐等設備,少數先進封裝工藝還會用到包含光刻、刻蝕、電鍍、PVD、CVD等一部分前道設備。
封裝設備技術和加工制造能力是封裝行業發展的要害與瓶頸,全球封裝設備呈現寡頭壟斷格局。ASMPacific、K&S、Besi、Disco、Towa、Yamada等公司占據了絕大部分的封裝設備市場,行業高度集中。其中ASMPT為全球后道封裝設備龍頭且產品覆蓋面最廣,根據公司2020年年報封裝設備收入達8.68億美元,超50%收入來自中國大陸,根據SEMI數據測算其2020年市場份額約23%;
K&S是全球泛半導體封裝設備龍頭,2020年泛半導體封裝設備收入為4.62億美元,超50%收入來自中國大陸,公司主要優勢設備在引線鍵合,貼片機也有涉及;BESI為貼片機龍頭,塑封設備和切筋成型設備也有涉及,根據CIC數據預計以收入口徑其2021年先進封裝貼片機占全球32%,晶圓級封裝貼片機占45%;日本DISCO在后道工藝的減薄和劃片都占據絕對份額,根據GlobalNet數據公司劃片機2020年份額約71.3%。
3.2從頭部OSAT廠擴產看封裝設備投資趨勢
我們本章根據各公司公告詳細統計了2020年起國內頭部OSAT廠擴產采購設備的情況,主要公司有長電科技、通富微電、華天科技、晶方科技。
1、長電科技
長電科技于2020年發布定增公告,擬募集資金不超過50億元。其中“年產36億顆高密度集成電路及系統級封裝模塊項目”擬投資金額約29億元,建設期3年,位于江陰D3廠區;“年產100億塊通信用高密度混合集成電路及模塊封裝項目”擬投資金額22.1億元,建設期5年,位于宿遷廠區。
1)年產36億顆高密度集成電路及系統級封裝模塊項目:總投入金額約29億元,其中設備購置費約23.54億元,投資占比81.2%,該項目共需購置主要工藝設備儀器1780臺(套)。其中進口設備1095臺(套),進口設備購置費折合人民幣約22.86億元,國產設備685臺(套),國產設備購置費約6821.15萬元。
2)年產100億塊通信用高密度混合集成電路及模塊封裝項目:總投入金額約22.15億元,其中設備購置費約15.6億元,投資占比70.44%,該項目共需購置主要工藝設備儀器2010臺(套)。其中進口設備1640臺(套),進口設備購置費折合人民幣約11.97億元,國產設備370臺(套),國產設備購置費約3.63億元。
2、通富微電
通富微電于2020年發布定增公告,擬募集資金不超過40億元。其中“集成電路封裝測試二期工程項目”擬投資金額約25.8億元,建設期3年,位于蘇通廠區;“車載品智能封裝測試中心建設項目”擬投資金額11.8億元,建設期3年,位于崇川廠區;“高性能中央處理器等集成電路封裝測試項目”擬投資金額6.28億元,建設期2年,位于超威蘇州廠區;
1)集成電路封裝測試二期工程項目:總投入金額約25.8億元,其中設備購置費約19.87億元,核心設備投資占比77%,該項目共需購置主要工藝設備儀器1612臺(套)。其中進口設備1520臺(套),進口設備購置費折合人民幣約19.41億元,國產設備92臺(套),國產設備購置費約4566.56萬元。
2)車載品智能封裝測試中心建設項目:總投入金額約11.8億元,其中設備購置費約7.94億元,投資占比67.25%,該項目共需購置主要工藝設備儀器682臺(套)。其中進口設備537臺(套),進口設備購置費折合人民幣約6.95億元,國產設備145臺(套),國產設備購置費約9839萬元。
3)高性能中央處理器等集成電路封裝測試項目:總投入金額約6.28億元,其中設備購置費約4.37億元,投資占比69.52%,該項目共需購置主要工藝設備儀器300臺(套)。全部為進口設備。
3、華天科技
華天科技于2021年發布定增公告,擬募集資金不超過51億元。其中“集成電路多芯片封裝擴大規模項目”總投資11.58億元,建設期3年,位于天水廠區;“高密度系統級集成電路封裝測試擴大規模項目”總投資11.50億元,建設期3年,位于西安廠區;TSV及FC集成電路封測產業化項目”總投資9.83億元,建設期3年,位于昆山廠區;“存儲及射頻類集成電路封測產業化項目”總投資15.06億元,建設期3年,位于南京廠區。
1)集成電路多芯片封裝擴大規模項目:總投入金額約11.58億元,其中設備購置費約9.93億元,核心設備投資占比85.77%,該項目共需購置主要工藝設備儀器1765臺(套)。其中進口設備1533臺(套),進口設備購置費折合人民幣約9.39億元,國產設備232臺(套),國產設備購置費約5461.6萬元。
2)高密度系統級集成電路封裝測試擴大規模項目:總投入金額約11.5億元,其中設備購置費約10.37億元,核心設備投資占比90.13%,該項目共需購置主要工藝設備儀器1441臺(套)。其中進口設備1064臺(套),進口設備購置費折合人民幣約9.14億元,國產設備377臺(套),國產設備購置費約1.23億元。
3)TSV及FC集成電路封測產業化項目:總投入金額約9.83億元,其中設備購置費約9.35億元,核心設備投資占比95.12%,該項目共需購置主要工藝設備儀器481臺(套)。其中進口設備214臺(套),進口設備購置費折合人民幣約3.49億元,國產設備267臺(套),國產設備購置費約5.86億元。
4)存儲及射頻類集成電路封測產業化項目:總投入金額約15.06億元,其中設備購置費14.22億元,核心設備投資占比94.39%,該項目共需購置主要工藝設備儀器1448臺(套)。其中進口設備1141臺(套),進口設備購置費折合人民幣約13.42億元,國產設備307臺(套),國產設備購置費約7945萬元。
4、晶方科技
晶方科技于2020年發布定增公告,擬募集資金不超過14.02億元,用于新建集成電路12英寸TSV及異質集成智能傳感器模塊項目。該項目擬投資總額14.02億元,其中設備購置費12.24億元,投資占比87.3%,進口設備投資金額約7.98億元,主要包括12寸步進曝光機、12寸等離子刻蝕機、12寸等離子氣相沉積機、12寸全自動對位壓合一體機、12寸涂布顯影一體機等設備;國產設備投資金額約4.26億元,主要包括12寸步進曝光機、12寸等離子氣相蝕刻機、12寸離心旋轉涂布機、12寸自動密封溫控烘烤裝置、12寸高精度顯影機、12寸超聲噴涂機等設備。公司擬采購設備國產化率相對較高主要因其投產項目為晶圓級先進封裝,測算為34.8%。
4.與封測廠商共同成長,國產浪潮推動設備發展中國大陸的集成電路封測環節發展成熟度好于晶圓制造環節,但封裝設備與測試設備國產化率均遠低于晶圓制程設備的國產化率。國內缺乏知名的封裝設備制造廠商,也缺乏中高端測試設備供應商,從前文可看出尤其是封裝設備的國產突破還需產業鏈及政策重點培育。我們認為一方面是產業政策支持(02專項)主要集中在晶圓廠、封測廠、前道設備,而封測設備覆蓋較少,缺少來自下游客戶的驗證機會;另一方面因貿易限制,先進的前道設備是重災區,而對于封裝測試進口限制較少。我們從中國大陸的2021年半導體設備進口來看,其中封測設備和前中道設備相似,依然保持較大需求。
短期來看,封測廠擴產浪潮帶來國產化提速機遇。2020年以來,我國封測廠產能持續擴張,國產替代需求不斷提升,本土半導體設備廠商直接受益。據上文測算,長電科技、通富微電、華天科技、晶方科技募投項目國產化率分別為12.3%、4.5%、18.6%、34.8%,擴產浪潮帶動上游封測設備產值不斷擴張,同時,也帶來了高速增長的國產化設備需求,為國產化設備帶來了結構性替代的機會。在設備廠積極研發創新的環境下,國產設備實力有望進一步提升,從而更好地匹配上游封測廠要求。
長期而言,封測廠對于供應鏈安全、協同的要求推動國產化長足發展。目前,中芯國際等大廠已渡過良率爬坡階段,后續將以成熟制程為主,具備封測設備替代的能力。如模擬/混合測試機領域已實現了國產替代,華峰測控與長川科技的市占率合計超過80%。同時,出于對國產供應鏈安全、協同的考慮,國產設備低成本、認證周期短、本土服務便利、不受貿易摩擦影響等因素的重要性將進一步提升,國產化設備未來發展前景廣闊
我們主要考慮以下幾個因素進行中國半導體設備市場規模的預測:
第一,根據SEMI數據2016-2020年5年間中國半導體設備市場CAGR為23.71%,全球為11.37%,中國半導體設備市場蓬勃發展,基本為兩倍行業增速;第二,參照中國大陸占全球半導體設備比例,我們認為未來國產設備貢獻占比將逐漸提升。基于以上兩個判斷,我們認為中國市場整體增速將繼續超過全球,假設中國2021-2025年24%的年化增速,2026-2030年10%的年化增速;假設全球2023-2025年12%的增速,2026-2030年10%的增速。
細分市場方面,2016-2020年后道測試市場規模CAGR為10.88%,我們認為受益于下游需求釋放,市場擴張將會有所提速,復合增速達14%。另外,我們假設測試機、探針臺、分選機比例相對穩定,分別為63%、15%、18%;其中ATE市場上,由于華峰測控、長川科技等均在持續布局SoC測試機,未來市場規模將進一步擴大,比例向海外進一步靠攏。我們預測2021-2025年SoC測試機、存儲器測試機、模擬/混合測試機市場份額分別30%、43%、13%。
國產化率方面,根據中國電子專用設備工業協會(CEPEA)的統計數據,2020年國產半導體設備自給率約為17.5%。如果僅考慮集成電路設備,國內自給率僅有5%左右,在全球市場僅占1-2%。
5.重點公司分析5.1華峰測控:領跑測試機,布局SoC打開成長空間
華峰測控是我國前三大半導體封測廠商模擬測試領域的主力測試平臺供應商,也是為數不多進入國際封測市場供應商體系的中國半導體設備廠商,產品外銷至中國臺灣、美國、歐洲、韓國、日本等境外半導體產業發達地區。公司產品聚焦于模擬和混合信號測試設備領域,目前正在逐漸推進SoC測試和大功率測試領域布局。
前瞻布局SoC、GaN測試設備,成長空間廣闊。公司在壁壘較高的SoC測試機、GaN測試機領域提前布局,在已有平臺延伸進行研發與整合,開拓數字和射頻SoC技術、GaN測試技術,從而加速滲透下游市場。目前,兩大領域國產化率水平仍較低,公司業務具有持續放量的市場空間,在渡過2021-2022年放量元年及爬坡階段后,有望成為公司第二成長曲線。
2020年公司實現營收3.96億元,同比+57.06%,測試系統為最主要的收入來源,貢獻占比93%;實現歸母凈利潤1.99億元,同比+95.31%,銷售測試系統709套,同比+54.8%。2020年公司毛利率為79.75%,凈利率為50.11%,高于同行業平均水平。(報告來源:未來智庫)
5.2長川科技:后道測試設備全覆蓋,高價值產品持續突破
長川科技是國內測試產品布局全面的設備供應企業,聚焦于圍繞半導體測試設備體系內生外延進行產品平臺化布局,覆蓋長電科技、華天科技、士蘭微、日月光、德州儀器、意法半導體、三星等國內外優質客戶。主營產品包括測試機、分選機、探針臺、AOI設備和自動化設備,其中,測試機包括大功率測試機、模擬/數模混合測試等;分選機包括重力式分選機、平移式分選機、測編一體機;自動化半導體光學檢測設備包括HexaEVO系列、晶圓光學檢測iFocus系列、Sort系列;自動化設備包括指紋模組系列、攝像頭模組系列。
高價值量產品迭代,產品線積極拓展。公司不遺余力持續打造高價值單品,SoC測試機領域,2018年推出數字測試機D9000后持續迭代更新,新一代產品逐漸實現量產;分選機方面,公司由重力式分選機向價值量更高的平移式分選機逐漸迭代;探針臺方面,公司成功開發了我國首臺全自動超精密探針臺CP12,在高端探針臺領域有所突破。高價值量及高端產品布局有望驅動公司毛利進一步提升,為公司帶來更多成長空間。
5.3光力科技:外延布局劃片設備,業務轉型加速國產替代
光力科技主營業務涵蓋半導體封測裝備、傳統安全生產監控裝備兩大板塊,半導體封測裝備新興業務為當前重點布局方向。外延布局半導體封測設備,并購ADT迎新業績增長點。公司通過并購全球第三大切割劃片機制造企業ADT實現對半導體劃片設備的前沿布局,并進一步推動該領域的國產替代。同時,根據2021年1月公告,公司擬定增5.5億元擴產年產300套的半導體精密劃片設備及系統,且本次募投項目產品已獲得華天科技、積高電子、甬矽電子、記憶科技等二十多家客戶DEMO訂單,目前已有多臺設備在客戶處進行演示及試用。
5.4新益昌:LED固晶機龍頭,切入半導體后裝市場
新益昌是國內LED固晶機、電容器老化測試智能制造裝備領軍,在固晶設備領域,公司2018年位居全球第三。目前,公司成功介入半導體固晶機和鋰電池設備領域。介入半導體固晶機新領域,外延豐富產品矩陣。公司作為LED固晶機領域龍頭,在產品研發及技術方面優勢顯著,充分具備切入半導體固晶機市場的技術基礎。同時,公司借力半導體固晶機,通過外延并購開玖自動化設備公司(焊線機)豐富產品列陣,進一步提升盈利能力。
5.5精測電子:前后道測試全領域布局,半導體檢測蓬勃發展
精測電子是是目前國內平面顯示信號測試領域的龍頭企業,主要從事TFT-LCD(液晶顯示器)PDP(等離子體顯示器)OLED平面顯示信號測試技術的研究、開發、生產與銷售,目前,已基本形成在半導體檢測前道、后道全領域的布局。前后道檢測全領域覆蓋,半導體檢測設備持續放量。
公司產品包括模組檢測系統、面板檢測系統、OLED檢測系統、AOI光學檢測系統、TouchPanel檢測系統和平板顯示自動化設備。前道檢測方面,公司已取得國內一線客戶的批量重復訂單,首臺OCD量測設備已取得訂單并已實現交付,首臺半導體電子束檢測設備eViewTM全自動晶圓缺陷復查設備已正式交付國內客戶;后道檢測方面,已經基本實現國產化研發,在國內一線客戶實現批量重復訂單。
5.6和林微納:MEMS零部件龍頭,布局高端探針打破海外壟斷
和林微納是國內先進的精微電子零部件制造企業之一,主營業務為微型精密電子零部件和元器件的研發、設計、生產和銷售。公司主要產品包括微機電(MEMS)精微電子零部件系列產品以及半導體芯片測試設備用探針系列產品兩大板塊,在微機電(MEMS)精微電子零部件領域,公司國內少數能夠進入國際先進MEMS廠商供應鏈體系并且參與國際競爭的微型精密制造企業之一,技術優勢顯著。
高端探針產能爬坡,加大客戶導入。公司在高端基板探針等領域深度布局,有望打破海外公司在該領域的壟斷。公司前期主要通過進入英偉達供應鏈實現了后端芯片測試探針的高速發展,目前在后端芯片測試已成為英偉達、意法、亞德諾、安靠等公司的供應商,市場地位逐步穩固;同時加大對于高通、博通等龍頭客戶的開發,實現小批量出貨,其份額有望快速提升。2021年11月20日公司擬向特定對象發行股票募集資金不超過7億元,用于新項目擴產,其中包含MEMS工藝晶圓測試探針研發量產和基板級測試探針研發量產。2020年公司實現營收2.27億元,同比+21.09%;實現歸母凈利潤0.61億元,同比+373.44%。2020年公司毛利率為44.96%,凈利率為26.77%。
(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)
精選報告來源:【未來智庫】。未來智庫-官方網站