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对标应用材料,探求国产半导体设备崛起之道

泛半导体 陈杭 半导体风向标 2019-05-23

投资要点

相同点: 适时并购 重组,设备种类齐全,客户覆盖多家半导体龙头企业 。北方华创和应用材料分别作为中国和全球的半导体设备龙头,设备种类齐全,覆盖氧化、清洗、PVD、CVD、刻蚀等关键工艺;客户资源优质,北方华创向京东方、中芯国际、隆基股份等中国半导体龙头企业供应设备,应用材料主要客户为三星电子、台积电、美光、英特尔等全球半导体龙头企业。从成长轨迹上看,北方华创和应用材料均是在不断兼并重组中壮大的。北方华创由七星华创和北方微电子战略重组而成,实现资源整合和优势互补,2018 年成功整合 Akrion 清洗资源,进一步扩大清洗机市场。应用材料自成立以来收购多家以色列和意大利知名半导体设备公司,使得公司规模不断扩大,业务范围逐渐齐全。北方华创研发费用多年来一直保持在营业收入的 20%以上,2016 年这一数字更是达到了46%。应用材料 2017 年研发投入 17.74 亿美元,研发费用占营收百分比为 12.2%。


不同点: 应用材料已步入成熟期,尽享全球高市占率红利;北方华创暂处成长期,受益国内市场增量 。应用材料经过 40 年的发展已经进入成熟期,成为世界半导体设备龙头,全球市占率基本维持在 20%以上。2018-2020 年全球集成电路装备投资规模约为 650 亿美元,应用材料将稳定拥有 130 亿美元的集成电路设备营收规模,充分享受全球半导体市场存量红利。相较于应用材料,北方华创还处于成长期,市场规模极为有限,但是国内半导体市场的高速增长和设备自给化率的快速提升给北方华创带来了双重红利。国内半导体设备起步较晚,但是发展速度极为迅猛,在 14纳米刻蚀设备上与国际先进水平差距缩减为 2-3年。


对标应用材料 , 探求国产设备崛起之道 。第一,加大研发投入,提高产品性能。2016 年应用材料研发投入 15.4 亿美元,但国内 28 家厂商合计投入 3.6 亿美元,不及应用材料一家公司研发投入的四分之一。目前国产设备商盈利能力相对较弱,研发投入方面可以充分依靠政府的政策和资金支持。第二,发挥成本优势,提高服务质量。在成熟制程设备方面,国内设备商成本优势明显,国内集成商会加大半导体设备国产化替代步伐。在设备的维护、更新、升级等后期服务方面,国产设备商可以充分发挥本土优势,提供更加周到的服务,提高客户黏性。


1设备龙头是怎样崛起的- 设备龙头共性研究

1.1  适时并购重组 ,降低研发 成本 ,开拓市场空间

       北方华创科技集团股份有限公司是由北京七星华创电子股份有限公司和北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司战略重组而成,是目前国内集成电路高端工艺装备的龙头企业。而当初的七星华创则是整合原国营 700 厂、706 厂等优质资源后设立的,北方微电子则是由北京电控联合清华北大、中科院研究所设立的研究中心,北方华创将七星华创和北方微电子战略重组后则是实现资源整合和优势互补,致力于成为国际领先的高端电子工艺装备服务商。

       应用材料公司成立于 1967 年,是全球最大的半导体、显示屏生产设备和芯片制造技术服务企业。在过去的 40 多年里,应用材料不断收购 OpalTechnologies、Orbot Instruments、Oramir Semiconductor Equipment Ltd.、Etec Systems,Inc.、Baccini、Semitool Inc.、VarianSemiconductor 等知名公司,扩大公司的规模和主营业务,目前公司所涉及的领域涵盖半导体、显示屏、太阳能、柔性电子设备等领域,所提供的技术、服务、软件遍布全球知名的半导体企业。

       重组后的北方华创拥有半导体装备、真空装备、新能源锂电装备及精密元器件四个事业群,为半导体、新能源、新材料等领域提供全方位整体解决方案。公司现有四大产业制造基地,营销服务体系覆盖欧、美、亚等全球主要国家和地区。北方华创以生产销售高端集成电路装备为主业,重点发展刻蚀设(Etch)、物理气相沉积设备(PVD)和化学气相沉积设备(CVD)三大类设备,广泛应用于集成电路制造、先进封装、半导体照明(LED)、微机电系统(MEMS)等领域。北方微电子自成立以来先后得到了科技部“十五”863 集成电路制造装备重大项目及国家 02 科技重大专项的研发与产业化项目的科研资助。

       相对于北方华创来说,应用材料的主营业务更加集中一点。应用材料表面上有四大类业务,半导体装备、显示屏、太阳能光伏和应用全球服务。半导体设备业务主要负责开发、制造、销售广泛使用的半导体加工设备,用于沉积、刻蚀、离子注入、快速热处理、检测和封装等工艺过程。显示屏业务主要涉及一些用于制造 LCD 和 OLED 以及其他电视、个人电脑、平板、智能手机屏幕的柔性基板等等。尽管半导体和显示屏制造在技术上有很多相同的地方,但是两者最大的区别在于基板的大小和组成。用于制造显示屏的基板通常是玻璃。显示屏相关市场的增长主要在于消费者对高端电视和高分辨率屏幕的需求越来大。显示屏相关行业设备主要包括阵列测试、缺陷评估、CVD、PVD、柔性技术等等。全球服务主要是提供一些方案来优化设备和晶圆厂性能,包括备份、升级、服务等,以及优化早期用于半导体、平板显示设备和一些自动化软件。

       从 2017 年的营收数字来看,应用材料 2017 年半导体设备收入 95.17 亿美元,营收占比 65%,面板设备市场收入 19 亿美元,营收占比 13%,应用全球服务收入 30.17 亿美元,营收占比 21%,因此,应用材料半导体设备相关业务营收占比达到了 99%,是一个不折不扣的半导体设备企业。

       北方华创 2017 年全年营收 22.28 亿元,半导体设备营收 11.39 亿元,占比51.12%,真空设备和锂电设备营收规模较小,分别为 2 亿元和 1 亿元,电子元器件营收规模较大,达7.63 亿元,占总营收的 34.25%。


1.2  核心技术、研发实力、资本驱动三管齐下

       半导体行业由摩尔定律驱动,每隔 3 年,集成电路晶体管数量就会增加一倍,因此半导体加工工艺需要不断与时俱进,推陈出新。半导体制造是半导体产业链中资金和技术最密集的一个环节,而半导体制造工艺先进程度取决于设备,因此半导体设备商对核心技术、研发实力、资本驱动要求甚高。想要抢占市场,必须拥有核心技术;想要拥有核心技术,必须加大研发投入;想要加大研发投入,必须获得资本驱动。

       从核心技术上看,七星电子在清洗机、氧化炉、低气压化学气相沉积(LPCVD)、原子层沉积(ALD)和气体质量流量控制器(MFC)等设备方面积累了多年的技术经验。同时,北方微电子重点发展刻蚀设备(Etch)、物理气相沉积设备(PVD)和化学气相沉积设备(CVD)三大类设备。北方华创由七星电子和北方微电子重组而成,融合了两者的技术资源和研发实力,实现资源整合和优势互补。

        从研发实力上看,北方华创拥有一流的研发团队和巨额的研发投入。在半导体装备方面,专业技术人员占员工总数一半以上,硕士以上学历的员工总数占比约 30%。此外北方华创拥有海外专家 50 余人,其中“千人计划”专家 10 名,北京市“海聚工程”12 名,并拥有北京市领军人才团队、首席技师工作室、国资委优秀科技创新团队等各类管理与技术优秀人才团队。目前公司主要研发人员平均年龄 31 岁,具备充沛的精力和丰富的创造力。北方华创研发费用多年来一直保持在营业收入的 20%以上,2016 年研发投入 7.58 亿元,占营收比例46.73%,2017 年研发投入 7.36 亿元,占营收比例 33.13%。截至 2016 年 12 月底,公司获得累计授权专利 1371 项,其中发明专利 978 项,国内 911 项,国际 67 项,并在国家十二五期间完成了刻蚀机、磁控溅射、氧化炉、低压化学气相沉积、清洗机、原子层沉积等集成电路设备关键制程的攻关工作。

        从资本驱动上看,北方华创获得了国家集成电路产业基金的支持,控股比例 7.5%。2017年 5 月 17 日,北方华创收到北京市经济和信息化委员会通过北京电子控股有限责任公司拨付的国家科技重大专项“14nm 立体栅等离子体刻蚀机研发及产业化”项目经费资金 9423万元、“28-14nm 原子层沉积系统(ALD)产品研发及产业化”项目经费资金 4811 万元及“14-7nm CuBS 多工艺腔室集成装备研发及产业化”项目经费资金 4746 万元,2017 年 12月 13 日收到中关村科技园区管理委员会转入的“应用于集成电路领域的 300mm 合金炉设备研发项目”补助资金 1016 万元。

       应用材料团队成员中 30%为专业研发人员,具有一流的研发实力。在研发投入方面不遗余力,近年来研发支出年均超过十亿美元且逐年递增。2013 年研发投入 13.2 亿美元,占主营收入比例为 17.58%。随着研发边际成本的降低,从 2014 年开始研发投入的占营收的比例逐渐下降。2017 年研发投入 17.74 亿美元,占营收百分比为 12.2%。应用材料在美国和其他国家拥有大约 11900 项专利,并且正在等待新发明的额外申请。


1.3  工艺覆盖全面, 设备 种类齐全 ,客户资源优质

       中国拥有北方华创、上海微电子、沈阳拓荆、沈阳芯源等众多半导体设备商,其中北方华创的半导体设备种类最多,设备覆盖光胶处理、刻蚀、清洗、热处理、化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入等众多工艺流程。

       在全球设备巨头中,以应用材料规模最大,设备种类最多,生产的半导体设备覆盖光胶处理、刻蚀、表面处理、化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入、检测、研磨等工艺流程,除光刻工艺外,应用材料几乎可以包揽整个半导体制造工艺。

       北方华创和应用材料作为中国和全球半导体设备龙头,设备种类齐全,因此下游客户资源优质,均为中国和全球的半导体龙头企业。北方华创主要客户有中芯国际、京东方、隆基股份等,分别为中国最大的 IC、面板、太阳能光伏制造商。应用材料的主要客户有三星、台积电、美光科技、英特尔等,均为全球顶级半导体生产商。


2  北方华创和应用材料的差异性分析

2.1  应用材料已经步入成熟期 ,北方华创 仍处于成长期

       回顾应用材料的发展历程,三个不同的成长阶段表现十分鲜明。从 1972 年公司上市到1997 年之前为公司的成长期,在这一阶段,营收和股价上涨了几百倍。1997-2013 为公司的扩张期,公司以收购兼并、内部重组为重心,业绩和股价上升趋于缓和,在这 15 年的扩张期内,公司的营收仅上涨一倍,股价仅上涨 2 倍。经过扩张期 15 年的积累和蜕变,应用材料从 2013 年以后又开始发力,仅用了 4 年时间,营收规模继续上涨 1 倍,股价上涨 5 倍,应用材料进入了全面的成熟期。

       北方华创 2017 年营收 22 亿,差不多相当于应用材料 1988 年的营收体量。从营收规模和市场份额来看,北方华创目前仍处于成长期,与应用材料存在着近 30 年的差距。北方华创 2017 年营收增速达 37%,如果未来可以继续保持该营收速度,北方华创差不多 10 年后就可以达到应用材料现有的营收体量。

       对处于成长期的企业来说,营收规模增速达 37%不是一件困难的事情,应用材料在 1994、1995 年甚至达到了 53.6%、84.5%的增速。问题的关键在于北方华创是否会像应用材料那样,走出成长期以后会进入 15 年左右的扩张期,而此阶段的年均复合增长率仅为 5%。从应用材料扩张的目的来看,1997 年应用材料的市占率已经很高,营收增速开始变缓,只有通过外延并购,进入新的市场或抢占新的市场份额才能保持营收的稳定增长。

       相比之下,北方华创在国内的市场份额较高,但是在全球范围看来还是处于相当低的位置,鉴于国内半导体集成商的快速崛起叠加政府政策和经济的大力扶持,北方华创的市场份额离瓶颈期还很远。另一方面,北方华创的从成立开始就已经拥有了很全面的半导体设备体系,七星电子深耕清洗机、氧化炉、LPCVD、ALD 和 MFC 等设备方面多年,北方微电子在Etch、PVD 和 CVD 三大类设备有多年研发经验。从基础上来看,北方华创是一个起点较高的半导体设备公司,未来外延收购的主要目的大部分也是技术上的吸收和市场的扩大。从时间上看,北方华创的外延扩张可能会融合在成长期中,抑或扩张周期会缩短,进而加速进入成熟期。


2.2  市场存量利好应用材料, 北方华创受益市场增量

       半导体设备市场景气程度取决于半导体市场,应用材料作为全球半导体设备龙头,享受的是全球半导体景气红利,北方华创作为中国半导体设备龙头,享受的是部分国内半导体景气红利。

       从全球集成电路设备的投资规模来看,2015-2018 年是一个高速增长的时期,2017 年设备投资规模增幅达 30%以上,2018 年以后集成电路设备投资规模进入一个缓慢增长阶段,设备投资规模近 650 亿美元,但是同比增速将维持在 10%以下的较低水平。应用材料半导体集成电路设备市占率大约为 20%,那么集成电路设备营收规模将维持在 130 亿美元。应用材料超强的盈利能力一方面来源于全球大规模的半导体市场存量,另一方面来源于较高的半导体设备市场占有率。

       从中国集成电路设备的投资规模来看,2012 年到 2016 年中国的集成电路设备投资额稳步增加,投资额占全球比例只有 10%左右的数量级。2017-2020 年中国大陆将迎来晶圆产线建设高峰期,全球计划投入营运的 62 座新建晶圆厂中有 26 座位于中国,占新增晶圆厂的比重高达 42%。一座晶圆厂的投资中有80%为设备投入,因此 2017-2020 中国半导体设备投资额将进入高速增长阶段,同比增速超过 30%。由于全球集成电路设备总投资额增长速度有限,因此中国集成电路设备占全球的比例将大幅增加,18 年预计会超过 20%,2020 预计会超过 30%。因此国内集成电路设备虽然存量有限,但是增长空间巨大,国内设备商将充分享受增量红利。

       虽然中国的集成电路设备市场空间巨大,但是自给率依然处于低位。在晶圆制造设备细分市场上,多项核心设备市场,全球前三大设备商占有率超过 90%。例如光刻机市场阿斯麦全球占比 75.3%,加上日本的 Nikon 和 Canon,前三大全球占比 93.8%;PVD 市场,应用材料全球占比 84.9%,加上 Evatec 和 Ulvac,前三大全球占比 96.2%;刻蚀设备市场,泛林集团全球占比 52.7%。

       随着国家对集成电路产业的大力支持,中国在半导体设备国产化替代的道路上也取得一系列重要进展。刻蚀机的市场份额从 1%做到 6%;PVD 目前市场份额接近 10%,未来还有进一步扩大趋势。

       以北方华创为首的中国半导体设备商将享受国内半导体市场规摸的高速增长和设备自给化率的快速提升带来的双重红利,叠加政府强有力的政策和资金支持,北方华创将加速崛起,有望成为中国的“应用材料”。


2.3  国产设备与国际先进技术水平的差距不断缩短

       早在 20 世纪 50 年代美国便开始了集成电路生产工艺的研究,因此美国的半导体设备起步最早。随后在美国崛起了一大批优秀的半导体设备商,比如应用材料和泛林集团。中国半导体设备起步较晚,21 世纪初才开始成立七星电子、中微半导体、上海微电子等国产设备商,因此与国际设备龙头在起点上有着 20 多年的差距。近年来国产半导体设备快速发展,叠加政府的强力扶持,国产半导体设备与国际先进技术水平的差距在逐年缩小。以 02 专项实施最早的硅刻蚀机为例,于 2003 年启动时,与国外相差 20 多年的差距;2007 年北方华创的

       8 英寸等离子刻蚀机研发成功,将国内外技术差距缩减为 8 年;2011 年 12 英寸硅刻蚀机将工艺水平推进至 40 纳米,此时技术节点落后国际水平 6 年2016 年 14nm 的刻蚀机进入生产线时,技术差距基本缩小到 2-3 年。

       目前,我国集成电路设备制造已实现从无到有、从低端到中高端的突破,未来将在高端制造设备上不断缩小与国外的差距。在 14 纳米工艺方面,国内已有 9 项装备开始进入生产线步入验证。


3  对标应用材料成长哲学,探求国产设备崛起之道

3.1  持续加大研发投入 是半导体设备企业唯一生存之道

       半导体设备行业是个资金、技术密集型的行业,研发周期长,需要持续不断地进行投入。对于国产半导体设备而言,只有加强自主研发,掌握核心技术,才能在竞争中生存下来。从目前研发投入情况来看,国产设备商与应用材料差距甚大。2016 年 AMAT 研发投入 15.4 亿美元,但国内 28 家厂商合计投入 3.6 亿美元,国内主要设备企业研发投入总量还不到应用材料一家公司研发投入的四分之一。研发投入非常少;但是从研发投入占销售收入占比来看,AMAT 占比为 14%,我们的占比是 30%,相对较高,一方面是因为政府资金在支持,另一方面也反映国产半导体设备商盈利能力还处于弱势地位。

3.2  加大增强国产设备竞争力的鼓励政策

       半导体设备的研发和生产是重资本投入的过程,政府的政策和资金支持无疑可以加速半导体设备的研发进程。国务院在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中明确指出将大规模集成电路制造技术和成套工艺确定为重大专项,在科技投入和税收优惠等方面提出优惠措施。之后在 2014 年成立了半导体产业投资基金,给国产设备商带来了资金支持。未来国家应继续加大增强国产设备竞争力的鼓励政策,比如严格控制海外低端设备的引进,将市场红利移交至国内设备商。

3.3  将成本控制进行到底, 不断推进半导体设备国产化替代

       在高端制程环节,半导体设备的国产化替代短期内实现,在某些成熟制程上,国产半导体设备的性能及服务并不弱于海外设备甚至优于海外设备,但是国产设备的价格却要低于海外设备,例如单台国产测试机的单价约在 30 万元左右,而国外厂商设备的价格预计在 50 万元以上。因此国内半导体集成商为了减小成本会进行大规模的半导体设备国产化替代,成本优势作为国内设备商的重要竞争力。

3.4  发挥本土优势, 完善服务体系

       半导体设备具有服务期限持久的特点,设备售出后,后续还需要进行大量的设备维修、维护、优化、升级等。应用材料为了服务全球各地的客户,打造了一个全球分布系统来有效支持应用全球服务产业的运行。在这个系统里,大量训练有素的工程师驻扎在十几个国家和82 个地点附近,可以随时去给 34000 多台已经安装好的半导体、面板显示等加工设备提供技术方案。相较于应用材料,北方华创的客户主要分布在国内,服务成本低,因此可以充分发挥本土优势,给客户提供更完善、更便捷、更及时的增值服务,提高客户黏性与满意度,以点带面,一步步扩大半导体设备的市场份额。




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