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全局角度,半导体设备的市场空间与竞争格局何在?

2019-12-01
来源:和讯名家
关键词: 半导体设备 半导体

  半导体设备" target="_blank">半导体设备供应商业务通常横跨半导体多领域,在各细分领域拥有各异的竞争优势与商业策略。那么半导体的投资机会何在?

  为获得更全面的视角,申港证券机械行业分析师夏纾雨在进门财经路演时,站在全局角度依据产业链制造顺序逐一分析市场空间与竞争格局。

  一、硅应用产业链

  01

  硅定义:应用最为广泛的半导体材料

  硅为地壳第二大丰富元素,在地壳中的含量约为27%,排名仅次于氧。20世纪60年代,以硅氧化与外延生长为前导的硅平面器件工艺形成从而带来硅集成电路的大发展。

  作为应用最为广泛的半导体材料,约99%的集成电路与约95%的太阳能电池由硅制造而成。从硅原料到硅片,主要工艺流程包括:提纯制成多晶硅→区熔法/直拉法制成区熔单晶硅/直拉单晶硅→硅片/抛光片外延片等。

  硅的同素异形体包括结晶形与无定形,其中,结晶形进一步分为单晶与多晶。熔融的单质硅凝固时硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,根据晶核晶面取向的相同与否,形成对应的单晶硅或多晶硅。多晶硅可用于制造单晶硅的原料。

  硅晶圆包括抛光片/退火片/外延片/节隔离片/绝缘体上硅片。其中:

  抛光片用量最大,为其他硅片产品二次加工的基础材料。?外延生长具有单晶薄膜的衬底晶片称为外延片。

  抛光片用氢气/氩气通过加热处理后结晶品质进一步提升称为退火片。

  绝缘体上硅指某绝缘衬底上再形成一层单晶硅薄膜或单晶硅薄膜被某绝缘层(如SiO2)从支撑的硅衬底中分开,即实现制造器件的薄膜材料与衬底材料完全分离。

  02

  电子级多晶硅应用于集成电路产业

  多晶硅材料根据纯度的不同,分为电子级多晶硅、太阳能电池级多晶硅、冶金级多晶硅。其中,电子级多晶硅的纯度要求为99.999999999%(11个9)、太阳能电池级多晶硅要求为99.9999%(6个9),划分电子级太阳能级多晶硅与否的标准为硼与磷杂质的含量。

  电子级多晶硅主要应用于芯片制造以及可控硅等。应用方面,冶金级多晶硅用于制取高纯多晶硅;太阳能电池级多晶硅应用于光伏产业,消耗量占多晶硅总量约95%以上。

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  电子级多晶硅应用于集成电路产业,下游覆盖计算机、通信、汽车电子、物联网、消费电子等,为电子设备的核心构成。

  单晶硅生长方包括直拉法与区熔法。晶体生长指将多晶块转变为单晶,并给予正确的定向与适量的N型/P型掺杂。

  直拉法:单晶硅生长的主要方法。在直拉单晶炉内向盛有熔硅坩埚中引入籽晶作为非均匀晶核,然后控制热场将籽晶旋转并缓慢向上提拉,单晶在籽晶下按籽晶方向长大。

  区熔法:分为水平区熔与悬浮区熔,制备硅单晶主要采用悬浮区熔法。

  03

  硅下游之一:集成电路产业链

  集成电路设备与材料为集成电路产业链支撑产业。设备端看,芯片制造与封测各环节均需要用使用大量半导体专用设备,包括晶圆制造设备、封装设备、测试设备、其他前端设备等,其中,光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备价值占比居前。

  半导体制造产业包括集成电路、分立器件、光电子器件、传感器四大类,其中,集成电路为半导体产业核心。根据全球半导体贸易统计组织的统计数据,2018年集成电路占总销售额比例为83.90%,半导体分立器件、光电子器件、传感器分别为5.14%、8.11%、2.85%。

  集成电路下游应用涉及PC、通信、医疗、物联网、信息安全、消费电子、新能源、汽车等多产业。根据ICInsights数据,2018年全球市场下游构成主要为计算机、通讯、消费电子、汽车电子等,占比分别为36.6%、36.4%、11.0%、8.0%;预计至2023年,通讯将超越计算机成为集成电路第一大应用领域,占比约为35.7%。

  04

  硅下游之二:太阳能光伏产业链

  光伏为多晶硅又一重要的应用行业。晶体硅太阳能光伏产业链由上游多晶硅原料采集加工;中游电池/电池组件制造;下游光伏电站系统集成运营构成。其中,上游涉及晶体硅原材料、硅棒、铸锭、硅片等;中游涉及电池片、封装、EVA胶膜、玻璃、背板、接线盒等。

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  降本增效为光伏行业贯穿始终的追求目标,高效率电池片技术受关注。根据EnergyTrend的统计数据,预计2019年全球单晶PERC产能将逾90GW。未来看,N型电池占比将逐年提升,产业受益于技术革新带来的投资机遇。

  二、半导体设备

  01

  半导体设备的定义

  半导体设备指生产半导体相关产品的专用设备。以中国电子专用设备工业协会的分类口径,半导体设备主要包括集成电路设备、光伏设备、LED设备。

  其中,集成电路设备附加值最高,包括前端集成电路制造设备与后端集成电路封测设备,最终品为应用于电子、通信等各行业领域的芯片。

  光伏设备包含硅片设备、电池片设备、组件设备等,平价上网倒逼产业链企业加快技术革新,制造设备迭代速度同步提速。另一方面,国内单晶炉、切断机、清洗机、扩散炉等均已实现国产化,国产化比例超过90%。

  LED设备相对而言技术壁垒最低,已基本实现国产化。

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  02

  全球半导体设备行业产值

  2018年全球半导体设备行业产值约1,007亿美元。赛迪研究院将全球半导体设备行业分为集成电路、光伏、新型显示、LED四类,2018年,其分别实现产值649亿美元、48亿美元、280亿美元、30亿美元,价值占比分别为64.45%、4.77%、27.81%、2.98%。

  集成电路设备价值占比最高,2018年市场规模同比增长约13.97%。作为半导体设备行业最重要的构成,2018年集成电路设备增速有所放缓。

  SEMI的统计数据显示,2018年全球集成电路设备市场规模645.3亿美元,同比增长13.97%,增速较上年同期下降23.32个百分点;其中,中国市场131.1亿美元,同比增长59.30%,为全球第二大集成电路设备市场。

  应用材料为全球半导体设备龙头。基于半导体设备销售收入口径,应用材料、阿斯麦、东京电子分别为全球半导体设备领域排名前三供应商。

  半导体设备行业市场份额高度集中,龙头企业具备绝对的领先优势。国产设备供应商在光伏、LED等领域已有较大突破,在集成电路领域全球市占率仅约1%。

  03

  国内半导体设备行业市场

  2018年我国半导体设备行业销售规模为123.78亿元。根据中国电子专用设备工业协会的统计口径,2018年我国半导体设备行业实现销售收入123.78亿元,同比增长39.1%。

  其中,光伏设备、集成电路设备、LED设备分别实现收入52.05亿元、45.10亿元,24.38亿元,较上年同期增长27.3%、58.4%、44.2%。

  光伏设备行业收入占比最高。2018年,集成电路设备、光伏设备、LED设备分别占我国半导体设备行业收入总额约42%、36%、20%。收入占比趋势方面,集成电路设备行业一改自2016年以来占比下降的趋势,2018年收入占比回升至36.44%,较上年同期提升4.44个百分点。

  出口交货值逐年攀升,与收入增速基本同步。2018年,我国半导体设备行业实现出口交货值15.91亿元,同比增长46.77%,增速快于同期国内市场销售收入。回溯过去4年我国半导体设备行业规模扩张步伐,国内市场销售收入与出口交货值年均增速分别为37.93%、33.95%,基本为同幅度变动。

  国内半导体设备行业三强分别为北方华创、晶盛机电、中微半导体。根据中国电子专用设备工业协会的统计口径,半导体设备行业前十供应商中:

  规模化效应有望在龙头企业逐年展现:北方华创、晶盛机电收入体量相当,2018年销售额均突破20亿元。随着收入规模的扩大,预计后期净利润增速将超越收入,龙头有望迎来加速成长期。

  前十企业收入均呈现正增长:2018年行业前十大供应商收入增速虽有分化,整体看均呈现扩张态势。其中,收入同比增速居前企业为北方华创、盛美半导体、京运通,增速分别为123.6%、112.9%、98.2%。

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  三、集成电路设备

  01

  晶圆加工设备总体空间

  集成电路设备包括前道制造设备与后道封测设备。前道集成电路制造设备可进一步细分为晶圆制造设备与晶圆加工设备。

  其中,晶圆制造设备采购方为硅片工厂,用于生产镜面晶圆;晶圆加工设备采购方为晶圆代工厂/IDM,以镜面晶圆为基材实现对于带有芯片晶圆的制造;后道检测设备采购方为专业的封测工厂,并最终形成各类芯片产品。

  晶圆加工设备占集成电路设备总规模约80%。基于SEMI的统计数据,2018年全球晶圆加工设备总规模为521.5亿美元,占设备投资总额约81%。

  测试设备总规模为56.32亿美元,占比约9%;封装设备总规模为40.13亿美元,占比约6%;其他前道设备(硅片制造)总规模为26.93亿美元,占比约4%。

  2018年全球集成电路设备市场规模为645.3亿美元。自2016年以来,全球集成电路设备市场保持连年增长态势,从区间底部365.3亿美元增长至2018年的645.3亿美元。2019年受制于存储器价格下降导致的资本扩张缩减,上半年销售规模为271亿美元,同比下降19.66%。

  2018年我国集成电路设备市场规模为131.1亿美元。国内市场自2013年以来市场规模逐年提升,截止至2018年年末已占全球总市场约20.32%。

  国产化方面,2018年国产集成电路设备销售额45.10亿元,同比增长58.41%,预计至2020年将增长至90亿元。另一方面,目前集成电路设备国产化率仅为4.88%。

  02

  单晶炉与CMP抛光机为核心构成

  集成电路硅片制造工艺复杂,包括硅提炼与熔炼、单晶硅生长与成型。集成电路硅片制造工艺流程包括拉拉晶→切片→磨片→倒角→刻蚀→抛光→清洗→检测。各环节中,关键流程为拉晶、抛光、检测,相对应的设备分别为单晶炉、CMP抛光机、检测设备。

  集成电路硅片生产以直拉法为主。将多晶硅拉制成单晶硅包括两种工艺,分别为区熔法与直拉法,其中,集成电路领域硅片主要采用直拉法制成。拉晶环节工序主要为将纯净硅加热成熔融状态→籽晶伸入装有熔融硅的旋转坩埚中→新晶体在初期籽晶上均匀延伸生长→生产单晶硅锭。

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  晶圆制造设备占设备投资总额约3%~5%。正如本文3.1小节所提到的,2018年全球集成电路设备价值构成中,晶圆加工设备、晶圆制造设备占比分别为81%、4%。

  具体来看,晶圆制造设备包括单晶炉、切割机、滚圆机、截断机、研磨系统、倒角机、刻蚀机、抛光机、清洗设备、检测设备等。

  其中,单晶炉、CMP抛光机分别占晶圆制造设备额约25%、25%。单晶炉由炉体、热场、磁场、控制装置等部件构成,其中,控制炉内温度的热场与控制晶体生长形状的磁场为决定单晶炉性能的关键指标之一。

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  竞争格局:内资供应商在太阳能单晶炉领域已具备完全竞争力,其中,综合实力居前企业包括晶盛机电、南京晶能等。另一方面,国内集成电路领域能够供应12英寸单晶炉的供应商目前数量尚小。

  03

  行业呈现典型的寡头垄断格局

  集成电路晶圆加工包括七个相互独立的工艺流程,分别为(a)扩散(ThermalProcess);(b)光刻(Photo-Lithography);(c)刻蚀(Etch);(d)离子注入(IonImplant);(e)薄膜生长(DielectricDeposition);(f)化学机械抛光(CMP);(g)金属化(Metalization)。

  集成电路晶圆加工过程中涉及到的设备包括光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散/离子注入设备、湿法设备、CMP抛光设备、过程检测设备等。

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  集成电路晶圆加工设备占设备总投资约75%~80%,其中,刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备为前道工序三大核心设备。根据SEMI的统计数据,2018年晶圆加工设备价值构成中,刻蚀、光刻、CVD设备占比分别为22.14%、21.30%、16.48%。

  全球竞争格局:集成电路晶圆加工设备市场高度集中。我们统计了全球集成电路晶圆加工设备供应商在各自细分品类的行业集中度,行业呈现典型的寡头垄断格局。

  总体来看,行业前十大设备供应商市场占有率逾80%。光刻机市场尤为典型,荷兰ASML基本实现了对于全球高端光刻机市场的垄断。

  我国竞争格局:我国集成电路晶圆加工设备行业仍处于发展初步阶段的高速发展期,呈现较为明显的地域集聚性,供应商主要集中于北京、上海、辽宁等城市。

  目前,国内集成电路12英寸、28纳米制程主要设备已成功进入量产线,具体包括薄膜沉积设备、CMP抛光设备、刻蚀机、清洗设备、离子注入机等,其中,刻蚀机已具备一定的国际竞争力。

  1)光刻机:ASML垄断超高端市场

  光刻机为大规模集成电路核心设备。光源作为光刻机的核心构成,很大程度上决定了光刻机的工艺水平。

  光源的变迁先后经历:(a)紫外光源(UV:UltravioletLight),波长最小缩小至365nm;(b)深紫外光源(DUV:DeepUltravioletLight),其中ArFImmersion实际等效波长为134nm;(c)极紫外光源(EUV:ExtremeUltravioletLight),目前大部分最高工艺制程半导体芯片均采用EUV光源。

  竞争格局:全球龙头为荷兰ASML,其他包括日本Nikon、日本Canon等。国内从事集成电路光刻机生产制造的企业主要为上海微电子(SMEE)与中国电科(CETC)旗下的电科装备。

  ASML2017年光刻机全球市占率87.4%,其EUV光刻机实现全球垄断;Nikon2017年光刻机全球市占率10.3%,相较ASML在价格方面具备一定优势;?Canon主要集中于面板等领域,高端光刻机市场参与不多;

  SMEE为全球LED光刻机主要供应商,作为国内高端光刻机的龙头,2018年3月其所承担的“02专项”“90nm光刻机”通过国家验收,为全球第四家掌握光刻机系统设计与系统集成技术的企业,但相较于ASML代表的先进水平仍有差距。

  2)刻蚀机:芯片线宽的缩小以及新制造工艺的采用使刻蚀机使用量有所增加

  刻蚀机为晶圆制造三大主要设备之一,包括两种基本的刻蚀工艺,分别为干法刻蚀与湿法腐蚀。其中,干法刻蚀(代表为等离子体干法刻蚀)为主流刻蚀技术,湿法腐蚀常用于尺寸较大(大于3微米)场景或去除干法刻蚀后的残留物。根据被刻蚀材料的不同,干法刻蚀还可以进一步分为金属刻蚀、介质刻蚀、硅刻蚀。

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  竞争格局:根据TheInformationNetwork的统计数据,2017年全球刻蚀机主要供应商包括泛林半导体(LamResearch)、东京电子(TokyoElectron)、应用材料(AppliedMaterials),其全球市占率分别为55%、20%、19%。

  国内供应商以中微公司、北方华创为代表,预计国内市占率接近20%。其中,中微公司以介质刻蚀机为主,5nm刻蚀机产品已通过台积电验证;北方华创以硅刻蚀机为主,14nm等离子硅刻蚀机已进入集成电路主流工厂。

  价值构成:集成电路器件互连层数的增多,将带来刻蚀设备需求量的增大。随着芯片线宽的缩小以及新制造工艺的采用,对于刻蚀技术的精确度与重复性提出了更高的要求。同时,3DNAND通过增加堆叠的层数增加集成度,要求刻蚀技术实现更高的深宽比。

  3)薄膜沉积设备:应用材料在PVD领域优势明显

  集成电路薄膜材料制造广泛采用的工艺为物理气相沉积PVD(PhysicalVaporDeposition)与化学气相沉积CVD(ChemicalVaporDeposition)等。物理气相沉积指将材料源表面气化并通过低压气体/等离子体在基体表面沉积,包括蒸发、溅射、离子束等。

  化学气相沉积指将含有薄膜元素的气体通过气体流量计送至反应腔晶片表面反应沉积,包括低压化学气相沉积LPCVD、金属有机化合物气相沉积MOCVD、等离子体增强化学气相沉积PECVD等。

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  原子层沉积ALD属于化学气相沉积的一种,区别在于化学吸附自限制(CS)与顺次反应自限制(RS),每次反应只沉积一层原子,从而具备成膜均匀性好、薄膜密度高、台阶覆盖性好、低温沉积等优点,适用于具有高深宽比、三维结构基材。

  全球竞争格局:集成电路PVD领域主要被美国应用材料(AppliedMaterials)、瑞士Evatec、日本爱发科(Ulvac)所垄断,其中应用材料占比约85%;CVD领域全球主要供应商为美国应用材料(AppliedMaterials)、东京电子(TokyoElectron)、泛林半导体(LamResearch),其中应用材料占比约30%。

  国内竞争格局:国内集成电路领域沉积设备供应商主要为沈阳拓荆与北方华创。

  沈阳拓荆:两次承担国家“02专项”,产品包括12英寸PECVD、ALD、3DNANDPECVE,ALD设备于2018年通过客户14nm工艺制程验收。

  北方华创:集成电路领域14nm工艺制程等离子硅刻蚀机、单片退火系统、LPCVD成功进入主流代工厂。

  4)掺杂设备:全球集成电路离子注入机市场规模约18亿美元

  掺杂工艺的实现包括高温热扩散法、离子注入法。其中,离子注入即通过对半导体材料表面进行某种元素的离子注入掺杂的工艺制程,目的为改变半导体的载流子浓度与导电类型。

  根据能量高低离子注入机包括低能/中能/高能/兆伏离子注入机;根据束流大小包括小/中/大束流离子注入机,其中。大束流离子注入机包括强/超强流离子注入机,低能大束流技术难度最高。

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  市场规模:离子注入机作为集成电路关键制程设备之一,价值占比通常为设备总投资额约2.5%~3.0%。目前,全球集成电路离子注入机市场规模约18亿美元。

  竞争格局:集成电路领域离子注入机竞争格局高度集中。供应商主要为美国应用材料(AppliedMaterials)与美国亚舍立科技(Axcelis),其全球市占率分别为70%、17%。

  其中,AMAT曾于2011年作价42亿美元实现对于美国瓦里安(Varian)的并购。一般来说,技术难度最高的低能大束流离子注入机占比约为55%,主要供应商包括AMAT、Axcelis、AIBT,市占率分别为40%、32%、25%。北京中科信为国内离子注入机龙头,此外,供应商还包括凯世通等。

  5)湿法设备:预计至2020年全球规模提升至37亿美元

  湿法设备分为槽式湿法设备与单片式湿法设备,由于集成电路线宽的不断缩小,单片式湿法设备成为主流。湿法晶圆清洗指通过离子水、清洗机等清洗晶圆表面并随之湿润再干燥,为主流的清洗方法。

  构成来看,湿法设备包括主要包括清洗设备、去胶机、湿法刻蚀机。半导体加工环节中,清洗占总工序超过三成。

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  市场规模:根据SEMI的统计数据,2017年全球半导体清洗设备市场规模为32.3亿美元,较2016年增长19.63%,预计至2020年将进一步提升至37亿美元。

  VLSI的数据显示,2018年全球前道单片式清洗设备销售额为22.69亿美元,预计至2023年将提升至23.14亿美元。通常,清洗设备占晶圆加工设备总投资约5%~6%。

  竞争格局:湿法清洗设备领域,全球龙头主要包括日本迪恩士(DainipponScreen)、日本东京电子(TokyoElectronLimited)、美国泛林半导体(LamResearch)等,其中,SCREEN全球市占率约60%,行业前三市占率达87.7%。

  国内企业方面,主要包括盛美半导体、北方华创、屹唐半导体等。

  其中,盛美半导体基于SAPS与TEBO技术的单片清洗设备销量领先,其2017年全球市占率约1.5%;北方华创于2018年完成对于美国Akrion的收购;亦庄国投通过屹唐半导体于2016年作价3亿美元成功收购美国Mattson,其在刻蚀、快速热处理(RTP)、光刻胶剥离与清洗等领域拥有技术优势。

  6)化学机械抛光设备:全球CMP设备市场规模约18.4亿美元

  化学机械抛光技术用于晶片表面平坦化,所需要用到的设备与耗材包括CMP设备、研浆、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、研浆分布系统、废物处理和测量设备等。其中,耗材主要为抛光浆料与抛光垫。

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  市场规模:通常,化学机械抛光设备占晶圆加工设备投资额约4%。2018年,全球化学机械抛光设备市场规模18.4亿美元,其中,中国市场占比25%位居第二。

  竞争格局:全球化学机械抛光设备市场呈现寡头垄断竞争格局,供应方主要为美国应用材料(AppliedMaterials)与日本荏原(Ebara),其2017年全球市占率分别为71.3%、26.8%。行业呈现高度集中主要由于过去20年间企业间并购频率较高。

  相较于AMAT,荏原在亚洲市场更具备竞争优势,份额也相对更高。国内方面,供应商主要有2家,分别为华海清科与中电科45所。

  其中,中电科45所:2017年公司具备完全自主知识产权的200mm化学机械抛光设备完成所内测试送至中芯国际天津验证,其为国产CMP设备首次进入集成电路大生产线;2018年,通过一年生产线工艺验证,设备通过中芯国际天津验证。

  华海清科:2018年,继在中芯国际顺利完成IMD/ILD/STI工艺产品批量生产后,公司Cu&SiCMP设备进入上海华力。

  四、光伏设备

  01

  总体空间:我国已具备整线供应能力

  太阳能光伏设备主要包括硅棒/硅锭制造设备、硅片/硅晶圆制造设备、电池片制造设备、晶体硅电池组件制造设备、薄膜组件制造设备,其中,硅材料与电池/组件制造设备价值占比较高。

  我国已具备太阳能电池制造整线供应能力,光伏设备国产化率达到90%左右,其中,单晶炉、硅棒切断机、硅片清洗机、甩干机、扩散炉等设备已完成进口替代。

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  全球市场规模:近年来全球光伏设备行业实现稳健增长。在历经多年高增长后,2012年全球光伏设备行业销售规模出现断崖式下滑,从上年同期的130亿美元下探至36亿美元,同比下降72.31%。

  2013年以来,行业自低位稳健复苏,截止至2018年,全球光伏设备实现销售收入48亿美元,较上年同期增长7.62%。

  国内市场规模:国内光伏设备行业有望加速增长。回顾2018年,上半年行业维持2017年以来的高速增长态势,受“531”新政影响,下半年放缓的增速对全年有一定拖累。

  整体来看,2018年国内光伏设备行业实现营业收入52.05亿元,同比增长27.30%,主要受益于硅棒/硅片环节的单晶产能升级,电池片环节的PERC产能升级。预计至2020年,我国光伏设备销售规模有望达到95亿元。

  竞争格局:光伏设备国产化率已突破90%,龙头企业具备全球性竞争力。全球光伏设备龙头为瑞士梅耶博格(MeyerBurger),其2018年实现营业收入约4.09亿美元,具备光伏设备整线供应能力。

  事实上,国内光伏设备企业全球竞争力领先,产线国产化率已达到90%以上,代表企业包括晶盛机电、捷佳伟创、迈为股份等。

  价值构成:硅片生产环节1GW产能对应设备投资额约为2亿元~2.5亿元;电池片(PERC)生产环节1GW产能对应设备投资额约为2.7亿元~3亿元;组件(叠瓦)生产环节1GW产能对应设备投资额约为1.4亿元~1.5亿元。

  02

  硅料生产设备:行业已实现高度国产化

  太阳能电池包括结晶硅太阳能电池与薄膜太阳能电池两种类别,其中,结晶硅太阳能电池为市场主流。以结晶硅为主导,太阳能光伏硅片制造设备主要包括多晶铸锭炉、单晶炉、切断机、切方机、多线切割机、硅片检测分选设备等。

  光伏领域硅料加工设备已基本实现国产化。不同于集成电路领域,光伏行业硅料加工设备国产化程度已经非常高,国内多家企业具备全球竞争力。

  单晶硅生长炉:全球供应商包括美国Kayex公司、日本Ferrotec公司、德国CGS公司等。海外供应商单晶炉产品在自动化、经济性、可靠性等方面具备一定优势,但国内厂家与之的差距正大幅减小。

  国内供应商排名靠前的企业主要包括晶盛机电、南京晶能、北方华创、上海汉虹、京运通等,性价比方面优势明显。以晶盛机电为例,其2018年晶体生长设备实现销量1,344台,同比增长19.36%;2017年,全自动单晶硅生长炉销量为1,046台,同比增长162.81%。

  多晶硅铸锭炉:多晶硅铸锭炉市场设备供应商包括美国GTSolar公司、德国ALD公司等,行业集中度较高。

  03

  电池片生产设备

  1)BSF:2018年占比约60%

  常规铝背场电池片(BSF)为现阶段占比最大的电池技术类型,2018年占比约60%,未来看将逐步被具备更高单位发电量与可靠性的N型单晶电池所替代。BSF电池生产工艺流程包括:硅片→清洗制绒→扩散→刻蚀→减反射膜制备→丝网印刷→烧结→测试分选→电池片。

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  清洗/制绒设备:单晶槽式制绒设备已基本实现国产化;多晶在线式制绒设备2012年之前以采购RENA、Schmid为主,目前也已实现进口替代。

  扩散炉:以国产设备为主,代表企业包括北方华创、丰盛等。

  刻蚀设备:以湿法工艺为主,国产供应商占据市场绝大部分份额。

  PECVD设备:国内以管式PECVD为主,平板式占比正逐年下降,Roth&Rau已将业务重心转为PERC技术背钝化设备。

  2)PERC:与现有常规产线具备较高兼容性

  钝化发射极和背面(PassivatedEmitterandRearCell,PERC)电池技术指利用钝化材料对电池背面进行钝化,从而克服了常规电池背表面光学和电学损失,电池转换效率获得有效提升。目前,PERC已成为主流高效电池技术。

  PERC技术与常规电池产线具备较高兼容性,仅增加两道额外工序,分别为:(a)背面钝化层的沉积;(b)激光开槽。

  背钝化设备为PERC电池技术的关键生产设备。目前,PERC电池钝化膜沉积主要使用两种方法,分别为等离子化学气相沉积法(PECVD)与原子层沉积法(ALD),其中PECVD占比约九成。根据设备形态的不同,PECVD沉积设备可分为板式PECVD与管式PECVD;ALD沉积设备可分为管式ALD、板式ALD、单片ALD。

  PECVD沉积设备与ALD沉积设备各有优势。其中,PECVD优势主要体现为一次性沉积氧化铝与氮化硅,硅片上下料工序有所减少,生产具备连续性;ALD优势主要体现为氧化铝结构缺陷小,膜厚可控(相对较薄)。

  竞争格局:根据设备形态划分,背钝化设备供应商主要包括:

  板式PECVD:海外供应商主要为MeyerBurger公司的MAIA;管式PECVD:海外供应商主要为Centrotherm公司等;国内包括无锡松煜、深圳捷佳伟创等;

  ALD:海外供应商包括韩国NCD、荷兰SolayTec、荷兰Levitech等;国内主要为理想能源、无锡微导、无锡松煜等。

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  PERC电池技术在BSF基础上增加了背面钝化与激光开槽两道工序,相应增加了背钝化沉积设备与激光划线设备的使用。主流的PERC钝化工艺方案包括:

  板式PECVD方案:

  背面:采用板式二合一PECVD(氧化铝+氮化硅)一次性完成沉积;

  正面:采用管式/板式PECVD(氮化硅)完成沉积。?管式PECVD方案:

  背面:采用管式二合一PECVD(氧化铝+氮化硅)一次性完成沉积;?正面:采用管式/板式PECVD(氮化硅)完成沉积。

  ALD方案:

  背面:采用ALD(氧化铝)+PECVD(氮化硅)完成沉积;

  正面:采用PECVD(氮化硅)完成沉积。

  价值构成:PERC技术仅需在现有BSF基础上做部分设备的采购即可实现产线升级,其与现有设备的良好兼容性也是使其在众多技术中脱颖而出的原因之一。以采购国产设备为前提假设,PERC电池技术单位(1GW)设备投资规模约2亿元~3亿元,其中,薄膜沉积设备占比约30%~35%,印刷烧结设备占比约20%。

  3)HJT:未来增长潜力无限

  异质结电池作为N型单晶双面电池的一员,最早由日本三洋公司于1990年成功研发。2015年,三洋关于异质结的专利保护结束,行业迎来大发展时期。

  异质结电池的特性包括以下几点:

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  优点:(a)工艺流程短,工序少;(b)无光致衰减;(c)双面发电;(d)采用低温工艺从而热耗减少;(e)对称结构更利于薄片化.

  待改进点:(a)虽然电池效率相较于P型电池具有优势,但初期投资成本过高。目前,异质结单位投资额约为10亿元/GW,同期PERC仅为4亿元左右。(b)异质结电池的生产设备与现有常规晶硅电池不兼容。(c)无法采用常规晶硅电池的后续高温封装工艺,取而代之的为低温组件封装工艺。

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  异质结电池生产工序包括:硅片→清洗→制绒→正面沉积非晶硅薄膜→背面沉积非晶硅薄膜→正反面沉积TCO薄膜→丝网印刷电极→边缘隔离→测试。

  概括来说,主要的四个工艺步骤为:制绒清洗→非晶硅薄膜沉积→TCO制备→电极制备。其中,非晶硅薄膜沉积、TCO制备工艺要求较高,目前以海外供应商为主。

  非晶硅薄膜沉积领域:主要用到的设备为等离子化学气相沉积(PECVD)与热丝化学气相沉积(Cat-CVD/HWCVD)。非晶硅沉积设备主流供应商包括美国应用材料、瑞士梅耶博格、韩国周星、日本爱发科、日本真空等。国内理想能源在该领域已具备较强竞争力。

  TCO制备:主要用到的设备为磁控溅射(PVD)与反应等离子体沉积(RPD)。TCO层沉积设备全球龙头主要包括日本住友重工、日本爱发科、德国冯阿登纳等。国内供应商主要为精曜等。

  国产品牌加速布局异质结电池设备,近年来捷报频传:

  捷佳伟创:为通威项目提供湿法制程、RPD制程、金属化制程三道工序的核心装备,致力于高效HJT电池全制程交钥匙工程的开发。

  迈为股份:前瞻性布局HIT领域,致力于提供HIT整线解决方案。

  理想能源:2019年,公司在某标志性百兆瓦级HIT项目的PECVD设备国际竞标中,先后击败德国梅耶博格与美国应用材料并最终成功夺标。

  04

  组件生产设备

  焊接与层压为光伏组件生产工艺流程中最重要的两个环节。常规光伏组件的构成包括电池片、互联条、汇流条、钢化玻璃、EVA、背板、铝合金、硅胶、接线盒九个部分,工艺流程可概括为焊接→叠层→层压→检测,其中,焊接、层压作为最关键的两道工序,将直接影响成品率、输出功率与可靠性。

  光伏组件设备已实现国产化。光伏组件设备包括常规串焊机、多主栅串焊机、叠瓦串焊机、激光划片机、叠层设备、层压机、测试设备等,其中,串焊机为核心设备。

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  竞争格局:光伏组件设备以国内供应商为主,其中,奥特维串焊机产品占存量市场总量约40%,为该领域龙头之一;金辰股份主要供应光伏组件自动化生产线、层压机等;先导智能为国内锂电设备龙头,于2019年首发丝印叠瓦焊接机产品。

  为追求更高光电转换效率从而实现降本增效,双面发电组件、半片电池组件、叠瓦组件、多主栅组件等先进组件技术正与高效电池技术相结合,多主栅串焊设备、与半片/叠瓦电池组件配套的设备需求占比将有所提升,具体为:

  半片:采用半片技术的电池组件将提升对于激光划片机的需求。

  多主栅:多主栅电池占比的提升将带来多主栅串焊机采购规模的增长。

  叠瓦:采用叠瓦技术预计将增加叠瓦焊接机、叠瓦汇流条焊接机的需求。其中,叠瓦焊接机包括激光划片机、丝网印刷、叠片机和端焊机;叠瓦汇流条焊接机包括版、焊接、折弯和铺设设备。叠瓦工艺包括点胶、印刷。

  价值占比:以投资额较高的叠瓦组件为例,1GW叠瓦组件设备投资约2亿元,其中,叠瓦焊接机约1.1亿元,汇流条焊接机约3,500万元,其他设备约5,500万元。

  五、相关标的

  01

  晶盛机电

  公司为国内领先、国际先进的专注于“先进材料、先进装备”和智慧工厂解决方案的高新技术企业。

  主营产品为全自动单晶硅生长炉、区熔硅单晶炉、多晶硅铸锭炉、碳化硅单晶炉、单晶硅滚圆机、截断机、双面研磨机,硅片抛光机、光伏单晶硅棒切磨复合加工一体机、多晶硅块研磨一体机、叠瓦组件设备、蓝宝石晶锭晶片、智能物流系统及半导体抛光液、坩埚等。公司产品主要应用于太阳能光伏、集成电路、LED、工业4.0等。

  2019年上半年,公司实现营业收入11.78亿元,同比下降5.28%;实现归属于上市公司股东净利润2.51亿元,同比下降11.92%。

  预计公司2019年~2021年EPS分别为0.53元、0.73元、0.93元,对应当前股价市盈率分别为28.0倍、20.3倍、15.9倍,给予“买入”评级。

  02

  捷佳伟创

  公司为国内领先的从事晶体硅太阳能电池设备研发、生产和销售的国家高新技术企业。主要产品包括PECVD及扩散炉等半导体掺杂沉积工艺光伏设备、清洗、刻蚀、制绒等湿法工艺光伏设备以及自动化(配套)设备、全自动丝网印刷设备等晶体硅太阳能电池生产工艺流程中的主要及配套设备的研发、制造和销售。

  2019年上半年,公司实现营业收入12.18亿元,同比增长56.05%;实现归属于上市公司股东净利润2.31元,同比增长23.40%。

  预计公司2019年~2021年EPS分别为1.32元、1.77元、2.22元,对应当前股价市盈率分别为25.7倍、19.2倍、15.3倍,给予“买入”评级。

  02

  迈为股份

  公司主营产品为太阳能电池丝网印刷生产线成套设备,主要应用于光伏产业链的中游电池片生产环节,包括核心设备全自动太阳能电池丝网印刷机和自动上片机、红外线干燥炉等生产线配套设备。

  公司在现有光伏设备的基础上,相继进入光伏激光设备,叠瓦组件设备等光伏上下游设备领域,并进入了OLED显示装备领域。

  2019年上半年,公司实现营业收入6.21亿元,同比增长74.2%;实现归属于上市公司股东净利润1.24亿元,同比增长38.4%。

  预计公司2019年~2021年EPS分别为5.23元、7.48元、9.21元,对应当前股价市盈率分别为29.4倍、20.5倍、16.7倍,给予“买入”评级。


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