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北方华创专题研究报告:中流击水,奋楫者进

老范说评   / 2021-07-12 16:49 发布

1、短期看,公司将受益于晶圆厂建设,客户验证与产能提升是重要途径

自2020 年中以来,全球半导体行业开始出现缺货。全球各地晶圆厂的建设浪潮纷纷展开, 截止 2021 年 7 月,国内主要晶圆厂计划扩充的产能约 468.48 万片/月(折 8 英寸),仅 2021 年预计新增的产能就有约 75.58 万片/月(折 8 英寸)。晶圆厂的建设带来庞大的资本开支, 刺激了半导体设备市场的增长。根据 wind 数据,2021 年 1-5 月北美及日本半导体设备出货量分别为 47.82、49.23、54.89、60.13 和 63.86 亿美元,连续 5 个月创历史新高。

随着国内产线建设的加速,公司产品在国内的客户验证好消息不断。公司的硅刻蚀设备、沉 积设备和扩散炉已在长江存储得到了大规模的应用。2020 年北方华创 lCP 刻蚀机累计交付 突破 1000,同时公司 2020 年成功向中芯绍兴、华虹等龙头公司供货,刻蚀机等产品已 经受到国内龙头晶圆厂客户的广泛认可。

此外,公司 2021 年拟募资 85 亿元建设两个产业化基地扩产项目,达产后将形成 22 万只高 精密石英晶体振荡器和 2000 万只特种电阻的量产能力,以及年产集成电路设备 500、新 兴半导体设备 500 台、LED 设备 300、光伏设备 700 台的生产能力。届时,公司的产能 将得到大大提升,有望更好地应对设备需求的增长。

2、中期看,公司将受益于国内化合物半导体的发展与自身的扩产,抢先布局是制胜之道

第三代半导体 SiC 和 GaN 有望驱动公司业绩增长。根据 YOLE 的数据,SiC 器件在 2018 年以来市场份额不断提升,2025 年有望突破 10%。GaN 的市场份额也在稳步提升中。到 2025 年,SiC 和 GaN 合计占比有望达到 15%左右的水平。两种化合物产品的不断普及将大 大抬升晶圆厂资本开支。

公司前瞻布局第三代半导体设备,目前已经形成从长晶炉到刻蚀、溅射、退火氧化炉在内的 丰富产品线,也已经与三安光电等国内龙头企业展开了合作,未来有望成为公司业绩增长的 驱动力。此外,新型第二代半导体显示技术,例如 mini-LED 和 micro-LED 的普及,也有 望提升公司 LED 设备的出货。

3、长期看,公司将受益于国产替代,技术攻关是必经之路

美国升级打压后,国产替代的必要性不断提升。根据采招网的数据,中国 2020 年主要设备 国产化率不足 22.17%,亟待提升。公司作为国内半导体设备的龙头厂商,设备产品线国内 最全,是国产替代的核心力量之一。在国内 15 种主要的设备攻关中,公司参与研发突破的 设备种类达 7 种,位列全国第一,第二名盛美半导体只有 4 种。同时,公司在刻蚀与沉积设 备领域分别与中微公司和沈阳拓荆形成了差异化布局,避免了国内企业间的内耗。

公司在刻蚀、沉积、炉管设备等领域不断开展技术攻关。硅刻蚀机、金属刻蚀机、ALD 等核设备处于 14nm 工艺验证阶段,刻蚀机、PVD、LPCVD、立式炉、清洗机等关键设备达 到 28nm 制程水平。

一、国内半导体设备龙头,业绩增速迅猛

1.1、产品线最全的半导体设备龙头,国产替代主力军

北方华创是国内半导体设备领域的龙头企业,公司前身是七星电子和北方微电子,两家公司 都成立于 2001 年。七星电子于 2010 年上市,2015 年七星电子与北方微电子合并,并更名 为北方华创。公司随后承担了多种高端集成电路关键工艺设备攻关计划,在刻蚀机、CVD、 PVD 等领域获得了较大突破,是国产替代的主力军。

北方华创拥有国内最全的半导体设备产品线。北方华创的产线覆盖半导体设备、真空设备、 锂电池设备和元器件等行业。其中半导体设备覆盖 IC、光伏、LED、面板四大领域,包含刻 蚀、PVD、CVD、氧化、退火、清洗、ALD、传送、固化等各类型设备,是国内最全的半导 体设备产品线。真空设备主要包括焊接工艺设备、晶体生产设备、热处理设备、烧结设备和 磁性材料设备。锂电池设备涵盖全套锂电池制造产线设备。元器件主要为特种器件,包含电 阻、电容器件等。

1.2、业绩增速迅猛,合同销售情况喜人

公司业绩稳步提升,2021 年一季度归母净利增速迅猛。2018-2021Q1 的营收规模分别为 30.24、40.58、60.56、14.23 亿元。公司业务主要可分为电子工艺装备、电子元件、真空设 备三类,其中电子工艺装备是主要业务,2018-2021Q1 营收分别为 20.01、25.93、41.55、14.23 亿元;电子元件为第二大业务,营收分别为 7.71、8.47、11.65 亿元;真空设备营收 分别为 5.19、6.10、7.14 亿元。近两年增速分别 23.06%和 48.98%。利润方面,公司 2016- 2021Q1 归母净利润分别为 0.93、1.26、2.34、3.09、5.37、0.73 亿元,2016-2020 年均复 合增速高达 55.01%,2021 年一季度的增速更是高达 175.24%。


归母净利润稳步提高,元器件毛利率提升明显。公司 2016-2021Q1 整体毛利率分别为 39.70%、36.57%、38.39%、40.54%、36.69%和 39.49%,归母净利率分别为 5.73%、5.67%、 7.04%、7.61%、8.87%和 5.13%,归母净利率在稳步提升。公司 2018-2020 年设备业务的 毛利率分别为 34.72%、35.23%和 29.44%,元器件业务的毛利率分别为 49.44%、59.89% 和 66.15%,元器件业务的毛利率提升明显。

销售、管理费用保持稳定,研发投入增速迅猛。公司 2018-2021Q1 的管理费用率分别为 15.13%、13.75%、14.05%和 16.30%;销售费用率分别为 5.08%、5.86%、5.85%和 7.87%。 管理费用和销售费用在近三年保持平稳。研发费用率分别为 10.56%、12.94%、11.06%和 9.77%,下滑主要因为公司将近几年大量的研发投入进行了资本化,计入了开发支出。公司 的开发支出从 2016 年的 4.45 亿元迅速增长到 2021Q1 的 22.57 亿元,未来这部分资产主 要将以折旧的形式计入研发费用。

公司合同销售情况喜人,2021 上半年营收、归母净利预增 50%-80%。公司 2020-2021Q1季度合同负债金额分别为 26.44、27.33、23.48、30.48 和 44.94 亿元。2020 年下半年以 来,合同销售情况迅速转好,2021Q1 的同比增速高达 69.96%,环比增速也高达 47.43%。 与此同时,为应对下游需求增长,公司积极备货,存货水位也随着合同负债的增长而快速提 升,业绩释放值得期待。2021 年 7 月 1 日,公司发布半年业绩预告,2021 年上半年营收计为 32.65 亿元–39.19 亿元,同比增长 50%-80%;归母净利润 2.76 亿元–3.31 亿元,同比 增长 50%-80%。


1.3、国资控制,大基金持股,股权激励深度绑定核心人员利益

国资控股,大基金持股。公司实控人为北京电子控股,直接和间接控制北方华创 46.36%的 股份。大基金持股 7.92%,是第二大持股方。

北方华创主要有三个负责经营的子公司,分别为七星华创精密电子、北方华创真空技术和北 方华创微电子。三家子公司分别主营电子元器件、真空装备和半导体设备三种业务。

公司股权激励覆盖接近四分之一的技术人员,员工与公司利益深度绑定。公司 2018 年以来 进行了两轮股权激励,针对核心管理和技术人员。激励覆盖面极广,其中 2018 年 7针对 技术人员的激励占总技术人员的比例高达 23.50%,随后技术人员流失率也从 15%降到 2% 以下。

二、扩产热潮持续,国产设备崛起

2.1、国产化挺进,景气度高涨

半导体产业生产工序复杂,需要各种类型的设备相互配合完成。半导体制造涉及硅片制造、 前道工艺、后道工艺等步骤,其中前道步骤又包括扩散、沉积、离子注入、刻蚀等步骤。一 枚芯片在制造过程中往往要将每种工序重复数百次,步骤极其复杂。每种步骤都对应所需的 设备,因此半导体制造需要用到数十种设备相互配合,是人类最复杂的工业之一。

半导体设备是产业自主化的必经之路,国家大力扶持设备企业的发展。半导体设备处于半导 体行业供应链的上游,是产业自主化的必经之路。以来,设备“卡脖子”现象十 分显著,受到美国禁令的影响,中芯国际等厂商扩产受阻,同时 EUV 光刻机等先进设备无 法进入中国。国家一直在大力支持国内设备企业的发展,在“中国制造 2025”、“十三五规 划”等国家规划中都提及支持半导体设备发展。

国内晶圆厂建设火热进行,中国大陆已成为全球第一大半导体设备市场。随着中美贸易冲突 以来,国内对芯片行业的重视程度越来越高,国内厂商加速扩产。截止 2021 年 7 月,国内 主要晶圆厂计划扩充的产能约 468.48 万片/月(折 8 英寸),仅 2021 年预计新增的产能就有 约 75.58 万片/月(折 8 英寸)。随着国内厂商建设的步伐加速,中国在设备市场的占比也在 不断提升,根据 Semi 的数据,2020 年中国大陆半导体设备市场规模 187.2 亿美元,市场占比 26.30%跃居全球第一。

行业严重缺货推高设备市场景气度,北美及日本设备总出货量连续 5 个月创历史新高。2020 年中以来,半导体行业缺货情况逐渐加剧,台积电等龙头大厂开始加速扩产,全球半导体设 备的需求空前旺盛,2020 年全球半导体设备的市场规模约为 711.8 亿美元。2021 年以来设 备市场景气度更是前所未有,根据 wind 数据,2021 年 1 月至 5 月北美及日本半导体设备总 出货量分别为 47.82 亿元、49.23 亿元、54.89 亿元、60.13 亿和 63.86 亿美元,连续 5 个 月创历史新高。


光刻机、刻蚀机和沉积设备是半导体设备的“三大件”。半导体设备主要分为前道晶圆制造 设备和后道封测设备,其中前道设备的占比为 80%,是资本开支的主要投向。据 Semi 数据, 在晶圆制造设备中光刻机、刻蚀机、沉积设备市场占比分别为 18%、24%、20%,是三类最 主要的设备,也是国产替代发力重点方向。

2.2、刻蚀设备重要性提升,国产化已初步实现

半导体制程提升离不开光刻机、刻蚀机和沉积设备,其中刻蚀与沉积设备的市场占比不断提 升。半导体制程的进步主要靠光刻机刻出的最小线宽进步,但光刻机只能定大的代际,持续 的制程迭代还需要刻蚀机和沉积设备向前推进。自对准多重成像曝光是制程推进主要的技术, 该技术是在光刻机刻出的纹路上沉积一层介质,使得介质间的间距减小为原来制程的一半, 再将介质、原先的纹路和介质未覆盖的区域的硅刻蚀去除,即可实现线宽制程的减半。术使得刻蚀设备和沉积设备的重要性大大提升,根据 Semi 的数据,刻蚀设备在半导体设备 市场中的占比已从 2011 年的 12.77%提升至 2017 年的 23.40%,沉积设备占比也从 2013 年的 11.15%提升至 2017 年的 16.94%。


刻蚀设备市场规模稳步增长,国际巨头垄断市场。根据 Semi 的数据,2019 年刻蚀设备市场 规模约为 115 亿美元,2013 到 2019 年的 CAGR 高达 19%;2019 至 2025 年预计市场规 模还将进一步提升,CAGR 约为 5%。泛林、TEL、应用材料三家公司垄断了刻蚀设备市场, CR3 高达 91%,国内企业市占率仍然较低。

刻蚀设备是用于去除晶圆表面不需要的物质层,主要分为干法和湿法两类。湿法设备主要包 括化学研磨、化学腐蚀等,干法设备是先进制程的主流设备。其中,等离子轰击是最为常用 的设备,主要分为桶式和平板式两种设计。桶式设计是外层包裹着线圈,用于感应电荷,被 称为电感耦合等离子体(ICP);平板式是利用电容的原理感应电荷,被称为电容耦合等离子 体(CCP)。CCP 等离子密度较低,但轰击能量较高,多用于介质刻蚀;ICP 等离子体密度 大,能量低,刻蚀较为精细,多用于硅刻蚀。除了等离子体轰击以外,CCP 和 ICP 往往还 会融合反应离子(RIE)0 技术实现更好刻蚀效果。

刻蚀设备是制程工艺提升的关键,具备较高的技术门槛。刻蚀设备在正常情况下具备较强的 选择比,能够将所需刻蚀的部分去除,但在实际操作中,难免会出现较多的以外情况,导致 刻蚀出现失败,甚至导致芯片报废。主要问题包括:横向刻蚀、刻蚀选择比偏差、刻蚀不均 匀、刻蚀残留、刻蚀聚合物腐蚀设备和不完全刻蚀。刻蚀步骤如果出现问题,那么先进制程 的良率必然下降,因此刻蚀设备厂商需要不断试验,调整设备参数,保障刻蚀不会产生这些 问题。

刻蚀设备是我国最早突破的主要设备,国内主要包括北方华创和中微公司两家企业。北方华 创主攻硅刻蚀和金属刻蚀设备,而中微主攻介质刻蚀。目前国内刻蚀设备已整体到达 14nm 的水平,中微的 5nm 介质刻蚀设备已经进入台积电产线。

2.3、沉积设备需求快速增长,国产化渐行渐近

沉积设备主要分为气相沉积、液相沉积和化学沉积,主要设备包括 CVD、PVD 和 ALD。 CVD 是气相化学沉积,PVD 是气相物理沉积,ALD 是原子层沉积。三者的主要区别为:CVD 是气体接触晶圆表面,在晶圆表面发生反应并沉积;PVD 是通过溅射等方式直接将目标材料 在晶圆表面沉积;ALD 是通入的气体会直接与晶圆反应,并逐层生成沉积物,厚度在数层原子级别,因此在先进制程中使用较多。

根据 AMAT 的数据,CVD 是使用量最大的沉积设备,市场占比约为 57%;PVD 设备是第二 大设备,占比 25%;其他类型的沉积设备市场占比 18%。CVD 设备主要包含 PECVD(等 离子体增强化学气相沉积)、LPCVD(低压化学气相沉积)、APCVD(常压化学气相淀积) 及其他类型 CVD。根据 gartner 的数据,PECVD 使用量最大,市场占比 35%;AP/LPCVD 合计占比 35%;其他类型 CVD 占比 30%,其他类型 CVD 主要包括在 LED 上应用较广的 MOCVD。

根据 Maximize Research 的数据,2020 年广义沉积设备的市场规模为 172 亿美元,2025 年预计增长至 340 亿美元,年均增速高达 14.6%。

目前我国沉积设备企业的竞争力仍然不足,表现为市占率低。根据 Gartner 和 Semi 的数据, 沉积设备的分市场基本都被国际大厂占据。CVD 设备的 CR3 为 70%;PVD 设备由应用材 料一家独大,市占率 85%;ALD 设备 CR2 为 60%。国内企业在沉积设备领域市占率依然非 常低,整体技术水平也无法与国际大厂相匹敌。

半导体用 CVD 主要包括 APCVD、LPCVD 和 PECVD 三类。APCVD 是常压下的气相沉积, 一般将晶圆放在传送带上,通过沉积区即可。该类沉积的速度比较快,但均匀性较差、台阶 覆盖能力差。LPCVD 是低压沉积,一般是将晶圆放在一个真空管中,并在一端通入气体进 行沉积,该类型设备效果较 APCVD 更好。PECVD 是借助微波或射频等使含有薄膜成分原 子的气体电离,在局部形成等离子体,而等离子体化学活性很强,很容易发生反应,能够在 较低的温度下于基片上沉积出所期望的薄膜。

例如,LPCVD 的 Si3N4 薄膜沉积常用方法是通入 NH3 气体和 SiH2Cl2 气体,740-780℃下两 种气体在晶圆表面反应生成 Si3N4,薄膜可以持续生成。

原子层沉积(ALD)是一种与 CVD 类似的沉积设备。但 ALD 不是让气体在晶圆表面反应然 后附着在晶圆上,而是直接让气体和晶圆表面的物质反应。

例如,Al2O3 薄膜的典型 ALD 沉积方法:通入 TMAI(Al(CH3)3)使其在羟基化的硅片表面吸 附,随后再通入水蒸气(H2O)使其与吸附的 TMAI 反应,生成 Al2O3。

由于晶圆表面吸附的一层 TMAI 消耗完后反应会立即停止,因此这样的反应可以使得沉积层 厚度的控制精确到原子等级,被称为原子层沉积。该类型设备的缺点是沉积速度慢。

先进制程中 PECVD 与 ALD 使用较多,但 APCVD 与 LPCVD 依然有用武之地。CVD 设备 的核心问题是可能存在保形覆盖的问题,即沉积的时候会因为沉积位置的不均匀而产生空隙。 PECVD 因等离子的活性高,保形性效果较好。ALD 由于是层层沉积,因此效果是最好的。 这两种设备在先进制程中使用较多。虽然 APCVD 和 LPCVD 在沉积时效果不如 PECVD 与 ALD,但在芯片制造中依然有用武之地。芯片每一层的制程都不一定相同,即使是先进制程 的芯片也只有最底层是要求非常高的,越向上线宽越宽,要求也就越低,APCVD 和 LPCVD 也都存在其应用的价值。

物理气相沉积技术(PVD)主要包括蒸发镀膜、溅射镀膜和分子束外延三种。PVD 主要是用 于金属的沉积。蒸发镀膜是将铝等材料进行高温熔融直至沸腾,将晶圆放到铝水上方,铝原 子蒸发后逐渐地会在晶圆表面形成一层膜。溅射镀膜是利用辉光放电使镀膜蒸发并与通入的 氧化性气体反应,在电场的作用下反应物会被带电的氩气带向晶圆表面并完成沉积。分子束 外延是指利用辉光放电将所需电镀的材料离子化,再附加一个强电场,使得材料向某个方向 运动最终镀到晶圆表面。蒸发镀膜和分子束外延速度较快,溅射镀膜和分子束外延效果较好。

PVD 常用于存储器的 TSV 深孔填充,国内存储器突破为 PVD 设备打开了市场。PVD 设备 可以很好地适应深孔的情况,因此在存储器的 TSV 结构中可以很好应用。随着国内 DRAM 和 NAND 存储器的突破,大量晶圆厂开始建设,相关的设备需求也将快速增加。此外,由于 溅射的过程中粒子间存在相互作用,因此可能会导致洞口的堵塞,这也是 PVD 影响制程的 主要难题。

PVD 主要用于金属层的沉积,大马士革铜互连技术是目前的主流技术。由于金属难以形成 气态化合物,CVD 设备难以应用于金属上,PVD 设备就承担了金属层铺设的任务。人类最 早采用蒸发镀膜的方法,使用 Al 作为连接金属。随着制程的推进,大马士革铜互连工艺成为 了主流技术。PVD 在大马士革工艺中主要用于铺设底层导电材料(一般是 TiN 等),利用这 层导电材料,工程师可以很容易地进行表面铜电镀,再利用 CMP(化学机械研磨)设备和金 属刻蚀设备去除多余的铜和导电材料即可完成铜互连。

随着制程的进一步推进,部分技术人员认为碳纳米管可能将成为新的技术路线,但根据台积 电的最新消息,金属铋可能将成为 1nm 以下工艺的新材料。台积电在未来技术中依然使用 金属作为连接材料,将进一步推升 PVD 设备的需求。

PVD 市场在稳步增长,国内市占率在稳步提升。根据 QY Research 的数据,2014 年全球 PVD 设备的市场规模约为 20.62 亿元,到 2019 年已增长至 25.75 亿元,预计到 2025 年将 增长至 32.51 亿元,年均复合增长率约为 4.0%。PVD 的国产化率也在不断提升,根据前瞻 研究院的数据,国内 PVD 设备的国产化率从 2013 年的 1%左右已提升至 2019 年的 15%左 右。国内布局该领域的主要厂商仅北方华创,因此其是 PVD 设备的国产化的主要受益者。


2.4、清洗机、立式炉取得进展,化合物半导体提供新增长空间

清洗设备也是半导体主要设备之一。制程进步使得清洗设备价量齐升,提高了整体市场规模。 随着工艺先进程度的持续提升,芯片制程越来越小,对杂质含量的敏感度相应提高,对清洗 工艺的需求也就越来越大。芯片制程到了 20nm 以下时,在整个工艺每进行两步就要进行一次清洗,清洗步骤总次数达到 200 次,占工艺总步骤数的 30%以上。同时,芯片结构的复 杂化使得清洗工艺难度提升,清洗设备价值量也随之提升。根据 Gartner 的估计,2019 年 清洗机的市场规模约为 30.56 亿美元,2021-2024 年市场规模将随着经济的恢复而增长,预 计 2024 年将达到 31.93 亿美元。

兆声波清洗能够很好地去除粘滞颗粒,逐渐成为单片式清洗机的主流技术。清洗机的主要目 的是清除表面未反应的物质及粘滞颗粒。随着制程线宽逐渐减小,芯片对于清洗机的要求也 越来越高,粘滞颗粒的数量也必须越来越少。兆声波清洗技术是目前单片式清洗机的主流技 术,其能够较好地去除表面的粘滞颗粒,尤其在 TSV 深孔工艺中,能够很好地去除深孔中的 颗粒杂物,大大地提升了芯片良率。

炉管也是半导体不可或缺的一类设备,主要包括氧化炉、退火炉等。炉管主要是用于加热, 其可以应用于氧化、退火等工艺。根据 Gartner 的数据,2019 年立式炉管的市场规模为 20.25 亿美元,到 2024 年预计将增长至 21.78 亿美元。


第三代半导体兴起,相关领域的设备需求有望快速增长。第三代半导体主要包括碳化硅和氮 化镓,是未来功率器件的理想材料。由于碳化硅的耐压性和耐热性都比较好,因此非常适合 用于制造功率器件。在二极管和 MOSFET 领域,碳化硅已经开始与硅竞争。碳化硅和氮化 镓的市场占比不断提升,在功率器件领域有望取代硅。根据 YOLE 的数据,SiC 器件在 2018 年以来市场份额不断提升,2025 年有望突破 10%。GaN 的市场份额也在稳步提升中。到 2025 年,SiC 和 GaN 合计占比有望达到 15%左右的水平。随着第三代半导体的普及,相关 设备的需求也有望被带动。

Mini-LED 和 Micro-LED 的增长将为 LED 设备提供新空间。Mini-LED 是指芯片尺寸介于 50~200μm 之间的 LED,在 LCD 背光中效果较好,应用前景巨大。据 LEDinside 数据显示, 预计到 2023 年整体 Mini-LED 产值超过 10.39 亿美元。Micro-LED 是指芯片尺寸小于 50μm 的 LED 产品,被认为是完美的发光材料。不同于 Mini-LED 用作 LCD 背光,Micro-LED 主 要是采取自发光的形式,由于其尺寸较小,发光效果比传统 LCD 增强较多。根据 DSCC 的 数据,2020 年 Micro-LED 的市场规模为 3030 万美元,到 2026 年市场规模有望增长至 2.28 亿美元,年复合增速 39.99%。两种新型显示技术都将驱动新一轮的 LED 厂商的资本开支, 设备厂商有望受益。


三、技术持续突破,国产替代核心力量

3.1、平台化发展,豪华客户阵容

公司是国内布局最广的半导体设备企业,也是最有希望成长为国际巨头的企业。成立时间上, 公司是合并了多家国营厂商形成的,成立时间较早。规模上,2020 年公司营收 60.56 亿元, 是国内规模最大的半导体设备厂,研发投入在国内企业中也是首屈一指。从布局上看,公司 产品布局国内最丰富,是全球少数业务横跨 IC、光伏、面板、LED 四类半导体设备的企业。 公司对标应用材料,是国内最有希望成为国际巨头的公司。

公司在半导体各领域的合作伙伴都是行业龙头,乃至国际巨头。集成电路方面,公司的主要 合作伙伴包括中芯国际、华虹集团、长江存储、长鑫存储等一众明星厂商。光伏设备的主要 客户为隆基股份,全球第一大光伏生产公司。面板设备客户包括京东方。在 LED 及化合物 半导体设备方面,公司与三安光电合作密切。

公司前瞻布局第三代半导体设备,目前已形成较为丰富的 SiC 生产设备。根据 YOLE 的数 据,第三代半导体 SiC 有望成为未来半导体行业新的增长点,2018 年 SiC 市场的规模不到 5 亿美元,但预计 2024 年将达到约 20 亿美元,年复合增长率达 29%。公司前瞻布局第三 代半导体设备,目前已经形成从长晶炉到刻蚀、溅射、退火氧化炉在内的丰富产品线,也已 经与三安光电等国内龙头企业展开了合作,未来有望成为公司业绩增长的驱动力。


3.2、科技攻关主力,客户导入顺利

公司在多种设备领域进行技术攻关,是国产替代的核心力量之一。公司深度参与设备领域的 科技攻关,在刻蚀机、PVD、CVD、ALD 等领域都承担了研发计划,是国内承担项目数量最 多的半导体设备公司,15 种主要的设备中,公司参与研发突破的设备种类达 7 种,位列全 国第一。

公司已在诸多设备领域实现突破。在刻蚀设备领域,公司在硅刻蚀设备上有优势,目前硅刻 蚀机、金属刻蚀机、ALD 等设备处于 14nm 工艺验证阶段。刻蚀机、PVD、LPCVD、立式 炉等关键设备达到 28nm 制程水平。其中,北方华创是国内唯一布局 PVD 设备的企业。

公司已在多家国内龙头半导体厂商处获得客户验证进展。公司的硅刻蚀设备、沉积设备和扩 散炉已在长江存储得到了大规模的应用。2020 年北方华创 lCP 刻蚀机累计交付突破 1000,同时公司 2020 年成功向中芯绍兴、华虹等公司供货,证明公司的刻蚀机已经受到客户 的广泛认可。

3.3、差异化布局,加速技术突破

作为国内龙头,国产替代确定性强。美国颁布制裁措施以来,国内 FAB 厂的设备国产化率 得到显著提升。据必联网招标信息统计,2017-2020 年主要设备的国产化率从 2%提升至 22.17%左右。虽然国产化率得到了一定的提升,但与国际巨头仍存在较大差距,核心工艺设 备仍然严重依赖国外,国内的龙头厂商仍有较大空间。随着国产化的进一步推进与国产厂商 的技术不断突破,北方华创等龙头厂商具有较高的需求确定性。


在刻蚀机领域,北方华创与中微公司已形成差异化布局。刻蚀机方面,中微和北方华创已经 基本实现了技术的自主化,其中中微公司主要擅长介质刻蚀,其 5nm 介质刻蚀机已经进入 台积电产线;北方华创主要擅长硅刻蚀和金属刻蚀,其硅刻蚀技术已经可以达到 14nm 的水 平,而中微在该领域的布局主要在存储器的深孔刻蚀上。中微和北方华创在布局中形成了差 异化的布局,加快了国产替代的速度,也防止了国内厂商的相互内耗。

在沉积设备领域,北方华创与拓荆科技已形成一定的差异化布局。国内 CVD 领域主要有北 方华创和拓荆科技两家公司,北方华创主攻 AP/LPCVD 设备,目前在国内已经形成了较强 竞争力。拓荆主攻 PECVD,而北方华创在该领域的布局主要聚焦于 LED、功率器件等制程 需要较低的领域。双方同时布局了 ALD 设备,都面向存储器及 FINFET 等领域,未来将形 成一定的竞争关系。在 PVD 领域,北方华创是国内唯一的厂商,拥有 55-28nm 的 TiN 溅射 机台。

3.4、真空设备需求旺盛,新能源爆发打开空间

公司与隆基股份合作紧密,其扩产将带动公司真空设备的出货增长。2017 年,公司公告披 露了与隆基股份的订单,总计涉及隆基四家子公司,金额达到 10.22 亿元,主要出售的设备 为光伏硅片的长晶炉。公司出售的光伏用长晶炉属于真空设备一类。2016 年隆基股份的产 能仅 7.5GW,到了 2020 年已达 85GW。随着隆基股份扩产的持续,公司有望持续获益。


新能源汽车的爆发式增长带动锂电池出货量和上游设备需求,公司有望受益。根据 wind 的 数据,2016 年国内新能源汽车出货量仅 54.50 万辆,到 2020 年已达 131.90 万辆。随着新 能源车出货量的增长,锂电池的需求也在不断增长。根据 GGII 的数据,2016 年锂电池出货 量约为 64GW/h,到 2020 年已达 143GW/h,预计到 2025 年将达到 615GW/h,年复合增 长率约为 33.88%。锂电池产能的增长将刺激上游锂电设备需求的增长,公司拥有全套的锂 电极片生产设备制造技术,有望在此轮电动车需求爆发中获益。

精密元器件需求稳定,扩产有望将规模再放量。公司的元器件业务主要为特种元件,下游市 场需求确定,也不会随便更换供应商,因此一般市场较为稳定。公司 2021 年宣布定增 85 亿 元,扩产设备产线以及元器件产线,将形成 22 万只高精密石英晶体振荡器和 2000 万只特 种电阻。届时公司的元器件业务有望进一步放量。

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