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电子产业洁净室行业深度报告
电子产业洁净室行业深度报告
材料来源:搜狐网           录入时间:2018/1/9 21:38:35

             电子产业洁净室行业深度报告

投资要点

√ 洁净室是指将一定空间范围内的空气中的微粒子、有害气体、细菌等污染物排除,并将室内的温度、湿度、洁净度、压力、气流速度与气流流向、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内,而所给予特别设计的空间。 洁净室的主要原理即利用流体力学的相关性质来控制室内污染源。

√ 新建洁净厂房可以分为工程设计、土建施工、洁净室施工3个环节。洁净室工程整体周期2年左右,洁净室施工一般开始于工程开始1年以后。工程设计时间一般3个月左右,在土建施工持续9-12个月,厂房封顶后,洁净室施工持续时间9-12 个月左右。在洁净室施工完成之后,开始搬入生产设备,进入试产阶段,试产阶段持续时间不等,试产成功之后慢慢提升产量,最终进入量产阶段。不同的环节议价能力不同,工程设计毛利率最高,高达40-50%,洁净室施工毛利率15-20%,土建施工毛利率最低,10%以下。

√ 结合产业调研以及与行业统计数据综合分析,我们测算出三个主要环节占项目总投资的比例,从而得到每个环节的市场份额。以项目总投资为基准,工程设计占总投资比例0.4-1.4%,土建施工占总投资比例6-10%,洁净室施工占总投资比例10-15%。

√ 集成电路和新型显示行业的产业投资均呈爆发式增长。在未来4-5年间我国投入集成电路制造领域的资金将达到1.2万亿元,年均投资额超过过去5年平均的2倍以上。我国集成电路产业想要实现追赶,必须长时间保持高额投资,且理论上投资增速应当高于韩国12%的年均增速,且不排除出现类似韩国在追赶期35%的高速投资增长。未来2-3年我国新型显示总投资超过5000亿元,年均投资额超过过去5年平均的2倍以上,新型显示正处在技术升级关键时期。从03年以来,我国面板投资年均复合投资超过30%,对比三星目前仍保持18%的投资增速,如果我国想要追赶三星,中短期还将持续维持符合30%增速,长期增速不应低于三星的18%。

√ 与产业投资增速同步,集成电路和新型显示行业的洁净室工程将快速增长。根据保守比例估计,按工程设计占集成电路总投资比例0.4%计算,洁净室施工金额占总投资比例10%计算,预计2016-2021年我国集成电路工程设计市场规模分别为3.8亿,8.3亿,13.6亿,8.4亿,11.1亿,14.4亿,洁净室施工市场规模分别为94亿,206亿,340亿,210亿,276亿,359亿;预计2016-2021年我国新型显示工程设计市场规模分别为4亿,8.7亿,9.3亿,3亿,7.4亿,8.7亿,洁净室施工市场规模2016-2021年分别为99.9亿,217.9亿,231.5亿,74.9亿,185.1亿,217.3亿。

√ 投资建议:重点推荐相关领域技术领先、市场份额较大的优质企业:洁净厂房设计:太极实业;洁净室工程施工:亚翔集成、至纯科技;洁净室产品和防静电产品销售:新纶科技、天华超净。

投资案件

投资评级与估值

重点推荐相关领域技术领先、市场份额较大的优质企业:洁净室工程设计:太极实业;洁净室施工:亚翔集成、至纯科技;洁净室产品和防静电产品生产和销售:新纶科技、天华超净。

关键假设点

1、国家将集成电路以及面板作为电子产业最战略的发展方向,集中国家力量发展产业。

2、面板和集成电路发展都具有周期性,但每下一次周期的产业投资均值都高于前一周期。

3、我国集成电路产业投资增速不低于日韩等国家和地区,否则差距只能越来越大。我国面板产业投资增速不低于日韩,否则差距只能越来越大。

有别于大众的认识

市场认为半导体和面板的洁净室行业与其他行业的洁净室区别不大。我们认为电子产业的洁净室洁净等级最高,技术壁垒比其他行业显著要高。

市场认为洁净室整体行业增速缓慢。我们认为,虽然洁净室行业整体增速不高,但是电子领域洁净室工程增速高于平均水平,特别是集成电路和新型显示两个行业是诸多投资领域中投资增速最快,对洁净度要求最高的2个行业,随着集成电路和新型显示产业投资的大幅度增长,其相应的洁净室工程市场规模快速上升,较过去增长2倍以上,且将长期保持高增长。

市场认为洁净室市场分散,参与者众多,竞争激烈,且细分市场的洁净室工程的市场规模不确定。虽然洁净室工程整体市场分散,但是集成电路和新型显示的洁净室市场对专业和技术要求很高,主要公司凭借其技术和经验优势,在细分市场占有率很高,具备很强的竞争壁垒,可以分享到行业发展红利,重点看好业务集中在电子领域的洁净室相关公司。

股价表现的催化剂

产业政策持续升级、相关公司订单大幅增加、相关公司业绩兑现。

核心假设风险

集成电路以及面板的投资不及预期。

1. 洁净室工程:高端制造业的守护神

1.1起源于军事工业,发展于产业升级

洁净室是指将一定空间范围内的空气中的微粒子、有害气体、细菌等污染物排除,并将室内的温度、湿度、洁净度、压力、气流速度与气流流向、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内,而所给予特别设计的空间。不论外界空气条件如何变化,洁净室内均能维持原设定的洁净度、温度及压力等性能,以满足使用需求。洁净室最主要的作用在于控制在其内生产的产品所接触的空气的洁净度及湿度等各项指标符合标准,使产品能在一个具有良好条件和高度稳定性的环境空间中生产制造。

现代洁净室的诞生起源于战争时期的军事工业。1950年代,朝鲜战争时期,美国军队在战争中发现大量电子仪器出故障,有超过80%的雷达失效,接近50%的水声测位仪失效,陆军中70%的电子设备失效,并且每年的维护费用超出原价的2倍,原因在于零部件可靠性差,质量不稳定。最终,美军找到了主要的原因是灰尘作怪,工厂生产环境不清洁,导致生产出来的零部件合格率低,尽管当时采取非常严密的措施来封闭生产车间,但是收效甚微,后来将高效空气过滤器应用于生产车间后,才解决问题,这也是现代洁净室的诞生。

洁净室行业的发展有5个阶段,每个阶段的发展和进步都源于制造业技术升级带来的对生产环境要求的提高。第一阶段是1950年代美国军工的需要;第二阶段是苏联和美国航天事业,特别是登月工程中精密机器加工和电子仪器的发展,出现了层流技术和百级洁净室;第三阶段是1970年代集成电路开始进入发展期,使得洁净技术得以腾飞;第四阶段是1980年代大规模和超大规模集成电路的发展带来对洁净室要求的进一步提高;第五阶段则是从1990年代开始到现在,半导体技术进一步发展,生产线精度的进一步提高,对生产空间的洁净度提出新的要求,同时,传统领域如医疗制药、精密仪器等、食品工业等对洁净技术的要求也逐步提高。

洁净度的标准按照国际标准ISO146441空气洁净度等级划分,以每立方米空气中含有的特定直径的微粒数目来划分洁净室级别。比如,以0.1um的尘埃粒子为比较标准,ISO1级标准的含义为1立方米的空气中直径大于等于0.1um的粒子数不超过10个,中国的划分标准为十级,百级,千级,万级等,分别对应国际标准的4级,5级,6级,7级。对于洁净度我们可以做个直观的类比,按照上限计算,ISO1级表示1立方米空气中直径0.1um粒子数量为10个,粒子占空间比例为5.23*10^-21,可查太平洋的面积为16500万km^3,平均深度为4282米,体积为70700km^3,如果用太平洋的体积与ISO1级标准的洁净程度换算,那么平均每个粒子的体积为370毫升,相当于一条鱼的体积,即ISO1级洁净标准相当于整个太平洋不超过10条鱼。

我国自从洁净室工程出现之后,颁布了一系列洁净室工程规范性文件,对于洁净室的指标要求、工程规范、施工要点、材料使用等都做了详细的说明和指导。其中《洁净室厂房设计规范》是总括性规范文件,《医药工业洁净厂房设计规范》,《电子工业洁净厂房设计规范》,《医院洁净手术部建筑技术规范》分别对电子行业、医药行业、手术室做了更加细致的指导。

1.2 洁净室技术原理:流体力学的艺术

1、洁净室的原理(气流组织方式)

洁净室的主要原理即利用流体力学的相关性质来控制室内污染源。洁净室控制污染源的途径主要有3种:1、控制污染源,减少污染发生量;2、迅速排出室内已经发生的污染;3、有效阻止室外的污染侵入。第1点和第3点都可以通过封闭性和化学设备等解决,而核心的第2点则需要利用流体力学的物理原理。在流体力学中,按照运动要素流速、加速度等有无时间因素可以分为稳定流与不稳定流,按照流线形状可以分为渐变流和突变流,按照有无质点交换可以分为层流和紊流。

按照气流组织方式,洁净室分为非单向流洁净室和层流洁净室。

非单向流洁净室的主要特点为从来流到出流之间气流的流通断面是变化的,也称乱流,非单向流的原理为稀释作用。非单向流洁净室一般采用孔板顶送,有全孔板顶送与局部孔板顶送之分,全孔板顶送风速小,气流分布均匀,可达到1000级洁净度,局部孔板顶送与全孔板顶送相比,风速大,在墙侧有涡流并部分沿测墙向上翻卷,经顶棚到中间,随洁净气流向下流,混入和污染洁净气流,其洁净度可达10000级。而高效过滤器风口顶送则将高效过滤器放置在送风口,一般带扩散板,是一种常见的气流组织形式。非单向流洁净室的作用原理是:当一股干净气流从送风口送入室内时,迅速向四周扩散、混合,同时把差不多同样数量的气流从回风口排走,这股干净气流稀释室内污染的空气,把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡,一直达到平衡。所以气流扩散的越快,越均匀,那么稀释的效果越好。

层流洁净室的主要特点为气流的流通断面是不变的,原理为靠推出作用将室内污染的空气沿整个断面排至室外,从而达到净化室内空气的目的。层流洁净室的进风面布满高效过滤器,整个送风面是一个大送风口,送风气流经静压箱和高效过滤器的均压均流作用,从送风口到回风口气流流线彼此平行,充满全室断面,以均速向前推进,就像个大活塞,把室内原污染空气排入回风口,从而达到净化室内空气的目的。由于气流的流线始终是平行的,无涡流,因此层流亦称平行流洁净室,根据气流组织形式分垂直层流洁净室和水平直层流洁净室。

垂直单向流洁净室是比较典型的层流洁净室。垂直单向流的优点是可获得均匀向下的单向气流,因而自净能力强,能够达到最高的洁净度级别,缺点是顶棚结构较复杂,造价和维护费用高,高效过滤器堵漏较困难。

《洁净厂房设计规范》中规定,1-4级洁净度应使用垂直单向流,5级洁净度使用垂直单向流或者水平单向流,6-9级洁净度应使用非单向流。综合来看,垂直层流方式运行成本最高,设备费用也最高,部分层流方式由于对生产设备的发热和排热分别处理,降低了运行成本,设备成本中等,乱流方式循环风量小,运行成本最低,设备成本也最低。

2、灰尘和化学物质的去除

洁净室过滤灰尘的仪器主要有高效空气过滤器(High Efficiency Particulate Air Filter,简称HEPA),超高效空气过滤器(Ultra Low Penetration Air Filter,简称ULPA)。HEPA它对直径为0.3微米(头发直径的1/200)以上的微粒去除效率可达到99.7%以上,是烟雾、灰尘以及细菌等污染物最有效的过滤媒介,而ULPA对于直径0.15微米以上的微粒去除效率达到99.999%以上。

洁净室的灰尘大部分都不是从外部带入,而是从内部产生。空气中的灰尘主要由设备运转、生产过程、人员因素产生,这3种途径共计产生了85%的灰尘。洁净室关于灰尘的原则包括4条:不将灰尘带入,不让灰尘产生,不让灰尘堆积,迅速排除灰尘,因此,洁净室内,对作业人员的洁净服装,对带入的工具、材料等,对于设备的清理和通风都要严格的要求。

除了灰尘以外,化学物质也是洁净室需要重点考虑和去除的。化学物质主要分为酸性物质,碱性物质,有机物,掺杂性气体等,主要来源为大气、生产中使用的化学用品,建材等,在车间生产过程中要使用大量的化学物质,而杂质化学物质很容易和生产用化学物质产生反应,影响产品质量,故化学物质的去除同样是洁净室需要重点考虑的一个方面。

2. 洁净室工程产业链:辅助制造,投资驱动

2.1洁净室工程属于生产辅助型工程

洁净室工程是生产辅助性工程,是高端制造不可或缺的一部分。洁净室工程的需求来源于准备建厂的业主,比如晶圆制造商、面板生产商等,洁净室建设完成之后再交付给业主,业主使用洁净室来进行生产活动,故洁净室工程并不单独存在,而是生产厂商的辅助性工程,但同时,也是高端制造不可或缺的一部分。

新建洁净厂房可以分为工程设计、土建施工、洁净室施工3个环节。洁净室工程始于业主新建厂房计划,在业主确定建厂计划后,会联系具有设计资质的设计商为工厂做整体设计方案,由于洁净室工程在厂房建设中处于重要地位,故在工程设计的过程中设计方会和业主反复沟通,确定洁净厂房的建造方案和技术标准。在工程设计确定之后,下一步就是土建施工,土建施工达到一定的阶段洁净室工程就开始了,工程设计及土建施工的意义在于为洁净室工程提供符合洁净厂房要求的建筑方案和空间。

洁净室工程整体周期2年左右,洁净室施工一般开始于工程开始1年以后。从签订协议开始,工程设计时间一般3个月左右,总体设计方案完成之后就开始土建施工,在土建施工持续9-12个月,厂房封顶后,洁净室施工开始,洁净室施工持续时间9-12 个月左右,在洁净室施工完成之后,开始搬入生产设备,调试完成之后,进入试产阶段,试产阶段持续时间不等,试产成功之后慢慢提升产量,最终进入量产阶段。

不同的环节议价能力不同,工程设计毛利率最高,高达40-50%,洁净室施工毛利率15-20%,土建施工毛利率最低,10%以下。由于工程设计需要具备设计资质,不同行业的设计资质不同,其中工程设计综合甲级资质是我国工程设计资质等级最高、涵盖业务领域最广、条件要求最严的资质,目前全国具有综合甲级资质的企业不到60家,且工程设计对技术要求最高,故工程设计毛利较高。在施工方面,土建施工竞争最为激烈,企业最多,毛利最低,而洁净室施工需要具备较强的专业基础和技术实力,属于技术密集型,故毛利相对较高。

洁净室工程行业的驱动因素在于投资驱动。由于洁净室工程的需求来源于厂房建设和新的生产线建设,前提是厂家有投资需求,故洁净室工程行业的驱动模式主要由投资驱动。洁净室工程服务行业的商业模式主要分为4种,即“施工”模式(C模式)、“工程施工设计+施工”(EC模式)、“工程施工设计+采购+施工”模式(EPC模式)和“工程施工设计+采购+施工+维护”模式(EPCO模式)。EPCO分别为英文Engineering(工程施工设计)Procurement(设备采购)Construction(建设)Operation(运行和售后维护)的缩写,每一种商业模式的起点都是有工程需求。

2.2产业链各环节投资分拆

通过对行业内各个环节公司的微观调研,大致得到了集成电路和新型显示洁净室工程各环节投资占项目总投资百分比。结合项目案例和调研数据,对于集成电路项目和新型显示项目,一般来说,项目总投资中70-80%投入到固定资产,固定资产中20-30%投入到厂房建设中,厂房建设可以分为3个部分,工程设计、土建施工、洁净室施工,其分别占的比例为2-7%,30-40%,50-70%左右,洁净室施工可以分为6个子系统,总体能分为洁净系统和机电系统,分别占洁净室工程的50%,50%。

固定资产投资占总投资比例70%-80%,厂房建设占固定资产投资的20-30%。以台积电南京的Foundry项目为例,一座月产能2万片的12寸晶圆厂投资金额为200亿人民币左右,其中约80%投入到固定资产中,其他20%投入到营运资本中,在固定资产中大约70%投入设备采购中,包括曝光机,刻蚀机等生产设备,固定资产投资的30%投入到厂房建设中。以华星光电244亿的8.5代显示面板产线为例,固定资产投资占总投资比例为70%,其中设备投资占70%,厂房投资占30%。

行业中观数据也统计出厂房建设投资占固定资产投资比值为31%,与微观结论一致。根据国家电子信息统计年鉴中的集成电路固定资产投资数据,2008-2015年集成电路厂房投资占固定资产投资比例平均为31%,和微观数据相符。

2002年,国家出台了《工程勘察设计收费标准》,工程设计收费=工程设计收费基价*调整系数,其中工程设计收费基价可按照表格进行查找,调整系数又分为专业调整系数和复杂程度调整系数,即调整系数=专业调整系数*复杂程度调整系数,调整系数根据应用专业不同和复杂程度综合决定,其中电子高科技厂房调整系数一般为1.5-2.5之间。

设计费用占总投资的比例0.4-1.4%。根据国家出台的《工程设计收费标准》,当厂房建设资金在10-60亿之间时,厂房建设的设计取费基准价占概要投资造价的2-3%起,根据复杂程度的不同有专门的调整系数,一般电子高科技厂房由于专业性很高,技术难度很大,调整系数为1.5-2.5左右,即按照国家的收费标准,高科技厂房工程设计占投资造价的3%-7%左右。由于目前市场上工程设计竞争比较激烈,且根据国际惯例,设计属于智力成果,故一般按照工时的标准来计价,故实际收费相较国家标准偏低,实际上目前市场收费大概占总造价的2-7%左右。

洁净室施工占总投资比例10%-15%,土建施工占总投资比例6-10%。以华星光电244亿的8.5代显示面板产线为例,固定资产投资占总投资比例为70%,其中设备投资占70%,厂房投资占30%,厂房投资中50%-70%为洁净室工程,即洁净室施工占总投资比例为10%-14%。以台积电南京的Foundry项目为例,厂房建设占总投资24%左右,洁净室施工占60-70%,即占总投资比例为12-15%。

宏观统计数据和中国电子学会的数据分析也表明洁净室施工投资也占总投资比例10~15%。根据中国电子学会统计的数据,2013-2015年集成电路洁净室施工市场规模分别为63.8亿,80.5亿,97.5亿,根据我国宏观统计数据,2013-2015年我国集成电路固定资产投资完成额分别为579亿,645亿,671亿,洁净室施工市场规模占固定资产的平均比例为12.8%,倒推占总投资规模的比例为10.2%,和上述数据相符。根据中国电子学会统计的数据,2013-2015年新型显示的洁净室施工市场规模66.3亿,75亿,83亿元,复合增长率为10.7%,根据Display Research的数据,2013-2015年,我国面板产业设备投资规模为251亿,407亿,302亿,新型显示行业的洁净室施工和设备投资的比例为23.3%,倒推洁净室工程市场规模占总投资比例为11.6%,和上述数据相符。

综上所述,以总投资为基数,工程设计占总投资比例0.4-1.4%,土建施工占总投资比例为6-10%,洁净室施工占总投资比例为10-15%。

3. 集成电路技术升级和产业投资带来洁净室工程新需求

洁净室主要应用领域包括电子、制药、生物工程、医疗卫生、食品、实验室和军工等行业。洁净技术已广泛应用于各行各业或其他要求防止粒子污染、微生物污染的环境控制,由于各行业间差距较大,且要求不同,因此控制环境的内容、指标均不相同。最常见最依赖洁净室为生物制药生产洁净室,食品,化妆品,电子厂,实验室,等等对环境有要求的地方。

由于技术原因和制造工序的复杂程度高,集成电路制造是对洁净度整体要求最高的行业。集成电路由于技术的复杂程度与日俱增,对于空气洁净度的要求也越来越高,核心工艺区需保持1-4级的洁净度。而其他大部分行业比如食品制造,药品,医学等行业对洁净度的要求大多在5-9级,远低于集成电路和新型显示对洁净度的要求。

2016年开始,在政策和资金的双重推动下,我国集成电路行业迎来投资的密集期。在集成电路产业基金、国家科技重大专项及地方基金等国家队的带动下,集成电路产业投资开始爆发,比如存储器市场,自2015年开始,我国存储器产业市场从零起步,正逐渐形成紫光/长江存储系、福建晋华以及合肥长鑫三足鼎立格局,紫光计划将在十年内成为全球前五大存储器制造商。

我国集成电路投资近年来大幅增长,已经投资和计划投资总额累计超过万亿,直接带动了洁净室工程行业的需求。随着我国集成电路产业的蓬勃发展,制造精度的进一步提高,海外集成电路产业逐步向中国转移,集成电路产业迎来了投资密集期,我国洁净工程行业随之迎来新的发展期。

以上市公司太极实业为例,公司子公司十一科技近半年订单金额达到236亿元(工期平均2年),2016年全年营收才60亿元。十一科技是我国领先的洁净室工程服务商,主要业务包括工程设计,工程施工等,对大规模集成电路、新型显示器件、新能源(多晶硅与光伏产业)、高科技工程等高新技术产品生产环境所需要的大面积、高级别净化空调系统、超纯水系统、以及防静电、防微振、电磁环境污染控制等方面的设计具有独特的专长。2016年底至2017年,公司新接订单合计达到236亿元,包括长江存储基地工程,上海华力12英寸生产线项目,长鑫12寸存储器项目等,都是国内集成电路大型投资项目。

3.1 洁净室工程是集成电路产业发展最先受益环节

洁净室工程是集成电路制造环节中重要的一环,直接决定了最终产品的成败。现代集成电路制造工艺已经达到14纳米级别,未来几年内7纳米工艺即将诞生,集成电路的制造过程一般为自动化软件把算法逻辑生成硬件电路开始,然后将集成电路设计版图转印到光刻板上,集成电路的基础制造材料是硅片,硅片经过各种表面处理后,与光刻板一起经过包括光刻、热处理、介质沉积、化学机械研磨等工艺最终形成集成电路芯片。如果生产过程中洁净程度达不到要求,产品良品率会受到很大影响,最终产品就会失败。

随着技术的进步,集成电路对洁净度的要求越来越高。一般而言,当微粒尺寸达到集成电路节点一半大小时就成为了破坏性微粒,对集成电路的制造产生影响。比如,14纳米工艺中7纳米的微粒就会影响制造过程。随着集成电路的工艺越来越高,目前5纳米的工艺已经开始研发,集成电路制造过程需要的洁净程度越来越高,对于洁净室工程的技术提出越来越高的要求。

集成电路几乎所有环节都需要洁净室内完成,且集成电路生产对洁净度要求很高。和其他产业不同,集成电路产业链几乎所有的主要环节都需要在洁净环境中进行,从单晶硅片制造,到IC制造的几乎所有环节,到IC封装的重要步骤都需要在洁净室中完成,且对于洁净度的要求非常高。

洁净室工程作为先导性的服务工程将率先受益于我国半导体产业的发展。集成电路产品比如存储芯片的成本价格、竞争实力和工艺技术息息相关,我国刚刚开始大规模投入,在技术实力上和先进水平尚有差距,但是洁净室工程作为项目建设、投产过程中的必不可少的环节,属于生产辅助性工程,直接和投资相关,不受限于技术瓶颈,即使我国在制造工艺上尚存在差距,但是洁净室工程行业不受影响,率先获益于我国半导体产业的发展。

3.2 集成电路产业投资未来将长期保持高增长

3.2.1根据产业投资计划,未来5年我国集成电路投资将达万亿

在未来4-5年间我国投入集成电路制造领域的资金将达到1.2万亿元,年均投资额超过过去5年平均的2倍以上,未来3年投产12寸晶圆厂数量占全球比例40%。根据我们整理的数据,目前在建和计划建设的集成电路项目合计总金额达到1.2万亿元,绝大部分将在2021年前投产。根据国际半导体设备与材料产业协会(SEMI)发布的报告,目前全球处于规划或建设阶段,预计将于2017年~2020年间投产的半导体晶圆厂约为62座,其中26座设于中国,占全球总数42%。这些建于中国的晶圆厂2017年预计将有6座上线投产,2018年达到高峰,共13座晶圆厂加入营运,其中多数为晶圆代工厂。

集成电路产业作为战略性产业,政策和资金支持力度非常大。2014年国家集成电路产业投资基金成立,以公司制的形式运营,募集资金1400亿元,此后,各地地方政府纷纷成立各类集成电路产业基金,目前国家和地方政府基金合计高达4000亿元,总计有望带动5-8倍的社会投资,总计将有3-5万亿的资金投入半导体产业中。

3.2.2 根据产业规律及目前发展阶段,IC投资将长期高增长

1.根据产业发展规律,我国集成电路投资长期将保持高增长

集成电路产业投资兼具周期性和高速成长性。具体来说,一般每3-5年左右会有一个投资周期,有高峰有低谷,但下一个周期的年均投资额度将显著大于前一个周期。周期性的背后是集成电路产品的产量,需求,价格以及技术升级共同决定的。随着技术升级,集成电路制造投资金额成倍甚至数十倍增加,目前一条12英寸32/28nm的生产线投资高达50亿美元,14nm的生产线投资额高达100亿美元,技术研发费用同理,从20nm升级到16nm,引领者研发费用从12亿美元上升到22亿美元,上升80%。加上技术升级快,需要持续投入建设生产线以形成规模优势,仅依赖一条生产线难以形成气候,故集成电路制造投资非常之高。

以全球半导体龙头公司三星电子为例,公司过去25年集成电路投资过程虽有波动,但也保持了年均12%的增长。三星电子从1993-2017年的半导体资本支出大致有5个小周期,每个小周期的平均投资金额都高于上个小周期的平均投资金额,这对应着背后技术的升级周期,以DARM存储器为例,1990年16M DARM存储器投产,后续基本每3-4年DARM存储器容量升高4倍,到2001年左右4G DARM开始投产,每次技术升级的投产需要投入更高的资金。

2.为追赶全球竞争对手,理论上,我国集成电路投资增速需高于竞争对手

我国集成电路在产能以及技术与先进国家存在明显差距,市场竞争力有待进一步提高。目前中国的300mm晶圆厂的工艺并不处于领先地位,全球领先的晶圆厂目前正在升级10nm工艺,并在未来的12个月至24个月内准备量产7nm工艺,而现在中国最先进的晶圆厂尚未开始生产14nm晶片,计划投资的晶圆厂也最高达到28nm工艺。另外,我国集成电路项目多为存储器项目,目前武汉新芯科技投资的的3D NAND 项目的工艺为32层,而目前国际领先的3D NAND生产商的工艺已经升级到了64层和96层,我国和国际先进水平尚存在较大差距。

韩国从半导体技术落后国家成长为技术领先国家,主要原因在于长期持续的高额资本投入。参考韩国的经验,不同于美国在半导体行业长期以来的科技领先优势,韩国作为一个后发国家,其半导体工业是一次典型的追赶超越式的突破创新。韩国存储器半导体产业起点很低,从代工起步,在80年代中期开始转向自主开发,以国家电子所为中心,三星、海力士、LG等大企业集团参加组织半导体研发组织,在1992年开始和美日同期开发64M DRAM,此后10余年韩国存储器半导体彻底完成技术跨越,成为世界半导体存储技术的领先者,2001年三星电子率先开发出4G DRAM,成为存储器方面全球技术最强的国家。韩国能够实现跨越式发展的主要原因在于持续长期的高投入,以三星电子为例,自1993年开始半导体资本投入呈周期性增长趋势,从1993年的8亿美元增长到2016年的113亿美元,复合增长率高达12%,且预期2017年半导体业务资本支出又将创新高。

韩国半导体产业追赶时期为1983-1997年,追赶时期投资复合增速35%。韩国半导体产业从1983年开始研发64K存储器,到1997年投产256M存储器,技术从落后到4年到领先全球共用了10多年时间,1993-1997年三星电子资本支出复合增速高达35%。

参考韩国经验,我国集成电路产业想要实现赶超,必须长时间保持高额投资,且理论上投资增速应当高于韩国12%的年均增速,且不排除出现类似韩国在追赶期35%的高速投资增长。我国目前集成电路主要投资方向也是存储器,但是技术相比世界先进水平还有较大差距,目前虽然存储器投资相较过去大幅增长,但是决不能一劳永逸,未来只有持续保持高投入,才有可能达到先进水平。

以12寸晶圆厂的产能赶超为例,根据IC knowledge的预测,到2025年我国12寸晶圆厂产能全球占比将有现有的9%提升到24%。根据IC Knowledge LLC制作的全球所有当前服役、建设中和计划建设的300mm晶圆厂的数据库,跟踪了全球164个晶圆厂的情况,我国2011-2017年12寸晶圆厂产能占全球比例保持平稳,从2017年开始随着我国投资的晶圆厂陆续投产,我国晶圆厂产能占全球比例开始不断提高,至2025年将成为全球最大的集成电路制造国。集成电路洁净室工程作为晶圆厂的支持性工程,市场规模和晶圆厂产能息息相关,随着中国晶圆厂产能快速提高,洁净室工程的市场规模增速也将加快。

3.3 与产业投资增速同步,洁净室工程市场将迎来爆发

我们主要通过以下三个步骤来测算集成电路产业洁净室工程的市场容量:

(1) 计算2010年以来我国集成电路产业投资额度,主要通过所有已经公布的国内集成电路已完成、在建设以及未开工的投资项目根据工期分拆投资金额,然后加总求和。

(2) 通过我们之前的分析,根据洁净室工程市场以及各个环节与总投资的比例关系,计算出未来几年各个细分环节的市场容量。

(3) 通过比较2011年到2015年国家统计局集成电路固定资产投资额与我们计算的集成电路固定资产投资额,来大致检验我们方法的可行性。

(1)计算2010年以来我国集成电路产业投资额度,主要通过所有已经公布的国内集成电路已完成、在建设以及未开工的投资项目根据工期分拆投资金额,然后加总求和。

根据现有已经宣布或建成的项目,2011-2021年集成电路累计投资高达1.33万亿,2016-2019年投资金额分别为942亿,2064亿,3399亿,2100亿。我们搜集整理了近年来我国所有的已建成、正在建设、计划建设的集成电路项目,并根据项目工期估计每个项目每年的投资金额,最后加总得到每年我国集成电路的总投资金额,根据计算,我国集成电路项目投资在2016年开始高速增长,2016-2019年投资金额分别为942亿,2064亿,3399亿,2100亿,增速分别为66%,119%,65%,-38%。

若考虑潜在的投资增长率,2020-2021年的投资金额分别为2764亿,3593亿。2016-2019年是集成电路投资密集的一个小周期,目前我国在建和计划建设的晶圆厂项目大多在2019年完成投产,假设下一批宣布建设的项目从2020年开始建设,以2016-2019年平均投资金额2126亿为基数,参考韩国三星电子半导体追赶期间资本支出复合增长率,以30%计算,2020-2021年的投资金额分别为2764亿,3593亿。

(2)通过我们之前的分析,根据洁净室工程市场以及各个环节与总投资的比例关系,计算出未来几年各个细分环节的市场容量。

洁净室工程设计占总投资比例0.4-1.4%,我们按照保守比例,即集成电路厂房工程设计占集成电路总投资比例0.4%计算,预计2016-2019年我国集成电路厂房设计市场规模分别为3.8亿,8.3亿,13.6亿,8.4亿,若考虑潜在的投资增长率,则2020-2021年集成电路工程设计规模分别为11.1亿,14.4亿。

集成电路洁净室施工金额占集成电路总投资比例10-15%,取保守比例10%计算,预计2016-2019我国集成电路洁净室工程市场规模分别为94亿,206亿,340亿,210亿,若考虑潜在的投资增长率,则2020-2021年洁净室市场规模为276亿,359亿。

产业链各环节中,洁净室施工收入和毛利最高,其次是土建施工,最后是工程设计。根据我们的测算,工程设计、土建施工、洁净室施工占总投资比例分别为0.4-1.4%,6-10%,10-15%,我们取保守比例,按照工程设计占总投资比例0.4%,毛利率45%计算,土建占总投资比例6%,毛利率6%计算,洁净室施工占投资10%,毛利率15%计算,各产业链价值量如下。

(3)通过比较2011年到2015年国家统计局集成电路固定资产投资额与我们计算的集成电路固定资产投资额,来大致检验我们方法的可行性。

2011年到2015年国家统计局统计的集成电路固定资产投资额与我们计算的集成电路固定资产投资额相差在15%之内,说明我们的测算方法大致可靠,增加了未来市场测算结果的可靠性。通过国家统计局的数据,可以得知2011-2015年我国集成电路制造固定资产投资完成额为306亿,344亿,579亿,645亿,671亿,根据我们计算的集成电路制造总投资,从而可以计算出每年的固定资产投资额,将国家数据与我们数据相比较,比例为85%,证明我们统计的数据偏低,偏差15%,主要原因是我们统计的总投资额没有包括6寸晶圆厂和部分8寸晶圆厂的投资,而在2011-2015年间投资的晶圆厂项目主要是6寸和8寸项目,所以导致数据偏低,但是偏差范围在可接受范围之内。

4. 新型显示技术升级和产业投资带来洁净室工程新需求

面板产业目前面临技术进步和替代,从中小尺寸转向大尺寸的趋势。在手机屏幕等小尺寸上OLED对LCD的替代已经形成趋势,OLED屏幕在手机屏幕中的渗透率不断提升,同时大尺寸LCD屏需求强劲,高世代的大尺寸LCD面板投资开始加速。

我国新型显示投资近年来大幅增长,已经投资和计划投资总额累计均超过万亿,直接带动了洁净室工程行业的需求。随着我国新型显示产业的蓬勃发展,以及新型显示行业的技术升级等,在京东方的示范作用下,国内各家面板厂商大力投资高世代和新一代面板产线,我国新型显示产业投资开始进入密集期,相对应的洁净工程随之迎来新的发展期。

4.1技术升级带来更高的投资和更高的洁净度要求

新一代的面板制造技术正在改变,传统LCD技术面板正在被OLED技术代替,技术升级带来洁净室的更高要求。OLED的全文是Organic Light Emitting Diode,即“有机发光显示技术”,其原理是在两电极之间夹上有机发光层,当正负极电子在此有机材料中相遇时就会发光,其组件结构比目前流行的TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal display,液晶显示器)简单,理论上生产成本只有TFT-LCD的三到四成左右。

OLED是一种全新显示技术,目前生产技术已经逐步趋向成熟。OLED最大的特点是能自己发光——OLED的正极是一个薄而透明的铟锡氧化物(ITO),阴极为金属组合物,而将有机材料层(包括电洞传输层、发光层、电子传输层等)包夹在其中,形成一个“三明治”。接通电流,正极的电洞与阴极的电荷就会在发光层中结合,产生光亮,根据包夹在其中的有机材料的不同,会发出不同颜色的光。

AMOLED相比PMOLED具有很大的优势,目前是市场主流。根据驱动电路和基板的关系,OLED可以分为有源驱动(AMOLED)和无源驱动(PMOLED),有源驱动指外围驱动电路和显示阵列集成在同一基板上,无源驱动指基板周边需要外接驱动电路。有源驱动相比无源驱动具有很大的优势,有源驱动可以实现更高的亮度和更高的分辨率,可以实现高效率和低功耗,显示色彩更鲜艳,且易于提高器件的集成度和小型化,可以大规模显示,虽然在工艺成本上无源驱动由简单矩阵构成,基板制造工艺简单,有源驱动低温多晶硅TFT工艺复杂,设备投资较大,但是由于有源驱动的诸多优点,目前市场上有源驱动已经成为主流。

目前在小尺寸上OLED对LCD的替代已经成为趋势,随着技术进步和成本下降OLED将逐步向大屏发展。三星率先在手机上使用AMOLED屏,国内众多手机厂商已于2015年下半年开始陆续在旗舰机型上采用AMOLED屏幕,另外,苹果计划于2017年在 iPhone 上使用AMOLED屏幕,OLED在手机上已经对LCD屏形成替代。同时随着技术提升和成本下降,OLED在大屏的应用比如电脑、电视上会逐渐应用,进入渗透率快速提升的阶段。根据digitimes research预计,2017年AMOLED出货量将由去年的3.7亿块增长至4.52亿块,预计2021年出货量会达到11.27亿块,在智能手机中的渗透率将由2016年的24.3%增加至2017的27.6%,2021年将达到53%。

OLED产线投入高于同等产量的LCD产线,且OLED工艺精密程度要比传统LCD高,需要更高的洁净度。新型显示中LCD阵列板工艺,包括薄膜,光刻,刻蚀,剥离等需要保持2-5级的洁净度,由于OLED工艺中,有机膜层之厚度将影响元件特性,一般而言,膜厚误差必须小于5纳米,这给OLED的制造工艺有了更高的要求,相应的在OLED的制造过程中需要更高的洁净度,且同等产量下,OLED产线的投资额是LCD产线的2倍以上,随着技术替代,新产线的投资额会提高。

4.2 新型显示产业投资未来将长期保持高增长

4.2.1根据产投资计划,未来3年产业投资将超过5600亿

全球在建OLED和高世代LCD产线中国占一半,未来2-3年总投资超过5000亿元,年均投资额超过过去5年平均的2倍以上。在显示面板制造方面,中国、韩国、日本、中国台湾是全球显示器面板制造的核心区域,占95%的市场份额,其中韩国拥有三星显示(SDC)和乐金显示(LGD)两家行业巨头,目前仍然是在面板制造、输出方面市场份额最高;中国在京东方(BOE),华星光电(ChinaStar),中电熊猫(CEC)等国资、政府背景的大型面板企业军团的合力下,于2016年升至市场份额第二位。据不完全统计,未来2-3年我国大尺寸LCD和OLED产业投资总额超过5600亿元,中国在显示面板产业的投资大幅增加主要受2个趋势影响。

第一个趋势是OLED在智能手机等小屏幕上的应用替代LCD屏幕,由于OLED投资成本较大,估计为同等产量的LCD工厂成本的2-5倍。OLED投资将一直会持续,不仅仅是因为OLED显示画质,能够减轻重量以及缩小厚度等优点,同时也是由于能够实现柔性显示,可弯曲可折叠产品的形态,这些产品能够给手机品牌厂商带来较高的市场竞争力,也是较难替代的市场。

第二个趋势是目前大尺寸面板供应紧张,未来大屏化趋势将持续,10.5代或者11代线投资将加快。OLED目前尚集中在小屏方向,大尺寸OLED屏受限于技术和工艺,还未大规模替代LCD屏,目前主要是LG在生产大尺寸OLED屏,目前我国主要投资产线是6代线,10代线以上的产能相对较少,预期后续大尺寸产线投资会逐步加快。

4.2.2 为保持和提高竞争力,显示产业投资将长期高增长

1、我国面板产业从落后到追赶,复合投资增速超过30%

我国面板产业从2003年起步,复合投资增速超过30%,到目前为止已经取得了非常显著的成果,证明持续的高投入是有效的。以京东方为例,2003 年京东方收购韩国现代TFT-LCD 业务,并在北京投资第一座LCD产线,彻底打破了国外技术封锁,开始了中国的显示面板产业之路,后续几年间虽然多次巨亏,但是京东方仍然坚持逆周期大规模投入,2003-2016之间资本支出复合增长率高达38%,正是京东方的持续大规模投入,逐步掌握了核心技术,自2011年开始京东方开始实现盈利,且净利润逐步增长,2016年预计净利润超过100亿,同比增长4倍,我国的新型显示产业也从过去的一无所有上升的2016年的产能世界第二。

面板的投资同样具备较强的成长性和周期性,对应着背后的技术升级带来的投资额的周期性上涨。2003年开始LCD技术开始替代CTR显示技术,京东方开始投入LCD的研发,自2010年开始LCD开始大规模应用到智能手机等产品,京东方开始投入低世代的LCD项目,2013年开始OLED的技术开始成熟,京东方开始小规模投入OLED的生产,自2016年开始,高世代的LCD面板兴起,预期OLED开始在手机上大规模替代LCD,又掀起一次投资高峰。

2、为保持和提高竞争力,未来产业投资将持续保持高增长

目前新型显示技术正处在小屏向大屏进化,LCD向OLED转变的关键时期,必须长期大规模投入以保证竞争力。虽然目前我国LCD技术取得了阶段性的成果,但是在高世代良品率和工艺成熟度上和韩国相比还有较大差距,且OLED技术自2013年开始逐步成熟,目前韩国占据90%以上的市场份额,我国目前在OLED上还有待进步,高世代LCD和OLED产线需要投入资金更大,我国若想长期保持竞争力并实现赶超,必须继续大规模投入。

三星电子是全球新型显示产业龙头企业,2012-2018F年面板产业投资复合增速18%。三星电子在新型显示产业领域一直保持全球龙头地位,2010年三星电子率先量产OLED屏,领先我国3-4年左右,三星电子在面板领域同样持续保持高投入,2012-208F年面板产业投资复合增速18%,正是三星持续的高投入是三星在面板领域长期保持领先优势。

参考韩国经验,我国集成电路产业想要提高竞争力,必须长时间保持高额投资,且理论上投资增速应当不低于三星电子18%的年均增速。我国目前新型显示主要投资方向也是OLED和高世代LED,但是技术相比世界先进水平还有待提高,目前虽然可喜的成果,但是决不能一劳永逸,未来只有持续保持高投入,才有可能保持和提高竞争力。

根据DSCC的估计,我国显示产业产能份额将持续上升,5年后将达到全球一半的产能份额。目前我国显示产能占全球29%的份额,和台湾持平,略低于韩国,随着我国投资的增加,以及产业的转移,我国将于2017年超过韩国,成为全球最大的面板生产区,并且市场份额还会继续提高,到2021年将达到全球一半的产能份额。

我国新型显示产业经过15年的发展,已经取得可喜的成果,15年内投资复合增速超过30%,目前新型显示技术正处在小屏向大屏进化,LCD向OLED转变的关键时期,我国想要在显示领域提高和保持竞争力,未来产业投资将长期保持高增速,理论上增速不低于18%。

4.3 与产业投资增速同步,洁净室工程将迎来爆发

我们主要通过以下三个步骤来测算洁净室工程的市场容量:

(1)计算2010年以来我国显示面板产业投资额,主要通过所有已经公布的国内新型显示已完成、在建设以及未开工的投资项目根据工期分拆投资金额,然后加总求和。

(2)通过我们之前的分析,根据洁净室工程市场以及各个环节与总投资的比例关系,计算出未来几年各个细分环节的市场容量。

(3)通过比较2010年到2016年Display Reserch统计的新型显示设备投资额,和我们统计的投资额,来大致检验我们方法的可行性。

(1)计算2010年以来我国显示面板产业投资额度,主要通过所有已经公布的国内新型显示已完成、在建设以及未开工的投资项目根据工期分拆投资金额,然后加总求和。

根据已经公布的和已经建成的新型显示项目,我国2010-2019年总计面板产业投资超过1万亿,2016-2019年产业投资分别为999亿,2179亿,2315亿,749亿。我们搜集整理了近年来我国所有的已建成、正在建设、计划建设的面板产业项目,并根据项目工期估计每个项目每年的投资金额,最后加总得到每年我国面板产业的总投资金额,根据计算,我国面板产业项目投资在2016年开始高速增长,2016-2019年投资金额分别为999亿,2179亿,2315亿,749亿,增速分别为47%,118%,6%,-68%。

若考虑潜在的投资增长率,2020-2021年的投资金额分别为1841亿,2173亿。2016-2019年是新型显示产业投资密集的一个小周期,目前我国在建和计划建设的新型显示大多在2019年完成投产,假设下一批宣布建设的项目从2020年开始建设,以2016-2019年平均投资金额1560亿为基数,以三星电子过去6年平均增速18%计算,2020-2021年的投资金额分别为1841亿,2173亿。

(2)通过我们之前的分析,根据洁净室工程市场以及各个环节与总投资的比例关系,计算出未来几年各个细分环节的市场容量。

工程设计占总投资比例为0.4-1.4%,我们取保守比例,按照新型显示厂房工程设计占总投资比例0.4%计算,预计2016-2019年我国新型显示厂房工程设计市场规模分别为4亿,8.7亿,9.3亿,3亿,若考虑潜在投资增速,2020-2021年工程设计市场规模为7.4亿,8.7亿。

洁净室施工占总投资比例为10-15%,我们取保守比例,按照洁净室施工占总投资10%的比例计算,我国面板产业洁净室施工市场规模2016-2019年分别为99.9亿,217.9亿,231.5亿,74.9亿,若考虑潜在增速,2020-2021年洁净室施工市场规模为184.1亿,217.3亿。

产业链各环节中,洁净室施工收入和毛利最高,其次是土建施工,最后是工程设计。根据测算,工程设计,土建施工,洁净室施工占总投资比例分别为0.4-1.4%,6-10%,10-15%,我们取最保守估计,按照工程设计占总投资比例0.4%,毛利率45%计算,土建施工占总投资比例6%,毛利率6%计算,洁净室施工占投资10%,毛利率15%计算,各产业链价值量如下。

(3)通过比较2010年到2016年Display Research统计的新型显示设备投资额与我们计算的新型显示设备投资额,来大致检验我们方法的可行性。

将Display Research统计的新型显示设备投资额和我们统计的设备投资额相比较,误差在10%以内,说明我们测算的方法有效。如下图,通过Display Research的数据,可以得知2010-2016年我国新型显示设备投资额为218亿,331亿,89亿,251亿,407亿,302亿,570亿,和我们计算的设备投资额相比较,虽然每年比例有变化,但是总计比例为105%,误差非常小,证明我们数据的准确性较高。

5. 投资建议:

我们认为随着政策和市场的双重驱动,集成电路和新型显示2个行业的产业投资开始爆发式增长,且根据产业逻辑和目前国内产业发展阶段,集成电路和新型显示的产业投资将长期保持高增长,相应地洁净室工程市场开始迎来高速增长阶段,且电子行业洁净室工程率先受益于产业投资,技术要求高,竞争壁垒强,相关公司能充分享受到行业发展红利。重点推荐相关领域技术领先、客户优质的企业:洁净厂房设计:太极实业;洁净室工程施工:亚翔集成、至纯科技;洁净室产品和防静电产品销售:新纶科技、天华超净。

洁净室工程非上市公司主要有中国电子工程设计院(十院),中电二公司,中电四公司,美施威尔等。中国电子工程设计院和京东方长期合作,在新型显示洁净室工程设计占据主要市场份额。中电二公司和中电四公司都是中国电子旗下子公司,主要业务为洁净室施工,同时具有少量设计业务,两者业务规模都超过40亿,2016年新增订单都超过100亿。美施威尔(上海)是德国美施威尔在上海的子公司,业务领域包括晶圆厂、显示器生产厂和其他复杂设施的设计和施工,由于在中国进行设计业务必须基本设计资质,而外国企业很难获得,故美施威尔等外国公司一般选择和中国设计院进行合作,以此开展工程设计业务。

 

 


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