半导体行业系列专题（五）-直写光刻篇：行业技术升级加速应用渗透，直写光刻市场如日方升

半导体行业系列专题（五）-直写光刻篇 电子 2024年02月29日 行业技术升级加速应用渗透，直写光刻市场如日方升 强于大市（维持） 行情走势图 证券分析师 徐碧云投资咨询资格编号 S1060523070002 XUBIYUN372@pingan.com.cn 徐勇投资咨询资格编号 S1060519090004 XUYONG318@pingan.com.cn 付强投资咨询资格编号 S1060520070001 FUQIANG021@pingan.com.cn 平安观点： 直写光刻涵盖多领域光刻环节，可适用从PCB板到晶圆、玻璃基板等各应用场景曝光需求：光刻技术是将设计好的微图形结构转移到覆有感光材 料的晶圆、玻璃基板、覆铜板等基材表面上的微纳制造技术，可用来加工制造芯片、显示面板、掩模版、PCB等。直写光刻技术是指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，无需掩模直接进行扫描曝光，其曝光成像的方式与传统投影光刻基本相似，最大区别是无掩模，使用数字DMD代替传统的掩模。直写光刻目前最主要的应用领域是在PCB，在除掩模版制版外的其他泛半导体领域仍处于技术渗透阶段。PCB直接成像设备已成功应用在PCB各细分产品，如多层板、HDI板、柔性板、IC载板等，覆盖了PCB各种制程工艺。在泛半导体领域，直写光刻技术受限于生产效率与光刻精度等因素，目前还无法满足泛半导体产业大规模制造的需求。从产业化应用及销售情况看，在PCB直接成像设备领域，目前全球市场份额主要被以色列Orbotech、日本ORC、ADTEC、SCREEN等国外企业占据，国内仅有大族数控、芯碁微装、苏州源卓等厂商实现了PCB直接成像设备的产业化并形成市场销售。在泛半导体直写光刻领域，全球主要市场份额被瑞典Mycronic、德国Heidelberg等厂商占据，国内仅有芯碁微装、江苏影速等厂商实现了产品的产业化及市场销售。 PCB曝光工艺主流技术方案，受益于PCB线路精细化要求：在大规模 PCB制造领域，按照工艺流程是否使用底片，PCB曝光技术可以分为直接成像技术和传统菲林曝光技术。根据PCB制造步骤，曝光设备可以分为线路层用曝光设备和阻焊层用曝光设备。随着下游电子产品向便携、轻薄、高性能等方向发展，PCB产业产品结构不断升级。传统曝光技术无法满足中高端PCB产品的精度、产能、良率等大规模产业化制造要求。直写光刻技术能满足高端PCB产品技术需求，逐渐成为PCB制造中曝光工艺的主流技术方案。根据使用发光元件的不同，直接成像可进一步分为线路层用激光直接成像以及阻焊层用紫外光直接成像。据QYResearch数据，预计至2023年，全球PCB市场直接成像设备产量将达到1,588台，销售额将达到约9.16亿美元；中国PCB市场直接成像设备产量将达到981台，销售额将达约4.94亿美元，全球占比达到54%。随着PCB产品不断高端化升级，阻焊层曝光精度要求也随之提升。根据前瞻产业研究院的数据，中国PCB阻焊层直接成像曝光设备市场也呈现稳步扩大的态势，2022年市场规模达到13亿元。随着国内PCB直接成像设备性能不断提升，生产成本不断下降，设备性价比及本土服务优势凸显，直接成像设备对传统曝光设备的替代以及国产直接成像设备对进口设备的替代进程也在加速。 行业报 告 行业深度报 告 证券研究报告 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。 在泛半导体各领域技术渗透，产业应用拓展不断深化：目前，在泛半导体领域，根据是否使用掩模版，光刻技术主要分为直写光刻与掩模光刻。其中，掩模光刻可进一步分为接近/接触式光刻以及投影式光刻。目前，投影式光刻在最小线宽、对位精度、产能等核心指标方面能够满足各种不同制程泛半导体产品大规模制造的需要，成为当前IC前道制造、IC后道封装以及 FPD制造等泛半导体领域的主流光刻技术。直写光刻根据辐射源的不同可分为两大主要类型：一种是光学直写光刻，如激光直写光刻；另一种是带电粒子直写光刻，如电子束直写、离子束直写等。带电子粒子直写光刻技术主要应用于光刻精度要求极高的10nm左右的IC掩模版制版。激光直写光刻精度相对较低，产能效率高，已经能够满足中高端PCB制造、晶圆级封装、FPD掩模版制版、中低端IC掩模版制版、低端IC前道制造、光伏电镀铜等的光刻精度及产能要求，下游应用领域更广。在先进封装领域，直写光刻可用于RDL、Bumping和TSV等环节，在再布线、互联、智能纠偏、大面积芯片曝光等方面都具备明显优势。国内代表企业芯碁微装当前合作的客户有华天科技、盛合晶微等封测厂，设备在客户端进展顺利，且近期获得客户的连续重复订单，产品的稳定性和功能已经得到验证。载板是先进封装领域的关键基材，随着IC载板朝着超高精细化路线发展，日益窄小的线宽/线距对图形成像精度、对位精度、以及成品率要求不断提升，直写光刻技术逐渐成为IC载板的主流曝光技术。在IC、FPD掩模版制版领域，直写光刻技术已经是掩模版制版的主流技术。在新型显示领域，直写光刻可用于OLED显示面板制造过程中前段阵列工序中的曝光工艺环节，还在解决Mini/Micro-LED的芯片、基板制造及利用RDL再布线技术解决巨量转移问题有较好的优势。 投资建议：直写光刻涵盖多领域光刻环节，可适用从PCB板到晶圆、玻璃基板、载板等各应用场景曝光需求，目前在PCB领域已经迅速渗透，尤其在中高端PCB领域已经基本替代传统曝光机。在泛半导体领域，直写光刻目前主要用于掩模版制版，在其他领域受限于效率、精度等因素，主要用在高端、小批量、多样化应用场景下，但在载板、先进封装、面板显示等领域 应用前景良好，且已经取得了一定进展。我们看好直写光刻技术在中高端PCB领域的渗透率持续提升叠加国内厂商国产替代趋势，同时看好直写光刻技术在泛半导体各个应用领域中长期的技术应用深化及产业化潜力，建议关注芯碁微装、大族数控、天准科技等。 风险提示：（1）国内PCB厂商投资不及预期。如果PCB厂投资落地数量或进度不及预期，则设备需求增速放缓，PCB直写成像设备公司业绩增长可能不达预期。（2）泛半导体直写光刻设备市场拓展及技术发展的风险。在泛半导体领域，除掩模版 制版外，直写光刻设备目前多处于研发试制客户验证阶段，未来存在一定的产业化应用受限风险。（3）行业竞争加剧的风险。随着直写光刻技术产业化推进，相关公司数量增多，行业有竞争加剧的风险，可能会影响竞争格局的变化。 正文目录 一、直写光刻涵盖多领域光刻环节，可适用从PCB板到晶圆、玻璃基板等各应用场景曝光需求6 二、PCB曝光工艺主流技术方案，受益于PCB线路精细化要求7 2.1PCB直接成像可分为线路层用激光直接成像以及阻焊层用紫外光直接成像7 2.2PCB需求高端化催生现有曝光设备更新换代，直接成像设备替代需求强劲9 三、在泛半导体各领域技术渗透，产业应用拓展不断深化11 3.1先进封装：直写光刻在晶圆级封装中优势明显，可与掩模光刻互补13 3.2载板：封装材料市场增长的主要驱动力之一，为迎合超精细线路制作需求逐步采用直写光刻17 3.3掩模版制版：直写光刻是主流技术，可分为激光直写及电子束直写19 3.4面板显示：新型显示应用前景良好，既可用于PCB基又可用于玻璃基22 四、投资建议24 五、风险提示24 图表目录 图表1直写光刻系统集成模块组成示意图6 图表2采用DMD的直写光刻技术原理示意图6 图表3PCB直写成像设备结构图6 图表4直写光刻应用于中高端PCB及泛半导体领域7 图表5PCB主要光刻技术分类8 图表6PCB直接成像技术工作原理示意图8 图表7使用传统曝光设备与直接成像设备的PCB制造工艺流程示意图8 图表8全球PCB产品结构（%）9 图表9中国PCB曝光设备市场规模（亿元）9 图表10全球LDI市场销售额（百万美元）9 图表11中国PCB直接成像设备市场规模（亿美元）9 图表12传统曝光和直接成像技术的对比10 图表13中国PCB阻焊层曝光设备市场规模（亿元）11 图表14中国PCB阻焊层直接成像设备市场规模（亿元）11 图表15直写光刻设备在PCB阻焊的工艺应用示意图11 图表16泛半导体主要光刻技术分类12 图表17三种光刻技术对比示意图12 图表18掩模光刻与直写光刻在泛半导体不同细分市场所要求的光刻精度（最小线宽）具有明显差别12 图表19直写光刻技术在各泛半导体细分领域产业化应用的具体情况12 图表20全球先进封装市场规模预测（十亿美元）13 图表21常见先进封装细分指标拆解13 图表22先进封装I/Opitch、3DStackPitchRoadmap13 图表233D高端封装主要参数更精细化13 图表24半导体封测头部大厂在先进封装领域的技术节点14 图表25半导体封装领域发展的五个阶段14 图表26中国大陆部分涉及先进封装技术厂商的产线建设情况14 图表27先进封装处于晶圆制造与封测中的交叉区域16 图表28先进封测环节与后道封测环节差异16 图表29先进封装Bumping工艺典型工序流程16 图表30采用双铜波纹技术制作RDLs的工艺流程16 图表31上海微电子装备集团SSB520步进投影光刻机17 图表32芯碁微装WLP2000直写光刻设备17 图表33全球封装基板市场规模预测（亿美元）18 图表342020年全球封装基板市场竞争格局18 图表35全球主要厂商IC封装基板项目大陆产线18 图表36直写光刻设备在IC载板领域的工艺应用示意图19 图表37不同类型掩模版的下游应用领域及代表厂商20 图表38半导体掩模版的工艺流程图20 图表39全球半导体掩模版市场格局21 图表40全球独立第三半导体掩模版市场格局21 图表41OLED基本器件结构示意图22 图表42全球显示设备支出预测（亿美元）22 图表43miniLED的封装方式和材料23 图表44底切最小（左）及有严重底切（右）对比图23 图表45直写光刻设备在Mini/Micro-LED阻焊领域的工艺应用示意图24 一、直写光刻涵盖多领域光刻环节，可适用从PCB板到晶圆、玻璃基板等各应用场景曝光需求 目前，主要微纳制造技术包括图案化技术、化学机械抛光技术以及薄膜沉积技术等，其中，光刻技术是图案化技术的核心。光刻技术是指利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将设计好的微图形结构转移到覆有感光材料的晶圆、玻璃基板、覆铜板等基材表面上的微纳制造技术，用它加工制造的器件包括：芯片、显示面板、掩模版、PCB等。光刻技术的主要工艺流程包括预处理、涂胶、曝光、显影、刻蚀和去胶等系列环节，各工艺环节互相影响、互相制约，其中曝光是光刻技术中最重要的工艺环节。 直写光刻也称无掩模光刻，是指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，无需掩模直接进行扫描曝光。其主要原理是通过计算机将所需的光刻图案通过软件输入到数字微镜器件（DMD）芯片中，根据图像中的黑白像素的分布来改变DMD芯片微镜的转角，并通过准直光源照射到DMD芯片上形成与所需图形一致的光图像投射到基片表面，通过控制样品台的移动实现大面积的微结构制备。 光刻设备是微纳制造的关键设备之一，光刻设备的性能直接决定微纳制程精细程度。直写光刻是微纳光刻的重要分支，它既具有投影光刻的技术特点，如投影成像技术、双台面技术、步进式扫描曝光等，又具有投影光刻所不具有的高灵活性、低成本以及缩短工艺流程等技术特点。直写光刻设备集成了图形处理系统、高精度位移平台、光路系统、电控系统、紫外光源、聚焦系统、智能生产系统、整机软件系统以及对准系统等模块，涉及精密机械、紫外光学、图形图像处理、模式识别、深度学习、自动控制、高速数据处理、有机化学等多领域的跨学科综合技术。 图表1直写光刻系统集成模块组成示意图 资料来源：芯碁微装招股说明书，平安证券研究所 图表2采用DMD的直写光刻技术原理示意图图表3PCB直写成像设备结构图 资料来源：芯碁微装招股说明书