半导体零部件一周解一惑系列：半导体零部件国产化程度低，蕴含巨大投资机会

本周关注：中国中车、中国船舶、中国动力、三一重工 半导体零部件种类繁多，技术壁垒高，国产化程度较底。半导体设备精密零部件具有高精密、高洁净、超强耐腐蚀能力、耐击穿电压等特性，生产工艺涉及精密机械制造、工程材料、表面处理特种工艺、电子电机整合及工程设计等多个领域和学科，是半导体设备核心技术的直接保障。因此，半导体设备的升级迭代很大程度上有赖于精密零部件的技术突破，从而半导体精密零部件不仅是半导体设备制造环节中难度较大、技术含量较高的环节之一，也是国内半导体设备企业“卡脖子”的环节之一，其支撑着半导体设备行业，继而支撑半导体芯片制造和整个现代电子信息产业。按结构构成来看，半导体零部件可以分为机械、电气、机电一体、气体/液体/真空系统、仪器仪表和光学等多个领域，各类别均是半导体设备组成的重要构件。目前半导体零件的国产化率较低。半导体零部件有个特点是种类繁多，以机械类零部件为例，分为精密机加件和通用外购件。精密机加件国产化难度低。通常由设备厂自行设计，然后委外代工，一般只用于自己公司的设备上，国产化相对容易，这对其表面处理、精密机加工等工艺技术要求较高。通用零部件指需经过长时间验证，得到众多设备厂和制造厂广泛认可的标准化零部件，需要具备较强的通用性和一致性，并且需要得到设备、制造产线上的认证，需要一定时间的积累。 国内半导体设备及零部件资本开支继续加大，行业有望继续保持增长。 SEMI数据显示，2023年全球半导体设备市场规模达预估1009亿美元。中国大陆的市场规模约为315亿美元，占据了全球市场规模的31%，这表明中国大陆已成为全球半导体设备市场重要市场。同时根据半导体设备市场规模数据，估算2024年全球半导体设备零部件直接材料市场规模约492亿美元，国内半导体设备零部件直接材料市场规模约164亿美元。资本开支方面，SEMI预计全球用于前端设施的300mm晶圆厂设备支出在2025年首次突破1000亿美元，到2027年将达到1370亿美元的历史新高。全球300mm晶圆厂设备投资预计将在2025年增长20%至1165亿美元，2026年将增长12%至1305亿美元，将在2027年创下历史新高。 国内半导体零部件行业难点在于技术创新、人才培养和产业链协同。1）创新能力较为落后，核心技术差距明显。由于国内零部件行业长期未受到重视，只能粗放式成长，因此大部分国内零部件企业进入半导体行业主要以提供维修及更换服务、清洗服务为主，整体研发投入力度不够，创新能力较为落后，长期停留在中低端生产标准和复制国外产品的水平，核心技术差距明显。2）半导体零部件细分领域人才供给不足，缺乏有效激励机制。目前我国半导体行业人才缺口达到数十万人，尽管近年来在半导体人才培养上我国出台了一系列支持措施，但大量的半导体人才培养主要聚焦在设计、制造、设备和材料环节，对半导体零部件等基础产业的人才培养仍缺乏重视。3）产业链各环节脱节严重，难以短期通过行业验证。目前国内半导体零部件上线验证程序复杂、过程漫长，制造厂商、设备厂商和国内半导体零部件厂商的配合度不高，欠缺有效沟通与互动，导致双方对彼此工艺参数与配套匹配性互不掌握，国产替代动力不足。 投资建议：建议关注半导体零部件相关标的：新莱应材、正帆科技等。 风险提示：1）下游客户新品验证周期不及预期。2）新品研发不及预期。 1半导体零部件简介 半导体行业遵循“一代技术、一代工艺、一代设备”的产业规律，半导体设备是延续行业“摩尔定律”的瓶颈和关键。鉴于半导体设备厂商往往为轻资产模式运营，其绝大部分关键核心技术需要物化在精密零部件上，或以精密零部件作为载体来实现。半导体设备精密零部件具有高精密、高洁净、超强耐腐蚀能力、耐击穿电压等特性，生产工艺涉及精密机械制造、工程材料、表面处理特种工艺、电子电机整合及工程设计等多个领域和学科，是半导体设备核心技术的直接保障。 因此，半导体设备的升级迭代很大程度上有赖于精密零部件的技术突破，从而半导体精密零部件不仅是半导体设备制造环节中难度较大、技术含量较高的环节之一，也是国内半导体设备企业“卡脖子”的环节之一，其支撑着半导体设备行业，继而支撑半导体芯片制造和整个现代电子信息产业。 图1：现代电子信息产业结构图 1.1半导体零部件产业链 零部件是半导体行业的基石，支撑着半导体设备行业发展。零部件的性能直接决定了设备的性能，是半导体设备制造过程中非常重要的一环。在半导体设备的成本构成中，精密零部件的价值占比较高。根据国内外半导体设备厂商公开披露信息，设备成本构成中一般90%以上为原材料（即不同类型的精密零部件产品），考虑国际半导体设备公司毛利率一般在40%-45%左右，从而全部精密零部件市场约为全球半导体设备市场规模的50%-55%。 图2：半导体零部件产业链 图3：主要零部件产品及其主要服务的半导体设备 1.2半导体零部件分类 半导体零部件是半导体设备制造环节中难度较大、技术含量较高的环节之一，具有工艺精密、批量小、品种多等特点。半导体零部件涵盖多个细分的领域，品类众多，分类方式也有多种标准。半导体零部件的分类标准主要有四大口径，按照结构、实现功能、材料和服务对象分类。 图4：半导体零部件分类 行业通常采用结构构成或按照实现功能分类。按结构构成来看，零部件可以分为机械、电气、机电一体、气体/液体/真空系统、仪器仪表和光学等多个领域，各类别均是半导体设备组成的重要构件。 图5：半导体零部件分类情况及功能介绍 机械类零部件约占半导体设备零部件的20%-40%，下游满足半导体所有设备的应用。机械类零部件在设备中起到构建整体框架、基础结构、晶圆反应环境和实现零部件特殊功能的作用，保证反应良率，延长设备使用寿命。该环节是半导体零部件中应用最广，市场份额最大的零部件类别。机械类零部件国产化率较高，但高端产品国产化率较低。国产化程度主要由技术壁垒决定，当前应用于高制程设备的产品技术突破难度仍较高。 电气零部件约占半导体设备零部件的10%-20%，作为控制工艺制程的核心部件，技术突破难度较大。电气零部件主要包括射频电源、射频匹配器、远程等离子源、供电系统、工控电脑等。其中，射频电源是重要的电气类零部件产品，具有较高的技术难度和壁垒。美国两大厂商MKS Instrument（万机仪器）和Advanced Energy（先进能源工业）是半导体射频电源市场的领导者。对于核心模块（射频电源等），中国企业尚未进入国际半导体设备厂商，少量应用于中国半导体设备厂商，主要应用于光伏、LED LED等泛半导体设备，国产化率低，高端产品尚未国产。 机电一体类零部件在设备中起到实现晶圆装载、传输、运动控制、温度控制的作用，部分产品包含机械类产品，价值量占比10%-25%。该环节应用于所有设备，其中双工机台和浸液系统仅用于光刻设备。主要包括EFEMEFEM、机械手、加热带、腔体模组、阀体模组、双工机台、浸液系统、温控系统等。大多品类中国厂商主要供应中国半导体设备厂商，整体国产化率不高，功能复杂的高端产品未国产。 气体/液体/真空系统类零部件在设备中起到传输和控制特种气体、液体和保持真空的作用。主要应用于薄膜沉积设备、刻蚀设备和离子注入设备等干法设备； 气动液压系统类主要应用于化学机械抛光设备、清洗设备等湿法设备。为了将半导体制造过程控制在更小的尺寸上，半导体工艺需要在真空环境中运行。因此，真空泵和真空阀是重要的真空系统类零部件。真空泵为集成电路制造前道工序的四大核心设备中的薄膜、 光学类零部件在光学设备中起到控制和传输光源的作用，对光学性能要求高，主要包括光学元件、光栅、激光源、物镜等。鉴于光刻设备国际市场高度垄断，高端产品一家独大。中国光刻设备尚在发展，相应配套光学零部件国产化率低，技术突破难度较高。中国企业尚未进入国际半导体设备厂商，已少量应用于中国光刻设备，国产化率较低，高端产品尚未国产。光学类零部件目前炬光科技有部分产品在进行国产替代，总体上光学类零部件在国产化方面相对薄弱。 仪器仪表类对测量的精准度要求高，国产化率低，技术突破难度较高。仪器仪表类中国企业通过收购进入国际半导体设备厂商，中国企业自研产品仅少量用于中国半导体设备厂商，由于产品成本占比较低，中国企业主要以采购进口产品为主，国产化率低，高端产品尚未国产化。 图6：半导体零部件国产化程度相对较低 目前半导体零件的国产化率较低。半导体零部件有个特点是种类繁多，以机械类零部件为例，分为精密机加件和通用外购件。精密机加件国产化难度低。通常由设备厂自行设计，然后委外代工，一般只用于自己公司的设备上，国产化相对容易，这对其表面处理、精密机加工等工艺技术要求较高。通用零部件指需经过长时间验证，得到众多设备厂和制造厂广泛认可的标准化零部件，需要具备较强的通用性和一致性，并且需要得到设备、制造产线上的认证，需要一定时间的积累。 2半导体零部件市场规模稳定增长，发展空间大 2.1半导体零部件市场规模及竞争格局 SEMI数据显示，2023年全球半导体设备市场规模达预估1009亿美元。中国大陆的市场规模约为315亿美元，占据了全球市场规模的31%，这表明中国大陆已成为全球半导体设备市场重要市场。虽然短期内全球晶圆厂设备支出将放缓，但SEMI预测在2024年开始复苏，预计同比增长4%，叠加中国大陆晶圆制造厂逆势扩产，未来几年国内半导体设备及零部件市场将继续保持增长。 图7：全球及中国半导体设备市场规模（亿美元，%） 半导体设备零部件市场主要由半导体设备厂的直接材料以及晶圆制造厂的替换材料两部分构成。根据近两年国内外已上市半导体设备厂商公告数据，设备厂商毛利率区间通常在40-50%，直接材料占比半导体设备成本80%-90%。假设半导体设备厂商的毛利率约45%，普遍直接材料占生产成本的比例约85%，则根据半导体设备市场规模数据，估算2024年全球半导体设备零部件直接材料市场规模约492亿美元，国内半导体设备零部件直接材料市场规模约164亿美元。 图8：全球及中国半导体零部件市场规模（亿美元，%） 资本开支方面，SEMI发布《300mm晶圆厂2027年展望报告(300mm Fab Outlook Report to 2027)》指出，由于内存市场复苏以及对高效能运算和汽车应用的强劲需求，全球用于前端设施的300mm晶圆厂设备支出预估在2025年首次突破1000亿美元，到2027年将达到1370亿美元的历史新高。全球300mm晶圆厂设备投资预计将在2025年增长20%至1165亿美元，2026年将增长12%至1305亿美元，将在2027年创下历史新高。 国内来看，SEMI预计中国大陆在全球半导体产能中的份额将持续增加，2023年中国大陆产能同比增长12%，达到每月760万片晶圆；预计中国大陆芯片制造商将在2024年开始运营18个项目，2024年产能同比增加13%，达到每月860万片晶圆。到2025年，中国大陆、中国台湾和韩国仍将是全球设备支出的前三大目的地。根据中国电子专用设备工业协会数据，2022年集成电路晶圆制造关键设备进口零部件金额约占设备市场的40%左右，部分国产半导体设备公司的零部件进口额达到60%，影响了国产设备在国内市场竞争力，后续随着自主研发的关键半导体设备和核心部件进入量产生产线，替代进口产品，国产设备的市场竞争力将显著提升。 全球半导体零部件市场按照服务对象不同，主要包括两部分构成。一是全球半导体设备厂商定制生产或采购的零部件及相关服务。根据美国半导体产业调查公司VLSIResearch提供的数据，2020年半导体设备的子系统市场销售规模接近100亿美元，其中维修+支持服务占46％，零部件产品销售占32％及替换+升级占22％。二是全球半导体制造厂直接采购的作为耗材或者备件的零部件及相关服务。根据芯谋数据，2020年，中国大陆8寸和12寸晶圆线前道设备零部件采购金额超过10亿美元。我国制造产能占全球的比例在12-15％左右，考虑到先进工艺带来的高附加值零部件采购需求，全球8寸和12寸晶圆线前道设备零