2020年硅片设备行业研究报告
导语
中国市场在 2016 年至 2018 年间，半导体硅片销售额从 5.00 亿美元上升至 9.92 亿 美元，年均复合增长率高达 40.88%，远高于同期全球半导体硅片的年均复合增长率 25.65%。
来源：东吴证券
1、光伏级向半导体级拓展是晶硅生长设备厂的成长之路
1.1. 半导体硅片对于纯净度的要求高于光伏硅片
硅片是半导体和光伏的上游重要材料，光伏硅片和半导体硅片的主要区别在于纯净 度要求不同。光伏级硅片纯度要达到“6-8 个 9”，即 99.999999%；而半导体级硅片纯度 要达到“9-11 个 9”，即 99.99999999999%，区熔级（FZ）半导体单晶硅更是要达到“12 个 9”以上的高纯度级别。另外，由形状不同、制作工艺不同而衍生出来的相关设备不 同的问题较为容易解决，因此光伏级硅片和半导体级硅片的主要差异集中在纯净度上， 半导体级别硅片可以理解为要求更高的光伏硅片。由于材料、工艺的相近，由光伏向半 导体渗透是硅片厂及硅片设备厂的成长之路。
1.2. 内生：晶盛机电横跨光伏级、半导体级硅单晶生长设备领域
在主营业务晶体硅生长设备方面：晶盛机电从半导体级硅片设备开始尝试，但初期 实际形成收入的业务主要来自光伏级硅片设备。（1）晶盛机电成立初期就开始研发半导 体硅片设备：2007 年，晶盛机电实现公司首台、也是国内首台直拉式单晶硅生长炉的生 产，并销售给有研半导体。2009 年，公司获得国家科技重大专项“硅材料设备应用工程”项目下“300mm 硅单晶直拉生长装备的开发”课题，开始涉足研发 12 寸大硅片设备。（2）但公司早期收入来源主要是光伏级硅片设备：2008-2010 年，光伏级硅单晶生长设 备收入占比平均约为 78%，半导体级硅单晶生长设备收入占比平均约 8%。
晶盛机电的半导体级单晶炉在技术上实现不断突破。2015 年，晶盛机电“300mm 硅单晶直拉生长装备的开发”课题通过国家验收；2017 年，“8 英寸区熔硅单晶炉国产 设备研制”课题通过国家验收。目前，晶盛机电十二寸单晶炉已实现销售，八寸单晶炉 已基本实现国产替代。随着晶盛机电对单晶炉持续的研发投入，半导体设备业务的收入 占比逐渐提升。2018 年，晶盛机电新签半导体设备订单超过 5 亿元，是 2010 年半导体 收入的 25 倍。
1.3. 外延：连城数控从光伏硅片设备向半导体单晶炉布局
连城数控的发展模式也是从光伏硅片设备切入，逐渐布局半导体硅片设备。2008 年， 连城数控开始销售单晶切方机并打入光伏硅片设备行业，此后又相继研发出切片机、插 片机、清洗机等光伏硅片设备。2013 年，公司并购凯克斯（KAYEX）单晶炉事业部， 并获得凯克斯全部知识产权、商标和 18 项技术专利。通过并购凯克斯，连城数控的业 务延申至光伏及半导体单晶炉领域。
连城数控并购凯克斯（KAYEX），以外延的方式进入到单晶炉行业。在 2013 年收 购凯克斯以前，连城数控在单晶炉方面没有经验；2014 年，连城数控的单晶炉业务首次 实现收入；近几年单晶炉业务成为连城数控的主要收入来源，2019 年连城数控 47%的 收入来自单晶炉，且该业务 2017-2019 年毛利率保持在 35%以上。
大客户隆基放弃半导体级硅片事业，连城数控的半导体单晶炉拓展低于预期。晶盛 机电的第一大客户——中环股份同时涉足光伏和半导体硅片制造领域，相比之下，连城 数控的第一大客户——隆基股份则在 2014 年宣布放弃半导体事业部，因此连城数控的 半导体级单晶炉主要面向小客户，并未绑定大型硅片厂商。2019 年，连城数控半导体单 晶炉收入为 1650 万元，仅占其单晶炉业务收入的 4.2%，与晶盛机电半导体设备业务相 比，无论是体量还是营收占比都尚有发展空间。
2. 光伏平价+技术迭代，光伏单晶炉需求长期扩张
2.1. 下游光伏硅片厂迎来扩产潮，设备需求旺盛
全球光伏行业近十年来高速发展。2019 年全球光伏新增装机量达 115GWh， 2009-2019 年 CAGR 为 31%。在基数不断变大的情况下，过去 5 年新增装机依然保持较 高增速，行业仍处于快速成长期。
2020 年中国光伏景气超预期，光伏平价下重启新增长。531 光伏新政使近两年国内 光伏行业有所波动，但不改行业整体向上趋势。国内新增装机量从 2012 年的 4.5GW 开 始高速增长，2017 年达到高峰，为 53GW，2012-2017 年 CAGR 达 64%。受 531 新政影 响，2018 和 2019 年，我国光伏发电新增装机量分别为 44GW 和 30GW，连续两年下降。2020 年，我国开启光伏平价上网时代，光伏电池行业正式由政策驱动转为经济效益驱动， 需求更加刚性。2020 年 8 月初，发改委宣布光伏新装机量已达 33GW，已超过 2019 全 年新增装机量，我们预计 2020 年国内新增装机恢复高速增长。
下游光伏硅片的新产能周期逻辑不受疫情影响持续兑现。据统计，目前已披露 2020-2022 年国产光伏厂商扩产计划已达 150GW。我们假设：1）随着大口径光伏硅片 主流化，单晶炉均价稳步上升；2）随着生产工艺提高，单 GW 所需单晶炉数量缓慢下 降。根据测算，我们预计 2020-2022 年，光伏单晶炉需求将达到 313 亿元，迎来需求爆 发期。
2.2. 大尺寸硅片是未来发展方向，技术迭代拉长设备景气周期
大尺寸化是光伏硅片历史发展进程，技术迭代要求下推动设备行业持续景气。早期 光伏硅片尺寸标准主要源自半导体硅片行业，主要经历三个阶段：1981-2012 年：以 100mm、125mm 为主；2012-2018 年：以 156mm（M0）、156.75mm（M2）为主；2013 年底，隆基、中环、晶龙、阳光能源、卡姆丹克五个主要厂家牵头统一了标准 M1 和M2 硅片，这是硅片尺寸发展史上的一大变革；2018 年以来：出现了 158.75mm（G1）、 161.7mm（M4）、166mm（M6）、210mm（G12）等更大尺寸硅片。
大尺寸硅片降本增效效果明显，代表未来发展方向，而设备端代际差异无法消除， 将显著拉动硅片厂对大尺寸单晶炉的设备投资。相比于 M2 硅片，中环 210 大硅片可提 升 1%的光电转化效率，80%的单片功率，最后将体现在度电成本 LCOE 的大幅下降。硅片尺寸的差异将体现为单晶炉的尺寸差异，由于炉腔尺寸决定的炉体形状已定，不同 代际的单晶炉无法改进，只能购入新设备。由于“降本提效”是光伏行业的不变基调， 大硅片时代的到来确定性高，将显著拉动对大尺寸单晶炉的需求。
光伏全产业链大尺寸配套准备已经就绪，大尺寸单晶炉需求迎来爆发期。光伏电池 产业链各环节均主动顺应行业趋势，开始布局大尺寸产能。硅片环节：隆基在 2019 年 5 月份推出 166 大硅片，接着中环 8 月份正式发布 210 大硅片。从单晶硅片双龙头布局开 始，行业开启大尺寸潮流；电池环节：爱旭 2020 年义乌二期、三期 210 产能投产；通 威 2020 年眉山一期 210 产能投产；组件环节：近期各龙头组件厂大功率组件发布会召 开，各龙头分成了明显的两个阵营，第一梯队一体化龙头企业选择了与现有硅片产能兼容性更好的 18Xmm 尺寸组件，第二梯队组件龙头选择更大的 210mm 硅片尺寸。未来 随着 12 寸大硅片的渗透率提升，核心硅片设备商将会充分受益。尤其是晶体长晶炉， 区别于其他的电池片设备，部分设备可能技改可完成产品的更新换代，但长晶炉随着硅 片直径的变化，将会完全地更新换代。
3. 半导体大硅片亟待国产化，龙头设备厂有望受益下游需求爆发
3.1. 硅片是半导体行业最重要的基础材料，下游需求日益增长
硅片是半导体芯片制造最重要的基础原材料，目前 90％以上的芯片和传感器是基 于半导体单晶硅片制造而成。2019 年，硅片在半导体制造原材料的占比为 37%，显著 高于其他耗材。近年 5G 与汽车电子化等新应用加速落地，驱动半导体需求不断增长， 硅片端需求也随之提升。2016 至 2018 年，全球半导体硅片销售金额从 72.09 亿美元增 长至 113.81 亿美元，年均复合增长率达 25.65%。2019 年受到存储市场疲软和库存调整 的影响小幅下降。
中国市场在 2016 年至 2018 年间，半导体硅片销售额从 5.00 亿美元上升至 9.92 亿 美元，年均复合增长率高达 40.88%，远高于同期全球半导体硅片的年均复合增长率 25.65%。中国作为全球最大的半导体产品终端市场，预计未来随着中国芯片制造产能的 持续扩张，中国半导体硅片市场的规模将继续以高于全球市场的速度增长。
3.2. 半导体硅片向大尺寸发展，先进制程推动硅片产能需求高速增长
根据摩尔定律，集成电路上的晶体管数量每隔 18 个月就提升一倍，相应的集成电 路性能增强一倍，成本随之下降一半。对于芯片制造企业而言，这意味着需要不断提升 单片硅片可生产的芯片数量、从而降低单片硅片的制造成本以便与摩尔定律同步。半导体硅片的直径越大，在单片硅片上可制造的芯片数量就越多，硅片边缘的损失越小，单 位芯片的成本随之降低。例如，在同样的工艺条件下，300mm（即 12 英寸）半导体硅 片的可使用面积超过 200mm（即 8 英寸）硅片的两倍以上，可使用率（衡量单位晶圆 可生产的芯片数量的指标）是 200mm 硅片的 2.5 倍左右。
在摩尔定律的影响下，半导体硅片正在不断向大尺寸的方向发展。目前，全球市场 主流的产品是 8 英寸、12 英寸直径的半导体硅片，下游芯片制造行业的设备投资也与 8 英寸和 12 英寸规格相匹配。12 英寸和 8 英寸两种尺寸硅片合计占比接近 90%。
从下游需求来看，8 英寸硅片主要用于传感器、逻辑芯片、分立元件、光电耦合器 等，终端应用领域主要为移动通信、汽车电子、物联网、工业电子等。随着汽车电子、 工业电子等应用的驱动，8 英寸半导体硅片的需求呈上涨趋势。
12 英寸半导体硅片的需求主要来源于存储芯片、逻辑芯片等其他应用，终端应用主 要为智能手机、计算机、云计算、人工智能、SSD（固态存储硬盘）等高端领域。
先进制程对硅片产能需求高速增长。目前，90nm 及以下的制程主要使用 12 英寸硅 片，90nm 以上的制程主要使用 8 英寸或更小尺寸的硅片。随着半导体制程的不断缩小， 芯片生产的工艺越来越复杂，生产成本不断提高，成本因素驱动硅片向着大尺寸的方向 发展。因此未来几年，12 英寸仍将是半导体硅片的主流品种。
3.3. 管制措施下倒逼半导体大硅片国产化，其中设备是关键
半导体硅片作为芯片制造的关键材料，市场集中度很高，目前全球半导体硅片市场 主要被日本、德国、韩国、中国台湾等国家和地区的知名企业占据，日本信越、SUMCO 等前五大硅片商所占据的市场份额达 90%以上。
中国大陆的半导体硅片企业主要生产 6 英寸及以下的半导体硅片，仅有少数几家企 业具有 8 英寸半导体硅片的生产能力。根据 IC Mtia 统计，目前国内从事硅材料业务的 公司主要包括浙江金瑞泓、有研半导体、中环股份、南京国盛、上海新傲、河北普兴、 昆山中辰等十余家。截至 2019 年底，中环股份具备月产 42 万片 8 英寸硅片生产能力， 浙江金瑞泓具备月产 32 万片 8 英寸硅抛光片的生产能力，有研半导体具备月产 33 万 片 8 英寸硅片的生产能力。国产 8 英寸半导体硅片的量产在一定程度上缓解了我国对 进口的依赖，弥补了国内技术上的空白，同时缩小了与世界先进水平之间的差距。
12 英寸大硅片对进口依赖度高，管制措施下国产化刻不容缓。2017 年以前，12 英 寸半导体硅片几乎全部依赖进口。2018 年，硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率 先实现 12 英寸硅片规模化销售的企业，打破了 12 英寸半导体硅片国产化率几乎为 0% 的局面。目前国内 12 寸大硅片仅沪硅产业旗下的上海新昇和中环股份具备少量供应能 力（新昇产能 15 万片/月，中环产能 2 万片/月），且尚处于客户验证期，只能供应低等 级的测试片/挡片等，对于《瓦森纳协议》中所针对的 14nm 制程工艺的硅片还没法供应。大硅片对外依赖程度依旧非常高，国产化刻不容缓。
我们认为设备是硅片生产制造的基础，从设备端实现国产化是最关键的一环。大硅 片生产流程主要包括拉晶、切片、倒角、研磨、抛光、清洗、检测等环节，其中拉晶环 节所需的晶体生长设备直接决定了后续硅片的生产效率和质量，是硅片生产过程中的重 中之重，在硅片设备中的价值占比达到 25%以上。目前 8 寸设备已多数实现国产化，而 《瓦森纳协议》的重点管制对象——12 寸级别的硅片设备，以晶盛机电为首的国产设备 商仍在验证中。晶盛作为国内半导体级别硅片设备龙头，有望为大硅片国产化提供坚实 基础。未来随着半导体硅片的国产化加速，我们认为国内率先通过验证的设备厂商有望 充分受益。
4. 晶硅生长设备行业优质公司对比：晶盛机电 VS 连城数控
4.1. 业绩规模：龙一晶盛&龙二连城均具备高增长能力
从规模上来看，晶盛机电作为行业龙头业绩体量高于连城数控，二者的营收和利润 均保持高速增长的态势。2019 年，晶盛机电营收为 31.1 亿元，为连城数控的 3 倍；晶 盛机电归母净利润为 6.4 亿元，为连城数控的 4 倍。2015-2019 年，晶盛机电的营收和 归母净利润 CAGR 分别为 52%和 57%，连城数控的营收和利润 CAGR 分别为 29%和 51%，两家公司均具备高增长能力。
4.2. 盈利能力：晶盛与连城净利率均保持在 20%左右
晶盛机电与连城数控的盈利能力趋于一致，2019 年，二者毛利率、净利率分别约为 35%和 20%，与行业整体保持一致。从二者的主营业务——晶硅生长设备上来看，连 城数控的毛利率逐年上升，2019 年，晶盛与连城的晶硅生长设备的毛利率均为 38%左 右。
4.3. 技术: 晶盛机电的研发投入十分突出，技术实力强
晶盛机电注重提高技术实力，其研发投入占比及技术人员占比均处于高位。2019 年，晶盛机电的研发投入约为 1.9 亿元，研发投入占比为 6%，高于连城数控的 5.2%；2019 年，晶盛机电有 556 名技术人员，占总员工人数的 26%，高于连城数控的 15%。
受益于高研发投入，晶盛机电拥有更明显的技术优势。截至 2019 年，晶盛机电拥有 387 项专利，连城数控拥有 42 项专利。依托技术优势，2017-2019 年，晶盛机电获得 的政府补助连年上升，2019 年达到 4800 万元。
4.4. 大客户：晶盛机电逐渐降低对中环的依赖度，客户向多元化发展
晶盛机电绑定大客户中环股份，连城数控绑定大客户隆基股份。伴随着下游大客户 的加速扩产，晶盛与连城的业绩具备增长动力。
从客户结构上来看，晶盛机电对大客户的依赖程度较低，收入结构更加健康。2019 年，中环股份为晶盛机电贡献了 56%的收入，相比于 2018 年的 69%下降了 13pct。晶盛 机电对第一大客户——中环股份的依赖度降低，且晶盛机电在 LED 智能化装备、蓝宝 石材料等其他领域也有布局，增强抗单一市场波动风险的同时或成为新的增长点。相比 之下，2019 年，隆基为连城数控贡献了 68%的收入，对第一大客户的依赖度较高。2017-2019 年，连城数控前五大客户收入占比均高于 80%，未来仍有较大的客户拓展空 间。
4.5. 营运能力：晶盛机电回款能力持续优化
（1）从存货周转天数上来看，连城数控更加稳定，保持在 250 天左右的水平。2019 年，晶盛机电与连城数控的存货周转天数分别为 255 天和 273 天。（2）从应收账款周转 天数上来看，2019 年，晶盛机电为 117 天，连城数控为 173 天。2016-2019 年，晶盛机 电应收账款周转天数处于下降态势，回款速度有较为明显的优化。
4.6. 产能：晶盛机电产能扩张不断加速，固定资产高速增长
晶盛机电固定资产由 2015 年的 4 亿元上涨到 2019 年的 11.5 亿元，固定资产不断上 涨是受产能扩张以及拓展新领域所致，彰显出晶盛对未来发展的信心。
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