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全球缺芯,半导体关键辅材石英产业链如何?对比德国300年贺利氏

2021-6-21 14:18| 发布者: 隔壁灬老王| 查看: 525| 评论: 0

摘要: 1、‍写在前面:凯德石英拟申请精选层,全球缺芯下,半导体关键辅材的石英产业链如何? ‍2021年4月28日北京凯德石英股份有限公司(简称凯德石英,下同)向北京证监局提交了公开发行股票并在精选层挂牌辅导备案申请 ...

1、‍写在前面:凯德石英拟申请精选层,全球缺芯下,半导体关键辅材的石英产业链如何? ‍

2021年4月28日北京凯德石英股份有限公司(简称凯德石英,下同)向北京证监局提交了公开发行股票并在精选层挂牌辅导备案申请文件,辅导机构为天风证券股份有限公司。

公司主营业务为石英仪器、石英管道、石英舟等石英玻璃制品的研发、生产和销售,主要用于半导体(2020年收入占比55.76%)、光伏等领域。#半导体#


全球缺芯,半导体关键辅材石英产业链如何?对比德国300年贺利氏

在半导体集成电路芯片用石英玻璃制品领域,公司是国内少数能为8、12英寸芯片生产线加工配套石英玻璃制品的企业之一。

另外,2020年9月30日,湖州东科电子石英股份有限公司(简称东科石英,下同)正式在全国股转系统挂牌公开转让,目前位于新三板基础层。2021年1月菲利华拟受让中益科技51.88%的股权完善业务布局。


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2021年5月17日,意法半导体(ST)发布通知,由于当前的全球芯片短缺,致使原材料价格上涨,宣布自2021年6月1日起,所有产品线价格提升。这是意法半导体在年1月1日涨价后的第二次调涨。


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半导体产业发展至今,由于技术知识、经济性、规模等方面的需求,半导体行业衍生出高度专业分工的全球产业链,在其中,各个国家或地区凭借着各自优势分别扮演着不同角色。在这个一体化的全球产业链中,所有国家相互依存,通过自由贸易将材料、设备和产品转移到每项生产活动的最佳地点。


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虽然地域专业分工有其优势,但也有其弱点,需要各地区根据自身经济和安全层面来考量。BCG在报告中指出,在全球半导体的供应链上,至少有超过50个行业活动高度集中,由单一区域供应全球65%以上的市场。

而在半导体产业链中,石英制品是半导体关键辅材之一,其贯穿半导体产品的整个制造环节,从多晶硅的生产,到硅片成型,再到氧化、光刻、刻蚀、扩散等环节,均需要大量的石英制品参与。

在全球缺芯背景下,石英产业链是否有所变化?我们将针对半导体石英产业链中的现状、相关厂商及各自优势、海内外情况进行梳理并对比。


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2、思考一:当前时点,为何关注半导体石英制品产业链? ‍

2.1.高纯石英砂生产与高品质矿密切相关,亚太地区高纯石英砂自给率仅18%

石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源,晶体属三方晶系的氧化物矿物,其主要成分为SiO2。

石英通过加工可生成石英砂,石英砂按品质可简单分为普通石英砂、精制石英砂和高纯石英砂。其中高纯石英砂需要满足SiO2≥99.5—99.9%、Fe2O3≤0.001%,可以应用于光伏、半导体、光通讯和电光源等行业。


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因为石英砂用途广泛,在实际不同行业具体使用时均会根据实际原材料所需特性对石英砂做出具体要求。

当前世界上美国的矽比科(Sibelco,尤尼明Unimin和Santrol于2018年合并成科维亚Covia,矽比科为科维亚控股母公司)公司在石英砂生产技术上较为领先,并且占领了世界上绝大部分的高端石英原料市场。

其主要的特点是设备的专业化、自动化程度高、产品检测水平高、产品质量稳定。

其公司生产的IOTA系列的高纯石英砂使用在各个高尖领域,石英中的元素杂质含量被公认为国际标准,其中用于半导体应用的高纯度石英产品组合包括IOTA 4、IOTA 6、IOTA 6-SV、IOTA 8 和IOTA STD-SV。


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根据Research and Markets,2019年全球高纯石英砂市场为6.72亿美元,同时由于各行各业终端需求的增加,预计到2027年达到12.34亿美元,年复合增长率为 7.9%。


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亚太地区高纯石英砂自给率仅18.28%,严重依赖进口。

根据IMFORMED 2019年报告,全球高纯石英砂生产主要来自北美,北美生产量占据全球产量的75.69%,而消费量仅占据17.06%,同时北美也是各地区唯一能自给自足的地区。亚太地区生产量则占全球9.69%,消费量占53.01%,消费量排第二的为欧洲,占26.49%。而亚太地区自给率则为18.28%。


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另外,高纯石英砂生产与高品质矿源密切相关,低品质矿源提纯较为困难。

美国矽比科公司以美国Spruce Pine的花岗伟晶岩为原料提纯高纯石英砂,垄断了大半高纯石英砂市场;挪威TQC公司以Spruce Pine和挪威本地的石英矿提纯,随着品质的提高,近几年市场占有率呈增长趋势。

根据粉体技术网,我国自从上世纪有高档石英材料以来,一直采用江苏连云港与四川冕宁等地产的纯天然水晶。

目前,我国的石英砂行业总体供给充分,中低端的普通石英砂,精制石英砂供给相对过剩,高纯以及超高纯石英砂对进口还有较强的依赖性,尤其是超高纯石英砂产品。与美国相比较,我国采用硅矿石替代水晶生产石英材料的技术相差较远。

我国的国产石英砂的主要问题是结构组成性杂质问题。

中美贸易争端开始后,随着高科技发展的迅速,目前我国生产的石英材料由于纯度低、羟基含量高,已经不能满足国家发展的需要。

因此,剔除石英砂中结构组成性杂质的重要性、国产化的需求也越来越迫切。

2.2.高端石英制品中资企业仅少数可生产,各背景下国产化需求进一步提升

高纯石英砂进一步经过气炼熔制、真空电熔等技术可加工成石英玻璃材料,石英玻璃材料经过冷加工或热加工形成石英制品,可直接用于半导体、光伏等领域。

半导体领域由于对产品金属离子、羟基含量等要求严苛,所以要想进入主流产业链需要经过原半导体设备厂家或晶圆厂家等资质认证。国际上存在东京电子(TEL)、应用材料(AMAT)、泛林研究(Lam Research)等原厂资质认证。

目前石英玻璃材料、石英制品海内外主要厂商中,贺利氏、迈图、东曹、沈阳汉科、杭州大和等海外或国内外资企业由于起步早,发展时间长,技术先进均获得TEL认证。而中资企业起步整体较晚,技术相对落后。

根据菲利华招股书,菲利华是国内首家产品获得TEL认证的企业,并于2020年在LAM Research、AMAT认证又再次增加认证的规格品种。石英股份也于2019、2020年部分产品获得TEL和LAM的认证。


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国内中资主要厂商国际认可度仍然较低,目前收入主要来自国内。

根据各公司年报,目前营收规模及海外销售比例最高的是菲利华,2020年外销比例37.94%,其次是石英股份,为25.67%。但相比于业务遍布亚欧美洲的贺利氏等国际石英产品企业仍然存在差距。


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12英寸晶圆市场份额占比64%,国内仅少数厂家开发出相关高端产品。

石英制品的下游半导体领域中12英寸的晶圆仍占据大部分市场,根据SEMI,2018年全球12英寸晶圆占比达64%。但目前国内石英制品厂商均已掌握中低端石英制品的生产制造技术,而掌握高端12英寸核心技术的石英制品厂商寥寥可数,其中如凯德石英已开发出12英寸石英舟产品,并于2020年获得中芯国际的资质认证。


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下游需求旺盛,中国半导体制造业高速增长,中美竞争加剧背景下,石英制品国产化需求进一步提升。

根据国际货币基金组织估计,2020年全球GDP增长率按购买力平价(PPP)计算约下降了4.4%,这是二战结束以来世界经济最大幅度的产出萎缩。但是全球半导体市场在居家办公学习、远程会议等需求驱动下,逆势增长。

根据WSTS统计,2020年全球半导体市场销售额4390亿美元,同比增长了6.5%。而根据美国半导体协会(SIA),2021年Q1全球半导体产品销售额1231亿美元,同比增长17.8%,环比增长3.6%,超过了2018年三季度的1227亿美元,创下了新高。

同时,20201Q1中国半导体制造业销售额继续高速增长,达到542.1亿元,同比增长20.10%。而在中美竞争加剧以及“全球缺芯”的背景下,石英制品国产化需求也将进一步提升。


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3、‍思考二:行业入手,石英制品产业链有何特点? ‍

3.1.石英制品工人培训周期长,高端热加工产品需5-10年工龄,乃至10+年

高纯石英砂经过电熔工艺、气炼工艺、等离子体沉积法等工艺可加工成石英玻璃,其中,电熔法出品率高、经济,但杂质含量高,国内使用较为普遍,其成品率不仅取决于工艺,更多与原材料有关,这也是我国要大量进口高纯石英砂的原因之一。

而采用氢氧焰的气炼法制备的石英玻璃虽然能减少杂质含量,但是成品羟基含量高,羟基既是杂质缺陷,又具有结构缺陷的性质,不仅影响石英玻璃的物理、化学性能,也改变石英玻璃的熔制性能。而等离子体沉积法虽然可以同时解决杂质和羟基含量问题,但成本高,实现大量产业化较为困难。


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而石英玻璃进一步通过热加工或冷加工,可形成石英制品。应用在半导体领域的石英制品主要包括石英坩埚、石英扩散管、石英舟、石英钟罩、石英环等。


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国内主要从事石英制品生产的企业包括杭州大和、沈阳汉科等外资企业,其特点是发展时间长,主要生产12英寸等高端石英制品,技术领先,其中如杭州大和已具备18 英寸石英制品的研发能力(公司官网)。

从事石英制品生产的中资企业则主要有凯德石英、东科石英、强华股份等公司,而如菲利华等公司在主营石英玻璃材料业务的同时,也从事部分石英玻璃制品业务。

根据公司2020年报,菲利华石英玻璃制品收入占比21.43%,石英玻璃材料收入占比76.41%。国内中资企业普遍从事中低端石英制品业务,但近两年发展较快,已有凯德石英等公司逐渐进入12英寸等高端市场,并取得一定市场认可。


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石英制品热加工包括灯工二次成型、扩管技术、吹制技术和火焰抛光技术。

在高温下进行的石英制品的加工,主要有吹制、熔断、密封、熔接、激光加工、热顶成型、高温扩管、火焰抛光等。各类常规的石英玻璃器皿、大规模石英玻璃扩散管、各式石英舟等异性和非常规石英玻璃的制品均要采用热加工技术。

冷加工包括金刚石工具、加工机床与工艺。

石英玻璃作为脆性材料,进行的冷加工主要有磨削、抛光、钻空与切割等加工工艺。磨粒与材料滑动接触时,向材料表面施加垂直的和切向的力,对材料产生摩擦和挤压,当应力超过材料的断裂极限时,开始产生裂缝。裂缝沿着与主应力垂直的方向延伸,同时主应力降到临界值以下,最终裂缝扩展停止,材料发生剥离。当磨粒前移时,又出现一个新应力场,裂缝又开始出现并扩展,磨削过程继续。


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同时,石英玻璃制品属于技术密集型行业,企业需拥有自己的核心技术才能在行业内稳步发展。新进入企业在技术积累方面并不具备相应条件。此外,一个成熟技术工人的培训周期通常较长,新进入企业往往面临着持续生产经营的考验,尤其采用热加工工艺的企业。

根据产业调研了解,热加工工艺培训周期得看产品,高端大尺寸产品一般需5-10年,甚至达10年以上,一般在实际生产中,8英寸、12英寸产品按组生产,一组配一个10年以上工 龄的熟练工人。

而6英寸产品培训周期也要再分产品、分工艺,如车床热加工(即在设备上加工)和手工热加工(更复杂),一般车床热加工,中档工人3个月培训即可做一些初级产 品。正因为如此,企业为保证工人稳定性,常采取本地招工的模式。

3.2.进入主流产业链,需在TEL等认证后继续认证,认证周期一般2年以上

石英制品属于半导体工艺中的关键耗材,需要对高纯石英砂、石英玻璃材料厂商和石英制品加工商进行资质认证,只有通过资质认证的供应商产品,才有资格进入对方供应链采购目录。

认证路径主要分为晶圆厂自主认证和设备原厂认证和授权。

一是设备厂商,设备厂商向上游石英制品生产商采购,将石英制品作为设备的配套耗材出售给下游晶圆加工厂。作为直接供应商,石英制品厂商需取得原厂的认证。在半导体等高端领域,一线设备原厂除对石英器件产品做认证外,还同时认证上游石英材料供应商。

二是取得原厂认证并获得授权(即设备厂商授权加工企业向晶圆代工厂直接销售)的石英器件加工企业。石英器件生产商直接向半导体晶圆加工厂销售产品。原厂的授权是行业的重要 “通行证”,通常授权也涉及指定上游石英材料的供应商。

三是产品经试用合格的石英器件加工企业。此种情况下石英器件生产商同样直销到晶圆厂, 但需要通过每家晶圆厂的认证。如凯德石英12英寸石英舟已获得中芯国际认证。

2020年前五大半导体设备厂商ASML、AMAT、TEL、LAM Research、KLA合计占有 61.10%的市场份额,虽然相比2018-2019年明显有所减少,但仍占比过半,也因此石英厂商需要通过AMAT、LAM Research、TEL等半导体设备商的认证之后,才能进入主流半导体供应链系统。


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目前沈阳汉科、杭州大和等外资企业已获得TEL认证,而菲利华则是国内首家获得国际半导体设备商认证的企业,继2011年其气熔石英玻璃材料通过了TEL半导体材料认证后,又获得了Lam Research和AMAT等半导体设备商的认证,进入国际半导体产业链。


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根据菲利华年报,2020年公司半导体石英玻璃材料新增认证的规格品种数量持续增加,Lam Research认证的规格新增40种、AMAT认证的规格新增24种。TEL等设备厂商认证只是基础,实际认证周期甚至达5年。

据产业调研了解,资质认证并不存在相互认证情况,即进入每一家原厂产业链均需要重新进行认证,且要求也存在差异,TEL等设备厂商资质认证只是进入对应产业链的基础。而具体认证周期也得根据实际情况而定,如双方需求、推进速度等,实际生产中一般至少2-3年,有的甚至长达5年。

4、思考三:公司探讨,石英玻璃制品产业链主要有哪些企业?‍

4.1.上游:贺利氏、迈图历史悠久,长期发展,技术产品体系齐全

4.1.1.贺利氏:300+年历史,40%+收入来自亚洲,2019年收入达224亿欧元

贺利氏(Heraeus)科技集团,总部位于德国哈瑙市,是一家产品和业务多元化的国际领先家族企业。

如今,贺利氏集团的业务包括环境、电子、健康和工业应用领域。2019年,贺利氏的总销售收入为224亿欧元,在40个国家拥有近1.49万名员工。贺利氏被评选为“德国家族企业十强”,在全球市场上占据领导地位。

300多年历史,贺利氏持续创新,不断拓展应用,适时改革组织架构,始终保持自身竞争力。贺利氏以一家伯爵宫廷药房起步,1694年开始涉足黄金领域,并于1850年创建德国第一家铂金冶炼厂,同时于1899年首次生产出高纯度无气泡石英玻璃,并成功开拓美国市场,逐步发展为多产品集团。

二战后,专注多元化发展,产品从消费、工业到太空。1970年后,集团国际化,并转型为全球技术集团,成立战略管理控股公司及各业务领域的独立经营子公司。2000年后,拓展技术的同时,专注通讯、半导体、健康等高壁垒和持续增长的领域,2013年后,出售牙科产品部,重组业务单元,同时成立为印刷电子等领域提供新材料的初创公司。


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贺利氏半导体领域产品体系齐全,同一产品分多个不同等级,以满足不同的客户要求。主要采用电熔和气熔工艺,并采用近净成形等技术,产品拥有气泡含量低、纯度高、材料均质性高等一系列优点,其产品解决方案可用于4-12英寸的晶片制造过程,其中不透明材料已可用于18英寸的半导体设备领域。


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亚洲收入占比超40%,2019年贺利氏收入达224亿欧元。根据官网,贺利氏客户遍布超50个国家,2019年营业收入达到224亿欧元,同比增长10.34%。2018年亚洲地区收入贡献最高,占比43%,欧洲(含德国)其次,占比30%,美洲收入占比25%,亚欧美三大洲合计占比98%。


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2019年贺利氏员工为14883人,基本保持稳定。研发费用率方面,2018-2019年基本保持在7%左右的水平。


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4.1.2.迈图:75+年历史,2018年收入达27.05亿美元,以31亿美元价格被收购

迈图(Momentive)的创立可追溯到1940年5月,当时研究化学家Eugene G. Rochow发现了制作有机硅的直接反应工艺。


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公司以有机硅、石英和陶瓷科技为基础,已发展成为特种有机硅和材料方面的顶级供应商,从第一双走过月球表面的鞋底,到地球上抓地力更强的轮胎。而在2018年,由韩国公司KCC、半导体设备生产商Wonik和私募股权基金SJL组成的财团达成协议,以约31亿美元对公司进行收购。

迈图核心制备工艺是电熔法,而且已经通过全球主要的半导体设备商TEL的认证(根据智芯咨询),是高纯度熔融石英制品的全球领军企业。其半导体领域产品体系较为齐全,微量元素含量可达到ppm或ppb级别,同时在较大直径范围内可保持尺寸的一致性,而依据不同细分产品又拥有耐高温、低羟基等一系列优点。


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迈图2016-2018年均保持20亿美元以上的营业收入,同时在2018年营收增长率达到 16%。毛利率则持续上升,2017-2018年均保持在20%+。


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4.1.3.石英股份:国内石英材料龙头,获TEL、LAM认证,利润持续增长

石英股份始建于1992年,于2014年在上交所A股主板上市,经过二十多年的创新发展,公司现已成为国内石英制品行业的龙头企业之一,主要产品为中高端石英管、石英棒,高纯石英砂以及包括石英坩埚在内的其他石英制品。

公司业务领域涉及光源、光伏、光纤、半导体等多个领域,其中在半导体领域,公司石英管、棒、锭材料在2019年底顺利通过TEL扩散(高温)产品的认证,自主研发的石英筒产品于2020年下半年通过美国Lam的刻蚀产品认证,同时稳步推进美国应用材料(AMAT)等半导体石英材料的国际认证。

在公司顺利进入国际知名半导体企业主流采购名录后,将发挥其成本优势、便捷的交货期和灵活的服务优势,有望大幅提升半导体石英产品的市场份额。公司营业收入稳中有升,归母净利润持续增长。石英股份2018-2021Q1年营业收入整体呈现稳中有升,2020年收入达6.46亿元(+3.73%),2021Q1达2.08亿元(+48.94%)。归母净利润2018-2021Q1持续增长,2020年达到1.88亿元(+15.31%),2021Q1则为0.42亿元(+35.56%)。


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但公司光纤半导体领域收入2020年有所下降。

石英股份主要经营石英砂及石英玻璃材料,2020年合计占比98%,光纤及半导体领域的营业收入2020年同比下滑16.55%至 2.05亿元,对应主营收入占比则由2019年的40%下降至32%,其原因主要是光纤和太阳能用石英收入下降较多导致。


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研发费用率方面,整体呈上升趋势,2020年达到4.89%,2021Q1则为4.01%。


根据公司2020年报,公司将重点在高纯石英材料的研发、高纯石英砂国产化、半导体石英市场推广及进口替代、合成石英新品应用等方面加大工作力度,争取更好突破,并更好地服务于光纤半导体领域对高纯石英砂的需求,进一步夯实公司全产业链优势的根基。


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4.2.中游:外资企业技术领先,高端产品成熟,凯德石英为中资企业龙头

国内从事半导体石英制品加工产业的公司主要有沈阳汉科、杭州大和、强华股份、凯德石英、东科石英等公司。

其中沈阳汉科由英国和新加坡联合投资,成立于2006年(根据顺企网),杭州大和(Ferrotec中国)于1992年成立于浙江杭州,由日本Ferrotec株式会社在华设立,两家外资企业均获得东京电子(TEL)认证,产品体系齐全,半导体应用各环节涉及深入,在高端12英寸半导体制程相关石英制品领域技术先进,产品成熟。


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中资企业则大多仍处于8英寸半导体制程领域,仅少数在高端石英制品领域有所建树,而在国际认证中,中资企业相对外资,仍有一定差距。

中资企业中,凯德石英2020年前五大客户合计销售占比62%,涉及的上市公司有北方华创、捷佳伟创、华微电子、美国AXT集团,北方华创为其第一大客户。东科石英 2020年前五大客户合计占比36%,其与A股上市公司士兰微业务较多,士兰微两家子公司均为其前五大客户。强华股份2019年前五大客户合计占比48%,其第二大客户为隆基股份子公司。


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4.2.1.体量规模:凯德石英规模明显领先,2020年归母净利润达3445万元

国内石英制品厂商上市或挂牌的公司,目前主要有凯德石英和东科石英,强华股份已于2021年4月停止挂牌。凯德石英收入及增长率明显领先国内同类公司。

2018-2020年凯德石英营收均处于1亿元以上,并持续保持正增长,东科石英、强华股份营收则不到其50%。2020年凯德石英营收达到1.64亿元,同比增长5.84%,而东科石英2020年收入则下滑24.52%,强华股份2020年H1营收亦下滑11.51%。


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凯德石英归母净利润亦持续领先,并逐步拉开距离。归母净利润方面,凯德石英亦领先另外两家企业,同时2018-2020年逐步加大差距,2020年凯德石英归母净利润达到 3445万元,同比增长6.12%,而东科石英、强华股份均同比下降。


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4.2.2.盈利能力:凯德石英盈利能力持续领先,2020年净利率为21.07%

2018-2020年毛利率整体有所下滑,净利率基本平稳,凯德石英均保持领先。凯德石英2020年毛利率为40.18%,下降4.08pcts。净利率方面,2018-2020年凯德石英则持续上升,2020年为21.07%,同比增加0.06pcts。


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4.2.3.费用方面:凯德石英研发费用率最高,销管费用率则相对较低

研发费用率方面,2018-2020年整体趋同于6%上下。凯德石英2018-2020年研发费用率呈下降趋势,2020年为6.14%,东科石英、强华股份则整体呈上升趋势,2020 年分别为5.16%、5.71%(强华股份为2020年H1数据)。


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销售费用率整体持续下降,2020年管理费用率凯德石英最低。2018-2020年三家公司销售费用率均趋于下降,其中凯德石英最低,2020年为1.60%。管理费用率,凯德石英2018-2020年逐步下降,2020年为7.86%,而东科石英2020年则达到11.15%。


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4.3.下游:中芯国际2021年计划资本开支281亿,北方华创2021Q1收入同增52%

​中芯国际是全球领先的集成电路晶圆代工企业之一,也是中国大陆技术最先进、规模最大、配套服务最完善、跨国经营的专业晶圆代工企业,主要为客户提供0.35微米至 14纳米制程的集成电路晶圆代工及配套服务。

2018-2020年中芯国际收入整体保持增长,2021年Q1收入达到72.92亿元,同比增长13.92%。归母净利润方面,中芯国际2018-2020年持续增长,至2021年Q1已达到10.32亿元,同比增长136.39%。


全球缺芯,半导体关键辅材石英产业链如何?对比德国300年贺利氏

2021年Q1产能利用率略有提升,全年计划资本开支281亿元。中芯国际2021Q1销售晶圆156万片,同比增长11%,月产能则达到54.08万片,同比增长14%,产能利用率同比增加0.2pcts,达到98.7%。资本支出方面同比下降36%,为35.06亿元。

根据公司最新报告,2021年计划的资本开支约为人民币281亿元,其中大部分用于成熟工艺的扩产,小部分用于先进工艺,北京新合资项目土建及其它,与2020年的资本开支280.9亿元基本持平。


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北方华创主要从事基础电子产品的研发、生产、销售和技术服务,主要产品为电子工艺装备和电子元器件,是国内主流高端电子工艺装备供应商。

公司电子工艺装备主要包括半导体装备、真空装备和锂电装备,广泛应用于集成电路、半导体照明等领域。受益于全球半导体产业正增长,半导体设备销售额创新高,中国大陆首次成为全球最大的半导体设备市场,北方华创收入持续增长,2020年达到60.56亿元,其中近80%来源于电子工艺设备(2020年年报),2021Q1收入则达到14.23亿元,同比增长51.76%。归母净利润方面,2018-2020年持续增长,至2021年Q1为0.73亿元,同比增长175.27%。


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作者:安信证券 诸海滨 赵昊

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本文由远瞻智库发表于今日头条。 原文地址:https://m.toutiao.com/i6974660842168418828/
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