2022年光刻工艺行业发展现状及应用范围分析 光刻是PCB生产与泛半导体的重要工艺

1、PCB 直接成像设备需求旺盛，国产化持续进行

1.1 光刻是 PCB 生产的重要工艺，用于内外层图形和阻焊层制造

光刻是高精度的图案化技术，在先进制造中应用广泛。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。光刻技术作为图案化技术的核心，是人类迄今所能达到的尺 寸最小、精度最高的加工技术，在半导体、显示面板、掩膜版、印制电 路板等先进制造领域应用广泛。

光刻工艺应用于 PCB 内层图形、外层图形和阻焊层的制造，对应设备 为曝光设备。PCB 的生产工序主要包括内层图形制作、层压、钻孔、 电镀、外层图形制作、阻焊层制作、表面处理等。其中光刻应用于内层 图形、外层图形和阻焊层的制造，主要功能是将设计好的电路线路图形 转移到 PCB 基板上。

1.2 受车载和 5G 推动，PCB 行业持续增长

全球 PCB 行业产值稳步增长。根据 Prismark 数据，2021 年全球 PCB 行业产值为 804.49 亿美元，同比增长 23.4%。受益于无线通信、新能 源和智能驾驶、消费电子、服务器和数据储存等下游市场的发展，未来 几年 PCB 行业有望持续增长，根据 Prismark 数据，预计 2026 年全球 PCB 行业产值将达到 1015.59 亿美元，2021-2026 年 CAGR 约为 4.8%。

中国已成为全球最大的 PCB 生产市场。PCB 是电子信息产业的基础之 一，随着国内电子信息产业的快速发展，国内成为全球 PCB 重要的生 产基地。根据 Prismark 数据，预计 2021 年中国 PCB 产值为 436.16 亿美元，占全球市场的比例达到 54.2%。

新能源汽车渗透率提升，推动车用 PCB 需求大幅增长。根据《中国汽 车产业发展年报 2021》数据，2020 年全球新能源汽车销量约 307 万辆， 占全球汽车销量的比例达到 3.9%。随着世界各国纷纷出台相关政策， 新能源车将保持高速增长趋势。根据 PCB 咨询，汽车电动化对 PCB 带 来的增量主要包括整车控制 VCU、微控制单元 MCU 及电池管理系统 BMS。据佐思汽研统计，以特斯拉 Model3 为例，其 PCB 总价值量超 过 2500 元，是普通燃油车的 6.25 倍。

5G 渗透叠加智能手机功能扩展，带动 PCB 需求提升。手机产品功能 的复杂化、多元化及 5G 通信技术的普及，对 PCB 布线密度、可挠性、 密度等均提出了更高技术要求，应用高密度互联技术的 HDI 板需求也 由此大幅提升。根据 MIC 数据，随着 5G 的持续渗透，HDI 需求旺盛。 而手机功能模块增加与轻薄化趋势，则促使软板用量逐步提升。现阶段 主流手机中苹果的软板用量最大，iPhone XS 单机用量达到 24 条，同 类安卓机单机用量在 13 条左右，功能模块的增加是电子产品发展的必 然趋势，由此带来的软板需求也会逐渐提升。

下游厂商资本开支持续增长，PCB 设备需求旺盛。随着 PCB 行业需求 增长，国内 PCB 厂商资本开支持续增长。2010-2021 年，主要 PCB 厂 商购建固定资产、无形资产和其他长期资产支付的现金整体呈上升趋势。 下游厂商资本开支的持续增长，带动 PCB 设备需求旺盛。

1.3 PCB 行业结构升级，加快曝光设备需求增长

PCB 应用广泛，种类多样。PCB 是承载电子元器件并连接电路的桥梁， 作为电子产品之母，其应用领域包括通讯设备、计算机及网络设备、消 费电子、汽车电子、工业控制及医疗等行业。PCB 种类较多，一般可 分为中低层板、多层板、挠性及刚挠结合板、HDI 板和 IC 封装基板。

终端产品升级推动 PCB 向高端化方向发展。根据 Prismark 数据， 2000-2020 年，全球单双层板的产值占比由 23.6%下降至 12.14%；而 高端的 HDI、IC 封装基板、挠性板及刚挠结合板的产值占比大幅提升， 2000 年三者的产值占比分别为 5.10%、8.60%、8.40%，2020 年三者 的产值占比分别增长至 15.15%、15.63%、19.15%。随着服务器/数据 存储、汽车产业、手机、通信板块的持续发展，预计高端 PCB 产值占 比将继续提升，根据 Prismark 预测 HDI 板和 IC 封装基板将是未来 5 年复合增速最快的 PCB 产品，CAGR 分别为 4.9%及 8.6%，预计 2026 年全球 PCB 产品中 HDI 板、IC 封装载板的产值占比将进一步提 高。

PCB 高端化趋势推动曝光设备需求倍数级增长。受益 PCB 行业结构升 级，曝光设备需求呈高速增长。根据测算，在同等产值下，HDI 产线的 曝光设备投入是高多层板的 1.99 倍，是低多层板的 3.19 倍。伴随 PCB 行业持续增长以及高端产品占比提升，曝光设备需求将快速增长。

国内 PCB 行业中高端产品占比提升，推动曝光设备快速增长。根据 Prismark 数据，中国高多层板、HDI 板、IC 封装基板、挠性板及刚挠 结合版等中高端 PCB 的产值占比为 52.63%，而美洲和日本中高端 PCB 的产值占比分别为 70.19%、82.22%。随着中国电子信息行业的 发展与升级，预计中国中高端 PCB 产值占比将逐步提高。PCB 行业结 构升级将推动我国曝光设备快速增长。

我们根据以下假设对国内 PCB 曝光设备市场规模进行测算：（1） 根据 Prismark 数据，预计 2021-2026 年全球 PCB 行业产值由 804.49 亿美元增长至 1015.59 亿美元，CAGR 为 4.8%；（2）假设 中国产值占全球产值的比例逐步提高；（3）根据胜宏科技/崇达技 术/景旺电子等公司公告中披露的投资明细，假设低端 PCB 曝光设 备/PCB 产值的比例为 5%；假设中高端 PCB 曝光设备/PCB 产值 的比例为 10%。根据测算，2021 年中国 PCB 曝光设备的市场空 间为 32.96 亿美元，2026 年在中高端 PCB 产值占比分别为 60%、 70%、80%的情况下，中国曝光设备的市场空间分别为 47.45、 50.41、53.38 亿美元，2021-2026 年对应的 CAGR 分别为 7.56%、 8.87%、10.12%。

1.4 性能全面占优，直接成像成为 PCB 曝光设备主流

PCB 曝光设备分为传统曝光和直接成像设备。掩膜版曝光需要在基板表 面贴一层特殊的感光膜，之后通过曝光和显影将线路图形转移到基板上。 直接成像是通过光学成像系统将图形光束聚焦成像至已涂覆感光材料的 基板表面上，完成图形的直接成像和曝光。直接成像技术不需要使用掩 膜版，因此工艺流程大幅简化。

直接成像设备包括激光直接成像（LDI）和紫外光直接成像（UVLEDDI）设备。其中 LDI 的光是由激光器发出，主要应用于线路层的曝光， 有助于实现更小的线宽和更高的对位精度。而 UVLED-DI 的光是由紫 外发光二极管发出，主要应用于阻焊层的曝光，生产效率更高，并且有 助于保护线路板表面。

直接成像设备在精度、生产效率、良品率、环保性等方面优于传统曝 光设备。目前传统曝光技术能够实现最高精度一般为 50μm 左右，而 LDI 直接成像技术能够实现最高精度可达 5μm 的线宽。同时，LDI 曝光 工艺流程简单，可大幅提升生产效率。另外，直接成像设备在良品率、 环保性、生产成本、柔性化生产、自动化水平等方面具有明显优势。

生产精度要求提高，直接成像设备逐渐成为主流。PCB 行业的生产精 度要求不断提高，根据中国台湾电路板协会（TPCA）,2021-2025 年多个应 用领域的 PCB 生产精度都将大幅提高，以多层板为例，HPC、B5G 等 领域的曝光精度要求将由 25um 提高至 10um。随着 PCB 行业对生产 精度要求的提升，直接成像设备逐步成为行业主流。

1.5 国内企业技术持续进步，国产化替代快速进行

PCB 直接成像设备市场仍以海外企业为主。目前以色列 Orbotech、日 本 ORC 等国外企业在 PCB 直接成像设备市场处于领先地位。根据 Global lnfo Research 数据，2020 年 PCB 直接成像设备市场 CR15 市 占率接近 98.35%，以色列 Orbotech 的市占率为 51.58%。

国内企业技术持续进步，直接成像设备国产替代快速进行。近年，国 内 PCB 直接成像设备企业加大研发投入，以芯碁微装为代表的企业在 最小线宽、对位精度等核心性能指标方面逐步向国外企业靠近。国内企 业占据市场优势，能提供更加优良的售前和售后服务，行业国产替代快 速进行。

2、泛半导体直写光刻需求稳步增长，国产替代势在必行

2.1 光刻是泛半导体的重要工艺，直写光刻应用前景良好

光刻在泛半导体领域应用广泛。光刻工艺应用于 IC 制造、FPD（平板 显示器，Flat Panel Display）制造以及掩膜版制版。根据光刻过程是否 使用掩膜版，光刻技术主要分为直写光刻与掩膜光刻。其中，IC 制造 及掩膜版对光刻精度的要求为纳米级，FPD 制造的光刻精度为微米级。

泛半导体的光刻包括直写光刻、掩膜光刻，二者的区别在于是否使用 掩膜版。直写光刻根据辐射源的不同大致可进一步分为两大主要类型： 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。掩膜光刻根据掩膜版位臵可进一步分为 接近/接触式光刻以及投影式光刻。直写光刻的优势是无需掩膜版、设 计易修改、制造周期短，但其光刻精度低于掩膜光刻，因此适用于精度 要求相对较低的领域。

直写光刻应用于掩膜版制造、IC 封装等领域：

1）掩膜版制造：泛半导体器件类型多样、升级迭代快，因此特定型号 的掩膜版使用寿命较短。直写光刻能够满足掩膜版制造的精度要求， 且适用于小批量的灵活生产，因此是掩膜版制造的主流选择。受半 导体产业工艺升级推动，掩膜版需求旺盛，直写光刻设备需求持续 增长。

2）IC 封装和低端产品制造：直写光刻在小批量、多品种泛半导体器件 的生产与研发试制中具有比较优势，随着技术的成熟和发展，泛半 导体在 IC 封装、低端 IC 制造、低世代 FPD 制造中具备良好的应用 前景。

根据 Yole Development，激光直写光刻技术在 IC 先进封装领域内的应 用将在未来三年内逐步成熟并占据一定的市场份额，具有良好的市场应 用前景。

2.2 细分市场需求旺盛，直写光刻快速发展

2.2.1 掩膜版制版：终端产品高端化发展拉动掩膜版制版市场需求

IC 和面板是掩膜版主要应用领域。掩膜版（Photomask）又称光罩、 光掩膜、光刻掩膜版、掩膜版等，是微电子制造过程中的图形转移工具 或母版，是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体。曝光光源 发出的光束通过掩膜版之后，形成需要光刻的线路图形。根据前瞻产业 研究院数据，IC、LCD、OLED 是掩膜版的前三大应用领域，应用占比 分别为 60%、23%、5%。（报告来源：未来智库）

半导体芯片掩膜版市场空间大。在智能汽车、人工智能、存储器市场、 物联网、5G 通信、元宇宙等领域快速发展的带动下，半导体芯片产业 持续发展。根据 WSTS 统计，2021 年全球半导体销售达到 5,559 亿美 元，同比增长 26.2%。中国仍然是最大的半导体市场，2021 年的销售 额总额为 1,925 亿美元，同比增长 27.1%。根据中国产业信息网， 2019 年全球半导体掩膜版市场规模为 41 亿美元。随着半导体芯片行业 快速发展，半导体芯片行业用掩膜版市场空间可观。

显示行业掩膜版需求持续增长。平板显示市场稳步发展，推动掩膜版需 求稳步增长。根据 Omdia 分析，预计 2025 年全球 8.6 代及以下平板显 示行业掩膜版销售收入为 972 亿日元，占全球平板显示行业掩膜版销 售额的比例为 88%，8.6 代及以下平板显示行业用掩膜版需求保持稳定 增长。同时随着相关产业向国内转移，中国大陆平板显示行业掩膜版的 需求将持续上升，预计到 2024 年，中国大陆平板显示行业掩膜版需求 全球占比将达到 60%。

2.2.2 先进封装：直写光刻进军先进封装领域，封装厂商积极扩产

后摩尔时代先进封装前景可期。后摩尔定律时代芯片性能逼近物理极限， 行业开始注重封装环节，采用倒装、3D 封装、系统级封装等方式进一 步提升芯片性能。根据 Yole，2021 年先进封装的全球市场规模约为 350 亿美元，2025 年先进封装市场规模有望达到 420 亿美元。

直写光刻技术在先进封装领域持续发力。在 IC 先进封装领域，掩膜光 刻技术是产业中应用的主流技术,但由于掩膜光刻在对准灵活性、大尺 寸封装以及自动编码等方面存在一定的局限，泛半导体设备厂商近年来 将激光直写光刻技术应用于晶圆级封装等先进封装领域。以扇出形封装 （Fan-Out）为例，在重布线（RDL）环节，拼装过程中芯片会产生位 移，使得使用掩膜版的光刻机难以精确定位。而无掩膜直写光刻设备可 以在使用软件侦测位移后，通过 RDL，重新将裸片（die）连接起来， 这样效率和成品率都会有一定提升。随着效率和技术的不断提高，直写 光刻设备在先进封装中的应用有望更加普遍。

2.2.3 直写光刻在 FPD 制造中具备良好应用前景

FPD 产业发展，推动光刻设备需求增长。根据 Mordor Intelligence 数 据，2018 年全球 FPD 市场规模约为 1578.50 亿美元，预计行业将保持 持续增长态势。根据 UBI Research 数据，2019 年全球 OLED 制造设 备市场规模约为 83.1 亿美元，其中光刻设备应用于阵列工艺环节，该 环节设备规模占比约为 36%，以此推算 OLED 光刻设备市场空间约为 30 亿美元。

直写光刻在 FPD 低世代产线已得到一定应用。目前，FPD 高世代产线 均采用投影式光刻技术，在保证曝光精度要求的同时实现高效的大批量 生产，符合大规模 FPD 产业化生产的需求。但是掩模板制版周期长、 成本居高不下的产业现状为直写光刻技术的应用带来了机遇，目前直写 光刻技术在 FPD 低世代产线中已得到一定程度的产业化应用，能够实 现最小线宽低于 1μm 的光刻精度。随着直写光刻技术的升级和进步， 直写光刻设备有望向精度更高的显示面板制造市场进军。

2.3 泛半导体光刻仍以国外企业为主，国内企业快速进步

泛半导体光刻设备市场仍以国外企业为主：

1) IC 前道制造领域：目前被荷兰 ASML、日本 Nikon、Canon 所垄 断，国内厂商仅有上海微电子等企业能够实现投影式光刻设备的产 业化。在 IC 制造直写光刻领域，目前芯碁微装、天津芯硕等国内 企业能够实现直写光刻设备的产业化，国外竞争对手主要包括德国 Heidelberg 等。

2) IC、FPD 掩膜版制版领域：掩膜版制版基本使用直写光刻技术。 采 用激光 为辐射 源的直写 光刻设 备领域 ，主要厂 商为瑞 典 Mycronic、德国 Heidelberg 等企业，其中瑞典 Mycronic 处于全球 领先地位。国内企业中，芯碁微装、江苏影速、天津芯硕等企业能 够实现此类设备的产业化，公司在激光掩膜版制版领域的技术水平 （最小线宽、产能效率等关键指标）已经能够与德国 Heidelberg 进行竞争。在采用带电粒子束作为辐射源的直写光刻设备领域，主 要厂商为日本 JEOL、ELIONIX、NuFlare、ADVANTEST 以及德国 Vistec、Raith 等。

3) IC 后道封装领域：在 IC 先进封装领域，掩膜光刻技术是产业中应 用的主流技术，主要厂商以日本 ORC、美国 Rudolph 等日本、欧 美地区企业为主，我国企业中仅有上海微电子等企业能够参与市场 竞争。近年来，日本 SCREEN、USHIO 等泛半导体光刻设备厂商 已经成功研制了用于 IC 先进封装的激光直写光刻设备。

4) FPD 制造领域：FPD 投影式光刻设备的主要厂家包括日本 Nikon、 Canon、美国 Rudolph 以及国内的上海微电子等，其中日本 Nikon 和 Canon 两家占据 FPD 高端光刻设备的主要市场份额；芯 碁微装 2018 年推出应用在 FPD 低世代产线的国产 OLED 显示面 板直写光刻自动线系统（LDW-D1），光刻精度可达 0.7μm，并且 成功获得面板客户的产线验证，该领域国外竞争对手主要有德国 Heidelberg 等。

国内企业处于技术追赶阶段。以掩膜版制版激光直写光刻设备为例，国 内芯碁微装和江苏影速设备的对位精度达到 500nm，低于瑞典 Mycronic 的 220nm；在设备的套刻精度上，芯碁微装和江苏影速分别为 150nm、 200nm，低于瑞典 Mycronic 等海外企业。随着国内泛半导体产业的快速 发展以及国内设备企业技术的持续进步，行业国产化有望逐步推进。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）