鑫鼎晟深度調研顯示，PCB以及泛半導體領域高階化發展趨勢，催化現有光刻技術更新換代，相比於傳統曝光和掩膜光刻，直接成像與直寫光刻技術更具領先優勢。直寫光刻技術無需掩膜版，不同生產方案迭代速度快，靈活性更高。伴隨技術進步，直寫光刻將逐步拓展應用，應用細分市場不斷擴容。國內PCB市場份額不斷提升，產業向國內轉移趨勢明顯。雖然PCB直接成像設備由海外廠商主導，但國內廠商立足高端光刻裝備發展，國產設備迎來進口替代良好契機。1）光刻技術概述當前，受全球缺芯潮持續蔓延的影響，芯片問題廣受關注，在芯片製造中，光刻是至關重要的一個環節。光刻技術是指在光照作用下，藉助光刻膠將掩膜版（Mask，也叫光罩）上的圖形轉移到晶圓上的技術。這有點類似於膠片相機中的膠捲曝光後，利用底片進行洗制照片的過程，只是這個過程要比洗照片複雜繁瑣太多。可以說，光刻技術是現代半導體、微電子、信息產業的基礎，光刻技術直接決定了這些技術的發展水平。自1959年集成電路成功發明至今的近60年中，其圖形線寬縮小了約四個數量級，電路集成性提高了六個數量級以上。這些技術的飛速進步離不開光刻不斷發展的功勞。2）什麼是“直寫光刻”？在泛半導體領域，根據是否使用掩膜版，光刻技術主要分爲掩膜光刻與直寫光刻。掩膜光刻可進一步分爲接近/接觸式光刻以及投影式光刻。直寫光刻也稱無掩膜光刻，是指計算機控制的高精度光束聚焦投影至塗覆有感光材料的基材表面上，無需掩膜直接進行掃描曝光。直寫光刻根據輻射源的不同大致可進一步分爲兩大主要類型：一種是基於帶電粒子的直寫光刻（CPML），包括電子束直寫、離子束直寫等；另一種是基於光學的直寫光刻（OML），包括干涉光刻、激光直寫光刻，以及基於空間光調節器的光刻技術等。其中，DMD（Digital Mirror Device）是一塊由50 - 200萬顆微鏡整列組成，通過FPGA編程來驅動DMD芯片形成圖形後通過光學物鏡投影到感光基底來完成光刻工藝，這樣的技術稱爲DLP（Digital Lighting Process）數字化光學處理技術。綜合來看，每種光刻技術都有各自的特點和優劣，掩膜光刻技術的優勢在於其在轉移電路圖形過程中的精確性和可靠性，過去很長一段時間，掩模光刻技術是光刻工藝路線中的最佳選擇；但隨着成本的日益高漲，未來，無掩膜光刻技術或將憑藉成本優勢及行業佈局逐漸受到行業關注。3）直寫光刻相比掩膜光刻更具優勢從掩膜光刻技術和直寫光刻技術在泛半導體領域不同細分市場的應用情況對比來看，掩膜光刻技術主要用於高精度IC前端製造；直寫光刻主要爲高精度IC前端製造提供高精度的掩模板，以及少量多品種的IC製造。業內人士指出，直寫光刻技術無需掩模板，在縮短製程、自動漲縮、多層對位、少量多品種生產、曲面曝光以及一片一碼的智能工廠建設方面有着明顯的優勢。值得注意的是，在板級封裝及高端PCB製造領域，直寫光刻已經全面取代了傳統光刻；在高端顯示、先進封裝以及第三代半導體領域，直寫光刻已經展現出取代掩模光刻的趨勢。我們相信經過不斷的技術創新發展，直寫光刻將會部分甚至全面替代掩模光刻，扮演起微納加工領域的主角。4）PCB結構升級，直接成像技術前景可期在大規模PCB製造領域，根據曝光時是否使用底片，光刻技術可主要分爲直接成像與傳統曝光。相較於傳統曝光，直接成像設備具有成本和技術優勢。與傳統曝光技術相比較，直接成像設備在光刻精度、對位精度、良品率、環保性、生產週期、生產成本、柔性化生產、自動化水平等技術方面均具有壓倒性的優勢。隨着下游電子產品向便攜、輕薄、高性能等方向發展，PCB產業逐漸向高密度、高集成、細線路、小孔徑、大容量、輕薄化的方向發展，推動PCB產品結構不斷升級。在PCB產品的高端化趨勢下，對於直接成像設備的曝光精度（最小線寬）要求逐漸提升。直接成像設備在PCB產業化生產中能夠實現的最小線寬已經達到5μm，是中高端PCB產品製造中的主流技術方案。PCB的高階化發展趨勢催化現有PCB曝光設備的更新換代，直接成像設備替代現有傳統曝光設備需求強勁。直寫光刻技術主要聚焦在細分優勢市場，具有良好的發展前景，其在PCB領域及泛半導體領域均有廣泛應用。在PCB領域，PCB產業化製造通常要求光刻精度爲微米級－納米級；在泛半導體領域，IC產業化製造及IC掩膜版製版通常要求光刻精度爲納米級，FPD產業化製造通常要求光刻精度爲亞微米級。1）新型顯示快速增長，帶動直寫光刻需求近年來Mini LED技術日趨成熟，Mini/Micro-LED等新型顯示快速增長。其下游應用也將持續推動行業不斷發展。據Arizton預測，2021-2024全球Mini LED市場規模有望從1.5億美元增至23.2億美元，期間每年同比增速皆高達140%以上。廠商積極擴產帶動直寫光刻設備需求。近期Mini LED封裝/模組廠商的投資金額合計228.29億元，按照80%爲設備投資，參照曝光設備佔封裝產線投資的6%計算，該領域帶來的光刻設備需求約爲10億元。2）引線框架：高集成發展，直寫光刻不斷替代傳統技術隨着半導體下游封裝行業的快速發展，引線框架市場需求也持續增長。引線框架是一種藉助於鍵合材料（如金絲、鋁絲、銅絲等）實現芯片內部電路引出端和外引線的電氣連接、形成電氣迴路的結構器件。它是集成電路的芯片載體，連通了芯片內部和外部導線。根據ICMtia和SEMI的數據，2021年全球引線框架市場規模約爲38.2億美元，預計到2023年將增長至39.9億美元；2021年中國引線框架市場規模80.3億元，同比增長20.4%，2022年約達到83.6億元。目前，引線框架的製造工藝主要有傳統的衝壓法及應用直寫光刻技術的蝕刻法。隨着智能手機、可穿戴設備等終端產品的小型化、高集成化發展，引線框架往超薄化方向演進，對曝光的精度和靈活性要求不斷提升，直寫光刻不斷替代傳統曝光技術。3）先進封裝複合增長迅速，直寫光刻市場份額增加隨着晶圓代工製程不斷縮小，摩爾定律逼近極限，先進封裝（包括倒裝、晶圓級封裝、扇出型封裝、3D封裝、系統級封裝等）是後摩爾時代的必然選擇。根據Yole Developpement的預測，2020-2026年先進封裝市場的年複合增速約7.9%，預計2025年市場規模將達到420億美元，領先於傳統封裝市場預期2.2%的複合增速。封裝廠商積極佈局先進封裝業務，2021年全球3D封裝前七大企業的資本支出合計達119億美元，由此帶來的光刻設備需求不斷增加。近年來，針對掩膜光刻在對準的靈活性、大尺寸封裝以及自動編碼等方面存在侷限的情況，日本SCREEN、USHIO等泛半導體光刻設備廠商已經成功研製用於IC先進封裝的激光直寫光刻設備。根據Yole Developpement的預測，激光直寫光刻技術在IC先進封裝領域內的應用將在未來三年內逐步成熟並佔據一定的市場份額，具有良好的市場應用前景。4）FPD良好的市場前景將對直寫光刻形成可觀的需求平板顯示器（Flat Panel Display，FPD）具有薄、輕、功耗小、輻射低、沒有閃爍、有利於人體健康等優點，近年來逐漸成爲顯示器中的主流產品。FPD領域正經歷從LCD向OLED轉變以及面板尺寸升級等技術變革，OLED以及大尺寸LCD等面板產品市場需求增長有效推動了全球FPD市場規模的持續增長。根據Mordor Intelligence的數據，2018年全球FPD市場規模約1287.30億美元，預計2023年將達到1578.50億美元，CAGR達4.05%。未來隨着AMOLED在手機、可穿戴市場上的滲透率增強，AMOLED產值佔比將持續增長。直寫光刻技術在FPD低世代產線中已得到應用。目前FPD高世代產線均採用投影式光刻技術，在保證曝光精度要求的同時實現高效的大批量生產，符合大規模FPD產業化生產的需求。但是掩膜版製版產能十分有限，生產交付週期較長，且掩膜版成本昂貴，爲直寫光刻技術的應用創造機遇。直寫光刻技術在高世代產線中還未有產業化的應用，但是在低世代產線中直寫光刻設備能夠實現最小線寬低於1μm的光刻精度，可以應用在面板客戶小批量、多批次產品的生產以及新產品的研發試製。5）直寫光刻技術助推柔性電子製造發展與傳統IC技術一樣，製造工藝和裝備也是柔性電子技術發展的關鍵。柔性電子製造技術水平指標包括芯片特徵尺寸和基板面積大小，其關鍵是如何在更大幅面的基板上以更低的成本製造出特徵尺寸更小的柔性電子器件。傳統掩膜光刻因其工藝過程複雜、設備昂貴、溶劑和顯影劑無法用於塑料基板，加之耗時費料，僅適用於小面積圖案化，在刻蝕底層時環境要求苛刻，去除光刻膠時會破壞有機電子材料的活性和聚合物基板等，在柔性電子製造應用中受限。而直寫光刻技術可以製造出具有微小特徵尺寸的複雜電路，這些電路可以應用於柔性電子設備中，以提高其性能和可靠性。此外，直寫光刻還可以製造出具有三維形狀的電路，這些電路可以應用於可穿戴設備和智能家居等領域中。比如，在可穿戴設備領域，可以通過直寫光刻技術製造出能夠貼合人體曲線的電路，從而提高設備的舒適度和使用效果。1）PCB行業保持良好增長態勢，持續拉動曝光設備需求根據Prismark的數據，2020年全球PCB行業總產值約652.19億美元，預計2025年產值將達到863.25億美元，CAGR約5.8%。隨着PCB產業規模不斷增長、產業向國內轉移，服務器/數據存儲、汽車產業、手機、通信板塊等行業對PCB強勁需求，給PCB曝光設備帶來了新增的市場機會；與此同時，PCB產品往高階發展，催生現有PCB曝光設備的更新換代，直接成像設備替代現有傳統曝光設備需求強勁。根據Uresearch的預測，2023年全球PCB曝光設備的市場規模約203.81億元，國內市場規模約109.80億元，佔比超過50%。其中，直接成像設備產量將達到981臺，銷售額將達約4.94億美元，其中多層板、HDI板、柔性板中高階PCB產品市場份額佔比不斷提升。2）立足高端光刻裝備領域，國產設備迎來替代契機我國是全球半導體制造設備第一大市場。根據SEMI數據，2021年半導體制造設備全球銷售總額將達到1026.4億美元，同比增長44%。分地區來看，中國已成爲全球半導體制造設備第一大市場，2021年其市場規模達296.2億美元，同比增長58%，領先於全球市場增速。從細分產品來看，光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備是半導體核心設備，分別佔24%/20%/20%。由此測算得出，2021年全球/中國光刻機市場規模分別爲246.3/71.1億美元。其中PCB直接成像設備是PCB製造的關鍵設備之一，由於我國直寫光刻技術發展起步較晚，且直寫光刻設備生產工藝複雜、技術門檻高，泛半導體領域主要被瑞典Mycronic、德國Heidelberg等國際廠商壟斷，PCB領域也被Orbotech、ORC爲代表的國外企業佔據主要市場份額，目前芯片、顯示面板等生產企業仍需依賴從國外進口光刻設備。近年隨着國家大力發展高端裝備產業，全球PCB產業開始向中國大陸轉移，疊加PCB產業快速的技術更迭和PCB行業成本敏感性等因素，國內直寫光刻設備有望憑藉設備性能、性價比及本土服務優勢，逐步實現進口替代和設備出口。雖然直寫光刻具有容易修改且製作週期較短的特點，但是受限於生產效率和精度等方面因素，還無法滿足泛半導體產業大規模製造和高端半導體器件製造的需求。對於光刻行業來說，或許現在沒有完全完美的技術方案，現有技術無不是在成本、效率、性能等多 方因素中反覆權衡，力求在行業的動態變化中尋到一個最優解。目前來看，在板級封裝及高端PCB製造領域，直寫光刻已成爲主流技術；在高端顯示、先進封裝、柔性電子以及第三代半導體領域，直寫光刻已經展現出逐步替代掩模光刻的趨勢。未來，憑藉在勞動力、消費市場、資源、政策、產業鏈協同等方面的優勢 ，相信全球PCB產業將進一步向我國集中，而經過不斷創新發展的直寫光刻技術，將會部分替代掩模光刻，扮演起微納加工領域的主角，併爲我國直寫光刻設備等上游廠商提供良好的市場機遇。