全球新材料产业研究（一）：日本新材料产业优势及经验启示.pdf

最近一年行业指数走势 -22%-15%-7%0%7%15%22%29%2019-03 2019-07 2019-11 2020-03化工 上证指数 深证成指行业专题报告 投资评级:增持(维持) 2020年03月18日 全球新材料产业研究（一） 新材料 投资要点： 报告目的：日本企业在高端制造业是长期的领导者，尤其是在材料、关键部件及设备领域，日本企业有着无可替代的影响力乃至是垄断优势。此前日本政府推出第二波禁韩令，857种之多的材料受到管制，韩国从日本进口的几乎所有材料都要申请，产业影响力一览无余。因此，我们试图分析日本的新材料产业、关键部件和设备产业的竞争优势，得到其产业发展的成功经验和对我国新材料产业发展的启示。 日本三大优势材料产业包括：碳纤维、半导体材料、显示材料。1）碳纤维：日本碳纤维在技术、规模、质量上均处于世界领先地位。在小丝束碳纤维市场上，东丽、帝人和三菱合计占据全球 49%的市场份额；在大丝束碳纤维市场上，东丽和三菱合计占据全球 54%的市场份额。2）半导体材料：日本拥有从晶圆制造到封装环节重要材料的绝对优势。日本企业在全球光刻胶、大硅片等半导体材料市场上所占综合份额约达到 52%，代表性企业如信越化学、SUMCO、JSR等构成了全球半导体制造的关键环节。3）显示材料：日本有多种显示领域的关键材料做到全球独家供应。例如全球的FMM 材料由日立金属独家供应，OLED 金属模板的全球唯一供应商也是大日本印刷公司。 日本优势关键部件及设备产业包括：高端被动器件和半导体生产设备。1）高端被动器件：日本在许多高端被动器件领域（电阻、电容、电感等）体现了强大控制力，例如日本村田和 TDK 公司是全球SAW滤波器主要供应商，日本村田和 Taiyo公司是电容电感主要供应商。2）半导体生产设备：日本半导体厂商在半导体生产过程中的所须的30种生产设备中至少有10种以上具有竞争优势, 全球半导体设备厂商前十强排名中日本企业占四家。 日本新材料企业发展的成功经验所带来的启示：随着电子等新兴行业全球产能逐渐向国内转移集中，先进制造业所需的新材料行业为国内化工企业提供了转型升级的方向。我们回顾日本新材料行业的发展进程，有三点启示值得借鉴。1）日本独特的“产官学”合作体制推动了科研成果高效转化，同时政府在产业化过程中提供税收优惠及研究经费支持。2）建立产业联盟来推进上下游协作、实现高质量增长。3）日本的商社文化、产融结合为日本新材料企业提供了成长的肥沃土壤。由于我国半导体等诸多新兴产业尚在发展阶段,由政府主导建立产业研发联合体可以统筹规划，有针对性地开展关键共性技术的产业化；创建产业联盟可以建立上下游企业的沟通协调机制，促进行业有序发展。 风险提示：宏观经济景气下行导致新材料需求下滑，行业竞争加剧 行业研究 财通证券研究所 日本新材料产业优势及经验启示 请阅读最后一页的重要声明 以才聚财，财通天下 证券研究报告 联系信息 虞小波 分析师 SAC证书编号：S0160518020001 yuxbctsec 张兴宇 分析师 SAC证书编号：S0160518120001 zhangxingyuctsec 莫凯文 联系人 mokwctsec 021-68592331 相关报告 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 2 证券研究报告 行业专题报告 内容目录 1、 日本三大优势材料产业：碳纤维、半导体材料、显示材料 . 4 1.1 碳纤维：日本在技术、质量和规模上均为世界领先 . 4 1.1.1 碳纤维：新型纤维材料，主要应用为航空航天 . 4 1.1.2 碳纤维产业格局：原丝到复材 日本拥有技术、规模等优势 . 4 1.1.3 日本碳纤维主要企业：东丽集团 从纺织到高性能纤维材料的转型. 7 1.2 半导体材料：日本拥有从晶圆制造到封装环节重要材料的绝对优势 10 1.2.1 半导体材料：细分领域多，技术门槛高. 10 1.2.2 日本在全球半导体材料市场所占份额过半 . 11 1.2.3 日本半导体材料主要企业：信越化学. 16 1.3 显示材料：日本有多种关键材料做到全球独家供应 . 18 2、 日本优势关键部件及设备产业 . 20 2.1 高端被动器件（电阻、电容、电感等）：日本体现了强大的控制力 . 20 2.2 半导体生产设备：日本三成以上设备具备竞争优势 . 21 2.2.1 2020年全球半导体设备市场有望复苏 . 21 2.2.2 全球半导体设备厂商前十强美日各占4家 . 22 2.2.3 半导体设备市场呈寡头垄断格局，市场份额多为前三家占据 . 23 2.2.4 日本半导体设备主要企业：日本东京电子 . 24 2.2.5 启示：国内设备商成长之路少不了自主创新+并购整合 . 26 3、 日本新材料企业发展的成功经验所带来的启示 . 27 3.1 从龙头信越化学看半导体材料经营之道：精进技术+把握市场需求 . 27 3.1.1 成长历程 + 产品开拓路径 . 27 3.1.2 成功要素：重视研发、布局新兴领域. 28 3.2 总结：带给我国新材料产业发展的启示 . 30 3.2.1 启示一：产官学合作体制推动科研成果高效转化 . 30 3.2.2 启示二：产业联盟推进上下游协作、实现高质量增长 . 32 3.2.3 启示三：商社文化、产融结合为企业成长提供肥沃土壤 . 33 图表目录 图1：2018年全球主要碳纤维企业理论产能 . 5 图2：碳纤维专利数量前30机构（2010-2017） . 7 图3：东丽公司营收及增速 . 8 图4：东丽公司净利润及增速 . 8 图5：2018年东丽各项业务营业收入占比 . 8 图6：东丽研发费用及其占营收比重 . 9 图7：半导体产业链示意图 . 11 图8：2018年全球硅晶圆供货商份额占比 . 12 图9：2018年全球半导体硅片行业竞争格局 . 13 图10：全球电子气体主要企业份额占比 . 14 图11：全球光刻胶主要企业份额占比 . 15 图12：全球掩膜版主要企业份额占比 . 16 图13：全球溅射靶材主要企业份额占比 . 16 图14：日本信越化学营收及增速 . 17 图15：日本信越化学净利润及增速 . 17 dU9UuZvXnWlWmUcVxUqQnQ8O9RbRmOqQsQmMeRoOoNfQoPwP9PpOoRMYpMrMuOnRsM谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 3 证券研究报告 行业专题报告 图16：信越化学各业务营业利润占比 . 17 图17：2017、2018年日本信越化学各业务营收 . 18 图18：铝电解电容器示意图 . 21 图19：全球各类半导体设备产品市场份额情况 . 21 图20：2019-2021全球半导体设备销售额预测（单位：10亿美元） . 22 图21：2018全球半导体设备前十厂商市场份额 . 23 图22：东京电子营收及增速 . 25 图23：东京电子净利润及增速 . 25 图24：2018年东京电子各项业务营收占比 . 25 图25：东京电子半导体设备种类 . 26 图26：东京电子研发支出及其占营收比重 . 26 图27：信越化学单晶硅（纯度“11个9”） . 28 图28：旋转涂覆于晶片上的光刻胶 . 28 图29：信越化学三位一体的研究开发体制 . 29 图30：信越化学研发支出占营收比重 . 29 图31：日本VLSI项目产官学一体化实施情况 . 31 图32：日本新材料五大关键领域及其行动计划 . 32 图33：日本碳纤维协会组织结构及其作用 . 33 图34：住友化学股权结构图 . 33 图35：住友商社战略性整合资源 . 34 表1：日本主要碳纤维生产企业 . 6 表2：日本东丽公司碳纤维产品性能 . 9 表3：电子气体种类及用途 . 13 表4：全球LCD(不含OLED)产能占比预测 . 18 表5：2014年OLED全球专利申请人排名 . 19 表6：FMM材料竞争格局 . 20 表7：2019全球半导体设备厂商十强 . 22 表8：各类半导体设备用途及主要厂商市占率 . 23 表9：信越化学R&D据点 . 29 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 4 证券研究报告 行业专题报告 引言： “一代材料 一代装备”日本在工业制造业长期保持世界先进水平和其发达的材料和装备制造体系密不可分，据日本 NIMS 数据显示，日本主要新材料的全球市占率：飞机、汽车用碳纤维 70%，海水淡化逆渗透薄膜 50%，有机 EL 材料 90%，用于燃料电池的氧化锆 60%，用于汽车、电子的合成镁氧 70%。其中日本拥有世界上最完整的半导体产业链，在上中游产业，日本厂商有着极高的市占率。以半导体材料为例，根据国际半导体产业协会（SEMI）的数据，日本企业在全球半导体材料市场所占的份额为 52%，而北美和欧洲仅仅各占 15%左右。日本企业在全球新购半导体制造设备市场占有率超过30%，稳居产业链上游。信越化学、 SUMCO、JSR、东京应化工业、大阳日酸等日企，构成了全球半导体制造的关键环节。因此，我们试图分析日本的材料产业、关键部件和设备产业的竞争优势，得到其产业发展的成功经验和对我国新材料产业发展的启示。日本三大优势材料产业包括碳纤维、半导体材料、显示材料，优势部件及设备产业包括高端被动器件及半导体生产设备。 1、 日本三大优势材料产业：碳纤维、半导体材料、显示材料 1.1 碳纤维：日本在技术、质量和规模上均为世界领先 1.1.1 碳纤维：新型纤维材料，主要应用为航空航天 被誉为新材料之王的碳纤维，具有强度高、模量高、密度低等优异性能，是一种含碳量在 90%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。碳纤维“外柔内刚”，柔软可加工，质量比铝轻，强度却高于钢铁，对支撑我国制造业转型和保障国防安全等方面具有重要意义。 碳纤维作为新型复合材料广泛运用于航空航天、汽车轻量化、工业智能化、核能利用、海洋工程、军事工业、医疗器材等方面，市场前景广阔。就最主要的航空航天应用领域来说，1）在商用飞机领域，以空客A320为代表，碳纤维复合材料占比超50%。相比于铝合金，用碳纤维复合材料来制造飞机结构，可减重2040。2）在航天领域，复合材料广泛应用于航天器结构件，包括卫星中心承力筒、各种仪器安装结构板等。在运载火箭上可用于火箭的排气锥体，发动机的盖、燃烧室壳体、喷管、喉衬、扩散段，以及整流罩等部位，与铝合金相比重量可减轻1025。航空航天领域对“轻量化价值”的追求不止，碳纤维追求高强、高模、高韧的发展趋势也不会停止。 1.1.2 碳纤维产业格局：原丝到复材 日本拥有技术、规模等优势 日本是全球最大的碳纤维生产国，其碳纤维在技术水准、质量和数量上均处于世谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 5 证券研究报告 行业专题报告 界领先地位。全球主要碳纤维生产企业有：日本的东丽、三菱、东邦，美国的赫氏、氰特，德国的西格里，土耳其的陶氏阿克萨等企业。全球碳纤维企业可分为三个梯队：1）兼具规模和技术优势的企业，日本东丽、日本东邦等为典型代表；2）在特定领域具备较强竞争力的企业，比如德国西格里在汽车领域；3）具备成本优势的企业，比如台塑、土耳其陶氏阿克萨、韩国晓星等。 根据2018全球碳纤维及复合材料市场报告， 主要碳纤维生产企业中，产能最大的前五家分别是东丽（日本）、卓尔泰克（美国）、西格里（德国）、三菱丽阳（日本）、东邦（日本）,合计产能为8.7万吨，占全球总产能56%。2018年全球碳纤维理论产能为15.48万吨,其中东丽公司产能 (含卓尔泰克)达到4.7万吨，占比30%，远超其他碳纤维厂家。在小丝束碳纤维市场上，东丽、帝人（东邦母公司）和三菱合计占据全球 49%的市场份额；在大丝束碳纤维市场上，东丽和三菱合计占据全球 54%的市场份额。2013 年，东丽收购美国第一大大丝束生产商卓尔泰克，成功进入低成本大丝束碳纤维领域，成为当之无愧的碳纤维巨无霸。 图1：2018年全球主要碳纤维企业理论产能 数据来源：2018全球碳纤维复合材料市场报告，财通证券研究所 三大碳纤维日企东丽、三菱丽阳和东邦：东丽公司通过自己遍布全球的运营网络，生产基地遍布日本、美国、欧洲，产品型号包括T和M两个系列，T系列是拉伸强度，M系列是模量，其中T1000型碳纤维技术领先，在产能上东丽也远超其他企业。日本三菱丽阳是三菱化学控股集团旗下企业，碳纤维产品分为高强度、中模高强、高模量三个系列。日本东邦隶属于帝人集团，有着较完整的产品线，高强型碳纤维包括HTA40、HTS40、UTS50等，中等模量高强型包括IMS40、IMS60,高模量碳纤维有HMA35、UMS40、UMS55。 01000020000300004000050000 产能（t/a）谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 6 证券研究报告 行业专题报告 表1：日本主要碳纤维生产企业 企业名称 生产能力(t/a) 装置所在地 工艺技术 东丽(TORAY) 47000 日本、韩国、法国、美国 DMSO(二甲基亚砜)湿法纺丝+干喷施纺 三菱丽阳(MRC) 14300 日本、美国 DMAC(二甲基乙酰胺)湿法纺丝 东邦(TOHO) 13900 日本、德国、美国 ZnCl2 (氯化锌)湿法纺丝 数据来源：中国化工新材料产业发展报告，财通证券研究所 日本主要碳纤维公司近年扩产情况：（据中国化工新材料产业发展报告统计）东丽公司：1）旗下卓尔泰克17年宣布扩产计划匈牙利工厂产能从1.0万吨提升到1.5万吨，墨西哥产能从0.5万吨提升至1.0万吨。2）由于波音等航空航天用户及亚洲市场用户增加，在韩国和美国分别扩产2000t和2500t小丝束产能。东邦公司：17 年宣布 3.2 亿美元扩建计划日本原丝产能和美国南加州碳化工厂，计划2020年生产。三菱公司：计划18年投资1.22亿美元、2000t产能大丝束产品。 PAN基碳纤维技术主要由日企掌握。碳纤维的种类多样，按照不同的前驱体，可以形成聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维；其中，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维占整个碳纤维产能的90%以上。PAN（聚丙烯腈）是生产碳纤维的原料，1960 年代开始，日本东丽公司开始使用此方法生产碳纤维，此后全球多家大型碳纤维厂商也以PAN为生产原料。目前，世界上PAN基碳纤维技术主要掌握在日本的东丽公司、三菱人造丝公司和东邦公司中，包括 PAN 原丝生产中的聚合、喷丝、牵引等几个步骤，以及碳化过程中的低温碳化、高温碳化两个环节。 机构专利情况：日本非常重视保持在该领域的优势,尤其重视高性能 PAN 基碳纤维以及能源和环境友好相关技术的研发。近年各国都比较重视碳纤维领域的研究投入，相关论文发表和专利申请都呈逐年上升趋势。日本东丽公司专利数量为511项，位列第一。 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 7 证券研究报告 行业专题报告 图2：碳纤维专利数量前30机构（2010-2017） 数据来源：中国科学院，财通证券研究所 1.1.3 日本碳纤维主要企业：东丽集团 从纺织到高性能纤维材料的转型 日本东丽集团创立于1926年，业务范围广，包括纤维和纺织品、高性能化学品、碳纤维复合材料、环境工程、生命科学等多类业务，在碳纤维领域有着广泛的控制力，覆盖了从 PAN 原丝到复合材料等产业链上各阶段产品。2018 年全球的碳纤维生产中，东丽产能(含卓尔泰克)达到 4.7 万吨。2018 年，东丽在匈牙利和墨西哥再投资200亿日元，预计提高20%左右的自身产能。近年来，东丽大举展开收购；2013 年收购美国第一大大丝束生产商卓尔泰克，成功进入低成本大丝束碳纤维领域，成为当之无愧的碳纤维巨无霸；同年收购韩国熊津化学；2018年再斥资9.3亿欧元收购荷兰昙卡先进复合材料公司。公司纵向延伸与横向扩张并举，不断巩固自身优势地位。2018年，东丽已在26个国家地区建立了商业基地，海外营收占比达到54%。 2018财年东丽实现营收2.39万亿日元，同比增长8.34%，实现净利润793.73亿日元，同比下跌 17.25%；在欧美与本国市场经济仍处于复苏期的背景下，原料和原油价格上涨是影响东丽集团净利润的主要因素。 0100200300400500600东丽公司三菱丽阳中石化帝人株式会社哈尔滨工业大学河南科信电缆东华大学韩国晓星集团中国上海石化日本东邦北京化工大学中国国家电网山东科技大学中南大学山东大学西北工业大学天津工业大学江苏恒神股份巴伐利亚发动机厂上海交通大学大连理工大学哈尔滨天顺化工荣成复合材料日本东洋纺韩国可隆工业株式会社大连创达科技贸易中科院山西煤化所陕西科技大学常州市第八纺织机械天津大学谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 8 证券研究报告 行业专题报告 图3：东丽公司营收及增速 图4：东丽公司净利润及增速 数据来源：Wind，财通证券研究所 数据来源：Wind，财通证券研究所 2018年，东丽集团主要业务是纤维与纺织（40%）、 高性能化学品（39%）和碳纤维复合材料（11%）等。纤维与纺织业务的增长主要受益于工业需求的增强；高性能化学业务主要是由于树脂、锂电池分离片、OLED 等出货量的增加；在碳纤维复合材料领域，航空领域需求仍然强劲，碳纤维的工业应用也呈现复苏趋势，主要是环境和能源相关领域有复苏迹象，然而原材料价格上涨和竞争加剧是影响碳纤维业务的主要不利因素。 图5：2018年东丽各项业务营业收入占比 数据来源：东丽年报，财通证券研究所 东丽集团将每年研发投入保持在600亿日元的水平，以维持自己的技术优势地位。2017 年的全部研发投入中，32%用于高性能化学品的研发，11%用于碳纤维。核心技术方面，东丽集团拥有“有机合成化学”、“聚合物化学”、“生物技术”和“纳米技术”四大板块的优势技术，拥有 5800 多项专利，打造了自己的独立研发机构，不断提升自身核心能力。 -5%0%5%10%15%20%0500000100000015000002000000250000030000002009201020112012201320142015201620172018营业总收入(百万日元) 同比增速-30%-20%-10%0%10%20%30%-200000200004000060000800001000001200002009201020112012201320142015201620172018净利润(百万日元) 同比增速纤维与纺织品, 40%高性能化学品, 39%碳纤维复合材料, 11%环境工程, 7% 生命科学, 3%谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 9 证券研究报告 行业专题报告 图6：东丽研发费用及其占营收比重 数据来源：东丽官网，财通证券研究所 日企在市场上的优势与其产品的优良性能、技术水准紧密相关，尤其是在航空领域，以东丽为首的日本企业提供的高品质碳纤维在航空工业买家中有着无可替代的地位。日本东丽公司的碳纤维产品性能优异，东丽生产的碳纤维环氧树脂预浸料用于波音787“梦想”客机的机翼和尾翼结构中。除了航空航天领域，碳纤维在体育用品、汽车、土木建筑、压力容器、叶轮等领域都有着广泛用途。 表2：日本东丽公司碳纤维产品性能 型号 每束纤维根数 拉伸强度/MPa 拉伸模量/GPa 延伸率/% 线密度/（g/1000m） 密度/（g/cm3） T300 1000 3530 230 1.5 66 1.76 3000 198 6000 396 12000 800 T400H 3000 4410 250 1.8 198 1.8 6000 396 T600S 24000 4120 230 1.9 1700 1.79 T700G 12000 4900 240 2 800 1.78 24000 1650 T800H 6000 5490 294 1.9 223 1.81 12000 445 T1000G 12000 6370 294 2.2 485 1.8 M35J 6000 4700 343 1.4 225 1.75 12000 450 M40J 6000 4410 377 1.2 225 1.77 12000 450 M50J 6000 4120 475 0.8 218 1.88 M60J 3000 3920 588 0.7 100 1.94 0.0%0.5%1.0%1.5%2.0%2.5%3.0%3.5%4.0%010203040506070FY2008 FY2009 FY2010 FY2011 FY2012 FY2013 FY2014 FY2015 FY2016 FY2017 FY2018研发费用（十亿日元） 研发费用营收占比谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 10 证券研究报告 行业专题报告 6000 200 M30S 18000 5490 294 1.9 760 1.73 M30G 18000 5100 294 1.7 760 1.73 M40 1000 2740 392 0.7 61 1.81 3000 182 6000 364 12000 728 数据来源：日本东丽公司及其碳纤维事业，财通证券研究所 1.2 半导体材料：日本拥有从晶圆制造到封装环节重要材料的绝对优势 1.2.1 半导体材料：细分领域多，技术门槛高 半导体材料是指电导率介于金属与绝缘体之间的材料，是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要材料。半导体材料是半导体产业链中细分领域最多的产业链环节。半导体材料市场可以分为晶圆材料和封装材料市场。其中，晶圆材料主要有硅片、光掩膜、光刻胶、光刻胶辅助设备、湿制程、溅射靶、抛光液和其他材料。封装材料主要有层压基板、引线框架、焊线、模压化合物、底部填充料、液体密封剂、粘晶材料、锡球、晶圆级封装介质和热接口材料。相比于其他电子及制造领域相关材料，半导体材料的技术门槛一般要高，因为其纯度要求高、工艺复杂，在研发过程中需要下游进行批量测试。 半导体产业链：半导体产业从上游的材料、设备、IP 供应开始，经过 IC 设计、IC制造与IC封测，再到下游的应用，产业链庞大到几乎不可能由单个企业或国家完成，需要各国之间的产业链相互合作、相互制约。材料和设备是半导体产业的基石，是推动集成电路技术创新的引擎。半导体材料处于整个半导体产业链的上游环节，具有产业规模大、细分行业多、技术门槛高、更新速度快等特点；其中晶圆制造材料包括硅片、光掩模、光刻胶、光刻胶辅助材料、工艺化学品、电子特气、靶材、CMP抛光材料（抛光液和抛光垫）等。