电镀金刚线行业分析报告Word文档下载推荐.docx

1、游离磨料多线切割以两种方式除去硅材料：去除脆性断裂和塑性流动的去除。脆性断裂前端以颗粒形式裂纹移除，晶片表面裂纹会受到严重的伤害;除去塑性流动形成在硅棒切塑性区域，塑性流动的形成过程中被切割，由此产生切割。简单来说：对超硬材料的切割的过程就是用硬度比较高的材质去切除硬度较低的材料的过程。俗语“没有金刚钻，就别揽瓷器活”说的就是这个道理。我们从莫氏硬度表上得知金刚石硬度为10，是目前已知天然形成的最高硬度的材料。由莫氏硬度表可知能用于硅材料切割的磨料只有金刚石，碳化硅，和蓝宝石。由于金刚石硬度最高所以其切除效率最高并且效果最好。图2：金刚线切割示意图2.2、传统的硅片切割方式砂浆切割从20世纪9

2、0年代中期开始，由于线锯加工的切缝窄、厚度均匀、翘曲度较低，而被广泛应用于单晶硅等贵重硬脆材料的加工。线锯主要分为游离磨料和固结磨料两类。游离磨料线切割加工在工业切割领域表现稳定，在光伏产业的大尺寸硅片切割领域广泛应用，但其存在加工效率较低且不利于加工更硬的材料、磨浆污染环境严重等问题，因而严重制约了该技术的进一步发展。2.3、新型的硅片切割方式金刚线切割由于碳化硅为磨料的砂浆切割具有较多的缺点，其逐渐被电镀磨料线锯切割技术所替代，而其磨料一般采用金刚石。电镀金刚石线锯是一种在镀液中添加一定的金刚石磨料，当镀液中的金属离子在阴极还原成金属，沉积在线锯基体上时，金刚石微粒被包覆进入镀层而制成的线

3、性锯切工具。其比原来的游离磨粒线锯具有更高的耐磨性，同时能够承受较大的切削力和较长的切削时间。图3：金刚线实物图片图4：砂浆切割磨料碳化硅颗粒SEM电子显微镜照片2.4、硅片金刚线切割与砂浆切割对比优势图5：两种切割方式示意图2.4.1、切割效率高切割效率高主要来源于其技术特点：第一，金刚线采用固定方式结合金刚石，相比砂浆线处于游离状态的磨料，不仅参与磨削切割的金刚石更多（漏损少），而且减少了磨料之间的相互磨损。第二，金刚石硬度高，耐磨损能力强，从而切削和使用寿命更长。第三，金刚线固着的金刚石的运行速度与切割线一致，而游离状态的砂浆运行速度低于切割线。2.4.2、材料损耗少、出片率高切割线线径

4、越大造成切割时刀缝越大从而导致材料损耗越多，而切割线的线径是裸线径与磨料/刃料直径之和。金刚线因切割能力强，其镀层比切割液与碳化硅混合形成的砂浆要小薄，从而造成的刀缝损耗较小。另外，金刚线切割造成的硅片损伤层小于砂浆线切割，有利于切割更薄的硅片。更细的线径、更薄的切片有利于降低材料损耗，提高硅片的出片率。2015年的硅片厚度多为180m，砂浆切割的刀缝损耗大约为150m，金刚线切割的刀缝损耗约为125m，因此，金刚线切割能较大幅度提高出片率。2.4.3、环境污染较小砂浆切割会产生大量晶硅切割废砂浆，废砂浆含碳化硅、聚乙二醇、硅粉和金属粉末成分，环境威胁较大，其中部分粒径小于0.15m的硅粉与水

5、或潮湿空气接触时会快速反应并释放出易燃气体H2（氢气）和热量，如不进行妥善利用、处置会造成严重污染。金刚线使用水基磨削液（主要是水），有利于改善作业环境，同时简化洗净等后道加工程序。2.4.4、产品质量提升金刚线切割减少了加工损伤层（deterioratedlayer），而且精度保持稳定，产生TTV小（总厚度变化,硅片表面特定测量点的最大值和最小值之差）。图6：不同切割方式产生的TTV（硅片厚度变化量）2.4.5、运营成本下降金刚线切割的设备占用资本、空间占用、人力和电力占用均有下降，整个生产流程更加简化，从而降低运营成本。正是因为有上述优势，而且销售价格最近几年持续下降，金刚线切割对传统砂浆

6、切割的替代正在快速推进，尤其是单晶硅新增产能，基本是使用金刚线切割工艺。金刚线主要用于蓝宝石开方和切片，硅芯切割，硅锭（含多晶硅锭、单晶硅锭）开方和截断、硅切片等领域，各细分领域的替代程度存在一定差异。表2：金刚线切割与砂浆切割的对比2.5、电镀金刚线和树脂金刚线目前业界存在两种不同类型的金刚线树脂金刚线和电镀金刚线。下文将进行比较。2.5.1、树脂金刚线树脂金刚石线是先将液态树脂和金刚石粉末均匀搅拌混合，在均匀附着于钢线上，最后经过特殊技术烘烤制成。电镀金刚石线就是以电镀金属为结合剂,通过金属的电沉积作用把金刚石磨料固结在芯线基体上而成，其中金刚石磨料的尺寸一般为几微米到几十微米。2.5.2

7、、电镀金刚线电镀金刚石线采用金属镀层把金刚石固结在钢线上，镀层和钢线表面产生冶金结合，其固结强度是树脂固化后的机械包裹强度所不能比拟的。树脂金刚石线切割硅片时容易产生树脂脱皮和金刚石脱落，造成断线和硅片划伤，还可能影响后续制绒工艺。随着电镀金刚石线的制造成品的降低和规模化效应的显现，树脂金刚石线的成本优势也将不复存在。特别是MCCE技术（金属催化化学腐蚀法，即湿法黑硅技术）成功解决了多晶电池表面反射率高的难题，为电镀金刚石线在多晶切片领域大面积推广铺平了道路。表3：电镀金刚线与树脂金刚线对比2.6、电镀金刚线的制备工艺目前金刚线的主流制备工艺是电镀金刚线。制作过程包括前处理、预镀、上砂、加厚和

8、后续处理等。图7：电镀金刚线电镀过程示意图2.6.1、前处理前处理即为镀前对基体打磨、碱洗除油和酸洗活化，采用砂纸和氧化铝粉进行打磨除掉基体表面的毛刺和锈，碱洗除油和酸洗活化的目的是去除基体表面的附着物，露出金属晶格，在电镀时得到与基体结合良好的金属镀层。同时采用化学气相沉积（CVD）、化学镀等复合处理方法对金刚石表面进行金属化处理，使金刚石成为导电体。2.6.2、预镀预镀是为了在基体与金刚石之间镀上一层的过渡层，该镀层不含金刚石且有两个作用：一方面可以阻止基体发生“氢脆”现象；另一方面可以确保镀层（结合剂）与基体具有足够的结合力。2.6.3、上砂上砂是把金刚石作为第二相粒子复合电镀到基体上的

9、工序，是复合电镀的最关键部分。上砂的方式主要有埋砂法和悬浮法，埋砂法制造效率低、制备周期长、制造设备复杂，在实际生产中很少使用；生产中主要采用悬浮法，但是该方法的影响因素也很多。2.6.4、加厚加厚是为了提高结合剂（金属镀层）对金刚石磨料的把持力，这是因为上砂时与金刚石同时沉积到基体上的金属镀层一般比较薄，加厚镀镀液中一般不含金刚石且加厚镀镀覆时间较长、镀层较厚。2.6.5、后处理通常将锯丝放入的烘箱中保温，达到除氢处理的效果。由于在复合电镀过程中，部分在阴极基体上还原，以氢原子形式渗入基体和镀层晶格点阵中，使线锯韧性下降，这就是所谓的“氢脆”现象。图8：电镀金刚线制备工艺流程2.7、电镀金刚

10、线下游增量市场金刚线是由日本厂商率先研发生产的一种新型切割工具。目前被广泛的运用于多晶硅太阳能，单晶硅太阳能，单晶硅半导体集成电路，蓝宝石半导体照明的衬底制备领域。图9：电镀金刚线主要下游市场2.7.1、光伏产业急速增长带来行业快速成长全球太阳能光伏产业在2013年逐渐走出低谷，市场规模进一步扩大，根据欧洲光伏产业协会（EPIA）发布的全球太阳能市场展望（2014-2018）显示，2013年全球新增光伏装机量超过38.4GW，较2012年30GW增长28%，全球光伏市场从以欧洲为核心区域逐步向亚洲转移，中国超越德国，首次成为全球第一大光伏市场。而金刚线在中国光伏产业中的比率也是逐年递增，根据S

11、olarzoom预测，到2020年将有69%的硅片将采用金刚石线切割。（多晶硅和单晶硅都在统计之列，2017年和2020年的金刚线市场替代率分别是43%和69%）图10：2010-2019全球光伏市场新增装机容量及预测从现阶段，用于制造太阳能电池的晶硅片约占太阳能电池组件生产成本的40%，其中：硅开方和硅片切割的成本约占太阳能电池组件生产成本的10%-15%，晶体硅原料的利用率及加工成本在很大程度上影响了整个光伏发电系统的成本。因此，晶硅片的切割成本的降低，成为了降低晶硅片整体成本的关键要素。这一环节，尤其是与过去的砂浆切割相比，金刚线显然是有较大优势的，而且与光伏制造产业链的其他环节相比，成

12、本的降低也只有切割的空间最大，如下图，过去使用砂浆切割，切割耗材的占比大概在20-25%左右，这还未考虑其粗糙性带来的硅料磨损，如考虑到硅料磨损，替换成金刚线切割后，切割耗材+硅料磨损整体的成本节约有望达到10%左右。图11：硅片金刚线切割成本分析2.7.2、蓝宝石切割市场在蓝宝石切割领域，因为蓝宝石莫氏硬度较大，传统的砂浆切割和树脂金刚线的切割力度都不足以对蓝宝石完成有效切割。目前电镀金刚线已经基本完全代替传统砂浆切割。电镀金刚线主要用于蓝宝石的衬底和开方切片。蓝宝石切割用的电镀金刚线的需求主要取决于蓝宝石材料的市场需求。蓝宝石材料的市场需求主要取决于LED市场的需求。中商产业研究院发布的2

13、016-2021年中国led驱动电源市场前景及投资发展战略研究报告随着全球能源危机的加剧、居民环保意识的增强以及LED照明技术进步和成本下降，预计未来几年LED照明行业仍将保持持续较快的增长速度，至2020年，全球LED照明灯具市场规模将超过700亿美元，2015-2020年年均复合增长率接近30%。图12：中国商业产业研究院预测LED市场规模2.7.3、电镀金刚线的突破有望助力硅片国产化进程随着国家大力扶持中国芯片事业的发展，以及半导体行业进入新的景气周期。中国本土半导体建厂迎来投资的高速增长。下表是2016-2017我国已建成或者即将开工新建的12寸半导体生产线。表4：2016-2017大

14、陆半导体已经或者即将开工新建的12寸半导体生产线图13：金刚石线在集成电路环节的运用随着上述半导体工厂在2018年陆续进入投产期，未来几年作为芯片生产的核心原材料硅片的需求也必将随之暴涨。随着硅片需求的暴涨带来了对硅晶圆切割加工的核心工具电镀金刚线的需求也会大幅度增长。我们推测：截止2017年11月，我国12寸硅片需求量为45万片（包括三星西安、SK海力士无锡、英特尔大连、联芯厦门），随着晶合集成、台积电南京和格芯成都的陆续投产，加上紫光南京、长鑫合肥、晋华集成三大存储芯片厂的建成，预估到2020年我国12寸硅片月需求量为80-100万片。抛开外资晶圆厂（三星西安、SK海力士无锡、英特尔大连、

15、联芯厦门、台积电南京、格芯成都）的产能，国内的月产能约40-50万片。3、金刚线的国产化替代机遇3.1、国产化金刚线驱动领域细分2015-2020年，是金刚线国产化替代比率快速提升的黄金周期，从下游驱动子行业，我们按照不同应用领域进行详述：光伏单晶：2015-2017年金刚线切割在国内单晶硅领域开始快速普及，这是支撑金刚线这两年快速成长的重要基础。可以说，金刚线、PERC技术在单晶上的成功应用，是本轮单晶硅电池组件成本大幅下降的最基本原因，进而使高效单晶的性价比优势得到凸显。2017年单晶硅企业大量扩产，在2018年这些扩产产能将集中释放，毫无疑问这些新增产能依然会继续全面采用金刚线切割，20

16、18年单晶硅领域仍然会是金刚线成长的中坚力量。光伏多晶：多晶硅晶元的切割模式过去主要以砂浆切割为主，目前在技术以及应用阻碍得到解决的条件下，亦已开始转向金刚线切割。由于多晶的总产能大，所以2017年一开始使用，金刚线的用量即超过了蓝宝石。2018年预估多晶领域的金刚线用量将倍增，全年总用量超越单晶已是箭在弦上，多晶领域应是2018年金刚线应用成长的最主要弹性来源。蓝宝石：蓝宝石切割领域的金刚线应用体量虽与单晶、多晶无法相比，但由于采购相对集中，而且国产化比率相对更高，所以对于国内的供应公司而言，是相当重要的利润来源。目前来看2018年虽然没有明确增量，但在下游LED渗透率不断提升以及国内生产企

17、业整体扩产的背景下，明年保持15-20%的成长仍有希望。此外，从最新的2018CES展可以看到，三星首度发布了146寸MicroLEDTV“TheWall”。或许MicroLED在巨量转移、生产良率或面板修补技术等并未达完美，但足以应付特殊应用的小量生产，随著MicroLED作为次世代显示技术的研发瓶颈获得了解决，下一阶段将会进入终端品牌的产品营销考量，一旦MicroLED的应用打开，会为蓝宝石打开照明LED之外的全新市场，因此这一领域的成长亦值得期待。电子级单晶：前文我们已经提到了在微电子领域金刚线切割的应用背景，由于前道硅片晶圆制程主要玩家集中于日、台、韩，排名靠前的企业包括信越半导体、S

18、UMCO、环球晶圆等，中国本土基本没有任何能与这些龙头匹及或追赶的企业，鉴于半导体单晶硅对各项指标的严苛要求TTV，良率，耗损率，生产效率等要求，所以目前整体依然以使用日本企业产品为主，国产金刚线企业尚无切入先例。但随着国内半导体晶圆市场需求成呈现大幅增长，以及国内对自主供应领域的重视程度逐渐加强，未来金刚线领域切入电子级单晶并不是没有可能。与半导体产业其他的核心原材料和设备（电子化学品，光刻机，PVD，CVD，CMP，离子注入）相比，该项技术不属于多学科高精尖交叉领域，我国对该领域核心技术大多数都已经掌握，这大大缩短了我们的学习曲线。其实金刚线行业的技术密集型特性相对来说不是那么高。比较容易

19、取得技术突破。与一条生产线动辄百亿规模的晶圆代工厂相比，金刚线扩大生产所需的资金并不多，资本密集型特性也不强。相对来说进入门槛也比较低。无需像存储器产业一样举全国之力重金打造。因此金刚线在电子级单晶的应用本质而言取决于我国前道硅片制程的推进，未来如果我国的相关电子级硅片项目逐渐花开落地，国内金刚线企业在这一领域必然会有所突破。3.2、电镀金刚线国内市场核心企业目前全球电镀金刚线的行业格局主要被日本垄断，代表企业为旭金刚石（AsahiDiamond），中村硬超（nakamura）。中国本土企业在2016年以前或许处于追赶的位置，但从今年的情况来看，除了质量稳定性尚部分有差距之外，其他环节已经基本

20、拉平，而且产品价格有明确优势，其实相当多的下游单晶企业目前已经大范围地在使用国产金刚线进行生产，而且日韩企业扩产节奏较国内企业较慢，无法跟上这两年国内光伏企业的扩产规模。国内技术成熟的企业我们将其分为三个梯队，第一梯队长沙岱勒、南京三超和东尼电子，这是国内市场份额较高，同时下游客户认可度也最广的几家优秀企业，而且在2017年完成上市后，都获得了充分的资金投入再扩张，2018的市场份额的成长会更加明确。第二梯队包括豫金刚石、杨凌美畅，这些公司拥有相当规模的金刚线产能，同时具备一定程度客户资源，在一些区域有客户先发优势，但总体销售量和客户覆盖比第一梯队略少，最近两年的产能增量也没有第一梯队那么明确

21、。第三梯队以恒星科技、黄河旋风、易成新能、瑞翌新材等原超硬材料、线料、刃料的公司为代表，这些公司通过产业链延伸拓展至金刚线领域，但目前总产能较小，市场份额也相对较低，一些企业经营方向是树脂金刚线，相对于电镀金刚线目前竞争不占优势，而且部分企业还有一些其他业务包袱。我们接下来会对目前业内的核心公司做一个简要的归纳：图14：2016年电镀金刚线主要厂商销售收入在上述主要玩家中，日本旭金刚石2016年电镀金刚线实现营业收入6.48亿元。处于龙头老大的位置，中村硬超2016年电镀金刚线销售额3.09亿元，紧随其后。岱勒新材2016年金刚线销售收入1.85亿元。三超新材2016年金刚线营业收入1.56亿

22、。杨凌美畅2016年金刚线营业收入0.97亿。豫金刚石2016年金刚线营业收入0.82亿。东尼电子2016年金刚线营业收入0.16亿。3.2.1、旭金刚石旭金刚石成立于1937年，专注于金刚石和立方氮化硼工具的研发、生产与销售。2007年6月就推出了成熟产品，销售收入逐年呈现快速增长。目前是全球行业龙头，技术积累深厚，竞争能力强。由于半导体行业的复苏导致了其2017年营业利润较2016年预计大幅攀升38.7%图15：行业龙头2013-2017F旭金刚石营业利润3.2.2、中村硬超中村硬超成立于1970年，是一家制造尖端金刚石砂轮、CBN砂轮、普通砂轮等磨具磨料供应商。在工具制造、模具加工、机械

23、零件、汽车部件、电子材料、玻璃镜片等领域均拥有非常成熟的制造经验和世界领先的制造技术。竞争能力强。中村超硬自主研发的电镀金刚线，通过采用高速和高强度的金刚石粒子固定方法，实现了金刚砂分布、密度、镀层厚度等自由可控，兼具高性能和低价格的特点。针对切片加工现场不同的客户要求，中村超硬可迅速满足定制要求。此外，该金刚线生产设备同样由中村超硬自主研发，并获日本制造业大奖。为了满足客户需求，中村超硬正在扩大金刚线生产能力。目前正在扩建和泉第一工厂及新建和泉第二工厂，同时宣布筹建冲绳工厂，预计全部正式投产后可达25万千米/月的生产能力。得益于稳定的品质和稳定的生产，中村2015年金刚线实现销售量突破100

24、万千米。图16：中村硬超产品样品（硅加工）3.2.3、岱勒新材岱勒新材是国内首家规模化生产镀覆金刚石线的高新技术企业。公司的服务领域涉及太阳能光伏、蓝宝石LED和视窗面板、磁性材料、水晶等硬脆材料几大行业。在镀覆金刚石线领域，公司的规模和实力排名国内第一，全球前三。竞争力较强。公司生产的金刚石线目前已出口至台湾、俄罗斯、韩国等地区，覆盖全球一百多家知名光伏、蓝宝石加工企业。典型客户包括隆基股份、晶龙集团、阳光能源、申和热磁、江苏协鑫、台湾友达、英利能源、昱辉阳光能源、俄罗斯Monocrystal、蓝思科技、晶美材料、云南蓝晶、伯恩光学、哈尔滨奥瑞德、水晶光电、贵阳皓天、重庆四联、广东赛翡、晶盛

25、机电、青岛嘉星晶电等等。以金刚线材料营收占比来看，岱勒新材也是各家中占比最高的，电镀金刚线占其营业收入99.75%，因此在本轮金刚线国产化替代的成长大背景下，岱勒新材理应有最大的成长弹性，考虑到公司上市后的募投产能建设，公司未来金刚线总体年产能将超过200万km，以长沙岱勒的行业地位和供应渠道，未来两年的产能增量将能非常有效地得到消化，在此基础上，公司业绩的持续增长亦已相对明确。3.2.4、三超新材三超新材是专业从事金刚石工具的研发、生产和销售的高新技术企业，致力于成为国内领先并具国际影响力的精密超硬材料制品的供应商。公司的主要产品为电镀金刚线和金刚石砂轮。其在金刚线领域也属于同行业领先水平。

26、与岱勒相似，国内的知名光伏和蓝宝石企业都是公司的核心客户，其实本质而言，相当多的下游客户都是同时采购三超和岱勒的金刚线产品，因此可以说三超的行业地位仅次于岱勒新材。产品结构方面三超除了电镀金刚线之外，还有金刚石砂轮产品，目前公司金刚石砂轮主要应用于蓝宝石、磁性材料和光伏硅材料行业，基本与金刚线是同一应用口径。值得注意的是，在集成电路领域，三超的金刚石砂轮目前与无锡华润华晶微电子有限公司等都已经建立了良好的合作关系，譬如在CMP研磨抛光的过程中，抛光垫会出现磨损与失衡，需要定期修正，这个过程使用的就是金刚石砂轮修整器。整体来看，三超的营收结构里，金刚线：金刚石砂轮大约是4:1，金刚线仍是主要利润

27、来源，公司2017年上市后，亦通过募投项目进行产能扩张，未来公司总体年产能将达到150万km以上，是目前产能的三倍，与岱勒的成长逻辑类似，公司的增量产能是未来两年成长的有力支撑，金刚石砂轮如能打开在微电子领域的应用，也会成为公司成长的另一预期。3.2.5、东尼电子东尼电子的主要产品为超微细导体、复膜线等电子线材，并在传统切割钢线的基础上实现了超细金刚石切割线的应用研发。东尼电子以超微细导体、复膜线等产品起家，目前主要应用于消费类电子产品，并逐步向新能源汽车、医疗器械、智能机器人等领域拓展；公司2015年开始进入金刚石切割线领域，目前下游主要应用于硅和蓝宝石等硬脆材料切割领域，并积累了一批稳定优

28、质的客户如：隆基股份（601012）、晶龙集团、蓝思科技（300433）和伯恩光学等。这些客户在行业内具有较高的声誉，未来对金刚线切割采购的需求较大，这些优质客户能为东尼电子的业绩提升提供重要支撑。值得一提的是，公司的超细导线在消费电子小型化的当下应用领域很广，目前主要的竞争对手是日本企业，在无线充电领域的发展前景也可圈可点，如部分核心客户未来采用绕线式线圈方案的话，其成长亦不容忽视。近年以来，传统主营以超细微导体、复膜线为主的东尼电子开始介入金刚线切割领域，根据公司2017年半年报，金刚线只占其营收25.7%，但这两年公司的金刚线产能也在快速扩张。其初期年产能为60万km，2014-2016

29、年度分别实现销量为0.8万km、5.2万km、39万km，呈现快速增长态势。已经逐步完成从研发打样和实验性测试阶段到大批量供货的转变。2017年东尼电子顺利完成200万km金刚线扩产项目并逐步批量生产。未来公司金刚线总体年产能有望达到260万km左右。东尼电子在导体与线材领域的积累非常深厚，虽然目前在金刚线领域的供应链地位以及客户覆盖度与岱勒三超尚有差距，但以公司的研发实力为底蕴，配之以产能的快速跟进，我们认为公司是综合成长型的典范，在产品覆盖上比前二者更加全面，未来的整体表现会更为优异。3.2.6、国内金刚线核心企业产能对比表5：国内金刚线核心企业2018-2019规划总产能落地对比4、行业评级及投资策略金刚线以极佳的切割效率和性能表现，在光伏成本竞争以及环保的严格要求下，渐渐成为当下单晶、多晶最为主要的切割用材。2017年由于单晶的大规模扩产，带来金刚线需求快速提升，如前所述，同期所有的金刚线厂商的产能也都在快速扩张，因此行