精密加工技術前沿:半導體切磨拋裝備材料的國產化趨勢
03-02-2023
精密加工(gōng)技術前沿:半導體切磨(mó)拋裝備材料的國產化趨勢


一、DISCO:全球(qiú)半導體切磨拋設備材料巨(jù)頭


(一)專注半導體切割、研(yán)磨、拋(pāo)光八十餘載,產品布局(jú)完善


日(rì)本迪(dí)思科株(zhū)式會社(DISCO Corporation)成立(lì)於 1937 年,是一家專注於“Kiru(切)、 Kezuru(磨)、Migaku(拋)”技(jì)術的全球知名半導體(tǐ)設備廠商。公司產(chǎn)品矩陣以切、磨、 拋(pāo)為縱深,設備和工具橫向擴張,產品(pǐn)主(zhǔ)要包(bāo)括:1)半導體設備:切割機、研(yán)磨機、拋 光機及其他用於半導體加工後道切割和研磨的設備;2)精密加工工具:切割刀片、研(yán)削 /拋光磨輪等。公(gōng)司產品廣泛(fàn)應用於(yú)半(bàn)導體精(jīng)密加工及玻璃、陶瓷等硬脆材料的切割、研(yán) 磨和拋光。


專注切磨拋技術(shù)八(bā)十餘(yú)載,從材料延(yán)伸至設備。成(chéng)立之(zhī)初公(gōng)司(sī)主要從事(shì)切割刀(dāo)片和研磨 砂輪業務,隨著下遊對精度要求的提高公司產品不斷向(xiàng)超薄化發(fā)展。1968 年 DISCO 推 出厚度(dù) 40μm 的 MICRO-CUT 切割輪(lún),但由於當(dāng)時的設備即便在定製情況下也無法完全 利用 DISCO 的(de)超薄砂輪,公司開始自行生產設備。1970 年 DISCO 發布 DAS/DAD 切割 機,並在 1978 年(nián)研發出世界首台全自動切割機,在此後的 20 多年間 DISCO 不斷擴充切 割機、研磨機品類,於 2001 年推出世界首台幹式(shì)拋光機和(hé)拋光輪,完成了切(qiē)割、研磨、 拋光環節設備和工(gōng)具立體式布局。此後公司不斷推出新型激(jī)光切割技術、8 英寸晶圓加 工設備等,憑借產品(pǐn)在(zài)精度、性能(néng)和穩定性(xìng)上的優勢,DISCO 已成為全球半導體(tǐ)設備(bèi)巨 頭,與下遊各大半導(dǎo)體廠商建立了廣泛的合作(zuò)關(guān)係。


(二)盈利能力優異,財務(wù)風格穩健(jiàn)


營收多年穩健增長,下行周期韌性十足。下遊半導體(tǐ)設備、材料需(xū)求旺盛,公司多年營 收穩健增長,2017 財年-2021 財年公司營(yíng)收從 1673.6 億(yì)日元增長至 2537.8 億(yì)日元,4 年(nián) 複合增(zēng)速達 11.0%。21Q3 以來全球(qiú)半導體需求放緩,行業周期下行,公司季度營收同(tóng)比 增速有所下滑,但截至(zhì)最新財季 FY22Q3 公司實現收入 658.4 億日元,同比增長 2.57%, 韌性十足。


歸母淨利潤同(tóng)步增長(zhǎng),盈利能力優異。公司歸母淨利潤與收入保持同步增長,由 2017 財 年的(de) 371.7 億(yì)日元增長至 2021 財(cái)年的 662.1 億日元,4 年 CAGR 15.5%。公司(sī)盈利能力優 異,2017~2021 年淨利率水平從 2017 年的 22.2%穩步提升到 2021 財年的 26.1%,毛利率 方麵公司 FY2020Q1 以來毛利率保持在 55%以上,FY2022Q2~3 毛利率(lǜ)高達(dá) 65.5%。


按產(chǎn)品拆分,FY2022 Q1~3 來自精密加工設備(bèi)、精密加工工具、維修(xiū)和其他業務的收入 分別占比約 62%、24%、9%及 6%。精密加工設備中,切割機、研磨/拋光機分別占公司(sī) 整體收入 39%和 19%。切割機(jī)中刀(dāo)片切割機占(zhàn)比約 60%,激光切割機收入占(zhàn)比約 40%; 研磨/拋光機中 DGP 係列(liè)通過實現研磨、拋光(guāng)一體化生產(chǎn)效率更高,占比 57.6%。


按下遊分類,公司切(qiē)割機及研磨機主要應用於半導體加工領域,來自半導體的收入占比 分別為 93%、98%。切割機下遊應用中占比最高的為 IC,達 51%,光學半導體(tǐ)及封裝切 割分別占比 11%、7%。研磨機下遊應用中占比最高的為 IC 領域,占比 51%,其次為(wéi)光 學半(bàn)導(dǎo)體,占比 32%。非半導體應用主要為(wéi) SAW 濾波器及(jí)其他電子元件等。


資本開支回落,經營性現金流狀況良好。FY2018-2020 公司分別對三家工廠中的兩家設 備和工(gōng)具工廠(chǎng)進行了擴建,並在 FY2021 投(tóu)資 280 億日元設立了 Haneda 研發中心,資本 開支大(dà)幅增(zēng)加。FY2018-2021 公司營收保持高速增長(zhǎng)同時盈利能力持續上升,經營現金 流由 273 億日元增長至 837 億日元,為(wéi)公司擴產與新建項(xiàng)目(mù)提供了良好的現金支撐。


二、DISCO 是半導體劃片/減薄設備全球龍(lóng)頭


(一)精密加工設備產品(pǐn)介紹


DISCO 是全球領先的半導體製造設備廠商,專注於晶圓減薄(báo)、拋光和切割領域(yù)。其業務 模式是將 Kiru(切)、Kezuru(削)、Migaku(磨)三大核心技術整合為係統解決方案進 行銷售,依靠設備+材料(liào)+售後服務的(de)組合拳(quán),公司得(dé)以(yǐ)在半(bàn)導體劃片/減薄設備市場取得 數十年來的絕對領先地位。公司官網在售(shòu)的 54 款設(shè)備可分為劃(huá)片和減薄兩大類別:


劃片設備(39 款):切割機(Dicing Saws)、激光切割機(Laser Saws)、芯片(piàn)分割機 (Die Separator)、水刀切割機(Water Jet Saw)


減薄設備(15 款):研磨機(Grinders)、拋光機(Polishers)、研磨拋光一體機 (Grinder/Polisher)、表(biǎo)麵(miàn)平(píng)坦機(Surface Planer)、晶圓貼膜機(Tape Mounter)


DISCO 的大部分產品(pǐn)已被廣泛應用於半導體芯片製造工(gōng)序,涉及矽片製造、晶圓製造(前 道)和(hé)封裝測試(後道)各環節(jiē):


矽片製造環節(jiē):DISCO 研磨機用於減薄從矽錠(dìng)切割的晶圓,隨著半導體芯片變得更 薄且功能更高,減薄過程中的平麵度精度變(biàn)得越來越(yuè)重要(yào)。


晶圓製造(zào)環節:DISCO 表麵平坦機是(shì)通過(guò)金(jīn)剛石刨刀(dāo)進行刨削加工,實現對延展性 材(cái)料(Au、Cu、焊錫等(děng)),樹脂(光(guāng)刻膠,聚酰亞胺等),以及其他複合(hé)材料的高精 度平坦化,可替代 CMP 的部分工序,提高生產效率及降低成本。


封裝測試(後道(dào))——背麵減薄環節:DISCO 背麵研磨機用於晶圓的背麵研磨以使 其(qí)變薄,同時保護正麵的電路;損壞的層可以通過(guò)拋光去除以提高(gāo)減薄晶片的強度, 在此過程中 DISCO 拋光機則可大顯身手。而晶(jīng)圓貼膜機是(shì)為了處理 12 寸超薄晶圓, 特意與背麵研磨機組成聯機係統的晶圓貼膜機,針對研磨薄化後的晶圓,可安全可(kě) 靠地實施從粘(zhān)貼切割膠膜(mó)到框架上,再到(dào)剝離(lí)表麵保護膠膜為止的一係列工序,是 一(yī)項實現(xiàn)高良率薄型化技(jì)術(shù)的(de)專用設備。


封裝測試(shì)(後道)——晶(jīng)圓切割環節:DISCO 切割機用於將晶圓切(qiē)割成一(yī)顆顆獨立 的裸片(piàn)(die),隨著芯(xīn)片尺寸的持續微縮和性能的不斷攀升,芯片的結(jié)構越來越複 雜,芯片間(jiān)的(de)有(yǒu)效空間日益(yì)縮小,切割難度逐步提升,這對於精密切割晶圓的劃片 設(shè)備(bèi)的技術(shù)要求越來越高,除了傳統的刀(dāo)片(piàn)切割之外,近年來業內使用激光切割技 術的比例大有上(shàng)升(shēng)趨勢,DISCO 在此擁(yōng)有充足且(qiě)領先(xiān)的布局。在芯片封裝在樹脂中 後,DISCO 芯(xīn)片分割機也用於(yú)將其切割成一顆顆獨立的芯片(chip)。


(二)設備晶圓加工精密設(shè)備市場的王者


根據 SEMI 數據,2021 年全球(qiú)封裝設備市(shì)場規模約 70 億美元(yuán),占全球半(bàn)導體設備市場(chǎng)比 例為 6.8%。劃片機在封裝設備市場份額(é)約為 28%,2021 年全球劃片機市場份(fèn)額約 20 億 美元。而根據 Marketresearch 數據,2021 年全球晶(jīng)圓減(jiǎn)薄設備市(shì)場規模約 6.14 億美(měi)元。 綜上(shàng),2021 年全球半導體(tǐ)晶圓劃片切割/減薄(báo)設備(bèi)市(shì)場合計約 26 億美元。 DISCO 和東(dōng)京精密(mì)兩家日本企業高度壟斷市(shì)場。2021 年 DISCO 實現營業收入 2538 億日 元,約 21 億美元,公司 2022 財年第一季度財務報告中公布 2021 年各季度業務占比,其 中精密加工設(shè)備平均占公司營(yíng)收比重約 56%,DISCO 壟斷全球近半數的劃(huá)片機和減薄機 市場,擁有絕對(duì)話(huà)語權,其次是東(dōng)京精密。國內市場劃片設備份額(é)領域,ADT 公司所(suǒ)占 份額不足 5%,其餘絕大部分市場份額(é)均被 DISCO 和東京精密所占據。


(三(sān))DISCO 高精密加工設備優勢


1、高精準度技術優勢,抬高(gāo)市場進入壁壘(lěi)


DISCO 的設備精準(zhǔn)度非常高。切割(gē)材料的精度高達(dá)微米級,相當於將人的頭發橫向切割 35次。而減薄設備可以將晶圓(yuán)的背麵研磨至5µm厚度,約(yuē)為日常複印(yìn)機紙張厚度的1/20, 加工(gōng)過後材料即呈現半透明狀,公司設備亦可將直徑為(wéi) 30 cm 的晶圓的厚度變化控製在(zài) 1.5 µm 以內,這大大(dà)提高了材料的抗斷裂性(xìng)。在過去 10 年中(zhōng),DISCO 平均(jun1)將其收(shōu)入的 10% 用於研發,以保持其技(jì)術優勢。


2、解決方(fāng)案導向與需求定製化,增強客戶粘性


DISCO 的工(gōng)程師會進行試切,並(bìng)為客戶確定設備、耗材和加工方法的最佳(jiā)組合。尋求最 優應用解決方案主要是通過客戶提供(gòng)的工件(加工材料)經行試切(加工測試),根據要 求的生產率、安裝空間、預(yù)算等選擇設備,並在考慮工件材料、要求質量等因素的情況 下選(xuǎn)擇(zé)精密加(jiā)工工具,經行試切。通過(guò)試切,從加(jiā)工工具轉速、加工工作台運轉速度、 切削進水量和冷卻(què)去除加(jiā)工顆粒的溫度、供水角度等眾多項目中選擇(zé)最符合客戶(hù)要求(qiú)的 加工條件,工件固定材料和(hé)方法等。細微的環境(jìng)差異,例如(rú)工件狀況、累(lèi)計加工晶圓片 數(shù)、設備安裝情況等,都(dōu)可能影響加工結果,因此(cǐ)無論是在客戶(hù)考(kǎo)慮新購買 DISCO 設 備還是在老產品的效率提升時,都會經行試切。如果現有產品難以達到預期效果,將通 過製(zhì)作(zuò)原型(xíng)加工工(gōng)具和/或零(líng)件來經行試切,即(jí)產生定製化需求。近年來(lái),由於器件結構 複雜、die stacking 超(chāo)薄化等因素,對加工的(de)要求越來越高。因此(cǐ),這種建立在(zài)提供最優 解決方案和滿足定(dìng)製(zhì)化需(xū)求的配套服務加強了 DISCO 與(yǔ)客戶的粘性(xìng)。


3、深耕利基市(shì)場穩中(zhōng)有進,提升耗材實(shí)力降低業績波動


根據(jù) SEMI 和 Marketresearch 數據計算,DISCO 所從事的半導體劃片切割/減薄設備市場 規模不足 30 億美金,占全球半導體(tǐ)設備(bèi)市場(chǎng)比(bǐ)例不足 3%。當我們(men)將市場數據與 DISCO 的高市占率進行比較時,很明顯公司處於利基(jī)市場,這帶來兩個優勢:首先,它限製了 大(dà)玩家進入該領域的潛在(zài)回報;其次,減少了來自客戶方麵的價格壓力(lì),利潤率得以保 障(公司銷售淨利率保持在 20%左右)。在半導體製造過程中不精確的(de)切(qiē)割、研磨或拋光 極有可能會損壞晶圓和芯片,考慮到不劃(huá)算的風險收益比,使得下遊客戶不會貿然在這(zhè) 一低價值(zhí)量環節更(gèng)換供應(yīng)商。 DISCO 超過一半的收入來自精密設備的銷(xiāo)售,這實際上反映了下遊(yóu)半導體製造客戶的資 本支(zhī)出。多年來半導體行業的資(zī)本支出一直呈現周期性波動,這也導致了公司設備銷售 的(de)起伏,而近年來,隨著耗材業務(精密加工工具和維修業(yè)務)比重的不斷提升,一(yī)定 程度上平衡了公司的業績波動。


(四)技術儲備豐(fēng)富,引領未來(lái)發展方向


1、劃片機(jī)——激光切(qiē)割設備領軍者


劃片機按(àn)照加工方式的不同(tóng)可分為冷加工的砂輪劃片機(jī)和熱加工(gōng)的(de)激光劃(huá)片機。激光劃 片機主要分(fèn)為激光燒蝕加工和隱形(xíng)切割兩種,DISCO 第一台激光切割設備(bèi)於 2002 年發 布,在(zài)這一領域亦(yì)有深(shēn)度布局。 激光燒蝕加工是(shì)通過在(zài)極短的時間內將(jiāng)激光能(néng)量集中在微小的區(qū)域,從而使固體升華、 蒸發的加工方法(fǎ)。特征是:1)低熱損傷加工;2)屬於衝(chōng)擊和負荷都很小的(de)非接觸加工; 3)還可以處理(lǐ)加工難度高的硬質(zhì)工件;4)寬度在 10 µm 以下的狹窄切割道也能加(jiā)工。 在燒(shāo)蝕加(jiā)工中,通過調整激光加工的深(shēn)度,可以(yǐ)實現“開槽”、“全切割”和“劃片”3 種加工,分(fèn)別適用於 Low-k 膜/氮化鋁/氧化鋁陶(táo)瓷(cí)、矽/砷化镓和藍寶石等材料 隱形(xíng)切割是將激光聚光於工件內部,在工(gōng)件內部形成改質層,通過擴展(zhǎn)膠膜等(děng)方法將工(gōng) 件分割成芯(xīn)片的切割方法。優點(diǎn)是由(yóu)於工件內(nèi)部改質(zhì),因此可(kě)以抑製加工屑的產(chǎn)生(shēng)。適 用於抗(kàng)汙垢性能差的工件;適(shì)用於抗負荷(hé)能(néng)力差的(de)工件(MEMS 等),且采用幹式加工工 藝,無需(xū)清洗(xǐ);可以減小切割道寬度,因此有助(zhù)於減小芯片間隔(gé)。


開發激光(guāng)切割的目的在於處理高性能半導體,其與(yǔ)刀片切割設備並未形成競(jìng)爭,是一種 場(chǎng)景互補的良性發展關係,隨著近年來高性能(néng)半導體市場持(chí)續高景氣,激光切割(gē)設備銷 售增速更高,其占(zhàn)刀片切割比例已提升至 35%~40%,DISCO 作為行業領(lǐng)軍者深度受益。




2、減(jiǎn)薄設(shè)備——獨到的 TAIKO 工藝


公司獨創的 TAIKO 工藝,與以往的背麵研削不同,在對晶圓進行研(yán)削時(shí),將保留晶圓外 圍邊緣部分(約 3 mm 左右),隻對圓內進行研削薄型化的技術。


“TAIKO 工藝”的優點:


通過在晶片外圍留邊:減少晶片(piàn)翹曲、提(tí)高晶(jīng)片強度,使得晶片(piàn)使用更(gèng)方便、薄型(xíng) 化後的通孔插裝/配置接線頭等(děng)加(jiā)工更(gèng)便捷。


不(bú)使用硬基體等類似構造而用一體(tǐ)構造(zào)的優點:晶(jīng)片薄型化後需要高溫工序(xù)(鍍金屬等(děng))時(shí),沒有脫氣現象發(fā)生;因為是一體構造,形狀單一,可(kě)降低顆粒帶入(rù)現象。


不(bú)在外圍區域負重的優點:研削外圍區域有梯狀的晶片(piàn)更方便;崩角(jiǎo)現象為零。


3、SiC 材料加工——全流(liú)程的降本提(tí)效


碳化矽單晶具有(yǒu)優異的熱、電性能,在高溫、高頻、大功率、抗輻射集成電子器件領域 有著(zhe)廣泛的應用前景。碳化矽硬度高、脆性大、化學性質穩定,傳(chuán)統加工方法不完全適 用因此在加工(gōng)過程中(zhōng)會出現效率降低、成本增加的現象。DISCO 創造性地(dì)采用 KABRA 技(jì)術、4 軸磨削和幹法(fǎ)拋光、超(chāo)聲波切割和隱形切割(gē),分別(bié)在碳(tàn)化(huà)矽片製造、器件減薄、 切割環節實現了顯著的優化效果。 碳化矽片製造(zào):2016 年,DISCO 研發出(chū)新型碳化矽晶(jīng)錠激光切片技(jì)術(KABRA),顯(xiǎn)著(zhe) 縮短加工(gōng)用時,將單片(piàn) 6 寸 SiC 晶圓的切割(gē)時間由 3.1 小時大(dà)幅縮短至 10 分鍾,單位 材料損(sǔn)耗(hào)降低 56%,晶圓產(chǎn)量提升 1.4 倍。同時新技術可抑製晶(jīng)圓起伏,無需(xū)研磨操作。


碳化器件減薄:碳化矽斷裂韌性較低,在薄化過程中易開裂,導致碳化矽晶片的減(jiǎn)薄非 常困難。DISCO 通過 4 軸磨削提高生產率,通過幹法拋光提高質量。


碳化器(qì)件切割:超聲波切割(gē)提(tí)高(gāo)處理速度和質量、減少韌性材(cái)料(liào)的毛刺;隱形切割無需 清洗,且(qiě)有助於減小(xiǎo)芯片間隔。


三(sān)、金剛石工具廣泛應用於半導體切磨拋,八十餘載構築 DISCO 龍頭地位


(一)金剛石工具為半導體加工關鍵耗材,DISCO 為行業(yè)龍頭


金剛石工具廣泛應用於半導體各加工環節。金(jīn)剛石(shí)工具是(shì)指以金(jīn)剛石及其聚晶複合物為 磨削單元(yuán),借助於結合劑或其它(tā)輔助(zhù)材(cái)料(liào)製成(chéng)的具有一定形狀、性能和(hé)用途的製品,廣泛 應用(yòng)於半導體(tǐ)、陶瓷、玻璃等硬脆材料的磨削、切割、拋(pāo)光加工。半導體加工領域常見 的金剛石工具有研磨/減薄砂(shā)輪、切割刀片(piàn)、CMP 鑽石碟(dié)、電鍍金剛線等。


在半導體的前(qián)道加工工序中,金剛石工具用途包括:(1)切割:包括晶棒截斷與切片。 電鍍金剛石(shí)帶鋸或內圓切割片均可用於晶棒截斷,但(dàn)內圓或外圓切割效率(lǜ)低、材料(liào)損失 率大、加工質(zhì)量低,故目前多采用金剛石帶鋸來切割晶棒。晶棒切片的方法主要包括(kuò)內 圓(yuán)切割和線(xiàn)切割,線切割相較內圓切割具有效率高、切割直徑(jìng)大及鋸痕損(sǔn)失小等優點, 目前矽基半導體(tǐ)主要使用磨料線鋸切(qiē)割(gē)加工方式。(2)研磨與拋(pāo)光:包括晶棒滾(gǔn)圓、晶 圓(yuán)片表麵研磨、晶圓片邊沿倒角與磨邊,不同的研磨區域所需的研磨砂輪形狀和厚度等 參數不同。


在半導體的後道加工工序中,金剛石(shí)工具主要用於 CMP 修整器(qì)、背(bèi)麵減薄及劃片。


CMP 是半導(dǎo)體矽片表麵加工的關鍵技術之一,CMP-Disk(鑽石碟)是 CMP 過程重要 耗材。CMP(化學機械拋光(guāng))是半導體先進製程中的關鍵技術,伴隨製程節點不斷突破 已成為 0.35μm 及(jí)以下製程不(bú)可或缺的平坦化工藝,關乎著(zhe)後續工藝良率。CMP 采用機 械摩擦和化學腐蝕相結合的工藝,與普通(tōng)的機(jī)械(xiè)拋光相比,具有加工成本低、方法簡單、 良率高、可同時兼(jiān)顧全局和局部平坦化(huà)等特點。拋光墊表(biǎo)麵的溝(gōu)槽(cáo)起著分布拋光液和排 除廢液的作用,拋光墊的表麵粗糙度和平整度直接影響著 CMP 結(jié)果。拋光墊在 CMP 過 程中易老化、表麵溝槽易(yì)堵塞,從而使拋光墊失(shī)去拋光的作(zuò)用。此時需(xū)要 CMP-Disk 修 整拋(pāo)光墊的表麵,使拋光墊始終保持良好的拋光性能,修整器起著去除拋光墊溝槽內廢 液、提高拋光墊表麵粗糙度和改善拋光墊平麵度的作用,因(yīn)此 CMP-Disk 的性能直(zhí)接影 響晶圓表麵全局平坦化的效果。


劃片刀是封裝環節重要材料。切割晶圓主要有(yǒu)激(jī)光切割及機械(xiè)切割(劃片刀切割)兩種 方法,由於(1)激光切割不能使用大功率以免(miǎn)產生(shēng)熱影響區(HAZ)破壞芯片;(2)激 光切(qiē)割設備(bèi)非常昂貴(通常在 100 萬美元/台以上);(3)激光切割不能(néng)做到一次切透(因 為 HAZ 問題),因(yīn)而第二次切割還是用劃片刀來最終完(wán)成,故劃片刀在較長期內仍將是 主流切割方式。劃片刀一般由合成樹(shù)脂(zhī)、銅、錫、鎳等作為結合(hé)劑與人造金剛石結合而 成,主要分為帶輪轂型(硬刀)及不(bú)帶輪轂整體型(xíng)(軟刀)兩大類(lèi),適用於加工不同類型材(cái)質的芯(xīn)片及半導體相關材料。


劃片刀和減薄砂輪是半(bàn)導體晶圓加工所用的主要金剛(gāng)石工具。根據軒闖等的論文《半導 體加工用金剛(gāng)石工具現狀》,國內半導體用金剛石工具市場中減薄砂輪、劃片刀分別占比 26.5%、55.0%。 國內半導體金剛石工具市場規模約 30 億元。根據上海新陽公告,2018 年(nián)國內晶圓劃片 刀年需(xū)求量為 600-800 萬片。根據 IC insights 及 Knometa Research,2018-2021 年(nián)中國大 陸晶圓產能複合增速約 9.6%,因晶圓(yuán)劃片(piàn)刀屬消耗品,假設晶圓劃片刀需求量複合增速 與同期中國大陸的晶(jīng)圓產能複合增速保持一致(zhì),計算得(dé) 2021 年我國晶圓劃片刀年(nián)需(xū)求量 為 864-1152 萬片,取中值(zhí)為 1008 萬片(piàn);按每片 160 元計算,2021 年國內晶圓劃片刀的 市場規模約為 16 億元;根據劃片刀在國內半導體用金(jīn)剛石工具的占比為 55%,得到 2021 年國內半導體用(yòng)金剛石工具的市場規模約 29.3 億元,減薄砂(shā)輪的市場規模約為(wéi) 7.8 億元。


根據 QYResearch 數據,2020 年(nián)全球 CMP 拋光墊修整器的市場規(guī)模約 15 億元,預計 2026 年(nián)將達到 18 億元,年複合增長率 3.1%。其中(zhōng)中國台灣(wān)地區是(shì) CMP 修整器最大市場,占 比約 22%,接下來依次為韓國、中國大陸、日本,分(fèn)別(bié)占比 21%、15%和 14%。


劃片刀、減薄砂輪市場 DISCO 一枝獨(dú)秀。目前國際巨頭占據了(le)劃片刀(dāo)、減薄砂輪市場 的絕對份額,根據(jù)《半導體加工用金剛石工具現狀》,中國約 90%的半導體加(jiā)工用劃(huá)片刀 和減薄(báo)砂輪來自進口,高端半導體加工企(qǐ)業所用金剛石工具基本上被國外產品(pǐn)壟斷。國 外半導體用金剛石工具(jù)廠商主要(yào)包括(kuò)日本 DISCO、日本旭金剛石、東京精密、韓國(guó)二和(hé) (EHWA)及美國 UKAM 等,其中 DISCO 產品性能更(gèng)為領先(xiān),在晶圓劃片刀和減薄砂輪市 場具有絕對(duì)份額。2021 財年 DISCO 來自中國大陸地區的收入為(wéi) 49 億元,假設其中耗材 的占(zhàn)比與公司總體業務中耗材的占比 23%一致,則 2021 年 DISCO 在中國大陸的劃片刀 和減薄砂輪營收約 11 億元,在中國大陸 23.8 億元(yuán)的市場中占比 47%。


我國對超硬材料的研究起步較晚,在(zài)部分領(lǐng)域的國產(chǎn)金剛石工具性能已達到進口水平, 如晶棒剪裁、晶棒滾圓、晶圓倒角與開槽以及晶片研磨工藝中的金剛石工具已能自給。 但由於晶圓減薄及劃片技術要(yào)求更高(gāo),國內減薄砂輪與劃片刀產品與國外差距較大。減 薄砂輪方麵,中(zhōng)國砂輪企業股(gǔ)份有限公司(中國台灣)、鄭州三磨所、三超新(xīn)材等均有布 局;劃片刀方麵(miàn)近幾年鄭州三磨所、上海新陽、三超新材已有相關產品量產;CMP-Disk 產品布局廠商較(jiào)少,主要為三超新材。


(二)半導體切磨拋材料精度要求高,DISCO 八(bā)十餘載立體式布局構築龍頭地位


Disco 從 1937 年成立(lì)之初即從事半導體切(qiē)磨拋材料(liào),經過八十多年深耕,公(gōng)司在切磨拋 材料上憑借深厚產業(yè)經驗、完善產品矩(jǔ)陣、設備+材料協同布局(jú)、全民(mín)創業企(qǐ)業文化構築 行業龍頭地位。


1、產品布(bù)局(jú)完善


劃片加工要求高,DISCO 產品矩陣(zhèn)全、精度高主導劃(huá)片(piàn)刀市(shì)場。半導體材料具有硬度(dù)大、 脆性高、斷裂韌性低的特點,劃片中若出現崩裂問題,將使芯(xīn)片報廢;此外晶圓劃片還 要(yào)求刀片具有切縫小、蛇形小(xiǎo)及加工質量(liàng)穩定等特點。DISCO 針對不(bú)同的加工條件、加 工質(zhì)量(liàng)標準對劃片刀金剛石粒度、金剛(gāng)石密度(集中度)、結合劑強度等參數進行多樣化, 並針對難切割材料、高速、深切、倒角切割等特殊加工條件研發解決(jué)方案,形成了完善 豐富(fù)的產品組合,被加工材料覆蓋完善。由於產品精度高、加(jiā)工質量穩定、加工效率高(gāo), DISCO 目前(qián)占據(jù)全(quán)球劃(huá)片刀市場主(zhǔ)要份額。


立體式布局減薄(báo)砂輪。晶圓背麵減薄後會產生應力和翹曲,如果應力過大(dà)將延伸到正麵 的組(zǔ)件區域,由背麵減薄所產生(shēng)的應力(lì)和變形會影響後(hòu)續工藝(yì)的良率;因(yīn)此通常在(zài)背麵(miàn) 減薄後進行拋(pāo)光、濕式\幹式刻蝕或退火消除損傷層,這會使成本或工(gōng)藝時間增加。DISCO 具有豐富的研磨輪產品,其中 GF01、Poligrind/UltraPoligrind 等(děng)係列(liè)通過使用特殊(shū)結合劑 或超細磨(mó)粒,減小了減薄產生的應力,簡化後續的消除損傷(shāng)工藝。此外 DISCO 研發了不 需要使用研(yán)磨劑(jì)的幹式拋光(guāng)輪使後續拋光(guāng)工藝更為簡便。


2、設備+材料協同優(yōu)勢


設備+材料協同布局。除金(jīn)剛石工(gōng)具自身的性能(néng)和質量外,高質量的(de)金(jīn)剛石工(gōng)具精密加工 還需要設備、工藝等的相互協調配合。以晶圓劃片刀為例,刀片固定在劃片機主軸上並 以非常高的速度旋轉,轉速通常在每(měi)分鍾 10000 至 60000 轉。主軸轉速是(shì)影(yǐng)響切割效(xiào)果、 晶圓崩邊發生率、刀片壽命的重要(yào)因素,因此在切(qiē)割時必須對被切割材料(liào)、刀片規格、 設備主軸轉速、加工質量標準進行平衡選擇。DISCO 的精密加工設(shè)備品(pǐn)類豐富並處於(yú)市 場主導地位,這有助於其快速(sù)準確地(dì)針對客戶設備和(hé)加工條件供應加(jiā)工耗材,同時獲取 積累客戶(hù)生產中設備與耗(hào)材(cái)運行數據進行產品優化及升級,並(bìng)以最快的速度把握耗材發展(zhǎn)趨勢。


3、優異企業文化


企(qǐ)業文化獨特,“全員創(chuàng)業體製”激發經營創新活力。2003 年 DISCO 開始在部門間實行 一種特別的管理會計製(zhì)度“Will 會計”,“Will”類似(sì)於公司內部的虛擬貨幣,用於衡量 日常工(gōng)作中(zhōng)無法(fǎ)量化的工作績效的價值和投入成本(běn),如銷售部門(mén)需在客戶取消產品訂單 時向製造部門支付 Will 罰款。部門間的 Will 製度有助於各部門(mén)進行詳細(xì)的損益管理,同 時(shí)優化總體利潤。2011 年 DISCO 將該製度擴展到員工個人層麵,員工可以自由選擇自己 的工作,Will 價值則反映了一項工作在員工看(kàn)來具有的必要性和重要(yào)性;同時員工可以 使用 Will 對新項目進行投資集資,員工的個人 will 值將會與約 10%的半年度獎金掛鉤(gōu)。 通過建立 Will 製(zhì)度,DISCO 有效減少了(le)不必(bì)要的工作,強化了員工的成本意識,同時為(wéi) 員工提供了主動創新創業創造收益的空間,使曆史悠(yōu)久和規模龐大(dà)的公司保持活力。


4、積極擴產(chǎn)應對需求增長


積極擴產應對需求(qiú)增長。DISCO 目前擁有三家生產工廠,其中兩家位於日本廣島縣吳市, 生產設備和工具,另一家位於長野縣茅野市,主要生產設備。受益於下遊需求旺盛(shèng),DISCO 現有三家工廠持續處於滿(mǎn)載運行狀態。因新能源車、功率半導體需求旺(wàng)盛,2023 年 1 月 DISCO 表示擬將現有的切割(gē)/研(yán)磨工(gōng)具、設備的(de)產能提高約四成,計劃投資約 400 億日元 於 2025 年在茅野(yě)市工廠附近建設(shè)一座新工廠,其產能為茅野工廠的(de) 2 倍。本次擴產體現 了公司對中長期內半(bàn)導體需求的信心,有助於公司保持全球領先地位。


(三)投資分析


1、三超新材:半導體材料裝備&光伏金剛線新銳進入新一輪成長期


金剛石超硬材料平台(tái)型公司,立體式布局光伏&半導體業務。公司自 1999 年成立以來專 注於金剛石超硬(yìng)材料研發、生產與銷售,產品包(bāo)括金(jīn)剛線、金剛石砂輪類產品等。公司 經過 20 多年發展形成了光伏+半導體雙輪驅動格局:光伏領域公司 2011 年即開始小批量 銷售電鍍金剛(gāng)線,是國(guó)內第(dì)一(yī)批實現金(jīn)剛線國產替代的廠家;半(bàn)導(dǎo)體領域公司圍繞金剛 石超硬材料在(zài)半導體上的(de)應用布局了砂輪(倒角砂(shā)輪/背麵減薄砂輪)、劃(huá)片刀(樹(shù)脂軟 刀/金屬軟刀/電鍍軟刀/硬刀)、CMP-Disk 等產(chǎn)品線,同時引入外部團隊加強在半導體切、 磨(mó)、拋設備上布局。


圍繞切、磨、拋工藝,內生(shēng)豐富半導體減薄耗材,外延布局半導體減薄設備。公(gōng)司 2015 年開始布局半導體切磨拋耗材,目前已突破(pò)背麵減薄砂輪/倒角砂輪(lún)/軟刀/硬刀/CMP-Disk 等耗材,幾條主要產品線(xiàn)在日月光、長電(diàn)、華天、華海清科、中芯晶元(yuán)等主要客戶逐(zhú)步 驗證(zhèng)和起量,國產化進度位居國內前列。半導體設備方麵,公司通過引進(jìn)外部(bù)團隊、成 立南京三(sān)芯加快布局,根據公司(sī)調研公告 2023 年上半年矽棒開方磨倒一體機、矽片倒(dǎo)角(jiǎo) 機、背麵減薄機三款樣機(jī)將陸續推出。 光伏金剛線需求旺(wàng)盛(shèng)疊加公司產能擴充進入快(kuài)速成長期(qī),鎢絲線有望彎道超車。公司自 主設計金剛線加工產線(委外加工),提升(shēng)生產效率(lǜ)和質量,構築(zhù)技術壁(bì)壘;客戶方麵公 司深度綁定宇澤、晶澳、協鑫,並導入高景、時創(chuàng)等客戶,金剛線供(gòng)不應(yīng)求(qiú)。應對旺盛 需求公司積極擴產,22 年光伏用細線產能約 100 萬 Km/月,預計 23 年 3 月新增 150 萬 Km/月產能(néng),至 23 年底公司產能有(yǒu)望達(dá)到 400 萬 Km/月。此外,公司(sī)在鎢絲金剛線(xiàn)布局 較好,在新賽道有望實現彎道(dào)超車。


董事長擬全額認購定增彰(zhāng)顯對公司發展的信心。公司擬實施“年(nián)產 4100 萬公裏超(chāo)細金剛 石線鋸生產項目(一期)”,募集(jí)資金不超 1.2 億元,達產後將形成年產 1800 萬(wàn)公裏矽切片線產能,預計具有良好(hǎo)的經濟效益。董事(shì)長鄒餘(yú)耀擬以現金方式全額認購定增,彰顯 對公司發展信心。


2、國機精工:半導體超硬材料工具國內領先,培育鑽石打開新成(chéng)長曲(qǔ)線


背靠國機集團,軸(zhóu)研所+三磨所雙(shuāng)輪驅動。公司成立於 2001 年,隸屬於世界 500 強中國 機械(xiè)工業(yè)集團有限(xiàn)公司(國機集團),是其精工業務的拓展(zhǎn)平(píng)台、精工人才的聚合平台和 精工品牌的承載平台(tái)。公司核心業務包(bāo)括:1)軸承(chéng)業務:運營主體為軸研所,主要產品 包括以航天軸承為代表的特(tè)種軸承和精密機床軸承等(děng)民品軸承。軸研所是我國軸承行業 唯一的綜合性研究開發機構,聚焦於軸承行業高、中(zhōng)端產品,以綜合技術(shù)實力強而(ér)知名, 其航天領域特種軸承處於國內壟斷地位。2)磨料磨具業務:運營(yíng)主體為鄭州三磨所,聚 焦於超硬材料(liào)製品、行業專用生(shēng)產(chǎn)和檢測設備儀器的生產(chǎn)、研發和(hé)銷售。三磨所成立於 1958 年,曾研發出(chū)中(zhōng)國第一顆人造金剛石和立方氮化硼,並開發了(le)一係列填補國內空白 的超硬材料製品、行業專用生產和檢測設備儀器,是中國超硬材料行業的(de)引領者、推動 者。


半導體超硬材料工具優勢顯著,國產替代需求驅動成長可(kě)期。公司用於半導體領域(yù)的超 硬材料製品(pǐn)主(zhǔ)要包括半導體封裝用超薄切割砂輪和劃片刀、晶圓切割用劃片刀、磨多晶 矽和單晶矽砂輪等,應用材料涵(hán)蓋半導體矽晶圓、化合物半導(dǎo)體晶圓(GaAs、GaP 等)、 第三代半(bàn)導體碳化矽等。在(zài)芯片加工領域,公司產品對標國外公司同類產品並與(yǔ)之競爭。 公司(sī)生(shēng)產的劃片刀(dāo)具有精度(dù)高、壽命長、強度高等特點,減薄砂輪可(kě)替代(dài)進口產品,在 日(rì)本、德國、美國(guó)、韓(hán)國及國產磨床上穩定使用,砂輪磨削(xuē)性能優越(yuè),性價比高。憑借 在產品性能(néng)上的優勢及優於國外公司的服務和(hé)交貨(huò)期,三磨所半導體加工工(gōng)具已進入華 天科技、長電科技、通富微電、日月光、賽意法等知名封測廠商供應鏈。近年來中國大 陸半導體的封測產能不斷擴(kuò)張(zhāng),切割機、刀片等關鍵設備與耗材類產品需求客戶對國產 化的自主可控提(tí)出了更高的(de)要求,公司半導體(tǐ)劃片刀/研磨砂輪產品(pǐn)成長可期。


培育鑽石(shí)及相關設備貢獻全(quán)新利潤增長點。大單晶金剛石在培育鑽石、散熱材料、汙水 處理電極、光學窗口片、半導體材料等方麵具有潛在廣闊的應用前景,國內在其核(hé)心生 產(chǎn)技術 MPCVD 關(guān)鍵裝備的自主(zhǔ)開發、沉積麵積、金剛石尺寸、缺陷密度、熱性(xìng)能等重 要性能指標上與國外仍存在較大(dà)的差距。公司於2016年8月立項實施新型高功率MPCVD 法大單(dān)晶金剛石項目,截至目(mù)前已建成年產(chǎn)30萬片MPCVD法大單晶金剛石生產線。2022 年 12 月,公司擬(nǐ)通過定向增發募集 1.98 億元新(xīn)增自(zì)製 MPCVD 設備建設寶石(shí)級大單晶 金剛石生產線和(hé)第三代半導(dǎo)體功率器件超高導(dǎo)熱金剛石材料生產線(xiàn)各一(yī)條,將成為國內 領先的 MPCVD 法大(dà)單晶金剛石材料科研生產基地(dì),同時公司生產目前培育鑽石主(zhǔ)要方 法高溫高(gāo)壓法設備六麵頂壓機,並計劃在 2022 年實現產能翻倍。目前培育鑽石行業處於 供不應求狀態,與培育鑽石相關的設備和培育鑽石(shí)已成為公(gōng)司新的利潤增長點(diǎn)。


3、光力科技:半導體劃片設備國內領軍者(zhě),內(nèi)生外延破局海外壟斷


三次海外(wài)並購整合優質資產,戰(zhàn)略布局半導體劃片裝備領域。公司是全球排名第三中國 第一的半導(dǎo)體切割劃片設備企業,同時也是全球行業內僅有的兩家既能提供切割劃片量 產(chǎn)設備、核心零部件(jiàn)——空氣主(zhǔ)軸、又有刀片等耗材(cái)的企業之(zhī)一(yī)。公司上市(shì)後把握國際 並購的戰略機遇期,通過對(duì)世界領先半導體設備及高端零部件企(qǐ)業 LP、LPB、ADT 的收 購,奠定了公司在半導(dǎo)體後道封測(cè)裝備領域強大的競(jìng)爭和領先優勢,並用數年時間,對 技(jì)術引進、消化吸(xī)收和再創造,實現了高端半導體劃片切割設備的(de)國產替代(dài)。目(mù)前公司(sī) 已投放市場的國產化產品主要(yào)有全(quán)自動雙軸晶圓切割劃片機-8230、半自動雙軸晶圓切割(gē)劃片機-6230、半自動單軸切割劃片機-6110、全自動(dòng) UV 解膠機、自動切割貼膜機、半(bàn)自 動晶圓清洗機等半導體封裝設備和輔助設備,這些具(jù)有國際水準的半導體設備廣泛應用 於矽基集成電路和功率半導體器件、碳化矽、MiniLED、氮化镓、砷化镓、藍寶石、陶 瓷、水(shuǐ)晶、石(shí)英、玻璃等許多電子元器件材料的劃切加(jiā)工工藝中,其中(zhōng)半(bàn)自動單軸切割 劃片機(jī)-6110 是麵向第三代(dài)半導體(tǐ)材料的高端切割設備。


具(jù)備強大全球競爭實力,為國產替代奠定堅實基礎。公司全資子公司英國(guó) LP 公司擁有 50 多年的技術和行業經驗,在(zài)加工超薄和(hé)超厚半(bàn)導體器件領域具有全(quán)球領先優勢;LPB 公司產品高性能高精密(mì)空氣靜壓主軸、空(kōng)氣動壓主(zhǔ)軸、空氣導軌、旋轉工作台、精密線 性(xìng)導軌和驅(qū)動器技術一直處於業界(jiè)領先地位。公司(sī)控股子公司 ADT 公司已有(yǒu)多年的半 導體劃片機等(děng)設備製造與(yǔ)運營經驗,ADT 公司(sī)的軟刀在業界(jiè)處於(yú)領先地位,在半導體(tǐ)切 割精度方麵處於行業領先水平,其自主研發的劃片設備最關鍵的精密控(kòng)製係統可以對步 進電機實現低至(zhì) 0.1 微米的控製精度。ADT 公司具(jù)備按照客戶需求提供定製的刀片和 微調特性的工程(chéng)資源,能夠為客戶提供量身定製的整體切割解決方案。通過收購兩個英 國半導體公司和以色列 ADT 公司,使得光力科技在半導體後道封測裝備領域擁有 LP、 LPB 及 ADT 多年積累(lèi)的技術及經驗,卡位優勢突出,在(zài)此領域具有強大的競爭優勢, 為國產替代奠定(dìng)了堅實的技(jì)術基(jī)礎。


自主研發能力卓(zhuó)絕,強強聯手加速突破。位於中國鄭州的全資(zī)子公司光力瑞弘是公司半 導體領域業務的實施主體,是公司半導體業務板塊在中國的研發中心、生產製造(zào)中心, 全力(lì)推進技術引進(jìn)和國產化。公司高度重視研發(fā)投(tóu)入,研(yán)發費用率常年高於 10%,短短 幾年時間開(kāi)發了 8230、6230、6110 等一係列國產切割劃片機,其中(zhōng) 8230 作為一(yī)款行(háng)業 主流的 12 英寸全自動雙軸切割劃片機性能處(chù)於國際一流水平,已經進入頭部(bù)封測企業 並形成批(pī)量銷售,成功實現了高端切割劃片設備的國產替代。同時鄭州研發團隊亦與以 色列(liè)團隊一道共同研發新的激光切割機,公司劃片機(jī)產品(pǐn)線日趨完善。鄭州(zhōu)航空港區的 新生產基地占地 178 畝,建成(chéng)後將成為公司半導體方麵的全球研發、生產、技術服務中 心,將為封測(cè)行業最(zuì)為集中的中國和東南亞地區提(tí)供一流的產品與服務。

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