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


一(yī)、DISCO:全(quán)球半導體切(qiē)磨(mó)拋(pāo)設備材料(liào)巨頭


(一)專注半導體切割、研(yán)磨、拋光(guāng)八十餘載,產品布局完善


日本迪思科株式會社(DISCO Corporation)成立於 1937 年,是一家專(zhuān)注於(yú)“Kiru(切)、 Kezuru(磨)、Migaku(拋)”技術的全球知名(míng)半導體設備廠商。公司產(chǎn)品矩陣以切、磨、 拋為縱深,設備和工(gōng)具橫向擴張,產品主要包括:1)半導體設備(bèi):切割機、研磨機、拋 光機及其他(tā)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、研削 /拋光磨輪等。公司產品廣泛應(yīng)用於半導體精密加工及玻璃、陶瓷等(děng)硬脆材料的切(qiē)割、研 磨和拋光。


專注切磨拋(pāo)技術八十餘載,從材料延伸至設備。成立之初公司(sī)主要從事切割(gē)刀(dāo)片(piàn)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超薄化發展。1968 年 DISCO 推 出厚度 40μm 的 MICRO-CUT 切割輪,但由於(yú)當時的設(shè)備即便在定製情況下也無(wú)法完全(quán) 利用 DISCO 的超薄砂輪,公司(sī)開始自行生產設備。1970 年 DISCO 發布 DAS/DAD 切割 機,並在(zài) 1978 年研發出(chū)世界首台全自(zì)動切(qiē)割機,在此後的 20 多年間 DISCO 不斷擴充切 割機、研磨機品(pǐn)類,於 2001 年推出世界(jiè)首(shǒu)台幹式拋光機和拋光輪,完成了切割、研磨、 拋光環節(jiē)設備(bèi)和工具立體式布局。此(cǐ)後公司不斷推出新型激光切割技術、8 英寸晶圓加(jiā) 工設備等,憑借產品(pǐn)在精度、性能和穩定性上的優勢,DISCO 已成為全(quán)球半導體設備巨 頭,與下遊各大半導體(tǐ)廠商建立了廣泛的合作關係。


(二)盈(yíng)利能力優異,財務風格穩健


營收多年穩健增(zēng)長,下行周期韌性十足。下遊半導體設備、材料需求(qiú)旺盛(shèng),公司多年營 收穩健增長,2017 財年-2021 財年公司營收從 1673.6 億日元增長至 2537.8 億日元,4 年 複合(hé)增速達 11.0%。21Q3 以來(lái)全球(qiú)半導體需求放緩,行(háng)業周期下行,公司季度營收同比 增速有所下滑,但截至最新財季 FY22Q3 公司實現收入 658.4 億日元(yuán),同比(bǐ)增長 2.57%, 韌性十足。


歸母淨利潤同步增長,盈利能力(lì)優異。公司歸母淨利潤(rùn)與收入保持同步增長,由 2017 財 年的 371.7 億日元增長至 2021 財年的 662.1 億日元,4 年 CAGR 15.5%。公司盈(yíng)利(lì)能力優 異,2017~2021 年淨利率水平從 2017 年(nián)的 22.2%穩步提升到 2021 財年的 26.1%,毛利率 方麵公司 FY2020Q1 以來(lái)毛利率保持在 55%以(yǐ)上,FY2022Q2~3 毛(máo)利率高達 65.5%。


按產品拆分,FY2022 Q1~3 來自精密加(jiā)工設備、精密加(jiā)工工具、維修和其他業務的收入 分別占比約 62%、24%、9%及 6%。精密加工設備中(zhōng),切割機、研(yán)磨/拋光機分別占公司 整體收入 39%和 19%。切(qiē)割機中刀片切(qiē)割機占比約 60%,激光切割機收入占比約 40%; 研磨/拋光機中 DGP 係列通過實現(xiàn)研磨、拋光一體化生產效率更高(gāo),占比 57.6%。


按下遊(yóu)分類,公司(sī)切(qiē)割機及研磨機主要應用於半導體加(jiā)工領(lǐng)域,來自半導(dǎo)體的收(shōu)入占比(bǐ) 分別(bié)為 93%、98%。切割機下遊應用中占比(bǐ)最(zuì)高(gāo)的為(wéi) IC,達 51%,光學半導體及(jí)封裝切 割分別占比 11%、7%。研磨(mó)機下遊應用中占比最高的為 IC 領域,占比(bǐ) 51%,其次為光 學半導體,占(zhàn)比 32%。非半導體應用主要為 SAW 濾波器及其他電子(zǐ)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(jiā)設 備和工具工廠(chǎng)進行了擴建,並在(zài) FY2021 投資 280 億日元設立了 Haneda 研發中(zhōng)心,資(zī)本 開支大幅增加。FY2018-2021 公(gōng)司營收保持高速增長同時盈利能力持續上升,經營現金(jīn) 流由 273 億日元增長至 837 億日元,為公司擴產與新建項目提供了良好的現金支撐。


二、DISCO 是半導(dǎo)體劃片/減薄設(shè)備全球龍頭


(一)精密加工設(shè)備產品介(jiè)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。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+售(shòu)後服務的組合拳,公司得以在半(bàn)導體劃片/減薄(báo)設備市場取得 數十年來的絕對領先地位。公司官(guān)網在售的 54 款設備可分為劃片和減薄兩大類別:


劃(huá)片設備(39 款):切割機(Dicing Saws)、激光切割機(Laser Saws)、芯片分割(gē)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)、表麵平坦機(Surface Planer)、晶(jīng)圓貼膜機(Tape Mounter)


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


矽片製(zhì)造環節:DISCO 研磨機用於減薄從矽錠切割的晶圓,隨著半導體芯片變得更 薄且功能更高,減薄過程中(zhōng)的平麵度(dù)精度變得越(yuè)來越重要。


晶圓製造環節:DISCO 表麵平坦機是通過金剛石刨刀進行刨削(xuē)加工,實現(xiàn)對延展性 材料(Au、Cu、焊錫等),樹脂(光刻膠,聚酰亞胺等),以及其他(tā)複合材料的(de)高精 度(dù)平坦化,可(kě)替代 CMP 的部分工序,提高(gāo)生產效率及降低成(chéng)本。


封裝(zhuāng)測試(後道)——背麵減薄環節(jiē):DISCO 背麵研磨機用於晶圓的背麵研磨以使(shǐ) 其變薄,同時保護(hù)正麵的電路;損壞的層(céng)可(kě)以通過拋光(guāng)去除以提高減薄晶片的強度, 在此過程中 DISCO 拋光機則可(kě)大顯(xiǎn)身手。而晶圓貼膜機是為了處理 12 寸超薄晶圓, 特意與背麵研磨機(jī)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) 靠地實施從粘貼切割(gē)膠膜到框架上,再(zài)到剝離表麵保護膠(jiāo)膜為止的一係列工序,是(shì) 一項實現高良率薄型(xíng)化技(jì)術的專用設備(bèi)。


封裝測(cè)試(後(hòu)道)——晶圓切割環節:DISCO 切割機用於將晶圓切割成一顆(kē)顆獨立 的裸片(die),隨著(zhe)芯片尺(chǐ)寸的持續微縮和性能的不斷攀升,芯片的結構越來越複 雜,芯片間的有效空間日益(yì)縮小,切割難度逐步提升,這(zhè)對於精密切割晶圓的(de)劃片 設備的技(jì)術要求越來越高,除了傳統的刀片切割之外,近年來業內使用激光切割技 術的比例大有上升趨勢,DISCO 在此擁有充足且領先的布局。在芯片封裝在樹脂中 後(hòu),DISCO 芯(xīn)片分割機也用於將其切割成一顆顆獨(dú)立(lì)的芯片(chip)。


(二)設備晶圓加(jiā)工(gōng)精密設備市(shì)場的王者


根據 SEMI 數據(jù),2021 年全球封裝設備市場規模約(yuē) 70 億美元,占全球半導體設備市場比 例為 6.8%。劃片機(jī)在封裝設(shè)備市(shì)場份額約為 28%,2021 年全球劃片機市場份額約 20 億 美元。而根據 Marketresearch 數據(jù),2021 年全球晶圓減薄設備市場規模約 6.14 億美元。 綜上,2021 年全球半導體(tǐ)晶圓劃片切割(gē)/減薄設備市場合計約 26 億美(měi)元。 DISCO 和東京精密兩家(jiā)日本企業高度(dù)壟斷市場。2021 年(nián) 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(zhōng)公布 2021 年各季度業務占比,其 中精密加工設備平均占公司營收比重約(yuē) 56%,DISCO 壟斷全球近半數的劃片機和(hé)減薄機 市場,擁有(yǒu)絕對話(huà)語權,其次是東(dōng)京精密。國內市場劃片設備份額領域,ADT 公司所占(zhàn) 份額不足 5%,其餘絕大(dà)部(bù)分市(shì)場份額均被 DISCO 和(hé)東京精密所占據。


(三)DISCO 高精密加工設備優勢


1、高精準度技術優勢,抬高市場進入壁壘


DISCO 的設(shè)備精準(zhǔn)度非常高。切割(gē)材料的精度高達微(wēi)米級,相當於將人(rén)的頭發橫向切割 35次。而(ér)減薄設備可以將晶圓的背麵(miàn)研磨至5µm厚度(dù),約(yuē)為日常複印機紙張厚度的1/20, 加工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(kòng)製在 1.5 µm 以內,這大大提(tí)高了材料的抗斷裂性。在過去 10 年中,DISCO 平均將其(qí)收入的 10% 用於研發,以保持其技術優勢。


2、解決方(fāng)案導向與需求(qiú)定製化,增強客戶粘性


DISCO 的工程(chéng)師會進行試切,並為客戶確定設備、耗材和加(jiā)工方法的(de)最佳組(zǔ)合。尋求(qiú)最 優應用解決方(fāng)案主要是通過客戶提供的工(gōng)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(xià)選擇精密(mì)加工工具(jù),經行試切。通過試切,從加工工具轉速、加工工作台運轉速度、 切削進水量和冷卻去除加工顆粒的溫度、供水角度等眾多項目中選擇最符合客(kè)戶要求的 加工條件,工(gōng)件固定材(cái)料和(hé)方法等(děng)。細微的環境差異,例如(rú)工件狀(zhuàng)況、累計(jì)加工晶圓片 數、設備安裝情況等,都可能影響加工結果,因此無論是在客(kè)戶考慮新購買 DISCO 設 備還是在老產品的(de)效率提升時,都會經行試切。如果現有產品(pǐn)難以達到預期效果,將通 過製作原型加工工具和/或零件來經行試切,即產生定製化(huà)需求。近年來,由於器件結構 複雜、die stacking 超薄化等(děng)因素,對加工的要(yào)求越(yuè)來(lái)越高。因此,這種建立在提供最優 解決方(fāng)案(àn)和滿足定製化需求的配套服務加(jiā)強了 DISCO 與客戶的粘(zhān)性(xìng)。


3、深耕利(lì)基市場穩中(zhōng)有進,提升耗材實力(lì)降低業績波動


根據 SEMI 和 Marketresearch 數(shù)據計算,DISCO 所從事的半導(dǎo)體劃片切割/減薄設備市場 規模不足 30 億美金,占全球(qiú)半導體設備市場比例不足 3%。當我們將市場數據與 DISCO 的高市占率進行比(bǐ)較時,很(hěn)明顯公司處於利基市場,這帶來兩個優勢:首先,它限製了 大玩(wán)家進入該領(lǐng)域的潛在回報;其次,減少了來自(zì)客戶方麵的價格壓力,利潤(rùn)率得以保 障(公司銷售淨利率保持(chí)在 20%左右(yòu))。在半導體製造過程中不(bú)精確的切割、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(bǐ),使得下遊客戶不會貿然在這 一低價值量環節更換供應商(shāng)。 DISCO 超過一半的收入來自(zì)精密設備的銷(xiāo)售,這實際上反映了下遊半導體製造客戶的資(zī) 本支出。多年來半導體行業的資本支出一直呈現(xiàn)周期性波動(dòng),這也導致了公司設備銷售 的起伏,而近年來,隨著耗材業(yè)務(精密加工工具和維修業務)比重的不斷提升,一定 程(chéng)度上平衡了公司(sī)的業績波動。


(四)技術儲備豐富,引領未(wèi)來發(fā)展方向


1、劃片(piàn)機——激光(guāng)切割設備領軍者


劃片機按照加工方式的不同可分(fèn)為冷(lěng)加工的砂輪劃片(piàn)機和熱加工的激光劃片機(jī)。激光劃 片機主要分為激光燒蝕加工和隱形切割兩種,DISCO 第一台激光切割設備於 2002 年發 布,在這一領域亦有深度布(bù)局。 激光燒蝕加工是通過在極短(duǎn)的時間內將激光能量(liàng)集中在微小的區域,從而使固體升華(huá)、 蒸發的加工方法。特征是:1)低熱損傷加工;2)屬於衝擊(jī)和(hé)負荷都很(hěn)小(xiǎo)的非接觸加工; 3)還可以處理加工難度高的硬質工件(jiàn);4)寬度在(zài) 10 µm 以下的狹窄切割道也能加工。 在燒蝕加工中,通過調整激(jī)光加工(gōng)的深度,可以實現“開槽”、“全切割”和“劃片”3 種加工,分別適(shì)用於 Low-k 膜/氮化鋁/氧化鋁陶瓷、矽/砷化镓和藍(lán)寶石(shí)等材料 隱形切割是將激(jī)光(guāng)聚光於工件內部(bù),在工件內部形成改質層,通過擴展膠膜等(děng)方法將工 件分割成芯片的切割方法。優點是由於工件內部改(gǎi)質,因此可(kě)以抑製加工屑的產生。適 用(yòng)於抗汙垢性能差的工件;適用於抗負荷能力差的工件(MEMS 等),且采用幹式加工工 藝,無需清洗;可(kě)以減小切割(gē)道寬度,因此有(yǒu)助於減小芯片間隔(gé)。


開發激光切割的目的在於處理高性能半導體(tǐ),其與刀片切割設備並未(wèi)形成(chéng)競爭,是一種 場景互補的(de)良性發展關係,隨著近(jìn)年來高性能半(bàn)導(dǎo)體市場(chǎng)持續(xù)高(gāo)景氣,激光切割設備(bèi)銷 售增速更高(gāo),其占刀片切割比例已提升至 35%~40%,DISCO 作為行業領軍者深度受益。




2、減薄設備——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(háng)研削時,將保留晶圓外 圍邊(biān)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(piàn)外圍留邊:減少晶片翹曲、提高晶片強度,使得晶(jīng)片(piàn)使用更方便(biàn)、薄型(xíng) 化後的通孔插裝/配置接線頭等加工更便(biàn)捷。


不使(shǐ)用硬基體(tǐ)等類似構造而用一體構造的優點:晶片薄型化後需要高溫工序(鍍金屬等)時,沒有脫氣現象發生;因為是(shì)一體構造,形(xíng)狀單一,可降低顆粒(lì)帶入現象。


不在外(wài)圍區域負重的優點:研削外圍區域(yù)有梯狀的晶片更(gèng)方便;崩角現象(xiàng)為零。


3、SiC 材料加工——全流程的降本提效


碳化矽單晶(jīng)具有優(yōu)異的熱、電性能,在高(gāo)溫、高頻、大功率、抗輻射集成電子器(qì)件領(lǐng)域 有著廣泛的應(yīng)用前景。碳化矽(guī)硬度高、脆性大、化學性質穩(wěn)定,傳統加工(gōng)方(fāng)法不完全適 用因此在加工過程中會出現效率降低、成(chéng)本(běn)增加的現象。DISCO 創造性地采用 KABRA 技術、4 軸磨削(xuē)和幹法拋光、超(chāo)聲波切割和隱形切割,分別在碳化矽片製造、器件減(jiǎn)薄、 切(qiē)割環節實現了顯著的優化(huà)效果。 碳化矽片製造:2016 年,DISCO 研發出(chū)新型碳化矽晶錠激光切片技術(KABRA),顯著 縮短加工用時,將單片 6 寸 SiC 晶圓的切割(gē)時間由 3.1 小時大幅縮(suō)短至 10 分鍾,單(dān)位 材料損耗降低 56%,晶圓產量提升 1.4 倍。同時(shí)新(xīn)技術可抑製晶圓起伏,無需研磨操作。


碳化器件減薄:碳化矽斷裂韌(rèn)性較低,在薄化過程中易開裂,導致(zhì)碳(tàn)化矽晶片的減薄非(fēi) 常(cháng)困難。DISCO 通(tōng)過 4 軸磨削提高生產率,通過幹法拋光(guāng)提高質量。


碳化器件切割:超(chāo)聲波切割提高(gāo)處理速度和質量、減少韌性材(cái)料(liào)的毛(máo)刺;隱形(xíng)切割無(wú)需 清洗,且有(yǒu)助於減小芯片(piàn)間隔。


三、金剛石工具廣泛應用(yòng)於半(bàn)導體切磨拋,八(bā)十餘載(zǎi)構築(zhù) DISCO 龍頭地位(wèi)


(一)金剛(gāng)石工具為半導體加工關(guān)鍵耗材,DISCO 為行業龍頭


金(jīn)剛石工具廣泛應用於半導體各加工環節(jiē)。金(jīn)剛石工具(jù)是指以金剛石及其(qí)聚(jù)晶複合物為 磨(mó)削單元,借助於結(jié)合劑或其它輔助材料製成(chéng)的具有一定形狀、性能(néng)和用途的製品,廣泛 應用於半導體、陶瓷、玻璃(lí)等硬脆材料的磨削、切割、拋光(guāng)加工。半導體加工領域常見(jiàn) 的金剛石工具有研磨/減薄砂輪、切割刀片、CMP 鑽石碟、電鍍(dù)金剛線等。


在半(bàn)導體的(de)前道加工工序中,金剛石工具用途包括(kuò):(1)切割:包括晶(jīng)棒截(jié)斷(duàn)與切片(piàn)。 電鍍金剛石帶鋸或內圓切割片均可(kě)用於晶棒截斷,但內圓或外圓切割效率低、材料損(sǔn)失 率大、加工質量低,故目前多采用金剛石帶鋸來切割晶棒。晶(jīng)棒切片的方法主要包括(kuò)內 圓切割和線切(qiē)割,線切割相較(jiào)內圓切割具有效率高、切割(gē)直徑大及鋸痕損失(shī)小等優(yōu)點, 目(mù)前矽基半導體主要使用磨料(liào)線鋸切割加工方式。(2)研磨與拋光:包括晶棒滾圓(yuán)、晶 圓片表麵研磨、晶圓片邊沿倒角與磨邊,不同的研(yán)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,金剛石工具主(zhǔ)要用於 CMP 修(xiū)整器、背麵(miàn)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(yào) 耗材。CMP(化學機械拋光)是半導體先進製程中的關鍵技術,伴隨(suí)製程節(jiē)點不斷(duàn)突破 已(yǐ)成為 0.35μm 及以下製程不可或缺的平坦(tǎn)化工藝,關乎著後續工藝良率。CMP 采用機 械摩擦和化學腐蝕相(xiàng)結合的工藝,與普通的機械拋光相比,具有加工成本低、方法簡單、 良率高、可同(tóng)時兼顧全局和局部平坦化(huà)等特點。拋光墊表麵的溝槽起(qǐ)著分布(bù)拋(pāo)光液和排 除廢液的(de)作用,拋光墊的表麵粗糙度和平整度直接影響著 CMP 結果。拋光(guāng)墊在(zài) CMP 過(guò) 程中易老化(huà)、表(biǎo)麵溝槽易堵塞,從而使拋光墊失去(qù)拋光的作用。此時需(xū)要 CMP-Disk 修(xiū) 整拋光墊(diàn)的表麵,使拋光墊始終保持良好的拋光性能(néng),修整器起著(zhe)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,因此 CMP-Disk 的性(xìng)能直接影(yǐng) 響晶(jīng)圓表麵全局平坦化的效果。


劃片刀是封裝(zhuāng)環節重要材料。切割晶圓主要有激光切割及機械切(qiē)割(劃片刀切割)兩種 方法,由(yóu)於(1)激光切割不能使(shǐ)用大功率以免產生(shēng)熱影響區(HAZ)破壞芯片;(2)激 光切割設備非常昂貴(通常(cháng)在 100 萬美元(yuán)/台以上(shàng));(3)激光切割不能做到一次切透(tòu)(因 為(wéi) HAZ 問題(tí)),因而第二次切割還是用劃片刀來最終完成,故劃片刀在較長期內仍將是 主流切割(gē)方(fāng)式。劃片刀(dāo)一般由合成樹脂、銅(tóng)、錫、鎳等作為結合(hé)劑(jì)與人造(zào)金剛石結合而 成,主(zhǔ)要分為帶輪轂型(硬刀)及(jí)不帶輪轂整體型(軟刀)兩大類,適用於加工不同類型材質的芯片及半導體相關材(cái)料。


劃片刀和減薄砂輪是半導體晶(jīng)圓加(jiā)工所用的主要(yào)金剛石工具。根據軒闖等的(de)論文《半導 體加工用金剛(gāng)石工(gōng)具現狀(zhuàng)》,國內半導體用金剛石(shí)工具市場中減薄(báo)砂輪、劃片刀分別(bié)占比(bǐ) 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 刀年需求量為 600-800 萬(wàn)片(piàn)。根據 IC insights 及 Knometa Research,2018-2021 年中國大 陸晶圓產能複合增速約 9.6%,因晶圓劃(huá)片刀屬消耗品,假設(shè)晶(jīng)圓劃片刀需求量複合增速 與同期中國大陸的晶圓產能複合增速保持(chí)一致,計算得 2021 年(nián)我國(guó)晶(jīng)圓劃片刀年需求量 為(wéi) 864-1152 萬片(piàn),取中值為 1008 萬片;按每片 160 元計(jì)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(zài)國內半(bàn)導體用金剛石工具的占比為 55%,得到(dào) 2021 年國內半導體用金剛石工具的市場規模約 29.3 億元,減薄(báo)砂輪的市場規模約為 7.8 億元。


根據 QYResearch 數據,2020 年全球(qiú) CMP 拋光墊修(xiū)整(zhěng)器(qì)的市場規模約 15 億元,預計 2026 年將達到 18 億元,年複合(hé)增長率 3.1%。其中中國台灣地區是 CMP 修整器(qì)最大市場,占 比約 22%,接下來(lái)依次為韓國、中國大陸、日本,分別占(zhàn)比 21%、15%和 14%。


劃片刀、減薄砂輪市場 DISCO 一(yī)枝獨秀。目前國際巨頭占據了劃片刀、減薄砂輪市場 的絕對(duì)份額,根據《半導體加工用金(jīn)剛石(shí)工具現狀》,中國(guó)約 90%的半導體加工用劃片刀 和減薄砂輪來自進(jìn)口,高端半導體加工企業所用金剛石(shí)工具(jù)基本上被國外產品(pǐn)壟斷。國 外半導體用金剛石工具廠商主要包括日本 DISCO、日(rì)本旭金剛石、東京精密(mì)、韓國二和 (EHWA)及(jí)美國 UKAM 等,其中 DISCO 產品性(xìng)能更為領先(xiān),在晶圓劃片刀和減薄砂輪市 場具有(yǒu)絕對份額。2021 財年 DISCO 來(lái)自中國大陸地區的收入為(wéi) 49 億元(yuán),假設其中耗(hào)材 的占比與公司總體業務中耗材的占比(bǐ) 23%一致,則 2021 年 DISCO 在中國大陸的劃片刀 和減薄砂輪營(yíng)收約 11 億元,在中國大陸 23.8 億元的市場中占比 47%。


我國對超(chāo)硬材料的(de)研究起步較晚,在部分(fèn)領域的國產金剛(gāng)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(yì)中的金剛石工具已能自給。 但由於晶圓減薄及劃片技術要求更高,國內減薄砂輪與(yǔ)劃片刀產品與國外差距較大。減 薄砂輪方麵,中國砂輪企業股份有(yǒu)限公(gōng)司(中國台灣)、鄭州三磨所、三(sān)超新材等均有布(bù) 局;劃片刀方麵近幾年鄭(zhèng)州三磨所、上海新陽、三超新材已有相關產品量產;CMP-Disk 產品布局廠商較少,主要為(wéi)三(sān)超新(xīn)材。


(二)半(bàn)導體切磨拋材料精度要求高,DISCO 八十餘載立體式布局構築龍頭地位


Disco 從 1937 年(nián)成立之初即(jí)從事(shì)半導體切磨拋(pāo)材料,經過八十多年深耕,公(gōng)司在切磨(mó)拋 材料上憑借深厚產業(yè)經驗、完善產品矩陣、設備+材料協同布(bù)局、全民創業企業文化構築 行業龍頭地位。


1、產品布局完善


劃片加工(gōng)要求高,DISCO 產品矩陣全(quán)、精度高主(zhǔ)導劃片刀市場。半導體材料具有硬度大、 脆(cuì)性高、斷裂韌性低的特點,劃片中若出現崩裂問(wèn)題,將使(shǐ)芯片報廢;此外晶圓劃片還 要求刀片具有切縫小、蛇形小及加(jiā)工質量穩(wěn)定(dìng)等特點。DISCO 針(zhēn)對不同的加工條件、加 工質量標準對劃片刀(dāo)金剛石粒度、金剛石密度(集中度)、結合劑強度(dù)等參(cān)數進行多樣化(huà), 並針對難切割(gē)材料(liào)、高速、深切、倒角切割等特殊加工條件研發解決方案,形成了完(wán)善 豐富的產品組合,被(bèi)加工材料(liào)覆蓋完善。由於產品精度高、加工質量穩定(dìng)、加工效率高, DISCO 目前占據全球劃片刀市場主要份額。


立體式布局減薄砂輪。晶圓背麵(miàn)減薄後(hòu)會產生應力和(hé)翹曲,如果應力過大將(jiāng)延伸到正麵(miàn) 的組件區域,由背麵減薄所產生的應力和(hé)變形會影響後續工藝的良率;因此通(tōng)常在背麵 減薄後進行拋光、濕式\幹式刻蝕(shí)或退火消除損傷層,這會使成本或工藝時間增加。DISCO 具有豐(fēng)富的研磨輪產品,其中 GF01、Poligrind/UltraPoligrind 等係列通過(guò)使用特殊結合(hé)劑 或(huò)超細磨粒,減小了減薄產生(shēng)的應力,簡化後續(xù)的消除損(sǔn)傷工藝。此外 DISCO 研(yán)發了不 需要(yào)使用研磨劑的幹式拋光輪使後(hòu)續拋光工藝更為簡便。


2、設備+材料協(xié)同(tóng)優勢


設備+材(cái)料協同布局。除金剛石工具自身的性能和質量外,高質量(liàng)的金剛石工具(jù)精密加工 還需要設備、工藝等的相互協調配合。以晶圓(yuán)劃片刀為例,刀片固定在劃片機主軸上並 以非常高的速度(dù)旋轉,轉速通(tōng)常在(zài)每(měi)分鍾 10000 至 60000 轉。主軸轉速是影響切割效果、 晶圓崩邊(biān)發生率、刀片壽命的重要因素,因此在切割時必須(xū)對被切割材料、刀片規格、 設備主軸轉速、加工質量標準進行平衡(héng)選擇。DISCO 的精密加工設備品類豐富並處於市 場主(zhǔ)導地位,這有助於其(qí)快(kuài)速準確地(dì)針對客戶設備(bèi)和(hé)加工條件(jiàn)供應加工耗材,同時獲取 積累客戶生產中設備與耗材運行數據進行產品(pǐn)優化及升級,並以最快的(de)速度把握耗材發展趨勢。


3、優異企業文化


企業文化獨特,“全員創業體製”激發(fā)經營創(chuàng)新活(huó)力。2003 年 DISCO 開始在部門間實行 一種特別的管理會計製度“Will 會(huì)計”,“Will”類似於(yú)公司內部的虛擬貨幣,用於衡量 日常工作中無法量化(huà)的工作績效的價值和投入成本,如銷售部門需在客(kè)戶取消產品訂單 時向製造部門支付 Will 罰款。部門間的 Will 製度有助於各部門進(jìn)行詳細的(de)損益管理,同 時優化總體利潤。2011 年 DISCO 將該製度擴展到員工(gōng)個人層麵(miàn),員工可以(yǐ)自由選擇自己 的(de)工作,Will 價值則反映了一項工作在員工看來具有的必要性和重要性;同時員工可以 使用 Will 對新項目進行投資集資,員工的個(gè)人 will 值將會與約 10%的半年度獎金掛(guà)鉤。 通過建(jiàn)立 Will 製度,DISCO 有效減少了不必要的工作,強化了員工的(de)成本意(yì)識,同時(shí)為 員(yuán)工(gōng)提供了(le)主動創新創業創造收益(yì)的空間,使曆史悠久(jiǔ)和規模龐大的公司保(bǎo)持(chí)活(huó)力。


4、積極擴產應對需求增長


積極擴產應對需求增長。DISCO 目前(qián)擁有三家生產工(gōng)廠,其中兩家位於日本廣島縣吳市(shì), 生產設備和工具,另一家位於長野縣茅野市,主要生產(chǎn)設備。受益於下遊需求旺盛(shèng),DISCO 現有(yǒu)三家工廠持續處於滿載運行狀態。因(yīn)新能源車、功率半導體需求旺盛,2023 年 1 月 DISCO 表示擬將現有的切割/研磨工具、設備的產能(néng)提高約四成,計劃投資約 400 億日元 於 2025 年在茅野市工廠附(fù)近建設一座新工(gōng)廠,其產能為茅野工廠的 2 倍。本次擴產體現 了公司對中長期內半導體需求的信心,有助於(yú)公司保(bǎo)持全球領先地位。


(三)投資分析


1、三超新材:半(bàn)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(gōng)司,立體(tǐ)式布局光伏&半導體業務。公司自 1999 年成立以來專 注於金剛石超硬材料研發、生產與銷售,產品包括金剛(gāng)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(qū)動格局:光伏領域公(gōng)司 2011 年即開始小批量 銷售電鍍金剛線,是(shì)國內第一批實現金剛線國產替代的廠家;半導體領域公司圍繞(rào)金剛 石超硬材料在半導體上的應用布局了砂輪(倒角(jiǎo)砂輪/背麵減薄砂輪)、劃片刀(樹脂軟 刀/金屬軟刀/電鍍軟刀/硬刀)、CMP-Disk 等(děng)產品線,同時引入外部團隊加強在半(bàn)導體切、 磨、拋設備上布局。


圍繞切(qiē)、磨、拋工藝,內生豐富半導體減(jiǎn)薄耗材,外延布局半導體減薄設備。公司 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(jiǎo)砂輪/軟刀/硬刀/CMP-Disk 等耗材,幾條主要產品線在日月光、長電、華天、華(huá)海清科、中芯晶元等(děng)主要客戶逐步(bù) 驗證和起(qǐ)量,國產化(huà)進度位居國(guó)內前列。半導(dǎo)體設(shè)備方麵,公司通過引進外部團隊、成 立南京三芯加快布局(jú),根據公司(sī)調研公告 2023 年上半年矽棒開方磨倒一體機、矽(guī)片倒角 機、背麵減薄機三款(kuǎn)樣機將陸續推出。 光伏金剛線需求旺盛疊加公司產能擴充進入快速成長期,鎢絲線有(yǒu)望彎(wān)道(dào)超車。公司自 主設計金剛(gāng)線加工產線(委(wěi)外加工),提升生產效率和質量,構築技術(shù)壁壘(lěi);客戶方麵公 司深度綁定宇澤、晶澳、協鑫,並導入高景、時創等客戶,金剛線供不(bú)應求。應對旺盛 需求公司積極擴產(chǎn),22 年光伏用細線產能約(yuē) 100 萬 Km/月,預計 23 年 3 月新增 150 萬 Km/月產能,至 23 年(nián)底公司產能有望達到 400 萬 Km/月。此外,公司在鎢絲金剛線布局 較(jiào)好,在新(xīn)賽道有望實(shí)現彎道超車。


董事長擬全(quán)額認購定增彰顯對公司發展的信心。公司擬實施“年產 4100 萬公裏超細金剛 石線鋸生產項目(一期)”,募集資金不超 1.2 億元,達(dá)產後將形成年(nián)產(chǎn) 1800 萬公裏矽切片線產能,預計具有良好的經濟效益。董事長鄒餘耀擬以現金方式全額認購(gòu)定增(zēng),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(kāi)新成長曲線(xiàn)


背靠國機集團,軸研(yán)所+三(sān)磨所雙輪驅動。公(gōng)司成立於 2001 年,隸屬於世界 500 強中國 機械工業集團有限公司(國機集團),是其精工業(yè)務的拓展平台、精(jīng)工人才(cái)的聚合平台和 精工品(pǐn)牌的承(chéng)載平台(tái)。公司核心業務包括:1)軸承業務:運營主體(tǐ)為軸研所,主要(yào)產品 包括以航天軸(zhóu)承為代表的特種軸承和精密機床軸承等民品軸承。軸研所是我國軸承行業 唯一的綜合性研究開發(fā)機構,聚焦於軸承行業高(gāo)、中(zhōng)端產品,以綜合技術實力強而知(zhī)名, 其航天領(lǐng)域特種軸承處於國內壟斷地位。2)磨料磨具業務:運營主(zhǔ)體為鄭州三磨所,聚 焦於超硬材料製品(pǐn)、行業專用(yòng)生(shēng)產和(hé)檢測設備儀器的生產、研發和銷售。三磨所成立於 1958 年(nián),曾研(yán)發出(chū)中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(cái)料製品、行業專用生產和檢測設備儀器(qì),是中國(guó)超硬材料行業的引領者、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(zhǎng)可期(qī)。公司用於半導體領(lǐng)域的超 硬材料製(zhì)品主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(duō)晶 矽和單晶矽砂輪(lún)等,應(yīng)用材料(liào)涵蓋半導體矽晶(jīng)圓(yuán)、化合物半導體晶(jīng)圓(GaAs、GaP 等)、 第三代半導體碳化矽等。在芯片加工領域(yù),公司產品對(duì)標國外公司同類產品並(bìng)與之競爭(zhēng)。 公(gōng)司生產的劃片刀具有(yǒu)精度高、壽命(mìng)長、強(qiáng)度高等特點,減薄砂輪可替代進口產品,在 日本、德(dé)國、美國、韓(hán)國及(jí)國產磨床上穩定使用,砂輪磨削性能(néng)優越,性價比高。憑借(jiè) 在產品(pǐn)性能上(shàng)的優勢及(jí)優於國(guó)外公司的服務和(hé)交貨期,三磨所半導(dǎo)體加工工具已進入華(huá) 天科技、長電科技、通富微電、日月光(guāng)、賽意(yì)法等知名封測廠商供應鏈。近年(nián)來中國大(dà) 陸半導體的封測產能不斷擴張,切割機、刀片等關鍵設備與(yǔ)耗材類(lèi)產品需求客戶對國產 化的自(zì)主可控提出了更高的要求,公司半導體劃片刀/研磨砂輪產品成長(zhǎng)可期。


培育鑽石及相關設備(bèi)貢(gòng)獻全新利潤增長點。大單晶金剛石在培育鑽(zuàn)石、散熱材料、汙(wū)水 處理電極、光學窗口片、半導體材料等方麵具有(yǒu)潛在廣闊的(de)應用前景(jǐng),國內(nèi)在其核心生 產技術(shù) MPCVD 關(guān)鍵裝備(bèi)的自主開發、沉積麵積(jī)、金剛石尺寸、缺陷密度、熱性能等重 要性能指標上與國外仍存在較大的差距。公司於2016年8月立項實施新型高功率MPCVD 法大單晶金剛石項目,截至(zhì)目前已建成年產30萬片MPCVD法大單晶(jīng)金剛石生產線。2022 年(nián) 12 月,公司擬通過定向增(zēng)發募集 1.98 億元新增自製 MPCVD 設備建設寶石級大(dà)單晶 金剛石生產線(xiàn)和第三代半導體功率器件超高導熱金剛石(shí)材料生產線各一條,將(jiāng)成為國內 領先的 MPCVD 法大單(dān)晶金剛石材(cái)料科研生產(chǎn)基地,同時公司生產目前培育鑽石主要方 法高溫高壓法設備六麵頂壓機(jī),並計劃在 2022 年實(shí)現產能翻倍。目前培育鑽石行業處(chù)於 供不應求狀態,與培育鑽(zuàn)石(shí)相關的設備(bèi)和培育鑽石已成為公司(sī)新的利潤(rùn)增長點。


3、光力科技:半導體劃片設備國內領軍者,內生外延破局海外(wài)壟斷


三次海外並購整合優質資產,戰略布(bù)局半導體劃片裝備領域。公司是(shì)全球排名第三中國 第一的半導體切割劃片(piàn)設備企業,同時也是全球行業內僅有(yǒu)的兩家既能(néng)提(tí)供切割劃片量 產設備、核心零部件(jiàn)——空氣主軸、又(yòu)有(yǒu)刀片等耗材的企業之一(yī)。公司上市後把握國際 並購的戰略機遇期,通過對世界領先半導體設備及高(gāo)端零部件(jiàn)企業 LP、LPB、ADT 的收(shōu) 購,奠定了公司(sī)在半導體後道封測裝備領域強大的競爭(zhēng)和領先優勢,並用數年時間(jiān),對 技術引進(jìn)、消化吸收和再創造,實現了高端半導體劃片(piàn)切割設備的國產替代。目(mù)前公司 已投放市場的國(guó)產(chǎn)化產品主要有全自動雙軸晶圓切割劃片機-8230、半自動雙軸晶圓切割劃片(piàn)機-6230、半自動單軸切割劃片機-6110、全自動 UV 解(jiě)膠機、自動(dòng)切割貼膜機、半自(zì) 動晶圓清(qīng)洗機(jī)等半(bàn)導體封裝設備和輔助設備,這些具有國際水準(zhǔn)的半導(dǎo)體設備(bèi)廣泛應用 於矽基集(jí)成電路和功率半導體器件、碳化矽、MiniLED、氮化镓、砷化镓、藍(lán)寶石、陶 瓷、水晶、石英、玻璃等許多電子元器件材料的劃切加工(gōng)工藝中,其中半自動單軸切割 劃片機-6110 是麵向第三代半(bàn)導體材料的高端切割設備。


具備強大全球競爭實力,為(wéi)國產替(tì)代奠定堅實基礎。公司全資子(zǐ)公司(sī)英國 LP 公司擁有 50 多年的技術(shù)和(hé)行業經驗(yàn),在加工(gōng)超薄和超厚半導體器件領域具有全(quán)球領先優勢;LPB 公司產品高性能高(gāo)精密空氣靜壓主軸、空氣動壓主軸、空氣導軌、旋轉(zhuǎn)工作台、精密線 性導軌和(hé)驅動器技術一直處於業界(jiè)領先(xiān)地位。公司控股子公司 ADT 公司已有多年的半 導體劃(huá)片機等設備製造與(yǔ)運營經驗,ADT 公司的軟刀在業界處於領先地位,在半導體切 割精度方麵處於行業領先水平,其自主研發的劃片設(shè)備最關鍵的精(jīng)密控製(zhì)係統可以對步(bù) 進電機實現低至 0.1 微(wēi)米的控製精度。ADT 公司具備按照客戶需求提供定製的刀片和 微調特性的工(gōng)程資源,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(sī)和以色列 ADT 公司,使得光力科技在(zài)半導體後道(dào)封測裝備領域擁有 LP、 LPB 及(jí) ADT 多年積累的技術及經驗,卡位(wèi)優勢突出,在此領域(yù)具有(yǒu)強大的競爭優勢, 為(wéi)國產替代奠定(dìng)了堅實的技術基(jī)礎。


自主研(yán)發能力卓絕,強強聯手加速突破。位於中國鄭州的全資子公司光力瑞弘是公司半 導體領(lǐng)域業務的實施主體,是公司半導體業務板(bǎn)塊在(zài)中國的研發中心、生產製造中心, 全力推進(jìn)技術(shù)引進和國產化(huà)。公司高度重(chóng)視研發投入,研發(fā)費用率常年高於 10%,短短 幾年時間開發(fā)了 8230、6230、6110 等一係(xì)列國產切割劃片機,其中(zhōng) 8230 作為一款行業 主流的 12 英寸全自動(dòng)雙(shuāng)軸切割劃片機性能處於國際一流水(shuǐ)平,已(yǐ)經進入頭部封測企(qǐ)業 並形成批量銷(xiāo)售,成功(gōng)實現了高端切割劃片設備的國產替代。同(tóng)時(shí)鄭州研發團隊亦(yì)與以 色列團隊(duì)一道(dào)共同研發新的激光切割(gē)機,公司劃片機產品線(xiàn)日趨完善。鄭州航空(kōng)港區的 新生產基地占地 178 畝,建(jiàn)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)行業最為集中(zhōng)的中國和東南亞地區提供一流(liú)的產品與(yǔ)服務。

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