精密加工技(jì)術前沿(yán):半(bàn)導體切磨拋裝備材料的(de)國產化趨勢
03-02-2023
精密加工技術前沿:半導體切磨拋裝備材料的國產化趨(qū)勢


一、DISCO:全球半導體切磨拋設備(bèi)材料巨頭


(一)專注半(bàn)導體切割、研磨、拋光八十(shí)餘載,產品布(bù)局完善


日本迪思科株式會社(DISCO Corporation)成立於 1937 年,是一家專注於“Kiru(切)、 Kezuru(磨(mó))、Migaku(拋)”技術的全球知名半導體設備廠商。公司(sī)產品矩陣以(yǐ)切、磨、 拋為縱深,設備和工具橫向擴(kuò)張,產(chǎn)品主要(yào)包括:1)半導體設備:切(qiē)割機、研磨機、拋(pāo) 光機及其他用於半導體(tǐ)加工(gōng)後道切割和(hé)研磨的設備;2)精(jīng)密加工工具:切割刀片、研削 /拋光磨輪等。公司產品廣泛應用於半(bàn)導體精密加工及玻璃、陶(táo)瓷等硬脆材(cái)料的切割、研 磨和拋光(guāng)。


專注切磨拋技術八十餘載(zǎi),從材料延伸至設備(bèi)。成立之初公司主要從事切(qiē)割刀片和研(yán)磨 砂輪業務,隨(suí)著下遊對精度要求(qiú)的提高公司(sī)產品不斷向超薄化發展。1968 年 DISCO 推(tuī) 出厚度(dù) 40μm 的 MICRO-CUT 切割輪,但由於(yú)當時的設備即便在定製(zhì)情(qíng)況下(xià)也無法完全 利用 DISCO 的超薄砂輪,公司開始自行(háng)生產設備。1970 年 DISCO 發布 DAS/DAD 切割 機,並在 1978 年研發出世界首台全自動切割機,在此後(hòu)的 20 多年間 DISCO 不斷擴(kuò)充切(qiē) 割機、研磨機品類,於 2001 年推出(chū)世界首(shǒu)台幹式拋光機和拋光輪,完(wán)成了切割、研磨、 拋光環節設備和(hé)工具(jù)立體式布局。此後公司不斷推出新型激光切割(gē)技術、8 英寸晶圓加 工設備等,憑借產品在精度(dù)、性能(néng)和穩定性上的優勢,DISCO 已成(chéng)為全球半導體設備巨 頭,與下遊各(gè)大半(bàn)導體廠商建立了廣泛(fàn)的合作關係。


(二)盈(yíng)利能力(lì)優異,財務風格穩健(jiàn)


營收多年穩健(jiàn)增長,下(xià)行周期韌性十足。下遊半導體設(shè)備、材料需求旺盛,公司多年營 收穩(wěn)健增長,2017 財年-2021 財年(nián)公司營收從 1673.6 億日元增長至 2537.8 億日元,4 年 複(fù)合增速達(dá) 11.0%。21Q3 以來全球半導體需求放緩,行業周期下(xià)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,同比增長 2.57%, 韌性十足。


歸母淨利潤同步增長,盈利能力優異。公司歸母淨利潤與(yǔ)收入保持同步增長,由 2017 財(cái) 年的(de) 371.7 億日元(yuán)增長至 2021 財年的 662.1 億日元,4 年 CAGR 15.5%。公司盈利能力優 異,2017~2021 年淨利率水(shuǐ)平從 2017 年的 22.2%穩步(bù)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(zài) 55%以上,FY2022Q2~3 毛利率高達 65.5%。


按產品拆分,FY2022 Q1~3 來自精密加工設備、精密加工工具、維(wéi)修和其他業務的收入 分別占比約(yuē) 62%、24%、9%及 6%。精密加工設備中,切割機、研磨/拋(pāo)光機分別占公司 整體(tǐ)收入 39%和 19%。切(qiē)割機中刀片切割機占比約 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(xià)遊分類,公司切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(fèn)別為 93%、98%。切割機(jī)下(xià)遊應用中占比最高的為 IC,達 51%,光(guāng)學半導體及封裝切 割分別占比 11%、7%。研磨機下遊(yóu)應用中占比最高的為 IC 領域,占比 51%,其次為光 學半導體(tǐ),占比 32%。非半導(dǎo)體應用主要(yào)為 SAW 濾波器及其他電子元件等。


資本開支(zhī)回落,經營(yíng)性現金流狀況良好(hǎo)。FY2018-2020 公司分別對三(sān)家工廠中的兩家(jiā)設 備和工具工(gōng)廠進(jìn)行了擴(kuò)建,並在 FY2021 投資 280 億日(rì)元設立了 Haneda 研(yán)發中心(xīn),資本 開支大幅增加。FY2018-2021 公司營收(shōu)保持高速增長同時盈利(lì)能力持續上升,經營現(xiàn)金 流(liú)由(yóu) 273 億日元增長(zhǎng)至 837 億日元,為公(gōng)司擴產與新建項目提供了良好的現金支撐。


二、DISCO 是半導體劃片/減薄設備全球龍頭


(一)精密加工設備產品介紹


DISCO 是全球領先的半導體製造設備廠商,專注於晶圓減薄、拋(pāo)光和切割領域。其業務 模式是(shì)將 Kiru(切)、Kezuru(削)、Migaku(磨)三大核心技術整合為係統(tǒng)解(jiě)決方案進 行銷售,依靠設備+材料+售後服(fú)務的(de)組合拳,公司得以在半導體(tǐ)劃片/減薄(báo)設備市場取得(dé) 數十年來的(de)絕對領先地(dì)位。公司(sī)官網在售的 54 款設備可分(fèn)為劃片和減薄兩大類別:


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


減薄設備(15 款(kuǎn)):研磨(mó)機(Grinders)、拋光機(jī)(Polishers)、研磨拋光一體機 (Grinder/Polisher)、表麵平坦機(Surface Planer)、晶(jīng)圓貼膜(mó)機(Tape Mounter)


DISCO 的(de)大部分產品已被廣泛應(yīng)用於半導體芯片製造工序,涉(shè)及矽片製造、晶圓製造(前 道)和封(fēng)裝測試(後道)各環節:


矽片製造環節:DISCO 研磨(mó)機用於減(jiǎn)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,減薄過程中的(de)平麵度精度變得越來越(yuè)重要。


晶圓製造環節:DISCO 表麵平坦(tǎn)機是通過(guò)金剛石刨刀進行刨削加工,實現對延展性 材(cái)料(Au、Cu、焊錫等),樹脂(光刻膠,聚酰亞胺等),以及其他複合材料的高精 度平坦化,可替代 CMP 的部分工序,提高生產效率及降低成本(běn)。


封裝測試(後道)——背麵減薄環節:DISCO 背麵研磨機用於晶(jīng)圓的背麵研磨以使(shǐ) 其變薄,同時保護正麵的電路;損壞的層可以通過拋光去除以提高減薄晶片的強度, 在此(cǐ)過程中 DISCO 拋光機則可大顯身手。而晶圓貼膜機是為了處理(lǐ) 12 寸超薄(báo)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 靠地實施從粘貼切割膠膜到框架上,再到剝離表(biǎo)麵保護膠膜(mó)為止的一係列工序,是 一項實現高良率薄型化技術的(de)專用設備。


封裝測試(後道)——晶圓切割環節:DISCO 切割機用於將晶圓切割成一顆顆獨立 的裸片(die),隨著(zhe)芯片尺寸的持續微縮和性能(néng)的(de)不斷攀升,芯片的結構越來越複(fù) 雜,芯片間的有效空間日益縮小,切割難度逐步提(tí)升,這對(duì)於精密切割晶圓的劃片 設備的技術要求越來越高,除了傳(chuán)統的刀片切割之外(wài),近年來業內(nèi)使(shǐ)用激光(guāng)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,DISCO 芯片(piàn)分割機也用於將其切割成一顆顆獨(dú)立的芯(xīn)片(chip)。


(二)設備晶圓加工精密設備市場的王者


根(gēn)據(jù) SEMI 數據,2021 年(nián)全球封(fēng)裝設備市(shì)場(chǎng)規模約 70 億美元,占全球半導體設備市場比 例(lì)為 6.8%。劃片機在封裝設備市場份額約為 28%,2021 年全球(qiú)劃片機市場份額約 20 億 美(měi)元。而根據 Marketresearch 數據,2021 年全球晶圓減薄設備市場規(guī)模約 6.14 億美元。 綜上,2021 年全球半導體晶(jīng)圓劃(huá)片(piàn)切割/減(jiǎn)薄設備市場合計約 26 億美元。 DISCO 和東京精密兩家日本企業高度壟斷市場。2021 年 DISCO 實現營業收入 2538 億日 元,約 21 億美(měi)元,公(gōng)司 2022 財年(nián)第一季度財務報告中公布 2021 年各季度業務占比,其 中精密加工設備平均占公司營收比(bǐ)重約 56%,DISCO 壟斷全球近半數的劃片機(jī)和(hé)減薄機 市場,擁有絕對(duì)話語權,其次是東京精密。國內市場劃片設備份額領域(yù),ADT 公司(sī)所占 份額不足(zú) 5%,其餘絕(jué)大部分市場份額(é)均被 DISCO 和東京精密所占(zhàn)據。


(三)DISCO 高精密加工設備優勢


1、高精準度(dù)技術(shù)優勢,抬高(gāo)市場進入壁壘


DISCO 的設備精準度非常高。切割材料的精度高達微米(mǐ)級,相當於將人的頭發橫向切(qiē)割 35次。而減薄設備可以將晶圓的背麵研磨至5µm厚度,約(yuē)為日常複印機紙(zhǐ)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(yǐ)內,這大大提高了材料的抗斷裂性。在過去 10 年中,DISCO 平均將其收入的(de) 10% 用於研發,以保(bǎo)持其技術優勢。


2、解決方案導向與需求定製化,增強客戶粘性


DISCO 的(de)工程師會進行試切(qiē),並為客(kè)戶確定設備(bèi)、耗材和加工方法的最佳組合。尋求最 優(yōu)應用解決方案主要是(shì)通過客戶提供的工(gōng)件(加工材料)經行試(shì)切(加(jiā)工測試),根據要 求(qiú)的生產率、安裝空間、預算等(děng)選擇設備,並在考慮工件材料、要求質量(liàng)等因素的情況 下選擇精密加工工具,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(sù)度、 切削進水量和冷卻去(qù)除加工(gōng)顆粒(lì)的(de)溫度、供水(shuǐ)角度等(děng)眾(zhòng)多項(xiàng)目中選擇最符合客戶要求的 加工(gōng)條件,工件固(gù)定材料和方法等。細微的環境(jìng)差異,例如工件狀況、累(lèi)計加工晶圓片 數、設備安裝情況等,都可能影(yǐng)響加工結果,因此無論是(shì)在客戶考慮新購買 DISCO 設 備還是在老產品的效率提升時,都會經(jīng)行試切。如果現(xiàn)有產品難以達到預期效果(guǒ),將通(tōng) 過製作原型加工工具(jù)和/或零件來經行試切,即(jí)產生定製化需求。近年來,由於器件結構 複雜、die stacking 超薄化等因素,對加工的要求越(yuè)來越高。因此,這種建立在提供最優 解決(jué)方案和滿足定製化需(xū)求的配套服務加強了 DISCO 與客戶的粘性。


3、深耕利基市場穩中有(yǒu)進,提升耗材實力降(jiàng)低業績波動


根據 SEMI 和 Marketresearch 數據計算,DISCO 所從事的半導體劃片切割/減(jiǎn)薄設備市場 規模不足(zú) 30 億美(měi)金,占全球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(jìn)行比較時,很(hěn)明顯公司處於利基市場(chǎng),這帶來兩個優勢:首先,它限製了 大玩家進入(rù)該領域的潛在回報;其(qí)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(sī)銷售淨(jìng)利率保持在 20%左右)。在半導體製造過程(chéng)中不精確的切(qiē)割、研(yán)磨或拋光 極(jí)有可能會損壞晶圓和芯片,考慮到不劃算的風險收(shōu)益比,使得下(xià)遊客戶不會貿然在這 一(yī)低(dī)價(jià)值量環節更換供應商。 DISCO 超過一半的收入來自精密設(shè)備(bèi)的銷售,這實際上反映了下遊半導體製造客戶的資 本支出(chū)。多年來(lái)半(bàn)導體行業的資本支出一直呈現周(zhōu)期性波動,這也導致了公司設備銷售 的起伏(fú),而近(jìn)年來,隨著耗(hào)材業務(精密加工工具和維修業務)比重的不斷提升,一(yī)定 程度上平(píng)衡了公司的業績波動。


(四)技術儲備豐富,引領未來發展方向


1、劃(huá)片機——激光(guāng)切(qiē)割設備領軍者


劃(huá)片機按照加工方式的不同可分為冷加工的砂輪劃片(piàn)機和熱加工的激光劃片機。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(shè)備於 2002 年發 布,在這一領域亦有(yǒu)深(shēn)度布局。 激光燒蝕(shí)加(jiā)工是通過(guò)在極短的時(shí)間內將激光能量集中在微小的區域,從而使固體升華、 蒸發的加工方法。特征是:1)低熱(rè)損傷加工;2)屬於衝(chōng)擊和負荷都很小的非接觸(chù)加工; 3)還可以處理加(jiā)工難度(dù)高的硬質工件;4)寬度(dù)在 10 µm 以下的狹窄切割道也能加工。 在燒蝕加工中,通過(guò)調整激光加(jiā)工的深(shēn)度,可以實現“開槽”、“全切割”和“劃片”3 種加工,分別適用於 Low-k 膜/氮化鋁/氧化鋁陶瓷、矽(guī)/砷化镓和藍(lán)寶石等(děng)材料 隱(yǐn)形切割是將激光聚光(guāng)於工件內部,在工件(jiàn)內部形成改質層,通過擴展膠膜等方法將工 件分(fèn)割成芯片的(de)切割方法(fǎ)。優點是由於工件內(nèi)部改(gǎi)質,因此可以(yǐ)抑(yì)製加工屑的產生(shēng)。適(shì) 用於抗汙垢性能差的工件;適用於抗(kàng)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)以減小切割道(dào)寬度,因此有助於減小芯片間隔。


開發激光切割的目(mù)的在於處理高性能半導體,其與刀片切割設備並未形成競爭,是一種(zhǒng) 場景互補的良(liáng)性發展關係,隨(suí)著近年來高性能半導(dǎo)體市場持(chí)續高(gāo)景氣,激光切割設備銷(xiāo) 售增速更高,其(qí)占刀片切割比例已提升(shēng)至 35%~40%,DISCO 作為行業領軍者深度受益。




2、減薄設備——獨(dú)到的 TAIKO 工藝


公司獨創的 TAIKO 工藝,與以往的背麵研削不同,在對晶圓進行研削時,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(jiǎn)少晶片翹曲、提高晶片強度,使得晶片使用更方便、薄型 化後的通(tōng)孔插裝/配置接線頭(tóu)等加工更便捷。


不(bú)使用硬基(jī)體等類似構造而用一體構造的優點(diǎn):晶片薄型化(huà)後需要高溫(wēn)工(gōng)序(鍍金屬等)時,沒有脫氣現象發生;因為是一體構造,形狀單一(yī),可降低顆粒帶入現象。


不在外圍區(qū)域負重的優點:研削外圍區域有梯狀的晶片更方便;崩(bēng)角現象為零。


3、SiC 材(cái)料加(jiā)工——全流程的降(jiàng)本提(tí)效


碳化矽單晶具有優異的熱、電性能,在(zài)高溫、高頻、大功率、抗輻射集成電子(zǐ)器件領域 有著廣泛的應用前景。碳化矽硬度高、脆性大、化學性質穩定,傳統(tǒng)加工方法不完全適 用因此在(zài)加工(gōng)過程中會出現效率降低、成(chéng)本增加的現象。DISCO 創造性地采用 KABRA 技術、4 軸磨削和幹(gàn)法拋光、超聲波切割和隱形(xíng)切割(gē),分別在碳化(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 晶圓的切割時間由 3.1 小時大幅縮短至 10 分鍾,單位 材料損耗降低 56%,晶圓產量提升(shēng) 1.4 倍(bèi)。同時新技術可抑製晶圓起(qǐ)伏,無需研磨操作。


碳化器件減薄:碳化矽斷裂韌性較低,在薄化過程(chéng)中易開裂,導致碳化矽晶片的減薄非 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)提高處理速度和質量、減(jiǎn)少韌性材料的毛刺;隱形切割無需 清洗,且有助於減小芯片間隔。


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


(一)金(jīn)剛石工具為半導體加工關鍵(jiàn)耗材,DISCO 為行業龍(lóng)頭


金(jīn)剛石(shí)工具廣泛(fàn)應用於半導體各加工環節。金剛石工具是指以金剛石及其(qí)聚(jù)晶複合物為 磨削單元,借助於結(jié)合劑(jì)或其它輔助材料製成的(de)具有一定形狀、性能(néng)和用途(tú)的製(zhì)品,廣泛 應用於半導體、陶瓷、玻璃等硬脆材料的磨削、切割、拋光加工。半導體加工(gōng)領域常見 的金剛石工具有研磨/減薄砂輪、切割刀片、CMP 鑽石碟、電鍍金剛線等。


在半導體的前道加工(gōng)工序中,金剛石工具用途包括:(1)切割:包括晶(jīng)棒截斷與切片。 電鍍金剛石(shí)帶鋸或內(nèi)圓切割片均可用於晶棒截斷,但內圓或外圓切割效率(lǜ)低、材料損失 率大、加工質量低,故目前(qián)多采用金剛石帶鋸(jù)來切割晶棒。晶棒切片的方法主要包(bāo)括內(nèi) 圓切割和線切割(gē),線切割相較內圓切割具有(yǒu)效率(lǜ)高、切割直徑大(dà)及鋸痕損(sǔn)失小等優點, 目前矽基(jī)半導體主要使用磨料線(xiàn)鋸切割加工方式。(2)研磨與拋光:包括晶棒滾圓、晶 圓片表(biǎo)麵(miàn)研磨、晶圓片邊沿倒角與磨邊,不同(tóng)的研磨區域所需的研(yán)磨砂輪形狀(zhuàng)和厚度(dù)等(děng) 參數不同(tóng)。


在半導(dǎo)體的後(hòu)道加工工序中,金剛石工具主要用於 CMP 修整(zhěng)器、背麵減薄及劃片。


CMP 是(shì)半(bàn)導體矽片表麵加工的關鍵技術之一,CMP-Disk(鑽(zuàn)石(shí)碟)是 CMP 過程重要 耗材。CMP(化學機械拋光)是半導體先進製程中的關鍵技術,伴隨製程節點不斷突破 已成為 0.35μm 及以下製程不可或缺的平(píng)坦化(huà)工藝,關乎著後續工藝良率。CMP 采用機 械摩擦(cā)和化學腐蝕(shí)相結合的工藝,與普通的機械拋光相比,具有加工成本低、方法簡單、 良率高(gāo)、可同時(shí)兼顧全局和局部(bù)平坦化等特點。拋光墊(diàn)表麵的溝槽起著分布拋光液和排 除廢液的作用,拋光墊(diàn)的表麵粗糙度和平整度直接影響(xiǎng)著 CMP 結果。拋光墊在 CMP 過 程中易老化、表麵溝槽易堵塞,從而使拋光墊失去拋光(guāng)的作用。此時需要(yào) CMP-Disk 修 整(zhěng)拋光墊的表麵,使拋(pāo)光墊始終保持良好的拋光性能,修整器起(qǐ)著(zhe)去除拋光墊溝槽內廢 液、提高(gāo)拋光墊表麵(miàn)粗糙度和改善拋光墊平麵度(dù)的作用,因此 CMP-Disk 的性能直接影 響晶圓表麵全局平坦(tǎn)化的(de)效果(guǒ)。


劃(huá)片刀是封裝環節重要材料。切割晶圓主要有激光切割及機械切割(劃片刀切割)兩種 方法,由於(1)激光切割不(bú)能使用大功率以免產生熱影響區(HAZ)破壞(huài)芯片;(2)激 光切割設備非常昂貴(通常在 100 萬美元(yuán)/台以上);(3)激光切割不能做(zuò)到一(yī)次切透(因 為 HAZ 問題),因而第二次切割還是用劃片刀來最終完成(chéng),故劃(huá)片刀在較長期內仍將是 主流切(qiē)割方式。劃片刀一般由合成(chéng)樹脂、銅(tóng)、錫、鎳等作為結合劑與人造金剛石(shí)結合而 成,主要分為帶輪轂型(硬刀)及不帶輪轂整體型(軟刀)兩大類,適用於(yú)加工不同(tóng)類型材質的芯片及半導體相關材料。


劃片刀和減薄砂輪是半導體晶圓加工所(suǒ)用的主要金剛石工具。根據軒闖等的論文《半導 體加工(gōng)用金剛石工具現狀》,國內半導體用金剛石工具市(shì)場中減薄砂輪、劃片刀分別占比 26.5%、55.0%。 國內半(bàn)導體金(jīn)剛石工具市場規(guī)模約 30 億元。根據上海新陽公告,2018 年國(guó)內晶圓劃片 刀年需求量為 600-800 萬片。根據(jù) IC insights 及 Knometa Research,2018-2021 年中國大 陸晶圓產能複合增速約 9.6%,因晶圓劃片刀(dāo)屬消耗品,假設晶圓劃(huá)片刀需求量複合增速 與(yǔ)同(tóng)期中國大陸的晶圓產能複合增速保持一致,計算(suàn)得(dé) 2021 年我國晶圓劃片刀年需求量 為 864-1152 萬片,取中值為 1008 萬片;按每片 160 元計(jì)算,2021 年國內(nèi)晶圓劃片刀的(de) 市場規模約為 16 億元(yuán);根據劃片(piàn)刀在國內半導體用金(jīn)剛石工具的占比(bǐ)為 55%,得(dé)到 2021 年國內半導體用金剛石工具的市場規模約 29.3 億元,減(jiǎn)薄砂輪的市(shì)場規模約為 7.8 億(yì)元。


根據(jù) QYResearch 數據,2020 年全球 CMP 拋光墊修整器的市場規(guī)模約 15 億元,預計 2026 年將達到 18 億元,年複合增長(zhǎng)率 3.1%。其中(zhōng)中國台灣地區(qū)是 CMP 修整器最大市(shì)場,占(zhàn) 比(bǐ)約 22%,接下來依次為韓(hán)國、中國大陸、日本,分別占比 21%、15%和 14%。


劃片(piàn)刀、減(jiǎn)薄砂(shā)輪市場 DISCO 一枝獨秀。目前(qián)國際巨頭占據了(le)劃片刀、減薄砂輪市場 的絕對份額,根據《半導體加工用金剛(gāng)石工具現狀》,中國約 90%的半導體加工用劃片刀 和減(jiǎn)薄砂輪來自進口,高端半導體加工企業所用(yòng)金剛石工具基本上被國外產品壟斷。國 外半導體用金剛石工具(jù)廠商主要包括日本 DISCO、日本旭金剛石、東京(jīng)精密、韓國二和 (EHWA)及美國 UKAM 等,其中(zhōng) DISCO 產品性能(néng)更為領先,在(zài)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(zì)中國大陸地區的收入為 49 億元,假設其中耗材(cái) 的占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(yuán),在中國大陸 23.8 億元的市場中(zhōng)占比 47%。


我國對超(chāo)硬(yìng)材料的研究起步較晚,在部(bù)分領域的國產金剛石(shí)工具性能已達到進口水平, 如晶棒剪(jiǎn)裁、晶棒滾(gǔn)圓(yuán)、晶圓倒(dǎo)角與開槽(cáo)以及晶片研磨工藝中的金剛石工具已(yǐ)能(néng)自給。 但由於晶圓減薄(báo)及劃片技術(shù)要求更高,國內減薄砂(shā)輪與劃片刀產品與國外差(chà)距較大。減 薄砂輪方麵,中國砂輪企業股份有限公司(sī)(中國台灣)、鄭州三磨所、三(sān)超新材等均有布 局;劃片刀方麵近幾年鄭州三磨所、上海新陽(yáng)、三超新材已有相關產品量產;CMP-Disk 產品布(bù)局廠商較少,主要為三超新材。


(二)半導體切磨(mó)拋材料精度要求高,DISCO 八十餘(yú)載(zǎi)立體式布(bù)局構築龍頭地位


Disco 從 1937 年成(chéng)立之初即(jí)從事半導體切磨拋材(cái)料,經過八十多年深耕,公司在切磨拋 材料上憑借深厚產業經驗、完善產品矩陣、設備+材料協同布局、全民創業企業文化構築 行業龍頭地位。


1、產品布局完善


劃片加工要求高,DISCO 產品矩陣全、精度高(gāo)主導劃片刀市場。半導(dǎo)體材料具(jù)有硬度大(dà)、 脆(cuì)性高、斷裂韌性(xìng)低的特點,劃片(piàn)中若出現崩裂問題,將使芯片報廢;此外晶圓劃片還 要求刀片(piàn)具有切縫(féng)小、蛇形小(xiǎo)及加工質量穩定(dìng)等特點。DISCO 針對不同的(de)加工條件、加 工質量(liàng)標準對劃片刀金剛石粒度(dù)、金剛石密度(集中(zhōng)度)、結合劑(jì)強度等參數進行多樣化, 並針對難(nán)切割材料、高速、深切、倒(dǎo)角(jiǎo)切割等特殊加工條件研發解(jiě)決方案,形成了完善 豐富(fù)的產品組(zǔ)合,被加工材料覆蓋完善。由於產品精(jīng)度高、加工質量(liàng)穩定、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(lún)。晶圓背麵減薄後會產生應力和翹(qiào)曲,如(rú)果應力過大將延(yán)伸到正麵 的組件區域,由背(bèi)麵減(jiǎn)薄所產生的應力和變形會影(yǐng)響(xiǎng)後續工藝的良率;因(yīn)此通常(cháng)在背麵 減薄後進行拋光、濕(shī)式\幹(gàn)式刻蝕或退(tuì)火消除損傷層,這會使成本或工藝時間增加(jiā)。DISCO 具有豐富的研磨輪產品,其中 GF01、Poligrind/UltraPoligrind 等(děng)係列通(tōng)過使用特殊結合(hé)劑 或(huò)超細磨粒,減小了減薄產生的應力,簡(jiǎn)化後(hòu)續的消除損傷工藝(yì)。此外 DISCO 研發了不 需要使用研磨劑的幹式拋(pāo)光輪使後續拋光工(gōng)藝更(gèng)為簡便。


2、設備+材料協同優勢


設備+材料協同布局。除金剛石工(gōng)具自身的性能和質量外(wài),高質量的金剛石工具精密加工 還需要設備、工藝等的相(xiàng)互協(xié)調配合。以(yǐ)晶圓劃片刀為例,刀片固定在劃片(piàn)機主軸上並 以非常高(gāo)的速度旋轉,轉速(sù)通常在每分鍾 10000 至 60000 轉。主軸轉速是影響切割效果(guǒ)、 晶圓崩邊發生率、刀片壽命(mìng)的(de)重要因素,因此在切割時必須對被(bèi)切割材料、刀片規格、 設(shè)備主軸轉(zhuǎn)速、加工質量標準進行平衡選擇。DISCO 的精密加(jiā)工設備品類(lèi)豐富並處於市 場主導地位,這有助(zhù)於其快速準確地針對(duì)客(kè)戶設備和加工條件供應加工耗材,同(tóng)時獲取 積累客戶生產中(zhōng)設備與耗材運行數據進行產品優化及升級,並以(yǐ)最快的速度把握耗(hào)材發(fā)展趨勢。


3、優異企業文化(huà)


企業文化(huà)獨特,“全員創業體製”激發經營創新活(huó)力。2003 年 DISCO 開始在部(bù)門間實行 一種特(tè)別的管理會計製度“Will 會計”,“Will”類似於公司內部的虛擬貨(huò)幣,用於衡量 日常工(gōng)作中無法量化的(de)工作績效的價值和投入成(chéng)本,如銷售部門需在(zài)客戶取消產品訂(dìng)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行詳細的損益(yì)管理,同(tóng) 時優化總(zǒng)體利潤。2011 年 DISCO 將該製度擴展到員工個(gè)人層麵,員工(gōng)可以(yǐ)自由選擇自己 的工作,Will 價值則反映了一項工作在員工看來具有的必要性和重(chóng)要性;同時員(yuán)工可以 使用(yòng) Will 對新(xīn)項目進(jìn)行投資集資,員工的個人 will 值將會與(yǔ)約 10%的半年(nián)度獎金掛鉤。 通過建立(lì) Will 製度,DISCO 有效減少了不必要(yào)的工作,強化了員工的成本意識,同時為 員工提供了主(zhǔ)動創新創業創(chuàng)造收益的空間,使曆史悠久(jiǔ)和規模龐大的公司(sī)保持活力。


4、積極擴產應對需(xū)求(qiú)增(zēng)長(zhǎng)


積(jī)極擴產應(yīng)對需求增長。DISCO 目前擁有三家生產工廠,其中兩家位於日(rì)本廣(guǎng)島縣吳市, 生產設備和工(gōng)具,另一家位於長野縣(xiàn)茅野市,主要生(shēng)產設備。受益於下遊需(xū)求旺盛(shèng),DISCO 現有三家工廠(chǎng)持續處(chù)於滿載運(yùn)行(háng)狀態。因新能源車、功率半導體需求旺盛,2023 年 1 月 DISCO 表示擬(nǐ)將現有的(de)切割/研磨工具、設備的產能提高約四成,計劃(huá)投資約 400 億日元 於 2025 年在茅野市工(gōng)廠附近(jìn)建設一座新工(gōng)廠,其產能為茅野工廠(chǎng)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,有助於公司保持全(quán)球領先(xiān)地(dì)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(jìn)入新一輪成長期


金剛石超硬材料平(píng)台型公司,立體式布(bù)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(yán)發、生產與銷售,產品包括金剛線、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(nián)即開始小批量 銷售(shòu)電鍍金剛線,是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(wéi)繞(rào)金剛 石超硬材料在半導體(tǐ)上(shàng)的應用(yòng)布局了砂輪(倒角砂輪/背麵減薄砂輪)、劃片刀(樹脂軟 刀/金屬軟刀(dāo)/電鍍軟刀/硬刀)、CMP-Disk 等(děng)產品線(xiàn),同時引入外部(bù)團隊加強在半導體切、 磨、拋設備上布局。


圍繞切、磨、拋工藝,內生豐富半導體減薄耗材,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(jiǎn)薄(báo)砂輪/倒(dǎo)角砂輪/軟刀/硬刀/CMP-Disk 等(děng)耗材,幾條主要產品線在日月光、長電、華天、華海清科、中芯晶元等(děng)主要客戶逐步 驗證和起量,國產(chǎn)化進度(dù)位居國內前列。半導體設備方麵,公司通過引進外部(bù)團隊、成 立南京三芯加快布局,根據公司調研公告(gào) 2023 年上半年矽棒開方磨倒(dǎo)一體機、矽(guī)片倒角 機、背麵減(jiǎn)薄機三款樣機將陸續推出。 光伏金剛(gāng)線(xiàn)需求(qiú)旺盛疊加公司產能擴充進入快(kuài)速成長(zhǎng)期,鎢絲線有望彎道超車。公司自 主設計金剛線加工產線(委外(wài)加工),提(tí)升生產效率(lǜ)和質量,構築技術壁壘;客戶方麵公 司深度綁定宇澤、晶澳、協鑫,並導(dǎo)入高景、時創等客戶,金剛線供不應求。應對旺盛 需求公司積(jī)極(jí)擴(kuò)產,22 年光伏用細線產能約 100 萬 Km/月,預(yù)計 23 年 3 月新增 150 萬 Km/月產能,至 23 年底公司產(chǎn)能有望達到(dào) 400 萬 Km/月。此外,公司在鎢絲金剛線布局 較好,在新賽道有望實現彎道超車。


董事長擬全額認購定增彰(zhāng)顯對公司發展(zhǎn)的信心。公司擬實(shí)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(chāo) 1.2 億元,達產後將(jiāng)形成年產(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(zhǎng)鄒餘耀擬以現金方式(shì)全(quán)額認購定增,彰顯 對公司發展信心。


2、國機精工(gōng):半導(dǎo)體(tǐ)超硬材料工具國內領(lǐng)先,培育鑽石打開新成長曲(qǔ)線


背(bèi)靠國(guó)機集團,軸研(yán)所+三磨所雙輪驅動。公司(sī)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),是其精工業務的拓展平台、精工人才的聚合平台和 精工品(pǐn)牌的(de)承載平台。公(gōng)司核心業(yè)務包括:1)軸承業務:運營主體為軸研所,主要產品 包括以航天軸承為代表的(de)特種軸承和精密機床軸承等民品軸承。軸研(yán)所是我國軸承行業 唯一(yī)的綜(zōng)合性研究開發機構,聚焦於(yú)軸(zhóu)承行業(yè)高、中端產品,以(yǐ)綜(zōng)合技術實力強而知名, 其航天領域特種軸承處(chù)於國內壟斷地位。2)磨料磨(mó)具業務:運(yùn)營主(zhǔ)體為鄭(zhèng)州三磨所,聚 焦於超硬材料(liào)製品(pǐn)、行業專用生產和檢測設備儀器的生產(chǎn)、研發和銷售。三磨所(suǒ)成立(lì)於 1958 年,曾研發出中國第一顆人造金剛石和立方氮化硼,並開發了一係列填補國內空白 的超硬材料製品、行(háng)業專用(yòng)生產和檢(jiǎn)測設備儀器,是(shì)中國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(tì)代需(xū)求驅動成長可期。公司用於半導體領域的超 硬材(cái)料製品(pǐn)主要包括半導體封裝用超薄切(qiē)割砂輪(lún)和劃片刀、晶(jīng)圓切割用(yòng)劃片刀(dāo)、磨多晶 矽和單晶矽砂(shā)輪等,應用材料涵(hán)蓋半導體矽晶圓(yuán)、化合物(wù)半導體晶(jīng)圓(GaAs、GaP 等)、 第三(sān)代半導體碳化矽等。在(zài)芯片加工領域,公司產品對標國外公司同類產品並與之競爭。 公司(sī)生產的劃片刀具(jù)有精度(dù)高、壽命長、強度(dù)高等特點,減薄(báo)砂輪可替代進口(kǒu)產品(pǐn),在 日(rì)本、德國、美國、韓國及國產磨床上穩定使(shǐ)用,砂輪磨削性能(néng)優越,性價(jià)比高。憑借 在產品性能上的優勢及優於國(guó)外公司的服務和(hé)交(jiāo)貨期,三磨所半導體加工工具已(yǐ)進(jìn)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張,切割機、刀片等關鍵設備與耗材類(lèi)產品需求客戶對國產 化的自主可控提出了更高(gāo)的要求,公(gōng)司半導體劃片刀/研磨砂輪(lún)產品成長可(kě)期。


培育鑽石及相關設備貢獻全新利潤增長點。大單晶金(jīn)剛石在培育鑽石(shí)、散(sàn)熱材料、汙水 處(chù)理電極、光學(xué)窗口片、半導體材料等方麵(miàn)具有潛在廣闊的應用(yòng)前景,國內在其核心生(shēng) 產技術 MPCVD 關鍵裝備的自主開發、沉積麵積、金剛石尺寸、缺(quē)陷密度、熱性能等重 要性能(néng)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(xiàng)目,截至目前已建(jiàn)成年產30萬片MPCVD法大單晶金(jīn)剛石生產線。2022 年 12 月,公司擬通過定向增發募集 1.98 億元新增自製(zhì) MPCVD 設備建設寶石級大單晶 金剛(gāng)石生產線和第三代半導體功率器件(jiàn)超高導熱金剛石材料生產線各一條(tiáo),將成為國內 領先的 MPCVD 法(fǎ)大單晶金剛石材料科研生產基地,同時公司(sī)生產目前培育鑽石主要方 法高溫高(gāo)壓法設備六麵頂壓機,並(bìng)計劃在 2022 年實現產能翻(fān)倍。目前培育鑽石行業處於 供不應求狀態(tài),與培育鑽石相關的設備和培育鑽石已(yǐ)成為公司(sī)新的利潤增長點。


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


三次海外並購整合(hé)優質資產(chǎn),戰(zhàn)略(luè)布局半(bàn)導體劃片裝備領域。公司(sī)是全球排名第三中國 第一的半(bàn)導(dǎo)體切割劃片設備企業(yè),同時也是全(quán)球行業內僅有的兩家既(jì)能提供切割劃(huá)片量 產設備、核心零部件——空(kōng)氣主(zhǔ)軸、又有刀(dāo)片等耗材的企業之一。公(gōng)司上市(shì)後把握國際 並購的戰略機遇期,通(tōng)過對世界領(lǐng)先(xiān)半導體(tǐ)設備及高端零部件企業 LP、LPB、ADT 的(de)收 購,奠定了公司在半導體後道封測裝備領域強大的競爭(zhēng)和領先優(yōu)勢,並用數年時間,對 技術引進(jìn)、消化吸收(shōu)和再創造(zào),實現了高端半導體劃片切割(gē)設備的國產替代。目前公司 已(yǐ)投放市場的國產化產品主要有全自動雙軸晶圓切割劃片(piàn)機-8230、半自動雙軸晶圓切(qiē)割劃片機(jī)-6230、半自動單軸切割劃(huá)片機(jī)-6110、全自動 UV 解膠機、自動切割貼(tiē)膜機、半自 動晶(jīng)圓清洗機等半導體封裝設備和輔助設備,這些(xiē)具有國際水準的半導(dǎo)體設備廣泛應(yīng)用 於矽基集成電路和功率半導體器件(jiàn)、碳化矽、MiniLED、氮化镓、砷(shēn)化镓、藍寶石、陶 瓷、水晶、石英、玻璃等許多電子元器件材(cái)料的劃切(qiē)加工工藝中(zhōng),其(qí)中半自動單(dān)軸切割 劃片機-6110 是麵向第三代半(bàn)導體材料(liào)的高(gāo)端切割設備。


具備強大全球(qiú)競爭實(shí)力,為國產替代奠定堅實基礎。公司全資子公司英國 LP 公司擁(yōng)有 50 多(duō)年的技術和行業經驗(yàn),在加工超薄和超厚半導體器件領域具有全(quán)球領(lǐng)先優勢;LPB 公司產品高性能高精密空氣靜壓主軸、空氣動壓主軸、空氣導軌、旋轉工作台(tái)、精密線 性導軌和驅動器技術一直處於業界領先地位。公司控股子公司 ADT 公司(sī)已有多年的半 導體劃片機等(děng)設備製造與運營經驗,ADT 公司的軟(ruǎn)刀(dāo)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(zuì)關鍵的精密控製係統可以對步 進電機實現低至 0.1 微米的控製精(jīng)度。ADT 公司具備按照客(kè)戶需求(qiú)提供(gòng)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(zhì)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(dé)光力科技在半導體後道封測裝備領域擁有 LP、 LPB 及 ADT 多年積累的技術及經驗,卡位優勢突出,在此領域具有強大(dà)的競(jìng)爭優勢, 為國產替代奠定了堅實的技術基礎。


自主研發能力卓絕,強強聯手加速突破。位於中國鄭州的全資子公司(sī)光力瑞(ruì)弘是公司半 導體領域業務的實施(shī)主體,是公司(sī)半導(dǎo)體業務板塊在中國的研發中心、生產製造中心, 全(quán)力推進技(jì)術引進和國產化。公司高度重視研發投入,研發費用(yòng)率常年高於 10%,短短 幾年時間開發了 8230、6230、6110 等一係列國產切割劃片機,其中 8230 作為一款行業 主流的 12 英寸全自動雙軸切割劃片機性能處於國際一流水平,已經進入頭部封測企業(yè) 並形成(chéng)批(pī)量銷售(shòu),成功(gōng)實現了高端切割劃片(piàn)設備的國產替代。同時鄭州研發團隊亦與以 色列團(tuán)隊一道共同研發新的激光切割機,公(gōng)司劃片機產品線日趨(qū)完善。鄭州航空港區的 新生產基地占地 178 畝(mǔ),建成(chéng)後將成為公司半導體方(fāng)麵的全球研發(fā)、生產、技術服務中 心,將為封測行業最為(wéi)集中的中國和東南亞(yà)地區提供一流的產品與服(fú)務。

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