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


一、DISCO:全(quán)球半導體切磨(mó)拋設備材料巨頭


(一)專注半導體切(qiē)割、研磨(mó)、拋光八十餘載(zǎi),產品布局完善(shàn)


日本(běn)迪思科株式會(huì)社(DISCO Corporation)成立於 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設備(bèi)廠商。公(gōng)司產品矩陣以切、磨、 拋為縱深,設備和工具橫向擴張(zhāng),產品主要包括(kuò):1)半(bàn)導體設備:切割機、研(yán)磨機、拋 光機及其他(tā)用於半導體加(jiā)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。公司產品廣泛應用於半(bàn)導體精密加工及玻璃(lí)、陶瓷等硬脆(cuì)材料的切割、研 磨(mó)和拋光。


專(zhuān)注切(qiē)磨拋技術八十餘載(zǎi),從材料延伸至設備。成立之初公司主要(yào)從事切割刀片和研磨 砂輪業務,隨著下遊對精度要求的(de)提高公司產品不(bú)斷向超薄化發展。1968 年 DISCO 推 出厚度 40μm 的 MICRO-CUT 切割輪,但由於當時的設備即便在定製情況下也無法(fǎ)完全 利用 DISCO 的超薄(báo)砂輪(lún),公司開始自行生產設(shè)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(zài)此後的 20 多年間 DISCO 不斷擴充切(qiē) 割機、研(yán)磨機品類,於 2001 年推出世界首台幹式拋光機和拋光輪,完成了切割、研(yán)磨、 拋光環節設備和工具立(lì)體式布局。此後公司不斷(duàn)推出新(xīn)型激光切割技術、8 英寸晶圓加 工設備等,憑借(jiè)產品在精度、性能和穩定性上的優勢(shì),DISCO 已成為全(quán)球半(bàn)導體設備巨 頭,與下(xià)遊各大半導體廠商建立了廣泛的合作關係。


(二)盈(yíng)利能力優異,財務(wù)風格穩健


營收多年穩健增長,下行周(zhōu)期韌性十(shí)足。下遊半導體設備、材料需求旺盛,公司多年營 收穩健增(zēng)長,2017 財年-2021 財年公司營收從 1673.6 億(yì)日元增(zēng)長(zhǎng)至 2537.8 億日元,4 年 複合增速達 11.0%。21Q3 以來全(quán)球半導體需求放緩,行(háng)業周期下行,公司季度營收同比 增速有所下滑(huá),但截至最新(xīn)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。公司歸母淨利潤與收入保持同步增長,由(yóu) 2017 財 年的 371.7 億日元增長至 2021 財年的 662.1 億(yì)日元,4 年 CAGR 15.5%。公司盈利能力優 異,2017~2021 年淨利率水平從 2017 年的 22.2%穩(wěn)步提升到 2021 財年的 26.1%,毛利率 方麵公司 FY2020Q1 以來毛利率保(bǎo)持在 55%以上,FY2022Q2~3 毛利率高達 65.5%。


按產品拆分,FY2022 Q1~3 來自(zì)精(jīng)密加工設備、精密加工工具、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,切割機、研磨/拋(pāo)光機分別(bié)占公司 整(zhěng)體收入 39%和 19%。切割機中(zhōng)刀片切割機占比約(yuē) 60%,激光切割機收入占比約 40%; 研磨/拋(pāo)光機中 DGP 係列通過實現研磨、拋光一體化生產效率更高,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(gāo)的為 IC,達 51%,光學半導體及封裝切 割分別占比 11%、7%。研磨機下遊(yóu)應用中占比最高的為 IC 領(lǐng)域,占(zhàn)比 51%,其次為光 學(xué)半導體,占比 32%。非半導體應用主要為 SAW 濾(lǜ)波器及(jí)其他電子元件等。


資本開支回落(luò),經營性現金流狀況良好。FY2018-2020 公(gōng)司(sī)分別對三(sān)家工廠中的兩家設(shè) 備和工具工廠進行(háng)了擴建,並在 FY2021 投資 280 億日元設立了 Haneda 研發中心,資本 開支大幅增加。FY2018-2021 公司營收(shōu)保持高(gāo)速增長同時(shí)盈利能力持續上升,經營現金(jīn) 流(liú)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(liáng)好的現(xiàn)金支撐。


二、DISCO 是半(bàn)導體劃片/減薄設備全球龍頭


(一)精(jīng)密加(jiā)工設備產(chǎn)品介(jiè)紹


DISCO 是(shì)全球領先的半導體製造設備廠商,專注於晶圓減薄、拋光和切割領域(yù)。其業務 模式是將 Kiru(切)、Kezuru(削)、Migaku(磨)三(sān)大(dà)核心(xīn)技術整合為係統解決方案進 行銷售(shòu),依靠設備+材(cái)料+售(shòu)後(hòu)服務的組合(hé)拳,公司得以在半導體劃(huá)片/減薄設備市場取得 數十年來的(de)絕對領先地位。公司官網在售的 54 款(kuǎn)設(shè)備可分為劃片和(hé)減薄兩大類別:


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


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


DISCO 的大(dà)部分產品已被廣泛應(yīng)用於半導體芯片(piàn)製造工序(xù),涉(shè)及矽片製造、晶圓製造(前(qián) 道)和(hé)封裝測試(後道)各環節:


矽片製(zhì)造環節:DISCO 研磨機用於減薄從(cóng)矽錠切割(gē)的晶圓(yuán),隨著半導體芯片變得(dé)更 薄且功能(néng)更高,減薄過程中的平麵度精度變得越來越(yuè)重(chóng)要。


晶圓製造(zào)環節:DISCO 表麵平坦機是通過金剛(gāng)石(shí)刨刀進行刨(páo)削加工,實現(xiàn)對延展性(xìng) 材料(Au、Cu、焊錫等),樹脂(光刻膠,聚酰(xiān)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。


封裝測試(後道)——背麵減薄環(huán)節:DISCO 背麵研磨機用於晶圓的背(bèi)麵研磨以使 其變薄,同時保(bǎo)護正麵(miàn)的電路;損壞的層可以通(tōng)過拋光去除以提高減薄晶片的強度, 在(zài)此過程中 DISCO 拋光機則可大顯身手。而晶圓貼膜機是為了處理 12 寸超薄晶圓, 特意與背麵研磨機組成聯機係統的晶圓貼膜機,針對研磨薄化後的(de)晶圓,可安全(quán)可 靠地實施從粘貼切割膠膜到框架上,再到剝離表麵保護(hù)膠膜為止的一係列(liè)工序(xù),是 一項實現高(gāo)良率薄(báo)型化技術的專用設備。


封裝測試(後道)——晶(jīng)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),隨著芯片尺寸(cùn)的持續微縮和性能的不斷攀升,芯片的(de)結構越來越複 雜,芯(xīn)片間的有效空間日益縮小,切割難度逐步提升,這(zhè)對於精密切割晶圓的劃片 設備的技(jì)術要求越來越高,除了傳統的刀片切割(gē)之外,近(jìn)年來(lái)業內使用激光切割(gē)技 術的(de)比例大有上升趨勢,DISCO 在此擁有充足且領(lǐng)先的布局。在芯片封裝在樹脂中 後(hòu),DISCO 芯片(piàn)分割機也用於將其切割成一顆顆(kē)獨立的芯片(chip)。


(二)設備晶圓加工精密設備(bèi)市場的王者


根據 SEMI 數據,2021 年全球封裝設備市場規模約 70 億美元,占全球半導體設備市場比 例為 6.8%。劃片機在(zài)封裝設備(bèi)市(shì)場份(fèn)額約為 28%,2021 年全球劃(huá)片機市場份額約 20 億 美(měi)元。而根(gēn)據 Marketresearch 數據,2021 年全球晶圓減薄設備(bèi)市場規模約 6.14 億美元。 綜上,2021 年全球半導體晶(jīng)圓劃片切割/減薄(báo)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(lǒng)斷市場。2021 年 DISCO 實現營業收入 2538 億日 元,約 21 億美元,公司(sī) 2022 財年第一季度財務報告中公布(bù) 2021 年各季度業務占比,其(qí) 中精密加工設備(bèi)平(píng)均占公司營收比重約 56%,DISCO 壟斷全球近半數的劃片機和減(jiǎn)薄機 市場,擁有絕對話(huà)語權,其次(cì)是東京(jīng)精(jīng)密(mì)。國內市場劃片設備份額領域,ADT 公司所占 份額不足 5%,其(qí)餘絕大部(bù)分市場份額均被 DISCO 和東京精密所占據。


(三)DISCO 高精密加工設備優勢


1、高精準(zhǔn)度技術優勢,抬高市(shì)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級,相當於將人的頭發橫向切割 35次。而減薄設備(bèi)可以將晶圓的背麵研磨至5µm厚度,約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(gōng)司設備亦可將直徑(jìng)為 30 cm 的晶圓的厚度變化控製在 1.5 µm 以內,這大大提高了材料的抗斷裂(liè)性。在過去 10 年中,DISCO 平均將其收入的 10% 用於研(yán)發,以保(bǎo)持其技術優勢。


2、解決方案導向與需求定製(zhì)化,增(zēng)強客戶粘性


DISCO 的工(gōng)程師會進行試切,並為(wéi)客戶確定設備、耗材和(hé)加工方法的最佳組合。尋求最 優應用解(jiě)決方案主要是通過(guò)客戶提供的工件(加工材料)經行(háng)試切(加工(gōng)測試),根(gēn)據要(yào) 求的生產率、安(ān)裝空間、預算等選擇設備,並在考慮工件(jiàn)材料、要求質量等因素的情況 下選擇精密加工工具,經行試切。通過試切,從加工(gōng)工具轉速、加工工作台運轉速度、 切削進水量和冷(lěng)卻去除(chú)加工顆粒的溫度、供水角度等(děng)眾(zhòng)多項(xiàng)目中選擇最符(fú)合客戶(hù)要求的 加工條件,工件固定材料和方法(fǎ)等(děng)。細微的(de)環境差異,例如工件狀況、累計加工晶圓片 數、設備安裝情況(kuàng)等,都可能影響加工結(jié)果,因此無論是在客(kè)戶考慮新購買 DISCO 設 備還(hái)是在老(lǎo)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 過製作原(yuán)型加工工具和/或零件來經行試切,即產生定製化需求。近年來,由於器件結構 複雜、die stacking 超薄化等因(yīn)素,對加(jiā)工的要(yào)求越來越(yuè)高。因此(cǐ),這種建立在提供最(zuì)優 解決方案和滿足(zú)定製化需求的配套服務加強了 DISCO 與客戶的粘性。


3、深耕(gēng)利基市場穩中有進,提升(shēng)耗材實力降低業績波動


根據 SEMI 和 Marketresearch 數據計算,DISCO 所(suǒ)從事的半導體劃(huá)片切割/減薄設備市場 規模不足 30 億美金,占全球半導體設備市場比例不足 3%。當我們將市場數據與(yǔ) DISCO 的(de)高市占率進行比較時,很明顯公司(sī)處於利基市(shì)場,這帶來兩個優勢:首先(xiān),它限製了 大玩家進入該領域的潛在回報;其次,減少了來自(zì)客戶方麵的價格壓力,利潤率得以保 障(公司銷售淨利率(lǜ)保持在 20%左右)。在半(bàn)導體製造(zào)過程中不精確的(de)切割、研(yán)磨或拋光 極有可能會損壞(huài)晶圓(yuán)和(hé)芯片,考(kǎo)慮到不劃算的風險收益比,使(shǐ)得下(xià)遊客戶不會貿然在這 一低價值量環節更換供應商。 DISCO 超過一半的收入來自精密設備的銷售(shòu),這實際上反映了(le)下遊半導體製造客戶的資 本支出。多年來半導體行業的資本支出(chū)一直呈現周期性波動,這也導致了公司設備(bèi)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務)比重的不斷(duàn)提升,一(yī)定(dìng) 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(fā)展方向


1、劃片機——激光切割設備領軍者


劃片機按照加工方式的不同可分(fèn)為(wéi)冷加工的砂輪劃片機和熱加工的激光劃片機。激光(guāng)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(gē)設備於 2002 年發(fā) 布,在這一(yī)領域亦有(yǒu)深度布局。 激光燒蝕(shí)加工是通過在極短的時間(jiān)內將激光能量(liàng)集中在微小的(de)區域,從而使固(gù)體升華、 蒸發的加工方法。特征是:1)低熱損傷加工;2)屬於(yú)衝擊和負荷(hé)都很小的非接觸加工; 3)還可以處理加工難度高的硬質工件;4)寬度在 10 µm 以下的(de)狹窄切割道也能加工。 在燒蝕加(jiā)工中,通過調整激光加工的深度,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/砷化镓和(hé)藍寶石等材料 隱形切割是將激光聚(jù)光於工件內部,在工件內(nèi)部形成改質層,通過擴展膠膜等(děng)方法將工 件(jiàn)分割成芯片的切割方法。優點是由於工件內部改質,因(yīn)此可以抑製加工屑的產生(shēng)。適 用於抗(kàng)汙垢性能差的工件;適用於抗負荷能力(lì)差的工件(MEMS 等),且采用幹式加工工 藝,無需清洗;可以減小切割道寬度,因此有助於減小芯片間隔。


開發激光切割的目的在於處理高性能半導體,其與刀片(piàn)切割設備並未形成競爭(zhēng),是一種 場景互補的良性發展關係,隨著近年來高性能半導(dǎo)體市場持續高景氣,激光切(qiē)割設備銷 售增(zēng)速更高,其占刀片切割比例已提升至 35%~40%,DISCO 作為行業領軍(jun1)者深度受益。




2、減薄設備——獨到的(de) TAIKO 工藝


公(gōng)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(xuē)時,將保留晶(jīng)圓(yuán)外 圍邊緣部(bù)分(fèn)(約 3 mm 左右),隻對(duì)圓內進行研削薄型化的技術。


“TAIKO 工藝”的優點:


通過(guò)在(zài)晶片外圍留(liú)邊:減少晶片翹曲、提高晶片強度,使得晶(jīng)片使用更方便、薄型 化後的通孔(kǒng)插裝/配置接線頭等加工更便捷。


不使用硬基體等(děng)類似(sì)構造而(ér)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(fā)生;因為(wéi)是一體構造,形狀單(dān)一(yī),可降低顆粒帶(dài)入現象。


不在外圍區(qū)域負重的優點(diǎn):研削外圍區域有梯(tī)狀的(de)晶片更方便;崩角現象為零。


3、SiC 材(cái)料加工——全流程的降(jiàng)本提(tí)效


碳化矽單晶具有優異的熱、電性能,在高溫(wēn)、高頻、大功率(lǜ)、抗輻射集成電(diàn)子器件(jiàn)領域 有著廣泛的應用前景。碳化矽(guī)硬度高、脆性大、化學性質(zhì)穩定,傳統加工方法不完全適 用因此在加工過(guò)程中會出現效率降低、成本(běn)增(zēng)加的現象。DISCO 創造性地采用 KABRA 技術、4 軸磨削和幹法拋(pāo)光、超聲波切割和隱形切割,分別在碳化矽片製造(zào)、器件減薄、 切(qiē)割環節實現了顯著的優化效果。 碳(tàn)化矽片製造:2016 年,DISCO 研發出新型碳化矽晶錠激(jī)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(yóu) 3.1 小(xiǎo)時大幅縮短至 10 分(fèn)鍾,單位 材料損耗(hào)降低 56%,晶圓產量提升 1.4 倍(bèi)。同(tóng)時新技術可抑製(zhì)晶圓起伏,無需研磨操作。


碳化(huà)器件減薄(báo):碳化矽斷裂韌性較低,在薄化過程中易開裂,導致碳化矽晶(jīng)片的減薄非 常困(kùn)難。DISCO 通過 4 軸磨削提高生產率,通過幹法拋光提高質(zhì)量。


碳化器件切割:超聲波切割提(tí)高處理(lǐ)速度和質量、減少韌性(xìng)材料的毛(máo)刺;隱形切割無(wú)需 清洗,且有助於減小芯片間隔。


三、金剛(gāng)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(bàn)導體加工關鍵(jiàn)耗材,DISCO 為行業龍頭


金剛石工具廣泛應用於半導(dǎo)體各加工環節。金剛石(shí)工具是指以金剛石及其聚晶複合物為(wéi) 磨削單元,借助於結合(hé)劑或其它輔助(zhù)材料製成的(de)具有一定(dìng)形狀、性能和用途的製品,廣泛 應用於半導體、陶瓷、玻璃等硬脆(cuì)材料的磨削(xuē)、切(qiē)割(gē)、拋光加工。半導體加工領域常見(jiàn) 的金剛石工具有研磨(mó)/減薄砂輪、切割刀片(piàn)、CMP 鑽(zuàn)石碟、電鍍金(jīn)剛線等。


在半導體的前道加工工序中,金(jīn)剛石工具用途包括:(1)切割:包括晶棒截斷與(yǔ)切片。 電鍍(dù)金剛石帶鋸或內圓切割片均可(kě)用(yòng)於晶棒截斷,但內圓或外圓切割效率低、材料損失 率大、加工質量低,故目前多采(cǎi)用金剛(gāng)石帶鋸來切割晶棒。晶棒切片的方法主(zhǔ)要包括內(nèi) 圓切割和線切割,線切割相較(jiào)內圓切割(gē)具有效率高(gāo)、切割直徑(jìng)大及鋸痕損失小等優點, 目前矽基半(bàn)導體主要使用磨料線鋸切割加工方式。(2)研磨與拋光:包括(kuò)晶棒滾圓、晶(jīng) 圓片表麵研磨、晶圓片邊沿(yán)倒角與磨邊,不同的研磨區域所需的(de)研磨砂輪形狀和厚度等 參數不同。


在(zài)半導體的後道加工(gōng)工序中,金剛石工(gōng)具主要用於 CMP 修整器、背麵減(jiǎn)薄及劃片。


CMP 是(shì)半導體(tǐ)矽片表麵加工的關鍵技術之一,CMP-Disk(鑽石碟)是 CMP 過程重(chóng)要 耗材。CMP(化學機械拋光)是半(bàn)導體先進(jìn)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坦化工藝,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(liáng)率高、可(kě)同時兼顧全局和局部平坦化等特點。拋光墊表麵的溝槽起著分布拋光液和排 除廢液的(de)作用,拋光(guāng)墊的表(biǎo)麵粗糙度和平(píng)整度直接影(yǐng)響著 CMP 結果(guǒ)。拋光(guāng)墊在 CMP 過 程中(zhōng)易老化、表麵溝槽(cáo)易堵塞,從而使拋光墊失去拋光的作用(yòng)。此時需要 CMP-Disk 修 整拋光墊的表麵,使拋(pāo)光墊始終保持良好的(de)拋光性(xìng)能,修整器起(qǐ)著去(qù)除拋光墊(diàn)溝槽內廢 液、提高拋光墊表麵(miàn)粗糙度和改善拋(pāo)光墊平麵度的作用,因(yīn)此(cǐ) CMP-Disk 的性能直接影 響晶圓表麵(miàn)全局平坦化的效果。


劃片刀是(shì)封裝環節重(chóng)要材料。切割晶圓主要有激光切(qiē)割及機械切割(劃片刀切割(gē))兩種(zhǒng) 方法(fǎ),由於(1)激光切割不能使(shǐ)用大功率(lǜ)以免產生熱影響區(HAZ)破壞芯片;(2)激 光切割設備非常昂貴(通常在 100 萬美元/台以上);(3)激光切(qiē)割不能做到一次切透(因 為 HAZ 問題),因而第二次切割還是(shì)用劃片(piàn)刀來最終完成,故劃片刀在較長期內(nèi)仍將是(shì) 主流切割方式。劃片刀一般由合成(chéng)樹脂、銅、錫、鎳等作為結合劑與人造金剛石結合而 成,主要分為帶輪轂型(硬刀)及不帶輪轂整體型(軟刀)兩大(dà)類,適用於加工不同(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用(yòng)的(de)主要金剛石工具。根據軒闖等的論文《半導 體加工用金(jīn)剛石工具現狀(zhuàng)》,國內半導體(tǐ)用金剛石工具市場中減(jiǎn)薄砂輪、劃(huá)片刀分別占比 26.5%、55.0%。 國內半導(dǎo)體金(jīn)剛石工具市場(chǎng)規模約 30 億(yì)元(yuán)。根據上(shàng)海新陽公告,2018 年國內晶圓劃片(piàn) 刀年需求量為 600-800 萬片。根據 IC insights 及 Knometa Research,2018-2021 年中國大(dà) 陸晶(jīng)圓產能複合增(zēng)速約 9.6%,因晶圓劃片刀屬消耗品,假(jiǎ)設晶圓劃片刀需求量複合增(zēng)速 與同期中(zhōng)國大陸的晶圓產能複合增速保持一致,計算(suàn)得 2021 年我國晶圓劃片(piàn)刀年需求量 為 864-1152 萬片,取中(zhōng)值為 1008 萬片;按每片 160 元計算,2021 年國內晶圓劃片刀的 市(shì)場規(guī)模約為 16 億元;根據劃片刀(dāo)在國內半導體用金剛石工具的占比為 55%,得到 2021 年國內半導體用金剛石工具的市場規(guī)模(mó)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(shù)據,2020 年全球 CMP 拋光墊修整器的市場(chǎng)規模約 15 億元,預計 2026 年將達到 18 億元,年複合增長率 3.1%。其中中(zhōng)國台灣地區(qū)是 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,分別占比 21%、15%和 14%。


劃片刀、減薄砂輪市場(chǎng) DISCO 一枝獨秀。目前國際巨頭占據了劃片刀、減薄砂輪市場 的絕對份額,根據《半導體加工用金剛石(shí)工具現狀》,中國(guó)約 90%的半(bàn)導體加工用劃(huá)片刀 和減薄砂輪來自進口,高端半導體加工企業所用金剛石(shí)工具(jù)基本上被國外產品壟斷。國 外半導體用金剛石工具廠商主要(yào)包括日本(běn) DISCO、日本旭金剛石、東京精密、韓國二(èr)和 (EHWA)及美國 UKAM 等,其中 DISCO 產品性能更為領先,在晶圓劃片刀和減薄砂輪市 場具有絕對份(fèn)額。2021 財年 DISCO 來自中國大(dà)陸地區的收入為 49 億元,假設其中耗材 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(piàn)刀 和減薄砂輪營收約 11 億元(yuán),在中國大陸 23.8 億元的(de)市(shì)場中占(zhàn)比 47%。


我國對超硬材料的研究起步較(jiào)晚,在部分領域的國(guó)產金剛石工具性能(néng)已達到(dào)進口水平, 如(rú)晶棒剪裁、晶棒滾圓、晶圓倒角與(yǔ)開槽以及晶(jīng)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(jì)術要求更高,國內減(jiǎn)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(shā)輪企業股份有限公司(中國台灣)、鄭州(zhōu)三磨所、三超新材等均有布 局;劃片刀方麵近幾年鄭州三磨所、上海新陽(yáng)、三超新材已(yǐ)有相關產品量產;CMP-Disk 產(chǎn)品布局廠商較少,主要為三超新材。


(二(èr))半導體切磨拋(pāo)材料精度要求高,DISCO 八十餘載立體式布(bù)局構築龍(lóng)頭地(dì)位


Disco 從 1937 年成立之初即從事半導體切磨拋材料,經過八十多(duō)年深耕,公司在切磨(mó)拋(pāo) 材料上憑借深厚產(chǎn)業經驗、完善(shàn)產品矩陣(zhèn)、設備+材(cái)料協同布局、全民創業企業文化構築 行業龍頭(tóu)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。半導體材料具有(yǒu)硬度大、 脆性(xìng)高、斷裂韌性低的特點,劃(huá)片中若出現崩裂問題,將使芯片報廢;此外晶圓劃片(piàn)還 要求刀片(piàn)具有切縫小、蛇形小及加工質量穩定等特點。DISCO 針對不同的(de)加工條件、加 工質量標準對劃片刀金剛石粒度、金剛石密度(集中度)、結合劑強度等參數進行多樣(yàng)化, 並針對(duì)難切割(gē)材料(liào)、高(gāo)速、深切、倒角切割(gē)等特(tè)殊(shū)加工條件研發解決方案,形(xíng)成了完善 豐富的產品組合,被加工材料覆蓋完善。由於產品精度高、加工質量穩定、加工效率(lǜ)高, DISCO 目(mù)前占(zhàn)據全球劃片刀市場主要份額。


立體式布局(jú)減薄砂輪。晶圓背(bèi)麵減薄後會產生應(yīng)力和翹曲,如果應力過(guò)大將延伸到正麵 的組件區域,由背麵減薄所產生的(de)應力(lì)和變形會影響後續工藝的良率(lǜ);因此通常在背(bèi)麵 減薄後(hòu)進行拋光、濕式\幹式刻(kè)蝕(shí)或退火消除損傷層,這會使成本或工藝時間(jiān)增加。DISCO 具有豐富的研磨輪產品,其中 GF01、Poligrind/UltraPoligrind 等係列通過使(shǐ)用特殊結合劑 或超(chāo)細磨粒,減(jiǎn)小了減薄產(chǎn)生的應力,簡化後續的消除損傷工藝。此外 DISCO 研(yán)發了不 需要使用研磨劑的幹式拋光輪使後續拋光工藝更為(wéi)簡便。


2、設備+材料(liào)協同(tóng)優勢


設(shè)備+材料協同(tóng)布局。除金剛石(shí)工具(jù)自身的性能和質量外,高質量的金剛石工具(jù)精密加工 還需要設備、工藝等的相互協調配合。以晶圓劃片刀為例,刀片固定在劃(huá)片機主(zhǔ)軸上並 以非常高的速(sù)度旋轉,轉速通常在每分鍾(zhōng) 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,因此在切割時必須對(duì)被切割材料、刀片規格、 設備主軸轉速、加工(gōng)質量標準進(jìn)行平衡選擇。DISCO 的精密(mì)加工設備品類豐富並處於市 場主導(dǎo)地位(wèi),這有(yǒu)助於其快速準確地針對客戶(hù)設備和(hé)加工條件供(gòng)應加工(gōng)耗材,同時獲取 積累客戶生產中設(shè)備與耗材運行(háng)數據進行(háng)產品優化及升(shēng)級,並以最快的速度把握耗材發展趨勢。


3、優異(yì)企(qǐ)業文化


企業文化獨特,“全員創業體製”激發經營(yíng)創新活(huó)力。2003 年 DISCO 開始在(zài)部門間(jiān)實行 一種特別的管理會計製度“Will 會(huì)計”,“Will”類似於公司(sī)內部的虛擬貨幣(bì),用於衡量 日常(cháng)工作中無法量化的工作績(jì)效的價值和投入成(chéng)本(běn),如銷(xiāo)售部門需在客戶取消產品訂單(dān) 時向製造部門支付 Will 罰款。部門間的 Will 製度有助(zhù)於各部門進行詳細的損益管理,同 時優化總體(tǐ)利潤。2011 年 DISCO 將該(gāi)製(zhì)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來具(jù)有的必要性和重要性;同時員工可(kě)以 使用 Will 對新(xīn)項目進行投(tóu)資集資,員工(gōng)的個人 will 值(zhí)將會與約(yuē) 10%的半年度獎金掛鉤。 通過建立 Will 製(zhì)度,DISCO 有效減少了不(bú)必(bì)要的工作,強化(huà)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,使曆史悠久和(hé)規模龐大的公司保(bǎo)持活力。


4、積極(jí)擴產應對需求增長


積極擴(kuò)產應對需求增長。DISCO 目前擁(yōng)有三家生產工廠,其中兩家位於日本(běn)廣島縣吳(wú)市, 生產設備和工具,另一家位(wèi)於長野縣茅野市,主要生產設備。受益於下遊(yóu)需求(qiú)旺盛,DISCO 現有三家工(gōng)廠持續處於滿載運行狀態。因新能源車、功率半導體需求旺盛,2023 年 1 月 DISCO 表示擬將(jiāng)現有的切割(gē)/研磨(mó)工具、設備的產能提(tí)高約四成,計劃投資(zī)約 400 億日元 於 2025 年在茅野市工廠附近建設一座新(xīn)工廠,其產能為(wéi)茅野工廠的 2 倍。本(běn)次擴產體現 了公(gōng)司對中長期內半導體需(xū)求的信心,有助於公司保持全球領(lǐng)先地位。


(三)投資(zī)分析


1、三超新材:半導體材(cái)料裝(zhuāng)備&光伏金(jīn)剛線新銳進入新一輪成長期(qī)


金剛石超(chāo)硬材料平台型公司,立體式布局(jú)光伏&半導體業務。公(gōng)司自 1999 年成立(lì)以來專(zhuān) 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(gāng)石砂輪類產品(pǐn)等。公(gōng)司 經過 20 多年發展(zhǎn)形(xíng)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(shì)國內第一批實現金剛線國產替代(dài)的廠家;半導體領域公司圍繞金剛 石超硬材料在半導體上的應用布局了砂輪(倒角砂輪/背麵減薄砂輪)、劃片刀(樹脂軟 刀/金屬軟刀/電鍍軟刀/硬刀)、CMP-Disk 等產品線,同時引入外部團隊加強(qiáng)在半導體切、 磨、拋設備上布局。


圍繞切、磨、拋工藝,內生豐(fēng)富半(bàn)導體減薄(báo)耗材,外延布(bù)局半導(dǎo)體減薄設備。公司 2015 年開始布局(jú)半導體切磨(mó)拋耗(hào)材,目(mù)前已突破背麵減薄砂輪/倒角砂輪/軟刀/硬刀/CMP-Disk 等耗材,幾(jǐ)條主要(yào)產品線(xiàn)在日月光、長電、華天、華海清科、中芯晶元等主要客(kè)戶逐步 驗證和起量,國產化進度位居國內前列。半導體設(shè)備方麵,公司(sī)通過引進外部團隊、成 立南京三芯加快布(bù)局,根(gēn)據公司調研公告 2023 年上半年矽棒開方磨倒一體機、矽片倒角 機、背(bèi)麵減(jiǎn)薄機三款樣機將陸(lù)續推出(chū)。 光伏金剛線需求旺盛疊加公司產能擴充進入快速成長期,鎢絲線有望彎道超車。公司自(zì) 主設計金(jīn)剛線加工產線(委外加工(gōng)),提升生產效率和質量,構築技(jì)術壁壘;客戶方麵公(gōng) 司深度綁(bǎng)定宇澤、晶澳、協鑫,並導入高景、時創等客戶,金剛線供不應求。應對旺盛 需求公司積極(jí)擴產,22 年光伏用細線(xiàn)產(chǎn)能約 100 萬 Km/月,預計 23 年 3 月新增(zēng) 150 萬 Km/月產(chǎn)能,至 23 年底公司產能有望達到 400 萬 Km/月(yuè)。此外,公司在鎢絲金剛線布局 較好,在新賽道有望實現(xiàn)彎道超車。


董事(shì)長擬全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(xiàn)鋸生產(chǎn)項目(一期)”,募集資金不超 1.2 億元,達產後將形成年產 1800 萬公(gōng)裏矽切片線產能,預計具有(yǒu)良好的經濟(jì)效益。董事(shì)長鄒餘耀擬以現金方式全額認購定增,彰顯(xiǎn) 對公司發展信心。


2、國機精(jīng)工:半導體超硬材(cái)料(liào)工具國內領先,培育鑽石打開新成長曲線


背靠國機集團,軸研所+三磨所雙輪驅動。公司成立於 2001 年,隸屬於世界(jiè) 500 強中國(guó) 機械工(gōng)業集團有限公司(國機集團),是(shì)其精工業務的拓展平台、精工人才的聚合平台和 精工品牌的承載平台。公司核心業務包括:1)軸承業務:運營(yíng)主體為軸研所,主要產品 包括以航天軸承為代表的特種軸承和精密(mì)機床(chuáng)軸承等民品(pǐn)軸承。軸研(yán)所(suǒ)是我國軸承行業 唯一的綜合性研究開發機構,聚(jù)焦於軸承行業高、中端產品,以(yǐ)綜合技術實力強而知名, 其(qí)航天(tiān)領域特種軸承處於國內壟斷地位。2)磨料磨具業務(wù):運營主體為鄭州三磨所,聚 焦於超硬材料製品、行業(yè)專用生產和檢測設備儀器的生產、研(yán)發和銷售。三磨所成立於(yú) 1958 年,曾研發(fā)出中國第(dì)一顆人造金剛(gāng)石和立方氮(dàn)化硼,並開(kāi)發(fā)了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(zhōng)國超硬材料行業的引領(lǐng)者、推動 者。


半(bàn)導體超硬材料工具優勢顯著,國產替代需求(qiú)驅(qū)動成長可期。公司用於半導(dǎo)體領域的超(chāo) 硬材料製品主要包括半導體封裝用超薄切割(gē)砂(shā)輪和(hé)劃片刀、晶(jīng)圓切割用劃片刀、磨(mó)多(duō)晶 矽和單晶矽砂輪等,應用材(cái)料涵蓋半導體(tǐ)矽晶圓、化合物(wù)半導體(tǐ)晶(jīng)圓(GaAs、GaP 等)、 第三代半導體碳化矽等。在芯片加工領域,公司產品(pǐn)對標國(guó)外公司同(tóng)類產品並與之競爭。 公司生產的劃片刀具有精度高、壽命長、強(qiáng)度高等特點,減(jiǎn)薄砂輪可替代進口產品,在 日本、德國、美國(guó)、韓國及(jí)國產磨床上穩定使用,砂輪磨削性能優越,性價比高。憑借 在產品性能上的優勢及優於(yú)國外公司的服務(wù)和交貨期,三磨(mó)所半導體加工(gōng)工具已進入華 天科技、長電科技、通富微電、日月光、賽(sài)意法等(děng)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(bèi)與耗(hào)材類產品需求客戶對國產 化的自主可(kě)控提出了(le)更高的要求,公司半(bàn)導體劃片刀/研磨砂輪產品成長(zhǎng)可(kě)期。


培育鑽石及相關設備貢(gòng)獻(xiàn)全新利潤增長點。大(dà)單晶(jīng)金剛石在培育鑽石、散(sàn)熱材料、汙水 處理(lǐ)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,國內在其核心生 產技術 MPCVD 關鍵裝備的(de)自主開(kāi)發、沉積麵積、金剛石(shí)尺(chǐ)寸、缺陷密(mì)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(shí)施新型高功率(lǜ)MPCVD 法大單晶金剛石項目,截至目前已(yǐ)建成年(nián)產30萬片MPCVD法大單晶金剛石生產線。2022 年 12 月,公司擬通過定向增發募集 1.98 億(yì)元新增自製 MPCVD 設備建設寶(bǎo)石級大單晶 金剛石生產線和第三代半(bàn)導體功率器件超高導熱金剛石材料生產線各一條,將成為國(guó)內 領先的 MPCVD 法大單晶金剛石材料科研生產基地,同時公司生產目前培(péi)育鑽石主要方 法高溫高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(shí)行業處於(yú) 供不應求狀態,與培育鑽石相關的設備和培育鑽石已成為公司新的利潤增長點。


3、光力科技:半導體劃片設備(bèi)國內領軍者,內生外(wài)延破局(jú)海外壟斷


三次海外並購整合優質(zhì)資產,戰略布局半導體劃片裝備領域(yù)。公司是全球排(pái)名第三中國 第一的(de)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(liàng) 產設(shè)備、核心零部件——空氣主軸、又有刀片等耗材的(de)企業之一。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端零部件企業 LP、LPB、ADT 的收 購,奠定了公司在半(bàn)導體後道封測裝備領域強大的競爭和領先優勢,並用數年時間,對 技術引(yǐn)進、消化吸收和再創造,實現了高(gāo)端半(bàn)導體劃片(piàn)切割設備的國產替代。目前公司 已投放市場的國產化產品主要有全(quán)自動(dòng)雙軸晶圓切割劃片機-8230、半(bàn)自動雙軸晶圓切割劃片機-6230、半自動單軸切割(gē)劃片機-6110、全自動 UV 解膠(jiāo)機、自動切割貼膜機、半(bàn)自 動晶圓清洗機等半(bàn)導體封裝設備和輔助設備,這些具有(yǒu)國際水準的半導(dǎo)體設備廣泛應用 於矽基集成電(diàn)路和功率半導體(tǐ)器件、碳化矽、MiniLED、氮化镓、砷化镓、藍寶(bǎo)石、陶(táo) 瓷、水(shuǐ)晶、石英、玻璃等(děng)許多電子元器件材料的劃切加工工藝(yì)中,其中半自動單軸切(qiē)割 劃(huá)片機-6110 是麵(miàn)向第(dì)三代半導體材料的高端切割設備。


具備強大全球競爭實力,為國產替代奠定堅實基礎(chǔ)。公司全資子公司英國 LP 公司擁有 50 多年的技術和行業經驗,在加工超薄和超厚半導體器件領域具(jù)有全球(qiú)領先優(yōu)勢;LPB 公司產品高性能高精密空氣靜(jìng)壓主軸(zhóu)、空氣(qì)動壓主軸、空氣導軌、旋轉工作台、精密線 性(xìng)導軌和(hé)驅動(dòng)器技術一(yī)直處於業界領(lǐng)先地位。公司控股子公司 ADT 公司已有多年的半 導體劃(huá)片機等設備製造與運營經驗,ADT 公司的軟刀在業界處於(yú)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備最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(zhì)精度。ADT 公司具(jù)備(bèi)按照客戶需求提供定製的刀片和 微調特性的工程資源,能夠為客戶提供量身定製的整體切割解決(jué)方案。通(tōng)過收購兩(liǎng)個英 國半導體公司和以色列 ADT 公司,使得光力科技在半(bàn)導體後道封測裝備領域擁(yōng)有 LP、 LPB 及 ADT 多年積(jī)累的(de)技術及經驗,卡(kǎ)位優勢突出,在此領域具有強(qiáng)大的競爭優勢, 為國產替代奠定了(le)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(guó)鄭州的全(quán)資子公司光力瑞(ruì)弘是公司(sī)半(bàn) 導體領域業務的(de)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, 全力推進技術引進和(hé)國產化。公司高度重視研發投(tóu)入,研發費用率常(cháng)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(jī),其中 8230 作為一款行業 主流的 12 英寸全自動雙軸(zhóu)切割劃片機性能處於國際一流水平,已經進入頭(tóu)部封測企業 並(bìng)形成批量銷售,成功實現(xiàn)了高端切割劃片設(shè)備的國產替代。同時鄭州研發(fā)團隊亦與以 色列團隊一道共同研(yán)發新的激光切割機,公司劃片機產品線日趨完(wán)善(shàn)。鄭州航空港區的 新生產基地占地 178 畝,建成後將成為公司半導體(tǐ)方麵(miàn)的全(quán)球研發、生產、技術服務中 心,將為封測行業最為集中的中(zhōng)國和東南(nán)亞地區提供一流的產(chǎn)品與服務。

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