金刚石线行业规模壁垒一、 金刚石线行业规模壁垒金刚石线厂商需达到一定生产和销售规模后,才能覆盖前期在研发、生产、厂房设备的资金投入成本金刚石线行业需求主要来自于下游光伏硅片厂商,由于光伏硅片行业集中度较高,客户的规模和实力普遍较强,在生产经营中需大批量采购金刚石线因此,只有具备一定生产规模和快速响应能力的企业才能进入主流市场,成为下游客户的长期供应商,并且规模化企业可提高对上游供应商的议价能力,降低原材料、设备的采购成本,更好发挥规模效应新进入企业尚未形成规模化生产能力,难以获取行业主要客户认可,面临较高的规模壁垒二、 金刚线下游光伏行业发展概况金刚石线在光伏产业链中的应用:光伏产业链主要包括硅料、硅片、晶硅电池片、光伏组件、光伏发电系统5个环节上游为硅料的采集、硅片的生产环节;中游为晶硅电池片、光伏组件的生产环节;下游为光伏发电系统的集成与运营环节其中,硅片切割是切片生产环节的主要工序,金刚石线可用于硅棒截断、硅锭开方、硅片切割,其切割性能直接影响硅片的质量及光伏组件的光电转换性能从晶体硅切割技术的发展历程来看,硅片切割方法经历了内圆锯切割、游离磨料砂浆切割、金刚石线切割的技术升级路线,其中每一步改进都带来了原材料利用率、切割效率的提升和硅片单位切割成本的降低。
目前,主要的单、多晶硅片生产厂商已全面采用金刚石线切割工艺金刚石线切割工艺相较上一代游离磨料砂浆切割工艺具有巨大优势,主要体现在:1)大幅降低线耗成本;2)提高材料利用率,大幅降低切割磨损;3)提高切割速度,大幅提升切片效率;4)摒弃游离磨料砂浆切割所使用的昂贵且不环保的碳化硅等砂浆材料因此,最近几年金刚石线快速取代游离磨料砂浆线成为光伏行业晶硅切片的主流切割工艺金刚石线在蓝宝石产业链中的应用:蓝宝石产业链包括上游的长晶设备制造商、原材料及耗材提供商、蓝宝石晶体生产企业,中游的蓝宝石衬底生产企业、蓝宝石窗口片(消费电子行业用于光学材料)生产企业,以及下游针对不同的应用行业进行深加工的制造企业在蓝宝石切割领域,因蓝宝石材料的硬度较大,电镀金刚石线已成为蓝宝石材料切割的主流工具,主要用于蓝宝石衬底、窗口片的开方和切片等根据经验值,电镀金刚线市场与下游蓝宝石片耗用量直接相关,切割一片2英寸的蓝宝石片需要耗用电镀金刚线2米,蓝宝石切割用电镀金刚线市场的需求主要取决于蓝宝石材料的市场需求蓝宝石行业基本情况:蓝宝石晶体是一种氧化铝单晶,具有高硬度、高强度等优质性能;具有耐雨水、沙尘、盐雾等腐蚀的稳定化学性能;具有高表面平滑度、高电阻率及高介电性能。
优良的光学、力学、热学、化学及电学性能决定了蓝宝石在民用领域中的重要地位和作用由于蓝宝石属硬脆材料,其莫氏硬度达到8.5,仅次于金刚石、碳化硅等,其切割加工较为困难传统砂浆线及金刚石结合力较弱的树脂金刚石线都难以有效完成蓝宝石的切割,因此,电镀金刚石线在蓝宝石切割领域得到推广并大范围应用,目前已替代了传统砂浆线和树脂金刚石线蓝宝石晶体在微电子及光电子产业是极为重要的基础材料,其市场需求主要为LED行业的蓝宝石衬底材料需求和消费电子行业光学蓝宝石材料需求;蓝宝石有超过80%比例系用于LED衬底材料LED行业蓝宝石衬底切割用的金刚石线需求稳定增长:LED是指将电能转化为光能的固态半导体器件,与普通白炽灯、节能灯相比LED具有寿命长、高效节能的优点,是未来照明领域的发展趋势LED产业链分为上游的衬底制备、外延片制造,中游的芯片生产和下游的封装、应用目前,LED产品所用的衬底材料主要分为3类:蓝宝石衬底、碳化硅衬底和硅基衬底,其中蓝宝石是目前的主导衬底材料,占LED衬底的95%左右蓝宝石作为LED衬底材料的主要生产流程为:由蓝宝石坯料(主要为高纯度的Al2O3,一般纯度要求99.996%以上)经过熔融长晶成蓝宝石晶锭,再通过定向、掏棒等工序加工成蓝宝石晶棒,晶棒经切片、研磨、抛光、清洗等工序制成蓝宝石基片,对于采用了图形化衬底(PSS)技术的衬底,还需在蓝宝石基片的基础上进行PSS工艺。
其中,金刚石线主要应用于晶棒的切片环节,其切割质量直接影响蓝宝石基片及LED产品的质量及性能目前,全球半导体照明技术正从追求光效向提升品质、光质量和多功能应用等方向发展,产业从技术驱动逐渐转向应用驱动,市场应用领域不断拓宽,市场渗透率不断提升,从照明、显示逐步向汽车、医疗、农业等领域拓展特别是进入2013年以来,随着各国鼓励政策的实施和LED照明产品价格的下降,LED照明市场的渗透率不断提升根据LEDinside的数据显示,2016年全球LED照明市场规模达296亿美元,2017年同比增长12%,达331亿美元,光源在照明市场渗透率达到52%随着中国LED厂商大幅度扩充产能及车用照明、户外景观照明领域快速增长,加上新型态的Micro&MiniLED出现,未来LED照明的应用将更趋多元,LED的渗透率将持续攀高,而LED照明渗透率每增加1%,将直接拉动蓝宝石衬底约107万片的增长需求3,进而带动蓝宝石衬底切割用金刚石线需求的增长从我国来看,目前我国已成为全球最大的半导体照明产品生产、消费和出口国根据发改委数据,我国半导体照明产值平均年增长率约30%2015年,我国半导体照明产业整体产值达4,245亿元人民币;LED照明产品产量约60亿只;2017年半导体照明产业整体产值约6,538亿元,同比增长25.34%4。
根据《半导体照明产业发展规划》,到2020年,我国半导体照明产业整体产值要突破1万亿元,LED照明产品渗透率要达到70%,拓展LED照明产品的应用范围,推动LED在智慧照明、农业照明、健康医疗照明、汽车照明、文化旅游、水处理、可见光通信等领域的应用,满足不同应用需求可见,期间我国将实现从LED照明产业大国向强国转变,将极大地带动蓝宝石衬底市场的持续发展,进而推动蓝宝石衬底切割用金刚石线需求的不断增长消费电子领域蓝宝石切割用金刚石线需求快速增长:自苹果公司在iPhone5中首次使用高透光性的双抛光蓝宝石作为镜头保护盖以来,蓝宝石在消费电子行业中得到了广泛的应用近几年,智能生产企业纷纷使用蓝宝石作为摄像头保护玻璃、指纹识别保护镜片,甚至是整块屏幕的保护玻璃从消费电子产品应用需求来看,苹果公司作为智能的领军企业,其发展方向时常会成为整个行业的发展方向短期来看,鉴于高品质大尺寸蓝宝石材料有效供应有限,因而苹果公司短期内无法在AppleWatch、iPhone主屏幕上全部使用蓝宝石材料若苹果公司全线产品使用蓝宝石,必将推动全球智能设备领域蓝宝石需求的爆发式增长,于此同时,作为蓝宝石切割耗材的金刚石线的需求也会有爆发式的增长。
蓝宝石行业用金刚石线需求量:下游LED与消费电子行业的快速发展带动了上游蓝宝石市场需求的不断扩大,进而推动了蓝宝石切割用金刚石线需求量的持续攀升2017年全球蓝宝石切割用金刚石线需求量为110万公里,未来几年保持稳定增长,预测2020年将增长到150万公里下游磁性材料等其他领域用金刚石线需求:目前,金刚石线主要应用于光伏晶硅切割和蓝宝石切割,随着切割技术的发展及大范围的推广,金刚石线的应用已开始向磁性材料和精密陶瓷等其他硬脆材料领域拓展在磁性材料领域,我国是磁性材料生产大国,磁性材料是工业和信息化发展的基础性材料,其硬度高、性脆、忌温度骤变,机械加工存在一定难度随着磁性材料应用的发展,生产企业对加工精度、加工技术的要求也越来越高,传统的砂浆切割已无法满足高精度高效率切割的要求目前,国内磁性材料切割已有少量应用金刚石线,但尚处于由砂浆切割向金刚石线切割的转型阶段,磁性材料规模化应用金刚石线切割首先要解决的是切割设备改造问题因此,未来金刚石线在磁性材料领域的市场份额将由设备改造速度和改造规模决定可以预见,金刚石线将凭借其优异的切割性能成为未来硬脆材料切割领域的主流切割工具,而硬脆材料及制品已广泛应用于、航空航天、电子、汽车、精密制造、医疗、机场、清洁能源、高速铁路、石油与天然气钻井、地质勘探、家庭装修等诸多领域,几乎涉及国计民生的各个领域。
因此,作为硬脆材料切割工具,金刚石线极大地提高了硬脆材料的加工效率和加工质量,将随着硬脆材料应用领域的不断拓展而随之向相关领域延伸金刚石线技术仍将不断进步,未来场发展空间巨大三、 全球金刚石线行业概况全球能源结构的转型持续推动光伏行业市场需求的增长,进而带动金刚线行业的发展金刚线,按应用领域分,包括面向半导体行业、蓝宝石行业、磁性材料行业应用的金刚线,切割对象分别为半导体硅片、蓝宝石材料及磁性材料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金刚线采用如电镀或树脂等特殊技术手段,将坚硬的金刚石均匀的固定在钢线上,利用镶嵌有金刚石的钢线和待切割材料之间的相互摩擦作用对硬脆材料进行切割相对于传统砂浆切割,具有切割速度快、切片品质高、切割损耗小、切割液更环保等优点四、 金刚石线发展趋势和挑战金刚石线是将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在母线(一般为高碳钢丝)上制成的,通过金刚石线与被切割物体间进行高速磨削运动,从而实现切割目的金刚石线一般有两种制造方式,即用电镀和树脂的方式把金刚石颗粒固定在丝线上所形成的切割线,严格来说叫金刚石切割线,简称金刚石线金刚石线具有了金刚石微型的锯齿,增加了钢线的切割能力,可以大大加快切割速度及切割能力。
目前主流的工艺是电镀金刚石线,是在金属线上镀上一层金刚石微粉,用来切割光伏晶硅、水晶、磁性材料、蓝宝石等硬脆材料近年来,金刚石线切割技术在切割行业中起重要作用,其应用范围也是极其广泛,主要应用于当下炙手可热的光伏领域,比如用于硅片制造环节,用于硅棒截断、硅片切方、切片硅片切割金刚石线需求量占总需求的比例超过90%五、 金刚线竞争格局及技术路线单耗提升叠加下游需求增长,晶硅切割用金刚线需求快速提升由于硅料价格持续超预期,硅片企业加速推进金刚线细线化,金刚线耗量明显提升金刚线线径越细切割损耗越小、硅片出片率越高,但线径下降会降低金刚线的拉伸强度,使得金刚线在切割过程中更容易被拉断,硅片企业为避免断线需增加金刚线更换频率,带来金刚线耗量提升六、 金刚石线行业发展历程和竞争格局从发展历程来看,金刚石线行业竞争格局经历了初期日本企业垄断全球市场再到国内厂商实现细线技术突破并逐步占据市场主导地位的过程金刚石线产品最初诞生于日本,是由日本旭金刚石率先研发并实现突破和完成量产,继而在2007年6月推出了首款成熟的金刚石线产品凭借着技术先发优势,日本企业在2014年以前几乎垄断了金刚石线的全球市场,代表性企业包括旭金刚石工业株式会社、中村超硬株式会社、爱德株式会社、联合材料株式会社等,其中以旭金刚石和中村超硬为主。
此外,早期的金刚石线主要应用于玻璃、陶瓷、蓝宝石等硬脆材料的切割加工中直到2010年,金刚石线在单晶硅切割领域开始应用,规模逐渐增大,但由于金刚石线技术被日本企业垄断,产品售价高昂且产能有限,未能在光伏行业得到全面推广及应用需求的不断增长以及光伏产业链向国内的迁移,以东尼电子、岱勒新材、三超新材和美畅股份为代表的国内金刚石线生产企业在2014年前后相继突破细线技术,产品线径降至80μm及以下,打破了日本企业多年来的技术垄断同时,由于国内金刚石线企业成本控制优势显著,产品实现国产化后,电镀金刚石线价格持续降低,日本高成本产能开始逐步退出中国市场金刚线是金刚石切割线的简称,有人称钻石切割线或者钻石线工业上许多东西是用切割线来切割的,比如光伏领域的多晶硅切片切割线的材料是很重要的目前主流的用于光伏领域的硅片切割线是超精细切割钢丝,直径大约是100微米金刚石切割线顾名思义,跟金刚石有关大体上是把金刚石的微小颗粒镶嵌上,做成的金刚石切割线金刚石是超硬的,用途很广的切割材料金刚线具有了金刚石微型的锯齿,增加了钢线的切割能。