芯碁微装研究报告:直写光刻设备龙头,光伏电镀铜打开成长天花板

(报告出品方/作者:国盛证券,张一鸣、郑震湘、邓宇亮)

1 国产直写光刻设备龙头,业绩高速增长

1.1 芯碁微装:国产直写光刻设备龙头,技术业内领先

公司为国产直写光刻设备龙头。公司于 2015 年 6 月成立,自半导体领域起家,2016 年 推出首款半导体直写光刻设备,同时,公司依托直接成像设备逐步替代传统曝光设备的 发展机遇,进入市场需求广阔的 PCB 领域,向市场推出产品 Tripod100。2018 年,公司 全面推出双波段混合照明系统的UVDI直接成像设备,成功进入PCB阻焊工艺细分市场; 在自动系统方面,推出国产 OLED 显示面板直写光刻自动线系统,产品成功通过下游客 户的产线验证。2021 年 4 月,公司登陆科创板上市,并建成 3.5 万平米的智能化研发制 造基地。目前,公司以微纳直写光刻技术为核心,主要业务包括 PCB 直接成像设备、泛 半导体直写光刻设备,并积极布局光伏 HJT 电镀铜领域的曝光和显影设备,产品功能涵 盖微米到纳米的多领域光刻环节,2021 年公司实现营收 4.92 亿元(同比+58.74%), 归母净利润 1.06 亿元(同比+49.44%),2022 年上半年公司实现营收 2.55 亿元(同比 +36.95%),归母净利润 0.57 亿元(同比+31.72%),业绩快速增长。

公司产品矩阵多元,产品性能优异。公司通过持续投入研发新产品并提高产品性能,构 建了比较完善的研发体系,产品线不断丰富,主要涉及产品应用领域为 PCB 领域及泛半 导体领域,应用产品的最小线宽依次递减,对产品精度要求依次递增。最小线宽、套刻 精度、产能效率等指标为行业通行的评价指标,公司持续研发新产品,推出的产品在各 项指标上对标海外知名厂商 Orbotech(以色列)、ORC(日本)、ADTEC(日本)等。 目前,公司主要产品线可分为:

PCB 领域:公司主要产品为激光直接成像(LDI)设备、紫外 LED 直接成像(UVLEDDI) 设备、直接成像联机自动线系统。公司顺应高阶 PCB 不断增加的需求,产品升级朝 着更精细的光刻精度发展,并着眼于客户需求,开发出了高效、高稳定性、小型化 的设备。目前,在 PCB 领域,公司直写光刻技术不断突破,目前已将应用于 PCB 线 路层曝光的直写光刻设备曝光精度(最小线宽)由 8μm 提升至 6μm。

泛半导体领域:公司主要产品为 IC 掩膜版制版、IC 制造直写光刻设备、OLED 直写光刻设备自动线系统。公司能够提供最小线宽在 500nm-3μm 的直写光刻设备,主 要应用于下游 IC 掩膜版制造以及 OLED 显示面板制造中的直写光刻工艺环节。公司 2017 年推出的 LDW500 产品在最小线宽指标方面,与海外厂商的竞品处于同一水 平,且优于国内厂商的竞品。未来,公司将逐步探索圆晶级封装、OLED 显示面板高 世代线等领域,进一步打开市场空间。

1.2 股权激励绑定核心技术人员,募投项目推进产品升级

公司股权结构集中、稳定。公司创始人兼董事长程卓目前直接持有公司股权 30.45%, 同时,程卓通过亚歌半导体、纳光刻、合光刻这三个员工持股平台控制公司 11.93%的股 份。程卓为公司实际控制人,公司股权结构稳定。除程卓外,公司总经理方林,总工程 师何少锋以及首席科学家 CHEN DONG 均为公司重要股东。


公司管理层、核心技术人员深耕直写光刻领域,技术经验丰富。总经理方林在公司成立 前,为合肥芯硕半导体有限公司技术部副总经理,何少锋在公司成立前,为合肥芯硕半 导体有限公司研发部总工程师。方林与何少锋都是国内最早从事激光直写光刻设备的技 术人员,曾在国家 02 专项中承担激光直写光刻领域相关设备的研发任务,拥有十几年的 微纳直写技术行业研发经验。首席科学家 CHEN DONG 历任美国 Veeco 公司全自动扫描 显微镜分公司首席科学家、光学精密计量分公司首席科学家、美国 Bruker 公司纳米表面 集团探针与精密光学计量分公司首席科学家、美国科天公司首席系统设计工程师等职务, 可为公司提供前沿技术指导。

股权激励绑定技术骨干,考核目标彰显发展信心。为进一步健全公司长效激励机制,吸 引和留住优秀人才,充分调动公司员工的积极性,使各方共同关注公司的长远发展,公 司在 2022 年 4 月 8 日发布了限制性股票激励计划草案,拟向不超过 212 名核心骨干员 工授予不超过 108.70 万股限制性股票,占员工总数的 58.73%,将核心员工的利益与股 东利益、公司利益紧密连接,并于 2022 年 4 月 27 日完成了 2022 年限制性股票激励计 划的首次授予。其中,6 名激励对象因离职失去激励资格,最终激励对象人数由 212 人 调整为 206 人。此次股权激励在公司层面的考核使用营业收入与净利润为指标,并设定 触发值,若未达到业绩考核目标触发值,则所有激励对象对应考核当年计划归属的限制 性股票均不得归属或递延至下期归属,直接作废失效;若实际业绩大于触发值但未达到 目标值,则只给予当期归属权益比例的部分限制性股票,具体给予比例与实际业绩完成 度有关。目标值为以 2021 年营业收入为基数,2022 年、2023 年、2024 年营业收入增 长率分别不低于 45.00%、100.00%、170.00%;或以 2021 年净利润为基数,2022 年、 2023 年、2024 年净利润增长率分别不低于 35.00%、80.00%、135.00%。据此标准计 算,公司 2022-2024 年的营业收入目标分别为不低于 7.13/9.84/13.28 亿,或净利润目 标为不低于 1.43/1.91/2.49 亿。高标准的考核目标建立起长效发展机制,彰显了公司的 发展信心。

募投资金布局高端技术领域。公司募投项目原计划总投入为 4.73 亿元,调整后实际募投 资金投资总额为 4.16 亿元,募投资金分别投入四个项目中,助力公司产能扩张以及研发 中心的建设。目前四个项目均在有序推进中,预期将于 2023 年上半年前全部达到可使 用状态,各项目具体情况为:

高端 PCB 激光直接成像(LDI)设备升级迭代项目:PCB 业务为公司目前主营业务, 随着市场对高端 PCB 产品的需求不断扩大,该项目可以帮助公司在现有 LDI 产品基 础上,对设备性能进行升级迭代,使其更好地满足下游客户的产品需求。项目达产 后,将具有年产 200 台 LDI 产品的生产能力,将进一步拓展公司 LDI 系列设备产品 的市场空间。截至 2022 年 4 月,该项目产线及设备已达到可使用状态并投产。

晶圆级封装(WLP)直写光刻设备产业化项目:WLP 技术是半导体 IC 封装领域的 新兴技术,是先进封装技术的重要组成部分,通过直接对圆晶进行封装可使 IC 产品 实现更大的带宽、更高的速度、更好的可靠性以及更低的能耗,应用前景广阔。该 项目的实施将进一步丰富公司产品体系,拓展泛半导体领域市场空间。2023 年 2 月, 项目达产后,将具有年产 6 台 WLP 直写光刻设备产品的生产能力。

平板显示(FPD)光刻设备研发项目:OLED 显示面板是新兴的 FPD 产品,相比较 传统的 LCD 显示面板具有更好的性能及更高的技术含量,目前全球主流 OLED 显示 面板光刻设备基本被国外厂商垄断,未来国产替代前景广阔。该项目帮助公司在现 有 OLED 低端产线直写光刻设备的技术开发基础上,对高端产线直写光刻设备进行 研发,为将来公司 OLED 高端产线直写光刻设备的产业化打下坚实的基础,预期将 打开公司新的增长空间。

微纳制造技术研发中心建设项目:该项目将建设微纳制造技术研发中心,对公司现 有技术研发平台进行全面升级,改善现有研发环境,随着研发中心的落成,公司综 合研发实力将进一步得到提升。


定向增发推进产能扩张和自主研发。公司向特定投资者发行总额不超过 7.98 亿元的募集 资金用于四个项目的建设。具体情况如下:

直写光刻设备产业应用深化拓展项目:直写光刻技术是微纳制造技术的底层关键技 术之一,作为国内领先的直写光刻设备厂商,公司直写光刻设备主要应用于泛半导 体领域和 PCB 领域。本次发行后,公司将利用部分募集资金建设现代化的直写光刻 设备生产基地,加大对直写光刻设备在新型显示、PCB 阻焊、引线框架以及新能源 光伏等领域内的产业化应用推广,充分把握市场先机。项目达产后,公司将形成年 产 210(台/套)直写光刻产品的生产规模。

IC 载板、类载板直写光刻设备产业化项目:IC 载板是 IC 先进封装中的关键材料, 类载板的精细程度接近用于 IC 先进封装的 IC 载板。随着终端电子设备不断向小型 化、便携式、高性能等方向发展,半导体器件尺寸不断缩小,推动了先进封装市场 需求的持续增长,从而拉动 IC 载板、类载板的市场需求快速攀升。公司目前主要营 业收入仍来源于 MLB、FPC、HDI 等中端市场,IC 载板及类载板领域的收入贡献规 模相对较小。通过本项目的实施,公司将建设现代化的 IC 载板、类载板直写光刻设 备生产洁净车间,引进先进的生产、检测设备,扩大现有 IC 载板、类载板直写光刻 设备的生产能力,进一步推动其市场渗透率的增长,有效把握 IC 载板产业链国产化 替代机遇,满足未来不断扩大的下游需求。预计项目达产后,公司将形成年产量 70 (台/套)直写光刻设备产品的生产规模。

关键子系统、核心零部件自主研发项目:目前,直写光刻设备在中高端 PCB 市场中 的应用相对成熟,但由于生产成本较高,相对较高的市场售价仍是其在 PCB 产业中 应用推广的主要制约因素之一。此外,全球新冠疫情反复,国际贸易地方保护主义 对行业内部分核心零部件及关键子系统的稳定供应造成了一定的消极影响。本项目 的实施将助力直写光刻设备关键子系统及核心零部件的技术研发,进一步丰富公司 的核心技术体系,提升公司直写光刻设备核心技术竞争力,同时降低对进口关键子 系统、核心零部件的依赖,降低直写光刻设备生产成本,提升公司产品的综合市场 竞争力。

补充流动资金项目:公司所处行业为高端装备行业,具有显著的资金密集特征,产 能扩建、研发投入、生产运营和人才招募均需要持续的资金投入。随着业务规模持 续增长,公司对流动资金需求的进一步扩大,除了在研发阶段需要进一步提高研发 投入、推动技术成果的转化以外,在产业化阶段仍需要的大量资本投入。该项目的 实施有利于公司优化资产结构,增强抵御风险和可持续发展的能力。

1.3 营业收入快速增长,盈利能力维持高位

公司营业收入快速增长,PCB 业务稳步拓展。依托泛半导体、PCB 市场高景气,公司营 业收入保持高速增长,2017-2021 年公司营业收入从 0.22 亿元增长至 4.92 亿元,CAGR 为 117.46%。期间公司深挖 PCB 核心战略客户潜能,在高端市场持续推进国产替代,在 中低端市场推进新产品、新技术和新方案,PCB 业务线实现快速增长,除公司 2018 年 OLED 显示面板直写光刻自动线的单次大额订单影响,PCB 产品均占公司营收的 80%以 上,2017-2021年PCB业务线营业收入从0.18亿元增长至4.15亿元,CAGR为119.13%。

泛半导体业务高速发展,成为公司另一增长引擎。2017 年以来,公司以半导体领域为新 增长点,持续开拓泛半导体新应用领域,于 2017 年向昆山国显光电有限公司销售出一 套 OLED 显示面板直写光刻自动线系统。由于产品定制化程度较高,订单金额较大,安 装、调试以及试运行工作较为复杂,整体验收周期较长,公司于 2018 年完成验收工作并 确认收入 2,991.45 万元,占 2018 年公司泛半导体设备销售收入的 91.11%,泛半导体 业务收入占总营收的 37.61%。但由于在 FPD 领域,公司目前研发的设备仅能应用于 OLED 厂商低世代产线中的小批量、多批次产品的生产以及新产品的研发试制,属于掩 膜光刻设备的补充,应用领域较为狭窄,且与下游 OLED 厂商的研发产线规划、固定资 产投资具有较强的关联度,因此订单不确定性较高,2019-2021 年未再获得大额订单。 2021 年,公司成立了泛半导体事业部,全力支撑泛半导体产品研发、生产及销售,新开 拓了先进封装、引线框架、新型显示等市场,泛半导体收入增长迅速,2019-2021 年泛 半导体业务营收从 0.02 亿元增长至 0.56 亿元,CAGR 为 438.52%。


整体毛利率跌幅趋稳,产品结构优化下,盈利能力维持高位。2017-2022 年 H1,公司主 营业务毛利率为 37.05%、58.78%、51.22%、43.41%、42.76%、43.21%,净利率为30.87%、19.81%、23.55%、22.91%、21.57%、22.28%。2017 年公司主营业务毛利 率较低,主要受无成本优势的丝网印刷激光直接制版设备影响,剔除此类产品影响后的 主营业务毛利率 48.93%,且公司处于早期拓展市场阶段,净利率较低;2018 年度公司 主营业务毛利率波动较大,同比增加 21.73pct,主要是受泛半导体系列产品中高度定制 化产品 OLED 显示面板直写光刻自动线系统影响。2019 年后,由于半导体产品目前市场 竞争激烈程度较低,且产品定制化程度较高,公司半导体业务线的产品毛利率高于 PCB 系列产品,2021 年 PCB 系列产品综合毛利率为 38.70%,泛半导体系列产品综合毛利率 为 62.04%。目前,公司主要产品为 PCB 系列产品,半导体产品营收占比处于逐步提升 阶段,未来随着泛半导体业务成为公司另一大发展引擎,预期公司盈利情况进一步改善。

公司各项费用率管控良好,加大研发投入打造核心竞争力。2017-2018 年,公司处于初 创期,公司规模较小,且需大量投入人力与资金进行市场开拓,各项费用率水平较高。 2018 年后,公司渡过初创期,产品获得市场及客户的认可,且随着公司加强对费用率的 管控,叠加规模效应逐步显现,公司各项费用率均控制在较低水平,因此净利率与毛利 率之间的差值逐步缩小,且净利率趋向稳定。2021 年以来,根据公司战略规划节奏,公 司员工人数增加以开拓新产品市场,且新厂区运营费用增加,导致销售费用率、管理费 用率小幅上升,但仍保持在小于 10%的低位水平。各项费用率中,公司研发费用率始终明显高于其它各项费用率,主要原因是技术创新为公司保持竞争优势的关键,公司在研 发方面保持较大的投入,2017-2021 年研发费用 CAGR 达 70%,2021 年研发费用达 0.56 亿元,同比增长 66.54%,2022 年 H1 研发费用达 0.42 亿元,同比增长 84.24%。截至 2022 年 9 月末,公司累计获得授权专利 128 项,并荣获“合肥市知识产权示范企业”称 号。其中发明专利 56 项,实用新型专利 67 项,外观设计专利 5 项。此外,公司还拥有 软件著作权 14 项。通过持续的自主研发,公司已形成了系统集成技术、光刻紫外光学及 光源技术、高精度高速实时自动对焦技术、高精度高速对准多层套刻技术、高精度多轴 高速大行程精密驱动控制技术、高可靠高稳定性及 ECC 技术、高速实时高精度图形处理 技术等一系列直写光刻关键技术,进一步巩固和提升了核心技术优势。

2 PCB 业务:下游细分赛道景气度高,公司产品竞争力强劲

2.1 PCB 应用场景广泛,汽车电子、服务器等下游景气度高

PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)种类繁多,应用场景广泛。PCB 是承载电 子元器件并连接电路的桥梁,不仅能提供集成电路、半导体器件等各类电子元器件固定、 装配的机械支撑,而且能完成各种电子元器件之间的布线和电子连接或电绝缘,提供所 要求的注入特性阻抗等电气特性,并为自动焊接提供阻焊图形,为电子元器件插装、检 查以及维修等一系列工序提供识别字符和图形,因此被称为“电子产品之母”。其广泛 应用于通讯电子、消费电子、计算机、汽车电子、工业控制、医疗器械、国防及航空航 天等领域。根据基材材质的柔软性,PCB 可以分为刚性板、柔性版、刚柔结合板,此外 还有特殊的 IC 载板。

刚性板:由纸基或玻璃布,预浸酚醛或环氧树脂制成,具有一定刚性不易弯曲,能 为电子元件提供支撑。根据导电图形层数的不同,可以分为单层板、双面板、多层 板。

柔性板:是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性,绝佳的可挠 性(柔性)印制电路板,具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。

刚柔结合板:将柔性板和刚性板层压在一起,通过孔金属化工艺实现刚性印刷电路 板和柔性印刷电路板的电路互通,柔性部分可以弯曲,刚性板部分可以承载重的器 件。

IC 载板:又称封装载板或封装基板,用于承载 IC,内部布有线路用以导通芯片与 电路板之间讯号,除了承载的功能之外,IC 载板还有保护电路、专线、设计散热 途径、建立零组件模块化标准等附加功能。


PCB 市场稳步增长,中国大陆为 PCB 核心市场。受终端需求复苏、原材料价格大幅上 涨、技术升级等多方面因素影响,据亿渡数据统计,2021 年全球 PCB 产值约为 705.10 亿美元,同比增长 8.11%,预计 2022 年同比增长率达到 6.40%。从中长期看,随着通 信、服务器、数据存储及新能源等领域需求的持续拉动,进一步抵消了消费电子下滑对 PCB 行业的影响,全球 PCB 行业将呈现稳定增长的趋势,亿渡数据预计 2026 年全球 PCB 产值将达到 912.77 亿美元,2021-2026 年全球 PCB 产值复合增长率约为 5.30%。2021 年,中国大陆 PCB 行业产值继续扩张,达到 373.28 亿美元,同比增长 6.50%。2016 年 至今,中国大陆 PCB 产值规模占全球的比例始终保持在 50%以上。据亿渡数据预计, 2021 至 2026 年中国大陆 PCB 产值将以 5.43%的年均复合增长率增长,2026 年将达到 486.18 亿美元,占全球产值的比重将达到 53%。

PCB 下游应用领域加速拓展,汽车电子、服务器领域增速领跑。PCB 下游应用领域广泛, 根据Prismark统计数据,2021年PCB下游应用领域占比最高的是智能手机,达到19.9%; 其次是个人计算机,占比约为 18.5%,其他下游领域 PCB 市场规模较大的是其他消费电 子、汽车电子、服务器。随着新能源汽车放量以及全球云计算的高速发展,给予了 PCB 新的增量空间。据 Prismark 预测,应用于汽车电子和服务器的 PCB 产值到 2026 年将分 别达到 117.70 亿美元与 125.74 亿美元,2021-2026 年均复合增长率分别为 7.5%与 10.0%。

汽车电动化、智能化加速,带动单车 PCB 价值量提升。在电动化、网联化、智能化、共 享化的汽车新四化进程中,汽车电子的整车占比持续提升,具体体现在:(1)汽车智能 化进程推进 ADAS 渗透率和自动化程度不断提升,全面提升汽车电子化程度;(2)电动 化浪潮下新能源汽车加速渗透,根据 EVTank 预测,2030 年新能源汽车渗透率达到 50% 左右。据中投顾问产业研究中心,汽车电子在紧凑型乘用车成本中的占比达到 15%,中 高端乘用车占比达 28%,混合动力乘用车占比达 47%,纯电动乘用车占比达 65%;(3) 防抱死制动系统(ABS)、电子稳定控制系统(ESC)、倒车影像系统等部分原用于中高 端车型的汽车电子零部件加速向中低端车型渗透。PCB 为汽车电子的重要底座支撑,汽 车电子渗透率不断提升,有望持续拉高汽车 PCB 需求。


服务器升级换代,促进 PCB 快速放量。以 5G、云计算为代表的新型应用带来海量数据 存储和计算需求,倒推上游数据中心扩容。根据艾媒咨询数据,2016 至 2021 年全球 IP 流量从 96,054BP 增长至 278,108BP,年均复合增速达到 23.69%。PCB 作为基础部件, 有望随着服务器市场景气度回升,迎来高速成长:服务器算力的提升主要依靠 CPU、芯 片组和总线(以 pcle 总线为主),PCB 是 pcle 总线的关键组件,高等级的总线标准要求 的高传输速率需要 PCB 层数和基材的支持,即 PCB 层数需要不断增加,PCB 基材的介电 损耗需要不断降低,因此服务器平台的升级往往会提高对于 PCB 技术的要求。

服务器平台转型推动服务器 PCB 层数由低到高,未来将在 16 层以上:要保证运算 效率和传输速度,需要对 PCB 的设计和结构进行优化。随着 PCB 的层数增加,可供走线的空间加大,灵活性增加,从而达到电路阻抗、高效走线的目的,提高信号的 传输速度。

服务器 PCB 层数增加推动价格升高,同步推动产值增长:更高层 PCB 的单价将大 幅提升,根据 Prismark 数据显示,截至 2019 年,8-16 层 PCB 板平均价格为 460 美 元/平方米;18 层以上 PCB 板平均价格将达到 1466 美元/平方米,价格增长幅度为 219%,Prismark 预计 2021-2026 年全球服务器 PCB 的产值从 78.12 亿美元提升至 125.74 亿美元,2021-2026 年 CAGR 为 10.0%。

2.2 行业高端化趋势凸显,直接成像技术适配中高端需求

中高端 PCB 产品需求提升,促进 PCB 产品结构升级。随着 5G 通信、云计算、大数据、 人工智能、电动汽车等新技术、新应用不断涌现,PCB 产业逐渐向高密度、高集成、细 线路、小孔径、大容量、轻薄化的方向发展,多层板、HDI 板、柔性板等中高端 PCB 产 品市场份额不断提升。2021 年全球 PCB 产品中多层板产值占比为 38.6%,IC 载板产值 占比为 17.6%,柔性板产值占比为 17.5%,HDI 板产值占比为 14.7%;目前,我国 PCB 市场产品以单双层板、普通多层板等中低端产品为主,占比达 63.1%,HDI 板、IC 封装 基板、柔性板等中高端产品的产值占比较低,根据 Prismark 预测,2025 年 HDI、柔性 板、类载板等产品占比将提升至 52.6%,而中高端 PCB 是直接成像设备的主要应用领 域。随着下游客户进一步优化产品结构,提升高端 PCB 产品占比,往汽车、存储器、服 务器等 PCB 板转型,促进 PCB 曝光设备的更新换代,拉动行业需求。


中高端 PCB 产品曝光精度要求提升明显,IC 载板代表 PCB 光刻最高水平。根据台湾电 路板协会(TPCA)发布的台湾 PCB 产业技术发展蓝图,2021 年中高端 PCB 产品的曝光 精度要求较 2019 年将具有明显的提升,其中多层板最小线宽从 40μm 提升至 30μm; HDI 板最小线宽从 40μm 提升至 30μm;柔性板最小线宽从 20μm 提升至 15μm;IC 载 板最小线宽从 8μm 提升至 5μm。

PCB 曝光工艺分为直接成像工艺和传统曝光工艺。PCB 的制造过程包括 CAM 设计、曝 光、显影、蚀刻等多道工艺。其中曝光工艺中的线路层曝光、阻焊层曝光均需使用光刻 技术。根据曝光时是否需要底片,PCB 光刻技术可分为直接成像工艺和传统曝光工艺。 直接成像(DI)是指计算机将电路设计图形转换为机器可识别的图形数据,并由计算机 控制光束调制器实现图形的实时显示,再通过光学成像系统将图形光束聚焦成像至已涂 覆感光材料的基板上,完成图形的直接成像和曝光。根据发光元件的不同,直接成像可 进一步分为激光直接成像(LDI)和非激光的紫外光直接成像。

直接成像优势众多,替代传统曝光工艺成为主流技术。随着 PCB 下游应用市场如智能手 机、汽车电子等电子产品向大规模集成化、轻量化、高智能化方向发展,PCB 制造工艺 要求不断提升,对 PCB 制造中的曝光精度(最小线宽)要求越来越高,多层板、HDI 板、 柔性板及 IC 载板等中高端 PCB 产品的市场需求不断增长,从而推动了直接成像技术发 展不断成熟。直接成像设备凭借优异的曝光精度及良率、高效的生产效率以及不断下降 的设备成本,在中高端 PCB 产品制造中已经得到了广泛的应用。与传统曝光技术相比, 直接成像设备具备无需使用底片,实现曝光工艺的绿色化生产、生产周期短、减少人工 环节,通过联机自动化系统实现智能化生产等多方面优势。

竞争格局:直接成像设备技术壁垒高筑,芯碁微装逐步实现进口替代及设备出口。PCB 直接成像设备由多个系统组成,设备生产工艺复杂,技术壁垒高。目前行业主要参与者 包括以色列 Orbotech、日本的 ORC、ADTEC、SCREEN 以及芯碁微装、江苏影速、天津 芯硕、中山新诺、大族激光等企业。由于我国 PCB 直接成像技术发展起步较晚,以 Orbotech、ORC 为代表的国外企业占据主要市场份额,近年来,我国企业不断加大研发 投入,技术水平有所突破,以芯碁微装为代表的国内PCB直接成像设备厂商在最小线宽、 对位精度、产能等核心性能指标方面,已经能够与国外厂商进行市场竞争,并且凭借产 品性能及本土服务优势,开始逐步实现进口替代及设备出口。

2.3 公司 PCB 业务高速增长,产品竞争力强劲,客户资源丰富

公司 PCB 业务快速增长,产品降价抢占市场导致毛利率下滑。公司提供全制程高速量产 型直接成像设备,最小线宽涵盖 6μm-75μm 范围,成为国内少数在光刻技术领域里拥有 核心技术,并能积极参与全球竞争的PCB直接成像设备供应商。公司不断丰富产品矩阵、 开拓新客户与深耕老客户,推出 MAS、RTR 自动线系统等新产品,2021 年公司 PCB 业 务实现营收 4.15 亿元,同比增加 47.61%。盈利能力方面,公司毛利率从 2018 年的 53.0% 下降至 2021 年的 38.7%,主要原因是新产品在生命周期早期,毛利率略高,随着逐渐 量产,下游客户采购量提升,公司给予部分客户批量采购价格,此外,公司于 2021 年下 半年开始推广中阶产品(精度 30-40μm),整体毛利率略微下滑。未来,预计公司降本 增效以及进一步夯实高阶产品(12-15μm)的竞争力,毛利率将维持在 40%左右。


公司 PCB 业务产品矩阵持续拓宽。公司是国内直接成像设备的主要供应商之一,产品主 要应用于 HDI、FPC 等中高端产品的线路层曝光,近年来公司也在持续推动直写光刻设 备在 PCB 阻焊层的产业化应用。直写光刻设备在 PCB 阻焊工艺中具备良好的应用前景: 随着半导体器件的小型化、精密化发展,PCB 焊盘阻焊桥制作空间减小,对阻焊层曝光 的精度要求随之提升,传统的菲林绿油曝光精度难以满足要求,从而为直写光刻设备的 市场渗透提供了机遇。2022 年 9 月,公司向特定对象发行股票募集资金以开展直写光刻 设备产业应用深化拓展项目,深化拓展直写光刻设备在 PCB 阻焊层的应用。公司直接成 像设备根据发光元件的不同,分为激光直接成像(LDI)设备和紫外 LED 直接成像设备 两类。主要产品如下:

激光直接成像设备:

MAS12/MAS15/MAS25/MAS35:适用于 IC 封装载板、HDI 板、软板/软硬结合 板、多层板量产的数位成像系统,采用 DMD 技术,可分别实现±8、±8、±10、±10μm 的对位精度和 12、15、25、35μm 的高度解析。

FAST35:一款高产能,占地尺寸小的高性能直接成像 LDI 解决方案,适用多种靶 点、多种涨缩模式和多种变形模式,采用高速运动平台,并结合高精度的成像和定 位系统,为 PCB 黄光制程提供解决方案。最高产能 420 面/小时,对位精度±10μm, 可实现 35μm 的高度解析。

RTR15/25/35:采用高精度的成像和定位系统结合卷对卷上下料系统,为 FPC 软 板制程提供解决方案,可分别实现±8μm、±10μm、±12μm 的对位精度,和 15μm、 25μm、35μm 的高度解析。

紫外 LED 直接成像设备:

NEX-60、NEX-60W、NEX3T、NEX-3TW:新一代高性能防焊 DI 直接成像系统, 采用大功率曝光光源设计、三波段光源,结合高精度成像和定位系统,为阻焊制程 提供解决方案。

DILINE-MAS/DILINE-NEX/DILINE-FAST35:直接成像联机自动线,为自动化 和智能化 PCB 工厂提供解决方案,适用于 IC 封装载板、类载板、软板/软硬结合板、 HDI 板、多层板和单双面板等。

公司 PCB 直接成像设备具备国际竞争力。公司把握下游 PCB 制造业的发展趋势,先后 开发了一系列 PCB 直接成像设备,在最小线宽、对位精度、产能等设备核心性能指标方 面处于国内领先,能够积极参与全球竞争,并不断凭借性价比及本土服务优势脱颖而出, 产品市场渗透率快速增长。

在最小线宽 10μm 左右的线路曝光工艺的直接成像设备中,公司的 MAS6 设备最小 线宽为 6μm,对位精度为 5μm,产能效率为 72 面/hr,与以色列 Orbotech 的 ParagonUltra 300、无锡影速的 IC250 及天津芯硕的 Mars 9P 等国内外知名企业设备相比,可达到最小线宽、对位精度持平或更优。

在最小线宽 35μm 左右的线路曝光工艺的直接成像设备中,公司的 MAS35 设备,在 最小线宽指标方面以 35μm 落后于台湾川宝科技的竞品,领先于江苏影速的竞品, 并与其他可比公司的竞品处于同一水平;在对位精度指标方面,公司以 12μm 领先 江苏影速的竞品,与天津芯硕、中山新诺的竞品处于同一水平,落后于日本 ADTEC、 台湾川宝科技的竞品;在产能效率指标方面,公司以 480 面/hr 领先所有可比公司 的竞品。 同样根据最小线宽、最小焊桥等主要技术参数对比,公司其余线路及阻焊曝光工艺的直 接成像设备与国内外同类企业持平,部分指标甚至超过国内外同类企业,技术水平处于 行业第一梯队。

3 泛半导体业务:行业高景气,公司直写光刻设备国内领先

3.1 应用场景:IC 制造+掩膜版制版+先进封装+FPD 制造

泛半导体领域的光刻技术分为直写光刻和掩膜光刻。掩膜版,又称光罩或光掩膜,是微 电子制造过程中的图形转移工具或母版,用于下游电子元器件行业批量复制生产。根据 是否使用掩膜版,光刻技术主要分为直写光刻和掩膜光刻:

掩膜光刻:是由光源发出的光束经掩膜版在感光材料上成像。具体可分为:(1)接近式光刻;(2)接触式光刻;(3)投影式光刻。其中投影式光刻技术通过投影的 原理能够在相同尺寸掩膜版的情况下获得更小比例的图像,从而实现更精细的成像, 在掩膜光刻技术中最为先进。

直写光刻:是计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上, 无需掩膜直接进行扫描曝光,也称无掩膜光刻。根据辐射源的不同可分为:(1)光 学直写光刻,如激光直写光刻(芯碁微装布局领域);(2)带电粒子直写光刻,如 电子束直写光刻、离子束直写光刻。


泛半导体领域光刻技术主要有四大应用场景:1)IC 前道制造:投影式掩膜光刻技术发 展成熟,激光直写光刻技术还无法满足高端需求。2)FPD 制造:投影式掩膜光刻技术为 FPD 高世代产线的主流技术,激光直写光刻技术能够满足低世代产线需求。3)IC、FPD 掩膜版制版:直写光刻技术为主流技术。4)IC 后道先进封装:掩膜光刻技术为主流技 术,激光直写光刻技术前景广阔。

3.2 泛半导体细分市场高景气,持续带动设备需求

半导体市场增长迅速,半导体设备增长动力充足。全球半导体市场增长迅速,根据 WSTS 数据,2021 年全球半导体销售额为 5559 亿美元,同比增长 26.2%,中国作为全球最大 的半导体市场,全年销售额 1925 亿美元,同比增长 27.1%。作为半导体产业链的核心 上游,半导体设备增长动力充足,根据国际半导体产业协会 SEMI 数据,2021 年全球半 导体设备市场规模首次突破千亿美元,达到 1026.4 亿美元,同比增长 44.18%,同时, 随着半导体产业的第三次转移,2021 年中国大陆半导体设备市场规模为 296.2 亿美元, 同比增长 58.2%。

3.2.1 IC 前道制造:集成电路增速快,公司直写光刻设备实现产业化

集成电路为主要半导体产品,推动 IC 制造领域光刻设备需求。全球半导体的销售以集 成电路为主,2021 年集成电路销售额在半导体产品的占比超过 80%。中国集成电路产 业同样保持快速增长态势,根据中国半导体行业协会 CSIA 统计,2021 年中国集成电路 产业销售额首次突破万亿元,为 10458.3 亿元,同比增长 18.2%。 光刻技术:投影式掩膜光刻技术发展成熟,激光直写光刻技术还无法满足高端需求。投 影式光刻技术能够同时实现高精度和高效的大批量生产,符合 IC 产业化大规模生产的需 求;激光直写光刻技术受限于激光波长,在光刻精度上不及带电粒子直写光刻技术,还 无法满足高端半导体器件制造的需求。

竞争格局:海外企业垄断掩膜光刻设备市场,芯碁微装能够实现直写光刻设备的产业化。目前 IC 制造掩膜光刻设备市场被荷兰 ASML、日本 Nikon、Canon 所垄断,其中荷兰 ASML 处于全球领先地位,国内厂商仅有上海微电子等企业能够实现投影式光刻设备的产业化; 在直写光刻领域,芯碁微装、天津芯硕等国内企业能够实现直写光刻设备的产业化,国 外竞争对手主要包括德国 Heidelberg 等。


3.2.2 FPD 制造:OLED、mini/micro LED 技术趋势凸显,公司低世代直写光刻设备 已通过产线验证

FPD 市场稳中有升。全球 FPD 市场规模多年保持稳定增长,根据 Mordor Intelligence 统 计,2017-2021年全球FPD市场规模从1244亿美元提升至1451亿美元,CAGR为3.9%, 预计 2023 年达到 1579 亿美元,2021-2023 年 CAGR 为 4.3%。FPD(平板显示器)根 据显示媒质和工作原理可分为液晶显示(LCD)、等离子显示(PDP)、电致发光显示(ELD)、 有机电致发光显示(OLED)、场发射显示(FED)、投影显示等。其中 LCD 与 OLED 技术为 FPD 行业的主流显示技术,占据行业绝大部分产值。 OLED 技术趋势凸显。OLED 根据驱动背板可以分为有源驱动(AMOLED)和无源驱动 (PMOLED),其中 PMOLED 的驱动方式较为落后,难以实现高分辨率、大面积和高亮 度,仅能用于较低端的小屏幕产品;AMOLED 是目前 OLED 的主流技术,可以对每个像 素精确控制进行驱动。AMOLED 与 LCD 相比,具有厚度薄(≤0.7mm)、无需背光源等 优势,未来,随着 AMOLED 在手机、可穿戴市场上的渗透率提升,市场规模占比将迎来 快速增长。根据观研天下数据预计,全球 AMOLED 产值占比从 2016 年的 14.7%上升到 2022 年的 33.9%,而 LCD 产值占比将从 2016 年的 84.0%降低至 2022 年的 65.2%。

mini/micro LED 趋势凸显,放量空间较大。mini/micro LED 通过微缩化与矩阵化等技 术演变,能够带来比传统 LCD 屏幕更高的亮度、更好的对比度、更逼真的色彩表现,mini LED 背光 TV 在光控效果接近 OLED TV 的同时,弥补了其寿命短、易烧屏等问题,成本 也相对较低,近年来得到极高的市场关注度。2021 年是 mini LED TV 放量元年,海内外 大厂持续推出 mini LED 背光新品,TV 和笔记本电脑市场将大力推动其市场扩容,汽车 和 VR 市场也具备充分的发力空间,mini/micro LED 产品的迅速扩张预计将带来较大的 设备需求。根据 Arizton 预测,全球 mini LED 市场规模将由 2021 年的 1.5 亿美元增长 至 2024 年的 23.2 亿美元,CAGR 高达 149.2%;根据前瞻产业研究院的预测,全球 mini LED 高端电视销售量将从 2021 年的 300 万台增长至 2025 年的 1800 万台,CAGR 高达 56.5%;据 DSCC 预测,其他 mini LED 背光 LCD 终端产品年销售量将在 4 年内升至近 2000 万台。


光刻技术:投影式掩膜光刻技术为 FPD 高世代产线的主流技术,激光直写光刻技术能 够满足低世代产线需求。根据显示面板制造所使用玻璃基板的尺寸不同,显示面板产品 可分为不同世代。FPD 高世代产线均采用掩膜光刻中的投影式光刻技术,其能够同时保 证曝光精度和高效大批量生产,符合产业化需求;直写光刻技术在高世代产线中还未能 实现产业化应用,但在低世代产线中能够实现最小线宽低于 1μm 的光刻精度,可以应用 在小批量、多批次产品的生产以及新产品的研发试制。

竞争格局:高世代产线主要设备厂商为海外企业,芯碁微装推出低世代产线直写光刻设 备已通过产线验证。目前 FPD 高世代产线均采用掩膜光刻技术中的投影式光刻,主要设 备厂家包括日本 Nikon、Canon、美国 Rudolph、上海微电子,其中 Nikon 和 Canon 占据 FPD 高端光刻设备的主要市场份额;在 FPD 低世代产线中直写光刻技术可应用于小批量、 多批次的生产以及新产品的研发试制,由于显示面板背部 Mini/Micro-LED 器件数量繁多 且线间距密集(一般为 50-60μm),在产品制造过程中需要使用高精度和高良率的防焊 工艺,因此直写光刻设备的运用为实现器件高精度并克服面板形貌失真提供了解决方案。 芯碁微装于 2018 年推出低世代产线的 OLED 直写光刻自动线系统(LDW-D1)并成功通 过产线验证,国外竞争对手主要有德国 Heidelberg 等。

3.2.3 掩膜版制版:半导体掩膜版市场稳步增长,FPD 掩膜版国内市场占比提升,公司 产品具备海外竞争力

半导体掩膜版市场稳步增长,FPD 掩膜版国内市场占比持续提升。掩膜版是微电子制造 过程中的图形转移工具或母版,用于下游电子元器件行业批量复制生产,在生产中起到 承上启下的关键作用,是产业链中不可或缺的重要环节。半导体和 FPD 是掩膜版最主要 的两个应用领域:

半导体掩膜版:作为半导体芯片制造的关键材料,半导体掩膜版市场稳定增长,根 据国际半导体产业协会 SEMI 统计,2019-2025 年,全球半导体掩膜版市场规模预 计从 301 亿元增长至 392 亿元,每年同比增长在 3.9%-5.7%之间;同期中国半导 体掩膜版市场规模增速较快,预计从 2019 年的 48 亿元增长至 2025 年的 94 亿元, 每年同比增长在 10.4%-13.2%之间。

FPD 掩膜版:根据 Omdia 数据,2016 年至 2021 年全球 FPD 掩膜版的市场规模从 671 亿日元增至 965 亿日元,CAGR 为 7.5%,受新冠疫情影响,2020 年市场规模 出现下滑,随后继续稳步提升,预计 2022 年市场规模将增长至 1026 亿日元。此外, 中国大陆 FPD 掩膜版市场规模在全球的占比持续提高,从 2016 年的 26%快速增长 至 2021 年的 54%,2022 年有望达到 58%,持续带动国内掩膜版设备需求。

光刻技术:直写光刻技术为主流技术。直写光刻技术容易修改且制作周期较短,是目前 泛半导体掩膜版制版领域的主流技术,其中,激光直写光刻技术主要应用于 FPD 掩膜版 制版及 IC 制造所需的中低端掩膜版制版领域;带电粒子直写光刻技术能够实现更高的光 刻精度,主要应用于高端 IC 掩膜版制版领域。 竞争格局:主要设备企业为海外公司,芯碁微装产品具备海外竞争力。掩膜版制版的主 流设备——激光直写光刻设备的主要企业为瑞典 Mycronic(全球领先)、德国 Heidelberg 等。国内企业中,芯碁微装、江苏影速、天津芯硕等能够实现产业化,其中芯碁微装在 激光掩膜版制版领域的关键技术指标已经能够与德国 Heidelberg 进行竞争。

3.2.4 先进封装:IC 后道先进封装趋势明显,激光直写光刻技术前景广阔

IC 后道先进封装趋势明显。随着半导体技术变迁趋缓,采用晶圆级封装(WLP)、3D 封 装、硅通孔(TSV)等先进封装技术成为 IC 芯片实现更小尺寸、更低成本、更高性能的 有效手段。根据全球半导体研究机构 Yole Developpement 测算,2021 年全球先进封装 市场规模为 321 亿美元,2025 年将达到 420 亿美元,2027 年将达到 572 亿美元,中期 来看 2021-2025 年 CAGR 为 7.0%,长期来看 2025-2027 年 CAGR 为 16.7%。 光刻技术:掩膜光刻技术为主流技术,激光直写光刻技术前景广阔。掩膜光刻技术为 IC 先进封装领域的主流技术,但是,由于掩膜光刻在对准的灵活性、大尺寸封装以及自动 编码等方面存在局限性,据全球半导体研究机构 Yole Developpement 预计,在 IC 先进 封装领域的激光直写光刻技术将在未来三年内逐步成熟并占据一定的市场份额。 竞争格局:主要设备厂商为海外企业。掩膜光刻主要设备厂商有日本 ORC、美国 Rudolph 等欧美日企业,我国主要布局企业为芯碁微装、上海微电子等。近年来,日本 SCREEN、 USHIO 等泛半导体光刻设备厂商已经成功研制出用于 IC 先进封装的激光直写光刻设备。


3.3 公司泛半导体业务量利双升,产品具备国际竞争力

公司泛半导体业务量利双升。2018 年公司泛半导体业务收入激增主要由于单笔大额订单 所致,具体是向国显光电(维信诺下属公司)销售 OLED 显示面板直写光刻自动线 1 套, 金额为 2991.45 万元,占比达 91%。近年来,公司不断开拓客户资源和应用市场,通过 良好的技术和本地化服务优势与半导体大客户建立战略合作,根据客户需求开发高效、 高稳定性、小型化设备,具有较高的客户黏性,同时,推动产品更新换代,提前布局阻 焊、引线框架、mini/micro LED 用设备,泛半导体设备销量大幅提升,2021 年公司泛半 导体业务实现营业收入 5562.04 万元,同比增加 393.5%,实现毛利率 62.04%,同比增 加 5.93%。未来,公司将逐步探索先进封装、OLED 显示面板高世代线等领域,进一步 打开市场空间。

公司泛半导体直写光刻设备具备国际竞争力。在掩膜版制版激光直写光刻设备中,公司 的 LDW350 设备的最小线宽为 350nm,套刻精度为 150nm,产能效率为 280mm2 /min, 与德国 Heidelberg 的 DWL-4000-I 设备相比,具有更小的线宽,更高的套刻精度和产能 效率,从关键指标来看公司已经能够与业内知名企业进行竞争。同样,根据设备主要技 术参数对比,公司 IC 制造直写光刻设备、OLED 显示面板制造光刻设备等产品,也逐渐与行业头部企业缩短差距。在 IC 制造直写光刻设备中,公司的 MLC600 设备在最小线 宽、套刻精度以及 CD 均匀度指标方面落后于德国 Heidelberg 的 DWL66+(HiRes)设备, 但产能效率远高于该竞品;在 OLED 显示面板制造光刻设备中,公司的 LDW700 设备的最 小线宽优于德国 Heidelberg 的 MLA300 设备,但由于最小线宽、套刻精度等指标与产能 效率存在一定的反比关系,公司设备为实现更精细的最小线宽,在套刻精度与产能效率 上落后于该竞品。

公司客户资源丰富。2021 年,公司依托直写光刻技术领域的技术及品牌优势,充分利用 泛半导体市场快速增长带来的发展机遇,成立泛半导体事业部,全力支撑泛半导体产品 研发、生产及销售,与半导体大客户建立战略合作,迅速开拓了 IC 载板、先进封装、引 线框架、新型显示等市场。目前,公司积累了华天科技、炬光科技、广芯封装基板、维 信诺、辰显光电、佛智芯、矽迈微、生捷电子、立德半导体、龙腾电子、华芯中源、泽 丰半导体、亘今精密等企业级客户;IC 载板领域拓展了上达电子、日翔股份、浩远电子、 维信电子、明阳电路、深南电路等公司。

4 光伏铜电镀:切入光伏蓝海,打开成长天花板

4.1 HJT 为下一代电池片主流技术,优势众多、潜力巨大

“降本增效”是行业发展主旋律,新一代电池技术发展正当时。降低度电成本和提高光 电转化效率是光伏电池片厂商最核心的要求,也是光伏电池技术变革最关键的方向。目 前光伏电池片技术路线中 PERC 为主流技术,2021 年市场占比达 90%以上,转换效率 已达 24.5%,十分接近理论极限;TOPCon 电池和 HJT 电池是下一代光伏电池发展方向, TOPCon 电池通过形成隧穿氧化层达到更高的界面钝化从而提高效率,异质结则是通过 在 P-N 结之间插入本征非晶硅层进行表面钝化来提高转化效率。目前,PERC 的量产效 率难以进一步突破,而 TOPCon 电池和异质结电池理论极限转换效率分别达到 28.7%和 27.5%,且未来提升空间广阔,HJT 还可以采用叠层和钙钛矿等技术,叠加后最高效率 有望提升至 30%以上。


HJT 优势众多,具备长期发展潜质:

1)HJT 电池可避免 LID 光致衰减和 PID 电位诱导衰减。光伏组件的衰减越少,发电效 率越高,能够高效使用更长时间。主流的 PERC 电池为 P 型电池,掺杂硼,光照或者电 流注入会使硅片中的硼与氧结合形成硼氧复合体,造成硅片中少子的寿命降低,产生 LID 衰减;而 HJT 电池为 N 型电池,硅片掺杂磷,从根本上避免了 LID 衰减。此外,PID 衰 减主要因为高电压的作用下,组件电池的封装材料和组件表面层的材料出现离子迁移现 象,而导致衰减。PERC 电池运行过程中大量电荷聚集在电池片表面,加剧表面钝化,令 电池片的填充因子、开路电压及短路电流降低,产生 PID 衰减。HJT 电池的表面沉积了 有导电性的 TCO 薄膜,电荷不会在电池表面极化,从结构上避免了 PID 衰减。

2)HJT 电池温度系数优于 PERC、TOPCon,输出功率稳定:光伏电池温度系数是影响 发电量的重要因素。温度上升使电池的电阻升高,开路电压下降,输出功率随之降低。 温度系数绝对值低的电池受升温的影响小,输出功率更加稳定。现阶段,PERC 电池温度 系数通常为-0.45%~-0.35%/℃,TOPCon 电池温度系数通常为-0.29%~-0.28%/℃,而 HJT 电池温度系数一般为-0.25~-0.2%/℃,意味着在大于 25℃的条件下,环境温度每升 高 1℃,HJT 组件的输出功率降低基准值的 0.25%~0.2%,在高温运行中具有发电增益, 比 PERC 电池和 TOPCon 电池的输出功率更稳定。

3)HJT 电池结构对称,双面率高:双面率指光伏组件背面功率与正面功率的百分比, 双面率高的光伏组件背面发电量增益更高。HJT 电池在单晶硅片两面分别沉积氢化本征 非晶硅薄膜、掺杂层、TCO 与电极,具有双面对称性,两面受光照后均可发电,可以制 备双面组件,双面率超 95%,相比单面组件,其发电能力更强。

4)HJT 电池适合薄片化发展,降低硅片成本:HJT 电池片结构对称,使得制备过程中 的机械应力减小,硅片的碎片率更低;同时,由于 HJT 采用 200°C 以下的低温制备工艺, 能够减少高温带来的硅片的热形变,使得薄片化电池的良品率更高。此外,HJT 电池在 硅片厚度从 200μm 降到 100μm 的情况下,短路电流下降,开路电压上升,效率能够基 本维持不变,因此 HJT 电池更适合薄片化发展,可以降低电池硅耗。

5)HJT 转换效率高:目前,PERC 的量产效率已逼近理论效率极限,而 TOPCon 电池和 HJT 电池理论极限转换效率分别达到 28.7%和 27.5%,此外,HJT 可以采用钙钛矿叠层 等技术,叠加后最高效率有望提升至 30%以上。根据我们的电池片、组件效率统计,目 前国内 HJT 电池片、组件的实验室最高效率分别为 26.50%和 23.68%,量产最高效率 分别为 25.05%和 23.00%,不论是实验室效率还是量产效率,均已高于相应产线上 PERC 和 TOPCon 的最高转换效率。

6)HJT 制备流程短,利于产业化:HJT 电池生产主工艺仅有 4 步,即清洗制绒、非晶 硅薄膜沉积、TCO 镀膜、丝网印刷,核心为各层薄膜的沉积。相较于 PERC、TOPCON 的 10+道工艺步骤,HJT 的工艺流程明显简化,降低了工艺控制的复杂程度和产业化的难 度,可以提高电池片良率和生产效率且降本提效空间大。

4.2 高成本限制 HJT 大规模量产,电镀铜为重要降本方式

高成本是限制 HJT 大规模扩产的主要因素。HJT 产线与现有 PERC 产线不兼容,只能新 建生产线,目前单 GW 的 HJT 产线设备投资额约 4~4.5 亿元,达 PERC 的 3 倍以上。另 外,PERC 与 TOPCon 电池制备均采用高温银浆,而 HJT 使用低温银浆且为双面结构, 正反面均需银浆,低温银浆相较于高温银浆,国产化率低,价格偏高,根据中科院电工 所数据,HJT 电池使用的低温银浆较高温银浆溢价为 2000 元/千克。HJT 非硅成本占比 达 51%,PERC 仅为 42%,HJT 电池非硅成本中,银浆成本占比高达 59%。HJT 具有工 艺流程短、低衰减、输出功率稳定、转换效率高等优点,目前还处于产业化初期,一旦 成本问题得以解决,将很快迎来爆发式增长。


HJT 非硅成本占比高于 PERC,降低非硅成本是 HJT 降本的关键。未来 HJT 降本主要 依靠硅耗减少、设备降本、靶材国产化、银浆降本来实现。而随着 HJT 生产规模扩大, 相应产业链成熟度提高,设备生产、靶材生产的规模化、国产化效应显现,叠加硅片薄 片化、大尺寸化趋势,HJT 未来进一步降本的关键将落在银浆降本。

1)硅片降本:HJT 适合硅片薄片化发展,可大幅降低硅成本。HJT 的对称结构使得其制 备过程中产生的机械应力更小,碎片率更低,同时 HJT 的生产采用低温工艺,制备温度 在 200℃,过程中硅片不易发生翘曲,良率较高。传统的 PERC 电池硅片厚度降低后会 导致转换效率降低,甚至发生短路,而 HJT 得益于其较低的表面复合,硅片变薄后短路 电流下降,开路电压上升,转换效率维持稳定,这使得 HJT 技术更加契合硅片薄片化发 展。

2)设备降本:国产化+规模化,设备投资额有望下降。HJT 技术发展早期,产线设备以 进口为主,单 GW 设备投资额高达 10 亿元,2019 年起部分电池厂商开始选用国产设备, 现阶段 HJT 产线设备单 GW 投资额已降至 4-4.5 亿元。随着未来国产设备替代的推进与 国内设备规模化提升,HJT 的设备投资成本有望下降。

3)靶材降本:国产化有望大幅降低靶材成本。靶材是 TCO 薄膜生产的核心材料,材料 和制造工艺存在技术壁垒,目前主要采用 ITO、SCOT、IWO、ICO 四种靶材。在靶材国 产化方面,目前国内先导、映日等企业 ITO 靶材已较为成熟,SCOT 靶材正在研发。此外,IWO 靶材方面,壹纳光电已实现国产。在相同的靶材规格下,采用国产靶材可将成 本降低 50%以上。

4)银浆降本:技术路线多样,电镀铜技术优势显著。金属化高成本是制约 HJT 发展的 最大因素。区别于 PERC 和 TOPCon,HJT 使用的是低温银浆,成熟度较低,主要依赖进 口,比高温银浆成本更高,目前银浆降本具有多种技术路线:

多主栅技术(MBB):通过增加主栅数量,在不影响电池遮光面积的情况下降低主栅 宽度,从而降低了银浆耗量,同时缩短了电流在栅线上的传导距离,使得电阻损耗 的影响更小。根据迈为股份的公告,目前 MBB 技术可将银耗量节省至 128mg/片。

无主栅技术(SMWT):无主栅技术(SMWT)采用铜线收集电流,把低温合金包覆 的铜丝直接贴附到 TCO 上,形成欧姆接触。SMWT 消除了主栅,优化了细栅的宽度 和间距,铜线可以减少 30%的有效遮光面积和电阻损失。无主栅技术能够使组件总 功率提高 3%,银材料用量减少 80%,实现 HJT 电池 100mg/片以下耗量。但无主 栅技术在组件环节需要新增/改造复合机、串焊机、层压机设备,增加了封装膜材料、 焊带等成本,目前仍在验证阶段。

银包铜技术:仍然采用丝网印刷,或为过渡技术。银包铜技术是在铜的表面包裹银 粉来调节浆料中的铜、银比例,再通过低温工艺使得铜作为导电材料,降低银浆用 量。目前银包铜技术已经通过了电池端和组件端的验证,专家预计 22 年年底前将会 有电站端的验证结果。根据华晟新能源的数据,银包铜技术能够将银含量从 90%降 低至 50%,未来极限为含银量 30%,但当铜占比较高时会导致电池片效率下降以 及铜外露氧化的问题。

电镀铜技术:电镀铜技术可代替丝网印刷,解决成本痛点。现阶段 N 型电池采用传 统的“银浆+丝网印刷”栅线制造工艺,由于成本较高,制约了其大规模产业化发展。 而铜电镀工艺,用“LDI 曝光+电镀”替代传统丝网印刷工艺,不仅能够实现“以铜 代银”,而且还能有效缩小栅线宽度,有效降低光伏电池片成本,具有广阔的市场 发展空间。电镀铜技术通过电解原理在 TCO 层沉积金属铜制作铜栅线,并覆盖其它 金属合金,来收集光伏效应产生的载流子,实现对银浆丝网印刷工艺的替代,不再 需要成本较高的低温银浆与丝网印刷设备。此外,铜栅线更细使得遮光面积更小, 电阻率更低,转化效率强于银浆。

电镀铜技术可解决银浆的高成本问题,推动异质结电池产业化高速发展。成本方面,华 晟已通过与迈为的合作,将单片 HJT 电池纯银浆料的银耗降至 135mg,但即使银浆国产 化后,银浆成本从每公斤 8000 元降至每公斤 6500 元,银浆成本仍占非硅成本的 59%, 显著高于传统 PERC 技术,根据 Solarzoom 数据,PERC 技术中,银浆成本占非硅成本的 33%。而 HJT 银包铜技术若使用 1:1 的银与铜,银浆成本基本可与 PERC 技术打平。电 镀铜技术使用金属铜代替全部的金属银,铜材料价格低廉,并且双面金属化可以同时完 成,电镀铜技术的应用可以在银包铜技术路径的基础上,进一步降低异质结电池成本。 未来电镀银技术成熟度提高后,可以使得异质结电池成本低于 PERC 电池。

纯铜栅线保证高导电性,低线宽减少功率损耗。转换效率方面,采用铜栅线工艺的电池 电阻率更低、栅线线宽小,且栅线平整度高,整体的电池转换效率比原有银栅线提高约 0.2%~0.3%,具有效率优势:

纯铜电阻率低于银浆:由于现有异质结生产工艺中使用的并非是纯银,而是由银粉 与有机载体形成的混合物银浆,电阻率高于纯银,且其中含有的不导电的有机物固 化后附着在电池片表面会进一步提高电阻率,使得银浆的电阻率在 5-10Ω/m。而电 镀铜工艺中使用的铜栅线为纯铜,纯铜的导电率仅次于纯银,且远远超过其它所有 金属,制成铜栅线后电阻率为 1.7Ω/m,导电性优于银浆栅线。

铜电镀线宽更小:银浆的流动性会使栅线向两边塌陷,使得传统丝网印刷银栅线的 线宽被限制在 30-40μm。电镀铜工艺中,在铜进行沉积时,会有研磨形成的图形来 紧紧限制铜的宽度,可以使铜栅线保持良好形貌,线宽可以做到 15-20μm。铜栅线 的最小线宽减小,使栅线密度提高,可以较大程度地减少横向电流功率损耗和细栅 线遮光功率损耗,从而减少电极引起的总功率损耗,入射光利用率提高。

铜电镀平整度更高:由于银栅线采用印刷工艺,难以避免栅线表面形成的凹凸坑洼 以及扩散现象。铜栅线为沉积形成,平整度显著提高,且避免了扩散,对电池性能 影响较小。


测试阶段向大规模量产阶段转变过程中,电镀铜工艺尚有较多技术挑战仍需解决。

在工艺端:(1)脱栅问题:由于电镀铜的栅线更细,附着面积更小,导致铜栅比银栅更容易脱落,而栅线脱落后会导致接触不良,影响电池片的正常使用;(2)氧化 问题:银浆不会出现氧化失效问题,而铜暴露在空气中会以较快的速度氧化,生成 氧化铜或者氧化亚铜,从而影响铜栅线的导电性。

在生产端:(1)产能问题:整个工艺流程中,电镀环节目前的效率较低,丝网印刷 机单机每小时能生产 8000-10000 片,而电镀的单机每小时产能只有 3000 片,1GW 产线需要配备 3-4 台机器,效率上有待改善;(2)环保问题:铜电镀涉及电化学过 程,掩膜时需要使用聚合物或者树脂感光胶,在烘烤或者去膜过程中涉及有机排废, 环保方案更为复杂。除技术挑战外,电镀铜且较为复杂的工艺流程对于设备要求较 高,目前电镀铜产业的设备成熟度较低,具备较高工艺水平且可以生产相应设备的 国内厂家较少,成为阻碍电镀铜技术产业化、规模化的重要因素。

4.3 曝光机为 HJT 电镀铜关键设备,未来三年市场规模翻倍增长

多家厂商布局铜电镀技术,试生产后将高速放量。目前国内对铜电镀技术研究最成熟的 为国电投中央研究院。国电投中央研究院在 2017 年成立全资子公司国家电投集团新能 源科技有限公司,开展“高效铜栅线晶体硅异质结(C-HJT)光伏电池研究及量产技术开 发”创新研发课题,进行 C-HJT 技术研发与中试工作,并于 2018 年正式引入 100MW 铜 异质结电池研发中试线设备,同年项目落地南昌。2021 年,公司产品平均转换效率超过 24.5%,达到国际先进水平。2022 年 8 月,公司成功引入战略投资方灵骏新能源,标志 着其自主研发的高效铜栅线异质结光伏电池得到了资本市场的认可,为后续异质结铜电 镀技术的产业化落地奠定基础。国内电池厂商同样持续关注铜电镀技术,爱旭、海源、 晶澳、天合、晶科、爱康、日升、隆基等主流电池厂商均在对铜电镀技术进行研究。目 前行业内已到了进行小批量试生产阶段,海源复材已采购 GW 级含单面微晶及铜电镀 HJT 整线生产设备,可以应用于异质结电池量产。当铜电镀技术在量产线上逐步应用并 体现其高效率与低成本结合的优越性后,预期铜电镀技术将迎来高速放量阶段。

曝光显影为铜电镀的关键工序。HJT 电镀铜制备路线中,前两道清洗制绒和镀膜工序与 传统丝网印刷路线相同,区别在于电镀铜工艺运用图形化和金属化两大工序来代替丝网 印刷: 图形化:使用 PVD 设备在 TCO 层表面溅射一层铜种子层,然后使用油墨印刷机(掩 膜一体机)的湿膜法制作掩膜/喷涂感光胶,印刷、烘干、曝光(曝光机)处理将铜 种子层感光胶上的图形进行曝光显影。 金属化:使用电镀机进行铜电镀,然后使用电镀锌或抗氧化剂等进行处理,去除之 前的掩膜/感光胶、铜种子层,露出原本的 TCO 层,再进行表面处理,即完成整个 电镀铜工序。 在电镀铜技术中,主要增加的技术环节有 PVD 镀种子层、曝光显影、电镀铜,所需主要 设备为 PVD 设备、油墨印刷机(掩膜一体机)、曝光机、电镀机等。其中,铜电镀工艺 需要经过曝光显影才能镀铜,因此曝光显影为铜电镀技术的关键工序,对应的曝光机为 工序中的核心设备,从而为直写光刻设备在光伏领域的应用提供了契机。


4.4 公司直写光刻技术切入电镀铜曝光显影领域,技术赋能逻辑顺畅

公司是国内 PCB、泛半导体领域直写光刻设备龙头厂商,凭借技术优势切入 HJT 铜电 镀曝光显影领域。光伏行业早期使用的曝光机运用掩膜对准式曝光方式,为 UV 光源曝 光,效率较低,曝光一版需要近 10 秒,产能及速度均无法满足量产需求。公司是目前国 内布局曝光显影的龙头厂商,采用激光直写方式,工艺步骤简单,避免了光源曝光时多 套掩模之间的套刻对准环节,更适用于量产。HJT 电镀铜路线中的曝光显影过程所需要 的激光成像技术与公司的传统应用领域无技术区隔,且线宽、线距等要求低于泛半导体 领域,精度要求为微米级。公司在直写光刻领域已积累多年经验,凭借技术优势切入铜 电镀曝光显影环节逻辑顺畅,无技术障碍。

公司的挑战在于设备成本与产能。目前公司掌握的直接成像技术水平较高,采用高速运 动平台,并结合高精度的成像和定位系统,具有显著技术优势,切入电镀铜光伏应用的 挑战主要在于设备成本和产能。为进一步扩展市场空间,满足客户产能需求。 2021 年 3 月,公司在科创板上市,募投项目“高端 PCB 激光直接成像(LDI)设备 升级迭代项目”投资最高,该项目着力于在现有 LDI 激光成像设备的基础上,对技 术进行升级迭代,并拓展原有产能。截止 2022 年 4 月,该项目产线及设备已达到 预定可使用状态并投产,未来产能爬坡完成后,公司将具有年产 200 台 LDI 产品的 生产能力,进一步打开公司 LDI 系列设备产品的市场空间。 2022 年 9 月,公司发布定增预案,在直写光刻设备产业应用深化拓展项目中,公司 预计新增年产 210 台 LDI 设备,其中有部分可以应用于铜电镀工艺,推动公司布局 电镀铜技术、拓宽光伏业务。 现阶段公司 LDI 设备主要应用于 PCB 领域,未来铜电镀产能规模提高后,LDI 现有产能 及技术均可支撑公司拓展光伏铜电镀领域。

目前公司与前几大电池厂均有合作,处于设备验证阶段。在电镀铜工艺的曝光环节,公 司合作的几大电池厂客户如隆基、华晟、国电投、晶澳等都已经进入验证阶段,晶科与 天合等正处于交流推进阶段,随着未来设备验证陆续通过,产品进入量产阶段后将快速 放量。且公司在铜电镀曝光机设备领域具有显著技术优势,未来曝光机快速增长的市场 规模大部分将转化为公司新的发展动力,为公司打开巨大的成长空间。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。「链接」

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页面更新:2024-05-02

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