碳化硅激光切片国产技术突围

激光是作为继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明。激光是指原子受激辐射产生的光,具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性。激光的良好性能使其在工业、通信、医学、军事等领域具备较高的应用高价值。

激光加工是将激光束照射到工件的表面,以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。常见的激光设备主要包括激光切割设备、激光打标设备、激光焊接设备、激光雕刻设备、激光快速成型设备,其它激光设备包括激光美容、激光医疗、激光显示、激光照明、激光测量、激光熔覆、激光通信、激光微加工等。

根据《中国激光产业发展报告》,2020 年中国激光设备市场规模为 692亿元,2010-2020 年 CAGR约21.7%,其中工业是主流应用,2020年中国工业激光设备市场规模为432.1亿元,占比约63%。

根据亿渡数据统计及预测,2021年中国激光市场规模已达到821亿元,较 2020 年增长 17.43%。随着疫情防控政策的调整和制造业的发展,预计 2026年中国激光设备市场规模将达到 1,877.65 亿元。

中国是全球最大激光市场,按照 2020 年激光加工设备销售额和当年平均汇率计算,2020 年全球激光加工设备市场规模为1,200亿元,中国激光加工设备在全球的市场份额约为 36%。

整体来看,我国工业激光设备仍以切割、焊接和打标等宏观加工为主,2021 年占比合计高达 67%。而激光加工设备在半导体和显示12%、精密加工领域仅为9%,随着精细激光微加工技术向更多的应用领域扩展,未来精细激光微加工市场份额将会有很大的提升。

激光精密加工设备市场前景广阔

我国传统的制造业正面临深度的转型升级,高附加值、高技术壁垒更的高端精密加工是其中的一个重要方向。随着高精密加工需求的增加,相关的精密加工技术也随着快速发展,其中激光技术在市场上获得越来越多的认可。

激光精密加工可分为四类应用,分别是精密切割、精密焊接、精密打孔和表面处理。在目前的技术发展与市场环境之下,精密激光加工设备主要应用于半导体及光学、显示、新型电子、新能源以及科研领域。

半导体产品主要包括 LED、集成电路、分立器件、光电子器件等产品大类,被广泛应用于电子及通信领域。其中市场规模占比最大的集成电路(80%以上),激光加工设备在本领域主要应用于集成电路和 LED 芯片的晶圆切割、刻蚀,以及对光学镜头中光学镀膜玻璃的切割处理等方面。

中国集成电路产业结构也逐步从附加值相对较低的封装测试领域向附加价值更高的设计领域转型,2021 年设计业销售额达到 4,519 亿元,同比增长 19.6%;制造业销售额达到 3,176.3 亿元,同比增长24.1%;封装测试业销售额为 2,763 亿元,同比增长10.1%。

随着全球消费电子产业的迅猛发展,激光加工技术在该领域的应用也在不断拓展。电子产品零部件对于精密度、集成度要求极高,各种不同异型、敏感材料的加工都需要高精密度的技术支撑。激光加工也被大量应用在如消费电子用芯片、高分子材料、软硬电路板切割,及各种材料精细打标、特种金属表面处理等环节中。

随着下游电动汽车、新能源发电、工业电源等市场对碳化硅功率器件(MOSFET、SBD)需求的爆炸式增长。激光切片技术(如激光改质切割技术LDK、激光冷切割等)被认为是替代传统金刚石线锯进行碳化硅晶锭切割的下一代核心技术。激光切片能显著提升材料利用率和切割效率,从而降低碳化硅器件的整体成本,这是行业发展的关键瓶颈,目前碳化硅(SiC)激光切片设备正处于从研发验证向规模化量产过渡的早期高速增长阶段。

碳化硅激光切片设备由于该技术商业化时间较短,且多家设备商的销售数据未完全公开,国际传统巨头有日本 DISCO、德国 3D-Micromac、日本 Tokyo Seimitsu (TSK),国内本土领先企业有大族激光、德龙激光、盛雄激光,

2023年全球碳化硅激光切片设备的市场规模预计在1.5亿美元,2024年全球碳化硅激光切片设备的市场规模估计在3亿美元。预计到2028年,该市场有望增长至10亿美元,年复合增长率(CAGR)预计将超过25%甚至更高。

中国作为全球最大的电动汽车市场和碳化硅产能建设地,是这一设备的核心战场。2023年中国市场的占比达30%,预计2024年中国市场占比约35%,到2028年可能占据全球需求的50%。

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