蓝宝石行业报告

蓝宝石行业报告蓝宝石行业调研报告目录第一章蓝宝石行业概况1一、蓝宝石定义\分类\特性\应用领域1二、蓝宝石行业特点分析31.产业进入门槛较高，产业反展基础较弱32.产业分布范围较大，区位因素影响较小3第二章蓝宝石行业技术发展分析4蓝宝石单晶的主要长晶方法介绍41.泡生法42.柴氏拉晶法63.焰熔法74.区融法7二、蓝宝石单晶生长工艺流程图8三、主要生产设备生长炉9第三章蓝宝石行业市场分析10蓝宝石LED市场消费分析10蓝宝石衬底行情10蓝宝石基板、晶棒行情11二、蓝宝石非LED市场消费分析（蓝宝石屏幕）13第四章蓝宝石产业链的运行情况15一、蓝宝石基板：具有优势性的LED最上游原料15下游需求增加，撬动了蓝宝石产品需求的急速增长16三、蓝宝石屏幕，奢华市场潜力巨大16第五章国内蓝宝石厂商近期运营概况17一、东晶电子17二、天通股份17三、大族激光17四、天龙光电18五、晶盛机电18六、水晶光电18七、同方国芯18第六章蓝思蓝宝石晶棒供应商分析19一、蓝思蓝宝石晶棒供应商归纳与分析191.RubiconTechnologyInc192哈尔滨秋冠光电科技有限公司193.重庆四联光电科技有限公司20第0页共21页第一章蓝宝石行业概况一、蓝宝石定义\分类\特性\应用领域蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(α-Al2O3)的单晶，又称为刚玉。就颜色而言，单纯的氧化铝结晶呈现透明无色；在自然界中，当蓝宝石生长时，晶体内含有钛离子与铁离子时，会使晶体呈现蓝色，而成为蓝色蓝宝石。蓝宝石晶体化学性质非常稳定，一般不溶于水和不受酸、碱腐蚀，晶体硬度很高，为莫氏硬度9级(仅次于最硬的金刚石)。它具有很好的透光性，热传导性和电气绝缘性，力学机械性能好，并且具有耐磨和抗风蚀的特点。随着现代科学技术的发展，对蓝宝石晶体材料的尺寸、质量不断提出新的要求。目前，低成本、高质量的大尺寸蓝宝石单晶具有越来越大的市场需求。图表1蓝宝石单晶第1页共21页蓝宝石作为一种重要的技术晶体，已被广泛地应用于科学技术、国防与民用工业的许多领域。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作。蓝宝石晶体具有独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能。广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED)、大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。用于半导体照明产业，如LED（LED能使发光效率提高近10倍，寿命是传统灯具的20倍以上，兼有绿色、环保等优点）。目前能用于商品化的衬底只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。目前全球80%LED企业采用蓝宝石衬底，其原因是碳化硅价格昂贵。LED是新一代光源，被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域。图表2Al2O3特性表第2页共21页其中蓝宝石的未来趋势也向着消费性电子产品(如智能手机)基板方向开拓，2012年，苹果在推出的IPHONE5手机中率先使用蓝宝石盖板作为摄像头；在新近推出的iPhone5S手机中，主页键也使用了蓝宝石盖板。最新数据显示，若以维式硬度计算，蓝宝石约为目前苹果手机盖板玻璃应用的康宁“大猩猩”玻璃的三倍。市场早已预期苹果新一代的iPhone6手机在盖板玻璃上增加蓝宝石应用。二、蓝宝石行业特点分析1.产业进入门槛较高，产业反展基础较弱2010年全球90%以上的产能和高端产品的制造技术集中在STC、Rubicon、Monocrystal、Kyocera、Namiki等七八家国际厂商手里，他们集中工艺设备、专利技术、研发团队、销售渠道于一体，为后进厂商打入全球市场设置了很高的进入门槛，除了极高技术与设备门槛外，蓝宝石仍属于资金密集型的产业，粗略估计，年产500万片自动化水平较高的成套生产线建设投资将接近10亿人民币。目前，中国内地能实现长晶、掏棒生产的企业仅有云南蓝晶、哈尔滨奥瑞德、四联光电、元亮科技、成都东骏等少数几家企业，我国蓝宝石产业从产业规模、企业数量，到技术实力、人才队伍等方面还处在起步发展阶段，产业发展基础还比较薄弱。2.产业分布范围较大，区位因素影响较小第3页共21页蓝宝石产业位于产业链上游，对于上游原材料和加工辅料的需求量比较少，产品销售物流规模也不大，因此对于产业配套和交通物流的要求并不高，区位因素影响较小，是技术与资金密集型产业，同时也是能源需求密集型的产业。在产业布局中，除了考虑技术与资金因素以外，还会考虑电与水的供应质量与价格，因此蓝宝石衬底生产更趋向于能源供给充足的内地，甚至是中西部地区。图表3已投产企业区域分布因此，蓝宝石产业的项目投资区域范围比较分散，除了华北、华东、华南等产业热点区域，西南、东北、西北也都利用在电力、水电、土地、政策等方面的比较优势，积极布局蓝宝石产业，目前，中国蓝宝石产业已形成了由技术高地向成本洼地分布。第二章蓝宝石行业技术发展分析第4页共21页一、蓝宝石单晶的主要长晶方法介绍1.泡生法（Kyropoulosmethod）将原料加热至熔化状态，用籽晶棒接触熔液，籽晶缓慢上升，形成晶头后仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后形成整个单晶晶锭。晶身部分靠着温度变化来生长，并拉晶头的同时调整加热电压，使熔化的原料达到最合适的长晶温度范围，让生长速度达到最理想化，因而长出品质最理想的蓝宝石单晶。国外大多数生长蓝宝石的厂商也是采用此方法生长蓝宝石单晶，因此技术也最为成熟。图表4泡生法蓝宝石单晶生长法示意图该方法主要特点：1）在整个晶体生长过程中，晶体不被提出坩埚，仍处于热区。这样就可以精确控制它的冷却速度，减小热应力；2）晶体生长时，固液界面处于熔体包围之中。这样熔体表面温第5页共21页度扰动和机械扰动在到达固液界面以前可被熔体减小以致消除；3）选用软水作为热交换器内的工作流体，相对于利用氮气作冷却剂的热交换法可以有效降低实验成本；4）晶体生长过程中存在晶体的移动和转动，容易受到机械振动影响。2.柴氏拉晶法简称CZ法，将原料加热至熔液状态，将籽晶棒接触到熔液，籽晶与熔液的固液界面上温差形成冷却，籽晶与液面以缓慢速度上升，并伴随一定的转速旋转，进而形成单晶晶棒，这种方法常用于硅材料单晶生长。图表5柴氏拉晶法原理示意图该方法主要特点：1）在晶体生长过程中，可以方便的观察晶体的生长情况；2）晶体在自由液面生长，不受坩埚的强制作用，可降低晶体的应力；3）可以方便的使用所需取向籽晶和“缩颈”工艺，有助于以比第6页共21页较快的速率生长较高质量的晶体，晶体完整性较好；4）晶体、坩埚转动引起的强制对流和重力作用引起的自然对流相互作用，使复杂液流作用不可克服，易产生晶体缺陷；5）机械扰动在生长大直径晶体时容易使晶体产生缺陷。3.焰熔法利用氢氧气所形成的火焰，将氧化铝粉末加热熔化后，吹向一支氧化铝棒（籽晶）使熔化的氧化铝在籽晶棒顶端形成单晶液滴，单晶液滴逐渐成长为单晶头，控制氧化铝粉末的供给量与调整氢氧气火焰，使单晶的直径不断增大，进而长成一长条圆形的单晶棒。图表6焰熔法原理示意图4.区融法籽晶与棒状原料由上而下同方向移动，等棒状原料都经过加热环后就得到单晶棒。FZ法有两个缺点：一是熔液与晶体的接面很复杂，第7页共21页所以很难得到较少缺陷的晶体；二是因为需要高纯度的多晶棒作为原材料，才能生长出高纯度的单晶棒，所以很少使用FZ法来生长单晶棒，但由于FZ法可以生长出高纯度单晶棒，所以高功率元件比较适用。图表7FZ法原理示意图二、蓝宝石单晶生长工艺流程图图表8蓝宝石单晶工艺流程图备料装料拉晶取晶晶体检测钻取晶圆棒第8页共21页整个工艺由高纯度氧化铝为原材料开始，获得晶圆棒为整个工艺的结束。具体描述如下：1)备料:主要为料选择，要获得LED级蓝宝石就需要高纯度的氧化铝原料，一般需要提供99.999%纯度的氧化铝粉或氧化铝块，块状料与粉状料一般为85%和15%或者50%和50%（这两个比例成型较好，利用率较高）。2)装料：需要注意料的放置，严禁料与钨坩埚的碰撞，使料能够受热均匀，化料迅速均匀等。3)拉晶：需要控制生长速率，降温较快，生长速率较快的单晶棒一般颜色呈微黄色，晶锭内有明显的微气孔及夹杂物形成，导致单晶棒品质较差，以及较多的缺陷产生。4)取晶：取晶工艺主要是为了使单晶棒体与钨坩埚脱离，使蓝宝石单晶完整从钨坩埚中取出。5)晶体检测：主要是通过强光照射晶棒，确认晶棒中的C平面错排，从而确认从哪个方向钻取蓝宝石晶棒。6)钻取晶圆棒：通过专用设备按尺寸钻取晶圆棒，一般取2英寸为直径。三、主要生产设备生长炉为了实现工艺流程需要的主要设备为蓝宝石单晶炉，主要生产商有：乌克兰欧米茄公司（OmcgaCrystals）、乌克兰国有企业中央设计机械局“顿涅茨”公司、乌克兰PryrodaLTD（大自然公司）、美国GTSolar公司、俄罗斯材料研究机构Vniisims公司、日本住第9页共21页金公司、日本第一机电公司、台湾通益蓝宝石科技公司、香港科瑞斯特公司、江苏华盛天龙光电设备股份有限公司、江苏常州市祺科机械制造有限公司、中国科学院上海光学精密机械研究所等等。第三章蓝宝石行业市场分析一、蓝宝石LED市场消费分析1.蓝宝石衬底行情LED照明用蓝宝石衬底占蓝宝石衬底应用比例达90%以上。从目前蓝宝石应用结构看,目前约80%应用在蓝宝石衬底，约20%应用在非衬底材料，其中蓝宝石用作衬底主要为LED照明及SOS相关产品，其中LED用衬底材料占比达90%以上，因此LED对蓝宝石衬底需求影响最为直接，也最为重要。LED需求回升，动蓝宝石需求向上。2012年由于大经济环境不景气，使LED照明方面的需求不如预期，致使上游MOCVD设备利用率大幅下降,据相关机构统计2012年全球MOCVD设备利用率仅为59%,中国大陆仅有42%,导致蓝宝石衬底需求增长大幅低于预期。同时由于蓝宝石新增产能的陆续释放,供求关系持续恶化，需求供给比例仅有66%，蓝宝石价格一路下跌；2013年随着LED直下式背光渗透加速，加上LED照明需求大幅提升，刺激MOCVD设备利用率提升至74%(中国大陆63%)，带动蓝宝石衬底需求回升，需求供给比例逐渐第10页共21页改善,需求由2012年5713万片/年需求，提升到8300万片/年需求(折合2英寸计算)，需求供给比为80%，为蓝宝石价格回升的主要推动原因。图表9中国LED市场规模增长情况（亿元）2.蓝宝石基板、晶棒行情2013年蓝宝石基板价格低迷不振，台湾地区较具规模的蓝宝石族群(基板、晶棒)厂商包括越峰、兆远、鑫晶钻，2013年前三季也一面倒呈现亏损。不过展望今(2014)年，蓝宝石基板厂商观察，目前同业的产能普遍满载，而尽管实际上蓝宝石基板出货予LED应用的价格还未能大幅度的调涨，但是消费性电子产品(如智能手机)为蓝宝石基板创造了全新出海口，在整体产能相对紧俏的情况下，蓝宝石基板供不应求的情形就将开始发酵。就近期蓝宝石产品价格走势而言，2013年无论是晶棒或基板，多数时候均处于跌价状态，不过目前晶棒价格已微幅上调，基板厂商对第11页共21页于涨价也在计划之中。目前4英寸的蓝宝石基板单片价格约在30美元出头，图案化蓝宝石基板(PSS)4英寸单片价格则在50多块美元；至于2英寸蓝宝石基板，目前单片价格约为7块多美元，2英寸的PSS单片价格则约12-13块美元。据数据显示，LED照明客户的需求将比去年更好，而消费性电子产品对蓝宝石基板的采用也更加积极，因此今年无论是LED或非LED的应用，需求都将比去年更乐观。而即使用于LED的蓝宝石基板价格目前还未能明显上调，不过消费性电子产品需求的窜升，也将排挤到LED所需的蓝宝石基板产能，因此一旦LED客户感受到所需产能受到威胁，价格的调涨将是势在必行。图表10全球LED市场增长情况（亿元）值得注意的是，因产业环境低迷已久，包括以韩国蓝宝石晶棒大厂STC为首的全球蓝宝石业代表性厂商，对扩产态度也倾向谨慎，未有大规模的扩产动作。可以想见，在消费性电子、光学、半导体等领域的新兴应用涌现，且都要