钨丝金刚线行业深度报告：金刚线遇细线化瓶颈，钨丝母线替代大势所趋
www.hczq.com@2021华创版权所有证券分析师姓名：黄麟电话：13025441127金刚线遇细线化瓶颈，钨丝母线替代大势所趋研究员姓名：张家栋电话：17310118751——钨丝金刚线行业深度报告 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。2核心观点➢碳钢丝遇细线化瓶颈，钨丝替代大势所趋✓出片量=每公斤方棒的长度/槽距（硅片厚度+金刚线线径+砂径）。薄片化+细线化→ 出片量将增加→ 硅片成本下降。✓回顾：金刚线切割替代砂浆切割顺应第一性原理。✓展望：碳钢丝遇细线化瓶颈，钨丝兼具性能优势及配套优势，迭代大势所趋。✓钨丝空间：3-4年完成替代，2025年市场空间85亿。➢钨丝对金刚线后端环节冲击较小，但前端母线冷拉工艺不适用✓钨丝生产包含30多道工序，壁垒体现在金属配方及拉拔工艺控制。✓钨丝主要是替代目前母线材料高碳钢丝，对后端生产环节冲击较小，但与前端碳钢丝母线环节的工艺和设备不适用。➢钨丝降本路径明确、降本潜力较大✓成材率提升：当前工艺仍有较大提升空间，平均成材率约50%-60%，成材率每提升5%，成本平均下降1.3元/公里。✓规模效应：当前仍处于少量供货状态，随着钨丝渗透率提升以及钨丝产能扩张，规模效应摊薄生产成本。✓废料回收：回收价格较APT略高一些，假设回收价格含税18-19万元/吨，在成材率55%的情况下，废料回收价值约10万元/吨，对应38um钨丝实际成本可下降约2.2元/公里。✓上游降价：进入2022年以来，APT价格持续上涨至4月中旬的18.3万高点后波动震荡，目前仍处于历史高位。 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。3核心观点➢经济性受降本速率、细线进展、硅料价格影响，基本满足大规模产业化基础✓钨丝下游验证数据较好，产业化应用持续推进，经济性主要受受降本速率、细线进展、硅料价格因素影响.✓经济性测算1：相比38um碳钢丝，当前36um钨丝经济性尚不明显。✓经济性测算2：降本+利润让渡是提升经济性最有效方式，不考虑废料回收，考虑合理利润让渡，成材率提升10%就可实现经济性临界点下降至100元/kg以下。✓经济性测算3：细线化持续带动经济性临界点下移，当线径下降至30um时，对应经济性临界点约为215元/kg。钨丝金刚线每降价5元/km，对应经济性临界点下降30元/kg。➢相关标的✓建议关注直接受益钨丝替代趋势的上游供应商厦门钨业、中钨高新、翔鹭钨业。✓建议关注短期有望受益钨丝替代趋势增厚利润的金刚线供应商美畅股份、恒星科技、岱勒新材。 碳钢丝遇细线化瓶颈，钨丝替代大势所趋钨丝对金刚线后端环节冲击较小，但前端母线冷拉工艺不适用钨丝降本路径明确、降本潜力较大010203经济性受降本速率、细线进展、硅料价格影响，基本满足大规模产业化基础04相关标的05第一部分 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。第一性原理：薄片化、细线化是长期趋势硅片切割工艺流程➢布线过程：由切片机自动排线系统将长度约80-200km、直径36um及以上的金刚线由放线辊放入切割区域，后均匀、精准排布于2根主辊，布置成超过3000根，间距低于235um的金刚线网并引出。➢切割过程：金刚线网的线速度在4秒内从静止状态加速至2400米/分钟，随后持续运行30秒后，在4秒内从2400米/分钟减速至0米/分钟；随后反向加速至2400米/分钟，持续运行30秒后，再减速至0米/分钟。图表：金刚线布线示意图资料来源：高测股份可转债报告，华创研究所图表：硅片切割示意图资料来源：高测股份可转债报告，华创研究所 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。第一性原理：薄片化、细线化是长期趋势薄片化、细线化是降本的长期趋势➢出片量=每公斤方棒的长度/槽距（硅片厚度+金刚线线径+砂径）。金刚线直径下降+硅片厚度下降→ 每公斤方棒出片量将增加→ 硅片成本下降毛利增加。➢随着工艺改进，出片率持续增加。2021年，P型182mm/210mm尺寸每公斤单晶方棒出片量分别约为53片和40片，均同比增加2片。图表：金刚线切割示意图图表：出片率趋势资料来源：美畅股份招股书，华创研究所资料来源：CPIA，华创研究所 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。第一性原理：薄片化、细线化是长期趋势薄片化、细线化是降本的长期趋势➢薄片化趋势：通过降低硅片厚度，降低单片硅片的硅料成本。➢细线化趋势：（1）线径越细，锯缝越小，切割时产生的锯缝硅料损失越少；（2）相同切割工艺下，金刚线越细，固结在钢线基体上的金刚石微粉颗粒越小，切割时对硅片的表面损伤越小，硅片表面质量越好。图表：薄片化趋势图表：细线化趋势资料来源：CPIA，华创研究所资料来源：美畅股份说明书，华创研究所 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。回顾：金刚线切割替代砂浆切割顺应第一性原理金刚石线切割大幅降低单晶生产成本，助力单晶替代多晶➢20世纪80年代以前，高硬脆材料采用涂有金刚石微粉的内圆锯切割，切缝大、材料损耗多，且对切割尺寸有限制。➢20世纪90 年代中期，切缝窄、切割厚度均匀且翘曲度较低的线锯切割方式逐步发展，并在工业切割领域大规模推广应用，半导体行业也采用该种切割方式。➢2003年起，随着光伏产业开始爆发性增长阶段，游离磨料砂浆切割工艺开始导入光伏行业。➢2014年底，以隆基为代表的单晶企业开始大规模导入金刚石线切割工艺，并在3-4年内完成对游离磨料砂浆切割替代。图表：单晶渗透率趋势图表：金刚石线切割渗透率趋势资料来源：CPIA，隆基绿能公告，华创研究所资料来源：CPIA，华创研究所 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。回顾：金刚线切割替代砂浆切割顺应第一性原理金刚石线切割大幅降低单晶生产成本，助力单晶替代多晶➢金刚石线切割损耗小、单位线耗小、生产效率高，可大幅提高单位硅料的出片率及硅片切割效率，顺应第一性原理。图表：砂浆切割与金刚线切割示意图资料来源：高测股份招股说明书，华创研究所游离磨料砂浆切割金刚石线切割说明切割磨损磨料颗粒磨损约为60μm金刚石颗粒磨损约为20μm相同线径下金刚石线切割相比砂浆切割硅料损耗更低，单位硅料的硅片产出增加20%左右，且砂浆切割最细线径约为80μm切割速度砂浆切片机线网速度约为580-900m/min金刚线切片机线网速度约为1000-1500m/min金刚石线切割速度约为砂浆切割的2-3 倍辅料消耗PEG悬浮液，较难处理水基切割液，较易处理金刚石线切割工艺更为环保图表：游离磨料砂浆切割与金刚石线切割工艺对比 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。展望：碳钢丝遇细线化瓶颈，钨丝替代大势所趋碳钢丝体系下线径已快接近极限，细线化突破依赖于材料方面的创新➢破断力是指金刚线在拉伸过程中所能承受的最大拉力。破断力和线径、抗拉强度成正比，因此一般线径越细则破断力越低。随着线径越来越细，对碳钢丝的力学性能也相应提出了巨大挑战。➢目前金刚线锯基本采用92c或100c原料制造母线，高碳钢丝母线线径已快要接近极限，高测35μm产品破断力≥5.3N，线径进一步下降可能将难以支撑切割所需张力，细线化突破依赖于材料方面的创新。图表：碳钢丝金刚石线微观结构示意图图表：破断拉力计算公式资料来源：高测股份招股说明书，华创研究所资料来源：GB8918-2006，华创研究所 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。展望：碳钢丝遇细线化瓶颈，钨丝替代大势所趋钨丝兼具性能优势及配套优势，大概率为进一步的迭代方向➢钨丝具有更强的抗拉强度，具有更细的线径极限，且细线化综合性能更好。•与同规格碳钢丝相比，钨丝破断拉力约1.2-1.3倍，高扭转值约10倍以上，杨氏模量约1.7倍，拉伸率约60％;•合金钨丝微晶结构，晶粒尺寸约100nm，使其组织均匀，内部无夹杂颗粒，纯度高达99.95％，有利于超细钨丝拉拔;•合金钨丝电阻率为5.4×10-6 Ω/cm，仅为碳钢的55.7％，可以承载高一倍的电流，镍镀层沉积更均匀致密；•高耐腐蚀能力，有效避免生产过程酸的腐蚀导致母线的缺陷断丝。➢钨丝仍使用电镀的方法制成金刚石线，不需要重新开发新的设备和工艺，只需要调节电流密度和镀液浓度等工艺参数，与现行生产工艺和生产设备匹配性好。资料来源：GB8918-2006，华创研究所 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。钨丝空间：3-4年完成替代，2025年市场空间85亿空间：3-4年完成替代，2025年市场空间85亿➢渗透率：参考金刚线切割替代砂浆切割进程，预计短期受供给制约，3-4年内有望完成100%替代。➢需求：预计2022年装机需求约250GW，按照单GW金刚线耗约44万公里、母线单耗1.1测算，预计对应钨丝需求1258万公里。预计2025年钨丝母线需求3.68亿公里，市场空间约85亿元。图表：钨丝需求及市场空间测算需求2022E2023E2024E2025E终端装机（GW）250350450550硅片需求（GW）325455585715钨丝渗透率8%25%50%80%单GW线耗（万公里）44485359钨丝金刚线需求（万公里）114455061557333499钨丝母线需求（万公里）1258 6056 17130 36848 YoY381%183%115%钨丝售价（元/公里）37.0030.0026.4023.23钨丝市场空间（亿元）4.6618.1745.2285.61资料来源：CPIA，华创研究所 碳钢丝遇细线化瓶颈，钨丝替代大势所趋钨丝对金刚线后端环节冲击较小，但前端母线冷拉工艺不适用钨丝降本路径明确、降本潜力较大010203经济性受降本速率、细线进展、硅料价格影响，基本满足大规模产业化基础04相关标的05第二部分 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。钨丝对后端环节冲击较小，但前端母线冷拉工艺不适用钨丝生产流程及壁垒➢钨丝工艺流程：原料→还原→掺杂→还原→等静压→烧结→垂熔→旋锻→退火→粗拉拔→细拉拔→电解→钨丝等，总共包含30多道工序。生产难度体现在金属配方及拉拔工艺控制。➢金属元素及含量控制：钨丝为合金材料，一般掺杂Re、La等元素，配方不同钨丝性能表现不同。➢拉拔工艺控制：通过若干次粗拉拔以及若干次细拉拔控制母线的线径以及均匀性。图表：金刚线产业链资料来源：美畅股份招股书，江苏聚成专利，华创研究所 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。工序说明母线预处理超声波除油、超声波热水洗、水洗、酸洗等，主要目的为清洁母线，从而确保电镀环境的纯净度，增强镀镍层与母线之间的结合力。母线预镀镍母线表面增加一层金属镀层，主要目的是提升微粉颗粒与母线之间的固结强度，从而提升电镀金刚石
