國瓷材料：DPC陶瓷基板國產化突破

1.大功率器件重要散熱通道，關鍵環(huán)節(jié)國產化率待提升

熱是影響大功率半導體器件可靠性的關鍵因素，根據(jù)化合積電，電子元器件 55%故障率來自熱失效，電子元器件溫度每升高 2 度，可靠性下降 10%。電子元 器件器件熱管理包括封裝和系統(tǒng)性能兩個部分。從封裝角度出發(fā)，器件散熱主要 依靠熱傳導方式，熱量沿著芯片-鍵合層-基板-散熱器傳導，最后通過對流耗散到 空氣中。封裝基板作為大功率半導體器件重要的散熱通道，其選擇和結構設計對 性能至關重要。

常用的基板材料主要有塑料基板、金屬基板、陶瓷基板和復合基板四大類。 目前，陶瓷由于具有良好的力學性能和熱學性能而最受矚目。陶瓷基板由陶瓷基 片和布線金屬層兩部分組成，金屬布線是通過在陶瓷基片上濺射、蒸發(fā)沉積或印 刷各種金屬材料來制備薄膜和厚膜電路。在陶瓷基板的制作工藝中，粉體、基片 和金屬化是影響基板熱導率、機械強度等關鍵性能的核心工序。

1.1.氮化鋁基片技術壁壘高，“卡脖子”環(huán)節(jié)國產化突破

氮化鋁為大功率半導體優(yōu)選基板材料。氧化鈹（BeO）、氧化鋁（Al2O3）、 氮化鋁（AlN）和氮化硅（Si3N4）4 種材料是已經投入生產應用的主要陶瓷基板 材料，其中氧化鋁技術成熟度最高、綜合性能好、性價比高，是功率器件最為常用 的陶瓷基板，市占率達 80%以上。 氮化鋁陶瓷比氧化鋁陶瓷具有更高的熱導率， 在大功率電力電子等需要高熱傳導的器件中逐漸替代氧化鋁陶瓷，應用前景廣闊。氮化鋁基片制備技術壁壘高，粉體配方和基片燒結是核心。氮化鋁陶瓷片的 制備主要步驟包括粉體制備、粉體成型、陶瓷基片燒結。

目前工業(yè)化制備工藝存 在兩個痛點：1）粉體制備：高純度的氮化鋁粉體，能夠提高基片的導熱能力。目前制備氮 化鋁粉體的方法有碳熱還原法、直接氮化法、自蔓延高溫合成法、化學氣相沉積 法、等離子體法等，熱碳還原法和直接氮化法是目前工業(yè)化生產的主流工藝，具 有技術成熟、設備要求簡單、得到的產品質量好等優(yōu)點。

2）燒結工藝：引入燒結助劑是目前氮化鋁陶瓷燒結普遍采用的一種方法，一 方面是形成低溫共熔相，實現(xiàn)液相燒結，促進坯體致密化；另一方面是去除氮化鋁中的氧雜質，完善晶格，提高熱導率。據(jù)潮州三環(huán)試驗數(shù)據(jù)，隨著燒結助劑含量 增加，基板成瓷密度隨之上升，而導熱率在燒結助劑添加量為 1.5%時達到最高； 隨著燒結溫度的升高，氮化鋁成瓷密度、晶粒尺寸及導熱率呈不斷上升的趨勢， 在 1800℃時密度趨于穩(wěn)定，而基板的抗折強度則是先上升，在 1750℃時達到最 大值后開始下降。選擇合適、合量的燒結助劑能夠降低氮化鋁基片達到最高熱導 率所需的溫度，在保證基板熱導率達到最高理論值的同時降低生產成本。

高端氮化鋁基片“卡脖子”環(huán)節(jié)國產化突破。根據(jù) QY Research，2021 年全 球氮化鋁（AlN）陶瓷基板市場銷售額達到了 0.7 億美元，預計 2028 年將達到 1.3 億美元，年復合增長率（CAGR）為 10.0%（2022-2028）。國內氮化鋁陶瓷技術 水平及產業(yè)化程度落后于國外，高端氮化鋁陶瓷基片主要依賴進口。一方面原料 高性能氮化鋁粉體高度依賴進口，批次穩(wěn)定性、成本制約國內高端氮化鋁陶瓷基片制造的發(fā)展；另一方面高端氮化鋁陶瓷基片核心制造技術被國外技術封鎖和壟 斷，國外知名企業(yè)視其為市場主要競爭力。國瓷材料依托多年技術積累，通過自 主研發(fā)攻克了高端氧化鋁粉體-基片、氮化鋁粉體-基片的核心技術并實現(xiàn)量產，氮 化硅粉體和基片已實現(xiàn)中試量產，有力推動陶瓷基板產業(yè)鏈卡脖子環(huán)節(jié)國產替代， 現(xiàn)已成為國內陶瓷基板企業(yè)的重要供應商。

1.2.DPC金屬化設備昂貴，電鍍牌照推高進入壁壘

陶瓷基板在燒結成型之后，需對其表面實施金屬化，然后通過影像轉移的方 法完成表面圖形的制作，以實現(xiàn)陶瓷基板的電氣連接性能。常見表面金屬化工藝 包括高溫/低溫共燒陶瓷技術（HTCC/LTCC）、薄膜技術（TFC）、直接鍵合銅技 術（DBC）、直接電鍍銅技術（DPC）、活性金屬焊接技術（AMB）等。

濺射和電鍍?yōu)?DPC 工藝核心。據(jù)《電子封裝陶瓷基板》程浩等，DPC 陶瓷 基板制備前端采用了半導體微加工技術(濺射鍍膜、光刻、顯影等)，后端則采用了 印刷線路板(PCB)制備技術(圖形電鍍、填孔、表面研磨、刻蝕、表面處理等)，其 中濺射種子層決定了金屬線路層與陶瓷基板的結合強度，電鍍填孔工藝則決定了 沉積效率及表面鍍層平整度。工藝特點包括：1）采用半導體微加工技術，陶瓷基 板上金屬線路更加精細 (線寬/線距可低至 30~50，與線路層厚度相關)，因 此 DPC 基板非常適合對準精度要求較高的微電子器件封裝；2）采用激光打孔與 電鍍填孔技術，實現(xiàn)了陶瓷基板上/下表面垂直互聯(lián)，可實現(xiàn)電子器件三維封裝與 集成，降低器件體積；

3）采用電鍍生長控制線路層厚度 (一般為 10 ~ 100)， 并通過研磨降低線路層表面粗糙度，滿足高溫、大電流器件封裝需求；4）低溫制 備工藝 (300C 以下) 避免了高溫對基片材料和金屬線路層的不利影響，同時也 降低了生產成本。

前期設備投資額較高。DPC 金屬化設備投資額大，前端真空磁控濺射鍍膜機、 后端電鍍及蝕刻設備投資高昂且工藝復雜。據(jù)華經產業(yè)研究院，中國真空鍍膜機 供給不足，大多產品依賴進口，整體真空鍍膜機行業(yè)的產品結構有待調整。

電鍍牌照推高進入壁壘。電鍍工序高能耗高廢水，法律、行政進入壁壘不斷 加強。發(fā)改委 2021 年 7 月印發(fā)的《“十四五”循環(huán)經濟發(fā)展規(guī)劃》強化重點行業(yè) 清潔生產，推動石化、電鍍、化工等行業(yè)制定清潔生產改造計劃；2021 年 11 月， 工信部發(fā)布《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》強化重點行業(yè)清潔生產改造工程；地 方省市對電鍍行業(yè)環(huán)保要求進一步提高，例如進行落后產能的專項整治、倡導污 染防治、電鍍污水資源化處理、設立電鍍企業(yè)入園標準以及相關舉報獎懲制度等。2022 年 10 月，國瓷材料公告收購中國大陸 DPC 陶瓷基板頭部企業(yè)賽創(chuàng)電 氣 100%股權，由先進陶瓷粉體和基片環(huán)節(jié)進入先進陶瓷基板解決方案的產業(yè)鏈 環(huán)節(jié)，完善陶瓷粉體-陶瓷基片-陶瓷基板產業(yè)鏈垂直一體化布局，業(yè)務范圍和下游 應用領域得到長期和幾何級數(shù)律的進一步拓展，盈利能力、抗風險能力也將進一 步加強。

2.下游需求多點開花，DPC基板高速發(fā)展

DPC 陶瓷基板隨下游推廣及國產替代進入快速發(fā)展新階段。DPC 陶瓷基板 主要應用于大功率照明（HPLED）、激光（LD）、光通信（ VCSEL）、熱電制 冷（TEC）等領域。根據(jù) HNY Research 發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021 年 DPC 陶瓷基板的 市場規(guī)模約為 21 億美元，預計 2027 年將達到 28.2 億美元，2021-2027 年復 合增長率為 5.07%。全球高端 DPC 陶瓷基板主要廠商包括日本京瓷、日本丸和、 中國臺灣同欣等，CR5 達到 70%，目前 DPC 金屬化技術已被國內包括賽創(chuàng)電氣 （銅陵）、江蘇富樂華、博敏電子在內的廠商掌握，進口替代空間廣闊。

2.1.HPLED：工商業(yè)照明滲透率提升，景觀與汽車照明需求保持增長

氮化鋁 DPC 陶瓷基板已成為大功率 LED 的必需品。HPLED（大功率發(fā)光二 極管）作為第四代電光源，相較白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源，具備體積小、效率 高、壽命長、電光轉換效率高、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，在戶外和工業(yè)照明市場獲得廣泛 應用，并逐步向汽車前燈、手機閃光燈、紫外 LED 燈等新興領域滲透。由于陶瓷 基板具有高絕緣、高導熱和耐熱、低膨脹等特性，特別是采用垂直通孔技術的 DPC 陶瓷基板，可有效滿足倒裝共晶、COB(板上芯片封裝)、CSP(芯片尺寸封裝)等技 術白光 LED 封裝需求。

白熾燈替換需求背景之下，我國 LED 照明產品滲透率不斷提升。據(jù)國家半導 體照明工程研發(fā)及產業(yè)聯(lián)盟產業(yè)研究院（CSA）數(shù)據(jù)顯示，2021 年我國 LED 照 明行業(yè)市場規(guī)模達 9428 億元，同比增長 9.3%，預計 2022 年我國 LED 照明行業(yè) 市場規(guī)模有望達到 10085 億元。技術發(fā)展以及產業(yè)化、商業(yè)化進程的推進，推動 LED 在民用、商用、工業(yè)領域的廣泛應用，市場邊界不斷拓展延伸。2021 年 LED 下游通用照明 47%、顯示屏 15%、景觀照明 11%、背光應用 7%、汽車照明 2%、 信號及指示 1%、其他 17%。隨著 LED 不斷替代白熾燈，我國 LED 照明產品滲 透率不斷提升，從 2017 年 65%提升至 2021 年 80%。

1）景觀照明：道路照明替代需求龐大，文旅景觀照明仍保持增長。隨著城鎮(zhèn) 化帶動城鎮(zhèn)建設升級、新技術帶動智能化浪潮、夜間經濟和文旅經濟帶動 光環(huán)境的營造，景觀照明持續(xù)為大功率 LED 產業(yè)提供成長動能。我國城 市道路長度 2021 年接近 50 萬公里，道路照明用燈超 3000 萬盞，而據(jù) 中國照明電器協(xié)會統(tǒng)計，目前道路照明以高壓鈉燈為主（48.3%），其次 LED（29.6%），LED 替代需求龐大。此外，根據(jù) CSA 市場調研及中國 照明電器行業(yè)協(xié)會等相關行業(yè)組織統(tǒng)計，LED 占景觀照明光源 80%以上。 預計 2025 年景觀照明市場規(guī)模將達到 1468.66 億元。

2）汽車照明：汽車產銷復蘇拉動照明需求，LED 汽車頭燈滲透率持續(xù)提升。 據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會預測，2022 年汽車總銷量達 2686.4 萬量，同比增長 2.1%，其中新能源汽車超 680 萬輛，同比增長 90.3%。LED 近年在新能 源 汽 車 高 速 發(fā)展 以 及汽 車 新 四 化 趨勢 下 滲透 率 不 斷 攀 升。 根 據(jù) TrendForce 集邦咨詢分析，2021 年 LED 頭燈滲透率于全球乘用車達到 60%，其中電動車的 LED 頭燈滲透率更高達 90%，預計 2022 年將分別 提升至 72%與 92%。智能頭燈中自適應性遠光燈(ADB Headlights) 現(xiàn)階 段以矩陣式(Matrix LED) 技術的出現(xiàn)將帶來更多 LED 需求，其主流設計 搭配 12-100 顆 LED，根據(jù) TrendForce，自適應性頭燈(ADB Headlight) 市場滲透率于 2022 年僅為 3.2%，預期于 2026 年將有機會達到 13.2%。

2.2.激光熱沉：光纖激光國產化率提升，降本訴求促國產激光熱沉產業(yè)化

氮化鋁陶瓷基板為目前主流激光熱沉基板。高功率半導體激光器具有光電效 率高、易調制、體積小、重量輕等優(yōu)點，在工業(yè)制造、材料加工、科學研究和醫(yī)療 衛(wèi)生領域都有廣泛應用。激光器為激光設備核心部件，由泵浦源、增益介質、諧振 腔組成，泵浦源由一個或多個大功率激光二極管（LD）陣列構成。隨著高功率半 導體激光器的發(fā)展，大功率 LD 的出光功率從 20W/bar 已經發(fā)展到現(xiàn)在的 200W/bar 及以上。LD 電光效率典型值約為 50%，其出光功率越高，轉化的廢熱 就越多。通常 LD 的尺寸很小，工作時熱流密度極高，若不能及時散熱，則可能 會降低激光器的輸出功率、電光轉換效率，甚至減少激光器使用壽命或者導致激 光器失效。高功率半導體激光器主要通過熱沉散熱，由于過渡熱沉與芯片緊密貼 裝，需具有高導熱系數(shù)及匹配的熱膨脹系數(shù)，目前氮化鋁熱沉為主流散熱材料。

激光設備、激光器國產化率提升帶動市場規(guī)模高速增長。據(jù)《中國激光產業(yè) 發(fā)展報告》，中國激光技術迎來迅猛發(fā)展階段并逐步實現(xiàn)產業(yè)化布局，一方面，國 產激光器無論從質量、技術或服務均在競爭中逐步顯現(xiàn)優(yōu)勢，有望實現(xiàn)進口替代； 另一方面，相較于傳統(tǒng)制造技術，激光技術的應用成本效益顯著，也因此激光應 用得以快速普及。2021 年中國激光設備市場銷售收入 821 億元，較上年增長 18.64%。我國激光器國產化率不斷提高，逐步實現(xiàn)由依賴進口向自主研發(fā)，進口 替代到出口的躍進。國內光纖激光器 2021 年市場規(guī)模達到 124.8 億元，同比增長 32.5%。目前 3kW 至 6kW 產品段國內市場的競爭激烈，而在 10kW 以上超高功 率或如光伏、新能源等高端細分應用市場仍有較大替代空間。

2016至2021年大 功率光纖激光器國產化率由 6.56%提升至 76.19%。隨著國內光纖激光器企業(yè)綜 合實力的不斷崛起，國內市占率逐步向銳科激光、創(chuàng)鑫激光、杰普特等一批優(yōu)秀 國內企業(yè)轉移，國外廠商，如IPG 光子、恩耐、杰普特在國內的市場份額由 2020 年的 43.1%縮減至2021年的36.3%。在高功率激光器市場上，國外廠商的市場 表現(xiàn)仍然更為強勁。

激光器廠商降本訴求有望加速激光熱沉國產化率提升。根據(jù)華經產業(yè)研究院， 連續(xù)光纖激光器總的成本結構中，泵浦源、有源光纖、無源光纖器件是最主要的 成本來源，占比分別為 25.5%、19.6%和12.6%。其中泵浦源中激光熱沉因來源 進口，采購成本占比相對較高。目前國內激光熱沉基板90%以上的采購量來自日 本和美國，尤其是日本京瓷和丸和兩家企業(yè)。

2.3.車載激光雷達：車載激光雷達量產上車，VCSEL替代EEL大勢所趨

車載激光光源 VCSEL 替代 EEL 大勢所趨，DPC 在高功率 VCSEL 元件封裝 中占據(jù)重要地位。激光光源是車載激光雷達核心器件之一，需要綜合考慮應用環(huán) 境、技術方案、性能需求及成本需求，目前常用光源包括邊發(fā)射激光器(EEL)、垂 直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)、光纖激光器等。VCSEL 光源相較目前主流 EEL 光 源具有低制造成本、高可靠性、小發(fā)散角、易于二維集成的優(yōu)勢，隨著多層結技術 發(fā)展帶動功率密度提高，VCSEL 替代 EEL 趨勢日益顯著。 VCSEL 光電轉換效 率僅為 30-60%，導致其存在熱負荷過高問題。由于 DPC 陶瓷基板具備高導熱、 高絕緣、高線路精準度、高表面平整度、高可靠垂直互聯(lián)及熱膨脹系數(shù)與芯片匹 配等諸多特性，更適用于其垂直共晶焊接，在高功率 VCSEL 元件封裝中占據(jù)重要 地位。

全球激光雷達高速發(fā)展，中國供應商加速崛起。隨著汽車智能化變革的推進 及高級別自動駕駛技術的發(fā)展，根據(jù) Yole 預測，全球用于 ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）領域的激光雷達出貨量將由 2021 年 6.8 萬臺迅速增長至 2027 年的 445.4 萬臺；對應市場規(guī)模由 2021 年 0.38 億美元增至 2027 年的 20 億美元，成為激光 雷達行業(yè)最大的應用領域。到 2027 年，私家車激光雷達滲透率將由 2022 年 0.18% 提升至 3%。從 ADAS 前裝量產定點數(shù)量來看，自 2018 年以來，在全球范圍內官 宣的 ADAS 前裝定點數(shù)量大約有 55 個，其中中國激光雷達供應商占其中的 50%。 禾賽科技以 27%的前裝定點數(shù)量排名全球第一，速騰聚創(chuàng)以 16%的數(shù)量排名中國 第二、全球第三。

車載激光雷達隨國內自動駕駛蓬勃發(fā)展實現(xiàn)量產上車。根據(jù)高工智能汽車研 究院，2022 年中國市場（不含進出口）乘用車前裝標配激光雷達交付 12.99 萬顆， 配套新車 11.18 萬輛，同比分別增長 1544.3%和 2626.82%，預計 2023 年標配交 付沖刺 40-50 萬顆規(guī)模。根據(jù)禾賽科技，大多數(shù) 905nm 激光雷達廠家的新產品都 會采用 VCSEL 作為光源。2022 年 9 月 29 日，禾賽科技 AT128 搭載首款量產車 型理想 L9 實現(xiàn)單月交付量突破 10000 臺，后續(xù)隨著理想多款車型上市交付，單 一客戶規(guī)?；桓洞_定性明確。

3.重點企業(yè)分析

3.1.國瓷材料：立足粉體優(yōu)勢布局DPC陶瓷基板全產業(yè)鏈

山東國瓷材料主要從事各類高端陶瓷材料的研發(fā)、生產和銷售，已形成電子 陶瓷材料、催化材料、生物醫(yī)療材料、精密陶瓷材料、新能源材料和包含建筑陶瓷 材料在內的其他材料等六大業(yè)務板塊，廣泛應用于電子信息和 5G 通訊、生物醫(yī) 療、汽車及工業(yè)催化等領域。在精密陶瓷板塊，山東國瓷材料目前產品主要涵蓋 氮化硅、氧化鋯、碳化硅、氧化鋁、氮化鋁等高性能陶瓷及粉體。公司依托自主研 發(fā)的陶瓷粉體及陶瓷基片產品，通過收購大陸 DPC 頭部企業(yè)銅陵賽創(chuàng)電氣，完成 從粉體、基片到基板的產業(yè)鏈垂直一體化布局。 收購大陸頭部全制程 DPC 陶瓷基板廠商賽創(chuàng)電氣（銅陵）。

賽創(chuàng)電氣（銅陵） 有限公司是一家從事功率半導體覆銅陶瓷載板（薄膜金屬化、DPC、DBC和AMB） 的集研發(fā)、制造、銷售于一體的先進制造業(yè)公司。截止 2022 年 8 月底，公司已有 10 萬片/月 4.5 英寸 DPC 陶瓷基板產能，預計 2023 年實現(xiàn)產能 25 萬片/月，關 鍵性設備已簽訂設備采購合同。從經營業(yè)績情況看，由于股份支付，賽創(chuàng)電氣 2021 年實現(xiàn)營業(yè)收入 7906.39 萬元，虧損 833.83 萬元；2022 年 1-8 月受疫情影響實 現(xiàn)營收 4040.3 萬元，虧損 612.67 萬元。從產品銷售情況看，賽創(chuàng)電氣 2021 年 銷售氧化鋁陶瓷基板 32.51 萬片，氮化鋁基板 56.3 萬片。

公司目前產品主要用于 高功率 LED 行業(yè)，市場占有率國內領先。四種新產品（激光熱沉基板、車載激光 雷達基板、半導體制冷片基板和鐵氧體基薄膜微帶基板）已完成研發(fā)和生產，均 已送客戶檢驗，客戶主要包括合肥 NX、深圳 XH、蘇州 AL、中電科和見炬科技 等，目前收到部分客戶反饋，樣品檢測的重點指標均已達標，預計 2023 年實現(xiàn)批 量銷售。

1）激光熱沉：賽創(chuàng)電氣依托國瓷材料小批量交樣的高熱導率基片（≥ 230W/mK），成功解決了高熱導基板生產、激光芯片出光口關鍵邊垂直度、表面 粗糙度處理、預置焊料等關鍵技術問題，隨著金錫制備設備調試結束，產品有望 進入小批量驗證和生產階段。2）車載激光雷達：2022 年依靠領先的電鍍和覆銅 技術獲得國內某大型知名企業(yè)的正式認定，成為其陶瓷基板的單一量產供應商， 已開始小批量銷售。同時也為國內某車載雷達裝車數(shù)量領先企業(yè)進行氮化鋁陶瓷 基板樣品測試。

2022 年收入逆勢增長彰顯業(yè)務韌性及內生動力。山東國瓷材料 2022 年實現(xiàn) 營業(yè)收入 31.67 億元，同比增長 0.16%，實現(xiàn)歸母凈利潤 4.97 億元，同比下降 37.49%%。傳統(tǒng)三大板塊中，電子材料板塊實現(xiàn)收入 5.16 億元，同比下降 36.83%， 主要受 MLCC 粉體下游需求疲軟拖累，MLCC 景氣觸底回暖有望帶動該板塊重回 增長。其他板塊逆勢維穩(wěn)，生物醫(yī)療材料板塊實現(xiàn)營業(yè)收入 7.54 億元，同比增長 8.5%；催化材料板塊實現(xiàn)營業(yè)收入 4.1 億元，同比微降 1.69%；新能源、精密陶 瓷及其他板塊合計實現(xiàn)營業(yè)收入 14.87 億元，同比增長 20.57%，整體顯示出較強 的業(yè)務韌性和內生動力。

審核編輯 ：李倩