從藍寶石襯底供給看LED行業的過剩情況
發佈日期：2011-02-17 流覽次數：107
進入2010年，業界關於藍寶石襯底緊缺、價格上漲限制LED產業快速發展的論調一直存在，藍寶石襯底是否真的緊缺?是否會持續影響到未來幾
[LED商貿網 編輯部] 進入2010年，業界關於藍寶石襯底緊缺、價格上漲限制LED產業快速發展的論調一直存在，藍寶石襯底是否真的緊缺?是否會持續影響到未來幾年LED產業的發展?本文通過倒推法，由LED產品的終端需求依次推導晶片、外延片、藍寶石基板、藍寶石晶棒、藍寶石坯料的需求量。得出藍寶石晶棒、基板等的供給完全可以支援今明兩年的LED終端產品需求的結論，而目前藍寶石相關產品價格的飆升是源於MOCVD的過剩。
藍寶石生產LED晶片的產品鏈如下：
資料來源：實地資本
本文採取倒推法來推測藍寶石基板、晶棒的需求量，在此基礎上分析藍寶石產品是否不足以供應LED終端產品的需求，進而分析MOCVD的利用率。分析思路如下:
資料來源：實地資本
由於藍寶石基板、晶棒的供給方主要為美、俄、日，占全球供應量的70%以上;藍寶石基板、藍寶石晶棒的需求方主要在亞洲，僅臺灣企業和日本企業就分別占其銷售總量的60%和20%左右。因此，分析中國LED產業藍寶石相關產品的供需矛盾必須站在全球的角度進行分析。
一、由全球LED終端產品倒推LED晶片需求量
LED終端產品主要為LED TV、LED Monitor、LED NB、LED PHONE、LED照明。
LED藍綠晶片的需求量=需使用藍綠晶片的對應產品出貨量×滲透率×平均使用晶粒數
通過對各產品的出貨量、滲透率、平均使用晶粒數的推測，得出(表1)：
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2009 |
2010E |
2011E |
2012E |
|
LED TV 晶片需求量(億顆) |
12.6 |
105 |
210 |
376 |
|
lED Monitor 晶片需求量(億顆) |
0.84 |
20.4 |
41 |
66 |
|
lED NB晶片需求量(億顆) |
39.7 |
77.8 |
104 |
140 |
|
lED PHONE晶片需求量(億顆) |
54.5 |
47 |
50.8 |
55.2 |
|
LED 照明晶片需求量(億顆) |
0 |
0.054 |
0.32 |
7 |
|
合計 |
107.64 |
250.254 |
406.12 |
644.2 |
表1 2009-2012全球LED晶片需求量(資料來源：申銀萬國研究所)
二、由LED晶片需求量倒推2英寸LED藍寶石基板(襯底)需求
目前，GaN基襯底包括藍寶石、SiC、GaN、Zno等，商業化的只有藍寶石、SiC襯底，除CREE外，基本都使用藍寶石襯底。
假設：
1、藍綠晶片100%使用藍寶石襯底
2、LED襯底生產LED外延片的良品率為100%
3、LED外延片生產LED晶片的良品率為70%
4、每片2英寸外延片可以生產3000顆40mil*20mil的晶片
可以得出(表2)：
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|
2009 |
2010E |
2011E |
2012E |
|
藍寶石襯底(基板)總計需求量(萬片) |
513 |
1192 |
1934 |
3068 |
表2 2009-2012全球LED藍寶石基板需求量(資料來源：實地資本)
三、由2英寸藍寶石基板需求倒推2英寸藍寶石晶棒需求
藍寶石基板生產晶棒的流程如下：
圖片來源：實地資本
生產工藝主要有C-PLANE、R-PLANE、M-PLANE、PSS(圖案化基板)、SSE(側邊蝕刻)/ SBR(基板背面粗糙化)等，其中C-PLANE工藝較為成熟。表3是4個主要廠家2英寸C-PLANE藍寶石基板的厚度。
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廠家名稱 |
2英寸基板厚度 |
|
美國crystal systems |
(330-430μm-25μm，330-430μm+25μm) |
|
俄羅斯cradley crystals |
(330-430μm-25μm，330-430μm+25μm) |
|
臺灣兆晶科技股份有限公司 |
(330-430μm-25μm，330-430μm+25μm) |
|
臺灣中美矽晶製品股份有限公司 |
(430μm-25μm，430μm+25μm) |
表3 2010年全球主要LED藍寶石基板生產廠商2英寸基板的厚度(資料來源：實地資本)
基於上面的資料，假設：
1、所有藍寶石基板厚度為0.43毫米
2、LED藍寶石晶棒生產LED藍寶石基板的良品率為70%，得出(表4)：
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|
2009 |
2010E |
2011E |
2012E |
|
藍寶石晶棒總計需求量(萬毫米) |
315 |
732 |
1188 |
1884 |
表4 2009-2012全球LED藍寶石晶棒需求量(資料來源：實地資本)
四、由2英寸藍寶石晶棒需求倒推藍寶石坯料需求
藍寶石坯料生產藍寶石晶棒流程如下：
圖片來源：實地資本
生產藍寶石晶棒的工藝主要有泡生法(KY法、凱氏長晶法)、提拉法(CZ法、柴氏拉晶法)、溫度梯度法(TGT法)等，其中泡生法為主流工藝，生產的藍寶石晶體約占70%，鑽取率約30%。
藍寶石晶體原材料為氧化鋁碎晶，生產利用率大於97%，已經完全國產化。藍寶石單晶產品即為藍寶石坯料，可直接出售，不合格品可直接作為原材料再次加工。其他消耗材料如鎢鉬材料、金剛石刀具、感測器、儀錶等均國產化。預計由藍寶石生產藍寶石晶棒的原材料、耗材均可由國內充分供應，此環節的短板主要在於長晶爐依賴進口。
國內主要的藍寶石晶體爐廠家都是高校研究機構，包括西安理工大學、哈爾濱工業大學以及重慶第二十六研究所等。但國內目前的生產技術只能生產2英寸以下的藍寶石晶棒，長成的晶體與氮化鎵(GaN)的晶格錯位較大，無法用於LED的藍寶石襯底領域，大多用於手錶表面外殼等。
藍寶石晶棒的供應商有美國的Rubicon、Honeywell，俄羅斯的 Monocrystal、ATLAS，韓國STC 及國內合晶光電、越峰(台聚轉投資)、尚志(大同轉投資)及鑫晶鑽(奇美、鴻海轉投資)。
藍寶石基板的供應商有美國的Rubicon、Honeywell、Crystal Systems、Saint-Gobain，俄羅斯的Monocrystal、ATLAS Sapphire，日本的京都陶瓷(Kyocera)、Namiki、Mahk，及國內兆遠、兆晶(奇美轉投資)、晶美、合晶及中美晶等公司。其產能如下(表5)：
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|
2009 |
2010E |
2011E |
|
Rubicon(萬毫米) |
500 |
600 |
900 |
|
Monocrystsal(萬毫米) |
400 |
450 |
675 |
|
STC(萬毫米) |
300 |
500 |
750 |
|
越峰(萬毫米) |
108 |
160 |
300 |
|
其他(萬毫米) |
400 |
450 |
900 |
|
合計(萬毫米) |
1708 |
2160 |
3530 |
表5 2009-2012年藍寶石晶棒產能(資料來源：申銀萬國研究所)
對於新增設備，安裝需要3～6個月的時間。從工藝角度而言，大尺寸藍寶石晶體生產週期需10天左右，準備和後處理需要7天左右，試件加工需要7天左右，品質檢測、微觀結構及光電性能需要30天左右，工藝分析、類比需要7天左右。前後就耗去6～8個月的時間。
同時，藍寶石晶棒除了應用於LED產業，還應用於以下幾個方面(表6)：
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用途 |
備註 |
|
航空航太大尺寸平板藍寶石光電視窗 |
透波窗口、護板、陀螺、耐磨軸承等 |
|
大尺品質藍寶石軍工窗口及器件 |
美國洛克希德-馬丁公司估計年增長率超過25%，預計超過3億美元 |
|
其他民用視窗 |
手機視窗、光電遙控視窗、條碼機耐磨視窗、投影儀保護棱鏡、光電管感光棱鏡，需求約2億美元，耐磨類零部件占晶體用量35%左右 |
表6 藍寶石晶棒其他行業應用(資料來源：中信證券研究所)
基於上述分析，假設：
1、由於建設時間及產能逐漸釋放，2010、2011年新增產能僅有40%能夠轉化為實際產能
2、藍寶石晶棒60%用於LED行業
3、藍寶石坯料生產藍寶石晶棒的良品率為70%。經調整，得出(表7)：
|
|
2009 |
2010E |
2011E |
2012E |
|
藍寶石晶棒總需求量(萬毫米) |
315 |
732 |
1188 |
1884 |
|
藍寶石晶棒總供給量(萬毫米) |
1708 |
2160 |
3530 |
?? |
|
新增藍寶石晶棒總供給量(萬毫米) |
?? |
452 |
1370 |
?? |
|
調整藍寶石晶棒總供給量(萬毫米) |
717 |
793 |
1137 |
?? |
|
調整藍寶石晶棒總供給量–藍寶石晶 棒總需求量(萬毫米) |
402 |
61 |
-51 |
?? |
表7 2009-2012年藍寶石晶棒的供給、需求(資料來源：實地資本/申銀萬國研究所)
在上述偏謹慎的假設之下，2010 年藍寶石晶棒供應量超出需求量，2011年也能保證96%的需求。綜合上述分析，筆者認為藍寶石基板、晶棒並沒有緊缺到影響LED終端產品需求的程度。但是，2010年藍寶石晶棒供不應求，連連漲價原因何在?筆者認為是MOCVD的大肆擴張。
從藍寶石基板和MOCVD的關係來看，假設：
1、所有MOCVD均為42片、2英寸型
2、去除節假日，MOCVD每年生產264天
3、MOCVD每天生產2.6圈。得出(表8)：
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2009 |
2010E |
2011E |
2012E |
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MOCVD累計存量(台) |
500 |
860 |
1740 |
2490 |
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藍寶石襯底(基板)總計需求量(萬片) |
513 |
1192 |
1934 |
3068 |
|
LED終端能夠支援的MOCVD(台) |
178 |
413 |
671 |
1064 |
|
設備利用率 |
35.56% |
48.07% |
38.55% |
42.73% |
表8 2009-2012全球GaN型MOCVD供給、需求情況(資料來源：實地資本)
可見，藍寶石晶棒供不應求的主要原因在於MOCVD的瘋狂擴張，而並不是LED終端產品需求的增加。由於藍寶石晶棒、基板的緊缺，MOCVD機器只有不到50%的能夠開工，MOCVD的過剩中短期內將催高藍寶石晶棒、基板價格的價格，造成終端產品價格的上漲，降低磊晶廠的毛利率。從長期看，藍寶石晶棒、基板的緊缺必將起到大浪淘沙的作用，一部分晶片品質相對不高，成本相對較高的外延片、晶片企業將倒在普通照明市場打開之前。如表9：
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2010Q1 |
2010Q2 |
2010Q3 |
2010Q4 |
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2英寸藍寶石襯底報價 |
$8-11 |
$14-16 |
$21-23 |
$23-25 |
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占磊晶廠成本比重 |
10% |
14% |
20% |
22% |
|
磊晶廠毛利率 |
– |
40% |
36% |
34.5% |
表9 2010年Q1-2010 Q4藍寶石襯底報價及其占磊晶廠成本的比重(資料來源：申銀萬國研究所)
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