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作者:an888    发布于:2024-03-20 04:03   

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  iPhone 8将引领新一轮的硬件创新浪潮,柔性OLED、双摄、3D摄像头、玻璃外观、无线充电、双电芯、类载板、声学升级、SiP封装、激光加工已成为新趋势。

  首次覆盖给予增持评级。我们认为iPhone 8创新力度大,是苹果又一巅峰之作,将引领智能手机行业新一轮的硬件创新浪潮,柔性OLED、双摄、3D摄像头、玻璃外观、无线充电、双电芯、类载板、声学升级、SiP封装、激光加工将成为行业发展的新趋势。

  市场可能认为:智能手机市场逐渐饱和,手机行业创新乏力,难以看到新的增长点;我们认为:iPhone 8从外观、显示、3D摄像到内部设计都有极大的改变,将引领整个行业变革,符合创新趋势的细分领域将迎来高成长:

  (1)OLED:柔性OLED大势所趋,未来几年供需缺口依旧很大,国内面板厂商重金切入,有望成为第二梯队领先厂商,推荐京东方A;柔性OLED带动触控结构变革,外挂式薄膜触控将成为主流,薄膜龙头欧菲光凭借技术、产能和客户优势,将尽享行业爆发红利。

  (2)双摄:iPhone更多机型导入,安卓阵营基本全部开始导入双摄,行业爆发势不可挡,推荐双摄模组龙头欧菲光、滤光片厂商水晶光电。

  (3)3D摄像:3D成像不仅是人机交互的新方式,也是人工智能时代最重要数据入口,iPhone 8将引领手机3D成像时代的到来,推荐模组厂商欧菲光、窄带滤光片厂商水晶光电。

  (4)外观件:外观件去金属化趋势已经明确,玻璃、陶瓷外观将相继爆发,双玻璃+金属中框将成为外观件主流,推荐玻璃加工龙头蓝思科技、欧菲光,金属中框加工厂商科森科技、长盈精密。

  (5)声学:iPhone8引领声学升级,立体声、防水设计带动量价齐升,推荐歌尔股份、立讯精密、国光电器。

  (6)无线充电:苹果推动无线充电生态建立,供需共振行业迎爆发,推荐立讯精密(发射端)、东山精密(接收端)、信维通信、安洁科技。

  (7)双电芯:电池扩容势在必行,iPhone8引领双电芯升级,推荐电池双雄德赛电池、欣旺达。

  (9)SiP:SiP封装是集成度提升最优选择,苹果大量导入引领潮流,推荐长电科技、环旭电子。

  (10)激光加工:iPhone8采用新材料新工艺,带动激光加工高景气,推荐激光设备厂商大族激光、华工科技。

  智能手机电池容量虽然一直在增加,但仍摆脱不了“一天一充”的命运,原因在于随着手机性能的不断提升,其耗电量也随之快速增加。从硬件的角度进行拆分,目前手机的功耗主要来自显示屏幕、处理器、网络、无线连接以及数据存取模块。其中,屏幕尺寸的扩大、屏幕分辨率的提升、处理器功率的增加、WiFi速率的加快均对手机的能耗提出了更高的要求。而双摄、3D成像、VR/AR等新功能的逐渐普及也将使现有的电池容量显得更加捉襟见肘,续航性能日益成为智能手机使用过程中的痛点。

  以手机屏幕举例:屏幕的高分辨率所带来的高耗电主要源于GPU对于多出来的数倍像素的计算量的增加和更多背光的需求;以2560x1440的原始分辨率(577ppi)运行时,高达10.247W的功耗比1280x720分辨率(289ppi)运行时的功耗高出87.3%。

  以手机AP为例:在都采用A57内核的情况下,AP功耗随着主频和内核数上的上升而上升。在2100MHZ主频下,4核AP的功耗为5.49W,而1核AP的功耗为1.62W。

  手机电池历史上有2次能量密度的大幅提升:1)2005年以前手机多采用普通液态锂电解质,2005年之后转向聚合物电解质。聚合物电解质在电化学性能上更优,同时塑型更加灵活,体积利用率更高;2)2013年以后,手机电池开始了第二次能量密度的提升。这一次是通过电池和手机的“一体化”,省去了原来电池的硬壳保护,提升了电池的能量密度。

  当前能量密度提升已遇瓶颈,主要依靠体积提升:目前,主流的手机电池能量密度保持在600Wh/L左右。根据三星发布的预测显示,除非发生重大的材料端变革,不然以目前的技术进展,电池性能年均增长率仅为5%。

  体积提升(大屏化)是过去几年手机电池容量提升的主要手段:在过去几年手机电池能量密度无太大提升,但是从3G到4G这一阶段,手机的功能不断加强,尤其是前段射频部分更为复杂,耗电量显著增加,但是手机续航能力并未发生太大变化,这要归功于手机大屏幕化带来的手机电池的体积提升。目前5.5寸手机电池容量大多为3000-4000mAH,4.5-5寸手机电池容量则在2000mAH左右,可见手机尺寸的提升对电池容量影响最为显著。

  2016年8月,Galaxy Note 7智能手机在上市后,“引爆”了全球对于手机市场安全问题的关注,上百起电池燃烧事故让三星频繁陷入舆论危机。经查三星Note7电池爆炸的主要原因为:1)负极板受到挤压导致正负极短路起火;2)焊接过程有毛刺穿破了绝缘膜,直接引发短路起火;3)采用了更薄的隔膜材料,保护效果不佳;

  由于当前的技术局限,无法通过材料的变革大幅提升电池容量,而且手机的体积已经到了人手可以握持的极限,因此三星只能通过压榨电池仓空间,采用更薄的隔膜材料等手段来提升电池性能。单电芯高容量方案最直接的负面指标在于,电芯容量越大则放电温度越高, 3000mAh/5000mAh电芯在高强度使用时的峰值温度分别是30度和50度。

  双电芯就是指在一块电池中通过串并联的方式使两个电芯共同发挥供电作用。在手机之前,双电芯或多电芯电池在笔记本电脑以及移动电源等产品上就已有应用。随着智能手机对电池容量的要求日益提升,部分厂商近年来开始在手机上应用双电芯方案,最典型的代表厂商就是金立,其2015年起推出的M5、M6以及M2017手机均采用了双电芯电池。

  三星Galaxy Note 7的爆炸已为单电芯高容量的路线敲响了警钟,双电芯方案有望在消除安全隐患的前提下,继续提升电芯性能。与单电芯方案相比,双电芯方案的主要优点如下:

  双电芯方案通过两个电芯之间的串并联,可以在总容量不变的情况下使得单电芯容量减半,令电池更为稳定。同时双电芯对应双充电芯片,不仅能提升充电效率,还能降低充电温度。经测试,金立双电芯手机总电池容量为7000mAh,在整个充电过程中,充电温度不高于35度。再者即使一块电芯发生故障,剩余的另一块电芯仍然能保证手机在一段时间内的正常使用。

  双电芯并不意味着两块电芯的简单堆砌,而是有望使手机的内部结构进一步优化。传统的单电芯电池一般具有规则的形状(大多为矩形),而双电芯电池中两块电芯的形状并不一定要相同,可根据手机内部结构进行空间布局以减少所占体积。

  笔记本电脑厚度的降低很大程度上就是得益于多电芯的采用,典型的例子为苹果Mac Air系列电脑。通过采用多颗电芯,苹果Mac Air电脑充分利用了内部空间,使整机厚度下降1.7厘米。

  采用双电芯方案的金立M6 Plus与M6的单位体积电池容量(总电池容量/手机体积)分别达到56.79 mAh/cm3 以及53.17 mAh/cm3,在2016年所有主流手机型号中位列头两名,远超平均水平37.69 mAh/cm3。因而,双电芯方案有望在提升电池容量的同时,进一步降低电池占用空间,以此提升手机的轻薄性。

  金立M系列手机已证明双电芯电池具备量产条件,过去苹果手机最受诟病的电池续航问题也有望因导入双电芯方案而解决,苹果的示范作用将极大推进双电芯电池的普及。

  一个典型的电池组主要由三大部分构成:电芯、结构件、电源管理系统。其中电源管理模块主要由保护模块、充放电模块等构成。就成本结构而言,以4000mAh消费电子锂电为例,电芯成本占55%,BMS占27%,结构件及组装占18%。

  如前所述,双电芯方案不是两块电芯的简单堆砌,而是通过更优化的设计使电芯之间产生协同作用从而提升整体电池的性能。因此,在双电芯方案中,电池封装以及电池管理系统的重要性将进一步凸显。其中,电源管理系统用于保障电池模组安全与有效运行,通过实时采集到的电芯状态数据以及特定算法来实现电池模组的电压保护、温度保护、短路保护、过流保护、绝缘保护等功能。相较于单电芯电池,双电芯方案中的电源管理系统需要额外实现两个电芯间的电压平衡管理,是实现双电芯正常工作的关键。

  根据高工锂电研究院的数据,双电芯方案价值量主要的增长在于BMS和组装环节,两者都实现翻倍增长,而电芯环节仅有10%的增长。

  相较于单电芯电池,双电芯方案对电池模组封装厂商提出了更高的要求,同时因为BMS与封装的价值量翻倍,对PACK来说是重大的利好。国内消费电子锂电池两大巨头,德赛电池、欣旺达将重点受益于这一趋势。

  印制电路板(Printed Circuit Board, PCB)是电子产品的核心部件之一,其主要功能是作为载体为各种电子元器件提供电气连接、绝缘以及机械支撑和集成,以组成一个具有特定功能的模块或成品,广泛应用于消费电子、计算机和网络设备、通讯设备、汽车电子、工业控制、安防、军工以及医疗等领域。

  由于具体应用场景的需求不同,PCB产品也多种多样。一般而言,行业内习惯用产品的层数、结构以及制程工艺将PCB细分为单面板、双面板、多层板、HDI板、IC载板、柔性板(FPC)、软硬结合板以及其他特殊板(高频板、金属基板、厚铜板等)。

  根据Prismark数据,2008~2014年间,受益于下游行业景气度较高,全球总体PCB产值从483亿美元增长至574亿美元,年均复合增长率达到2.9%。近两年,由于消费电子领域需求增长明显放缓,全球总体PCB产值连续两年呈现下滑态势,2016年降至542亿美元。

  手机的逻辑主板集成搭载了包括处理器芯片、内存、闪存、电源管理芯片、射频器件、音频芯片以及各种被动器件等众多电子元器件,是手机中的关键零部件。

  在智能手机持续多功能化、性能不断升级、电池容量不断加大和机身轻薄化等因素推动下,手机主板需要搭载的元器件不断增加但是体积空间却持续减小。因此在过去十多年间,主流的手机PCB主板经历了“传统多层板→普通HDI→任意层HDI”的多次升级,产品变得越来越轻薄,布线密度也不断提高。具体表现为PCB板的导线宽度、间距,微孔盘的直径和孔中心距离,以及导体层和绝缘层的厚度都在不断下降,从而使PCB得以在尺寸、重量和体积减轻的情况下,反而能容纳更多的元器件。

  2004年开始,HDI板逐渐替代传统多层板成为了手机应用中的主流。HDI(High Density Interconnect)板,即高密度互联板,一般采用积层法以普通多层板为芯板两面叠加积层来制造完成。与传统的多层板主要采用通孔不同,HDI板的积层之间的电气连接主要是通过金属化的微埋盲孔来完成,并且线路更加精细化,因此相比传统多层板具有密度更高、更轻薄的特性。

  2010年,苹果率先在其iPhone4中采用更先进的任意层HDI,引发了手机主板从普通HDI向任意层HDI的进阶升级,而任意层HDI目前仍是手机主板的主流选择。任意层HDI去除了普通HDI中绝缘层较厚的内芯层,改换采用铜箔基板,并且由原来的机械钻孔改为激光钻孔,可以进一步缩小孔径尺寸,因此由普通一阶HDI升级为任意层HDI可以减少近四成左右的体积,并且具有更好的焊接性、散热性等性能。

  智能手机的持续轻薄化、多功能化和电池容量提升三者并道而行的发展趋势下,主板所需搭载的元器件不断增加,线路连接复杂性持续提升,但手机内部的空间却越来越少。因此手机主板的持续升级,提高线路密度和运行性能,用更少的体积容纳更多的元器件及连线成为了必然选择。

  过去几年间,手机主板的锡球间距(BGA Pitch)已经从0.7mm左右下降至目前的0.4mm,微孔大小和连接盘直径分别下降到75 mm和200 mm。未来,锡球间距要向0.3mm发展,微孔大小和连接盘直径分别要下降到50mm和150mm,这要求线微米,而现行的HDI板并无法满足这样的要求,因此需要新一代的PCB主板技术。

  除了手机内部空间压缩所造成的主板本身的升级需求之外,系统级封装技术也对手机中的PCB产品提出了更高的要求。

  系统级封装(System in Package, SiP)是通过将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起,以实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统的先进封装技术。SiP从终端电子产品角度出发,不是一味关注芯片本身的性能/功耗,可以实现整个终端电子产品的轻薄化、多功能、低功耗。

  苹果在iPhone 7开始大量导入SiP技术,手机中共内建6个SiP次系统模组,与iPhone 6中只内建3个SiP次系统模组相较成长了1倍。我们判断,未来SiP方案将成为超越摩尔定律的主要推动力,在智能手机及可穿戴产品中的应用将呈现快速增长。

  由于SiP内部的线路密度非常高,过去常用的HDI板承载能力有限,因此迫切需要更高性能的新型PCB产品来作为SiP的封装基板。

  根据产业链信息,为了支持SiP在产品中的更多应用,苹果将在其今年的三款iPhone新品上采用全新的类载板方案。

  类载板(Substrate-Like PCB, SLP)仍是PCB板的一种,其作用仍是为各种主动和被动元器件提供集成、支撑和互联功能,不过其在制程上更加接近IC载板,线mm锡球间距,因此可以实现更高的线路密度,且更加轻薄。重要的是,类载板方案的高密度特性更符合SiP的场景需求。

  我们预计苹果在其今年新品手机上采用类载板的举动将复制iPhone 4上采用任意层HDI板的示范效应,类载板+SiP方案有望在未来两年间在主流安卓机型上加速渗透,新一轮的手机主板革命即将爆发。

  目前,任意层HDI板在手机中的单机价值在3美元左右,而采用类载板方案后,单机价值将提升1.3~2.3倍至4~7美元,PCB厂商将迎来新一轮的业绩提升空间。

  根据产业链信息,苹果今年有可能将在其两款LCD版新品iPhone上采用一片SLP板,单机价值在4美元左右,而其OLED版新品上将会采用两片堆叠的SLP,单机价值在7美元左右。

  2017H2,我们预计仅有iPhone新品采用类载板方案,市场空间在5.5亿美元左右。到2018年,在苹果的示范带动下,我们预计类载板在安卓高端旗舰机型中的渗透率有望达到50%,在智能手机中的总体渗透率超过20%,市场空间达到20亿美元左右,合人民币130亿元。

  减成法是最早出现的也是应用较为成熟的PCB制造工艺。一般是指在覆铜板上通过光化学法、网印图形转移或电镀图形抗蚀层,然后使用化学药水蚀刻掉非图形部分的铜箔,或采用机械方式去除不需要部分而制成印刷线路板。

  化学药水刻蚀环节中,刻蚀过程并不是由表面垂直向下进行,而是同时会向通道两侧进行刻蚀,即存在侧蚀的现象,造成刻蚀通道的底部宽度大于顶部。由于侧蚀的存在,减成法在精细线路制作中的应用受到很大限制,当线mil)时,减成法就会由于良率过低而无法适用。

  全加成法是指在一块在没有覆铜箔的含光敏催化剂的绝缘基板上印制电路后,以化学镀铜的方法在基板上镀出铜线路图形,形成以化学镀铜层为线路的印制板,由于线路是后来加到印制板上去的,所以叫做加成法。

  全加成法工艺比较适合制作精细线路,但是由于其对基材、化学沉铜均有特殊要求,对镀铜与基体的结合力要求也很严格,因此与传统的PCB制造流程相差较大,成本较高且工艺并不成熟,目前的产量不大。

  半加成法是指在预先镀上薄铜的基板上,覆盖光阻剂(D/F),经紫外光曝光再显影,把需要的地方露出,然后利用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格,然后除去光阻剂,再经过闪蚀将光阻剂下的多余铜层去除,保留下来的铜层形成所需线路。

  半加成法的特点是线路的形成主要靠电镀和闪蚀。在闪蚀过程中,由于蚀刻的化学铜层非常薄,因此蚀刻时间非常短,对线路侧向的蚀刻比较小。与减成法相比,线路的宽度不会受到电镀铜厚的影响,比较容易控制,具有更高的解析度,制作精细线路的线宽和线距几乎一致,可以大幅度提高精细线路的成品率。

  半加成法是目前生产精细线路的主要方法,量产能力可达最小线μm,被大量应用于CSP、WB和FC覆晶载板等精细线路载板的制造。

  目前手机主板中主流的高级HDI板均采用减成法工艺制造,升级为类载板之后,由于制程要求达到了30/30微米,因此减成法将不再使用,需要采用mSAP半加成法工艺,与IC载板类似。

  从HDI的减成法到类载板SLP的mSAP半加成法,工艺制程中设计到更多的镀铜工序,所需镀铜产能大幅增加,并且对于曝光设备(制程更加复杂)以及贴合设备(产品层数增加)的需求也有所增加。

  对于HDI厂商而言,由于制程从减成法升级为mSAP半加成法,因此需要新增设备投资,并且需要经历良率爬坡的学习曲线。

  对于IC载板厂商而言,由于载板的生产本身就采用mSAP工艺,因此其生产类载板在技术和良率上不存在障碍,但是由于类载板的线路精细程度要求并不如IC载板那么高,对设备的要求也较为宽松,因此IC载板厂商切入类载板生产可能会面临利润率下滑的风险。

  综合来看,在类载板的竞争格局中,HDI厂商技术和良率上暂时处于劣势,但成本上可能具备优势,而IC载板厂商在技术和良率上不存在问题,但却在成本控制上处于劣势。

  根据产业链信息,我们预计今年苹果iPhone新品的类载板产品中,全球几大HDI和IC载板龙头都有望参与供货,包括AT&S、TTM、欣兴、华通、景硕、臻鼎和Ibiden等。

  近些年来,随着中国大陆的家电、PC、智能手机等下游终端品牌的崛起,全球PCB产业也加速向大陆转移。

  2002年,中国的PCB 市场规模还不到45亿美元,全球市场占有率仍处于较低位置。2006年,中国 PCB产值超过日本成为全球第一。根据 Prismark统计,2008年时中国PCB产值150亿美元,全球占比31%,到2016年中国PCB产值已经快速增长至271亿美元,全球占比增长至50%。

  根据CPCA统计,2000年至2013年期间,中国PCB市场规模年均复合增长率达12.38%,远高于全球平均水平2.57%。根据 Prismark的预测,2015年-2020年中国 PCB 产值的年均复合增长率约为3.5%,继续高于全球和其他地区的增速。

  我们认为,今年苹果新品iPhone采用类载板方案有望再次复制其在iPhone 4时采用任意层HDI板所起到的示范作用,2018年开始三星和国产安卓品牌有望快速,类载板将在中高端智能手机上快速渗透,仅2018年市场空间就将达到130亿元左右。

  类载板方案的普及将为具有高级HDI板技术的PCB厂商带来新一轮的产品结构升级空间,我们看好国内具有技术实力的PCB厂商超声电子,依顿电子充分享受这一轮的行业红利,进一步打开业绩成长空间。

  超声电子(广东汕头超声电子股份有限公司)成立于1997年9月,同年10月在深交所上市。公司拥有30年PCB制造经验,产能覆盖HDI板、任意层互连HDI,高密度多层板以及快板业务,目前双面、多层和HDI板产能为100万平米/年。公司在PCB领域拥有雄厚的技术储备,是国内最早实现HDI量产的PCB厂商,也是目前国内少数可以生产任意层HDI产品的厂商之一。公司在多年前就已经切入苹果产业链,充分印证了公司的雄厚技术实力。

  据透露,公司目前已具备类载板制造技术,我们认为公司有望在国内厂商中率先享受未来类载板对高级HDI大范围替的行业红利,迎来产品结构化升级和广阔业绩弹性空间。

  依顿电子(广东依顿电子科技股份有限公司)成立于2000年3月,2014年6月在上交所上市,公司自成立以来专注于从事PCB业务,产品覆盖多层板和HDI板,2015年,公司在mation发布的全球百强 PCB 制造商销售收入排名中位列第33位。公司在2012年通过大客户伟创力进入苹果供应链,主要供应双层板产品。近年来,公司加大在HDI板领域的研发和产能投入,上市募投项目“年产45万平米HDI印刷线路板项目”稳步推进。

  我们认为,在智能手机中类载板对高端HDI的替代趋势下,高端HDI厂加码投入类载板生产,公司有望把握行业结构性变化机会在HDI产品领域实现产品线和客户的不断突破,实现自身产品线结构行升级同时迎来新一轮的业绩增长。

  随着晶圆制程微缩难度加大,摩尔定律已逐渐走到极限,尤其是在28纳米以后制程不再具备经济性。根据Yole Development的数据显示,芯片上单个晶体管的成本在28纳米之后开始上升。

  行业内将半导体未来发展方向主要分为两条路径,一是继续沿着摩尔定律发展,继续通过制程的进步追求功耗下降和性能提升,典型代表为SOC(System on Chip)。另一种则为“超越摩尔定律”, 通过提升整体实用性以满足市场需求,典型代表为SIP(System in Package)

  SiP即System inpackage(系统级封装),通过将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如 MEMS 或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统,SiP从终端电子产品角度出发,不是一味关注芯片本身的性能/功耗,而是实现整个终端电子产品的轻薄短小、多功能、低功耗。

  与SoC相比,SiP在系统集成度、成本、时效性等方面存在诸多优势,在制程微缩越来越困难且不经济的情况下,SiP是最佳选择,具体对比如下表所示。

  苹果是最早大规模使用SiP 的公司,典型的应用为Apple Watch。第一代Apple Watch内部芯片采用的就是SiP封装。Apple Watch内部采用了一块不规则形状的主板,苹果称之为“S1”,紧挨着它的右侧应该是闪存颗粒,左上角仅靠RF射频接口的自然是射频部分,而左侧围绕在电容、电阻中间的是电源管理单元。

  除了手表以外,苹果手机中使用 SiP 的颗数也在逐渐增多,如:触控芯片,指纹识别芯片, RFPA 等。在 iPhone6 中,触控芯片有两颗,而在 6S 中,将这两颗封在了同一个 package 内,实现了 SiP 的封装,而未来会进一步将 TDDI 整个都封装在一起。指纹识别同样采用了 SiP 封装,6S 中的多颗 RFPA芯片,也都采用了 SiP。在iPhone 7中SiP模组多达5个,且预期iPhone中的SiP模组数量与集成度仍将不断上升。

  iPhone手机开始大量采用SiP封装主要有以下原因:1)突破PCB性能限制。历年来,芯片制程不断微缩,主流机型AP芯片线nm以下。而PCB的发展并不遵循摩尔定律,近年来PCB线宽并无明显变化,主流线um左右。PCB作为连接不同芯片的之间的桥梁,其连线密度低现在了系统性能的发挥。如果采用SiP封装,事前将不同芯片进行连接,将有效避免这一问题。2)尺寸缩小,利于产品轻薄线)防水性提升;

  目前,全年有能力大规模实现SiP的厂商稀少,SiP为稀缺产能,主要以日月光、环旭电子、长电科技(星科金朋)、春田为主。举例而言,长电科技自2016年7月切入iPhone 7的SiP供应链后,产值大幅增长。2016年当面实现SiP营收3.5亿美元,2017年新一代iPhone手机预计将采用更多的SiP,带来更多的价值量,预计2017年SiP业务将贡献9.6-10亿美元营收,净利润1.4亿元。

  以激光技术为代表的特种加工,正成为中国制造向中高端先进制造突破的排头兵。先进制造技术是一个多层次的技术群,是我国制造业转型升级向微笑曲线高端价值链拓展的必由之路。随着各国在全球电子产业链中的角色不断重构,老牌强国厂商愈发重视对核心高端材料、设备和知识产权(IP)的控制权。作为制造业核心竞争力,设备端的先进性直接提升工业制造效率,助力传统制造向高附加值制造深度转型,迈向技术壁垒更高的高端精密加工。我们认为,智能制造升级的全球联动、中国制造2025的战略背景、持续上涨的用工成本以及老旧设备、低效产线的陆续淘汰更替,有力拉升了我国制造自动化和智能化装备的迫切需求;以激光加工为代表的高端先进装备制造业,正迎来广阔的发展机遇。

  激光属于蓬勃发展的朝阳产业,产业链庞大,下游需求广泛。剖析激光产业链:上游主要为激光材料及配套元器件,包括激光器元部件、激光电源、软件等;中游主要为各种激光器及配套设备,包括各类激光器、激光模块等;下游主要为激光应用产品产品所在的行业,涵盖消费电子、通讯半导体、汽车、航空航天等诸多应用市场,需求庞大。

  激光物理性能优异,优势独特,尤适合高端精密加工。与计算机、原子能、生物并称二十世纪最重要四大发现的激光,实质是一种高能量密度、单色、准直的能量束。因具备高亮度、高单色性、高相干性、平行性等特点,激光被誉为“最快的刀”、“最亮的光”、“最准的尺”。由于空间和时间控制性好,高能量激光束的移动速度及能量均可调整,给予加工对象材质及加工环境的自由度很大:无接触式的激光加工可实现对多种高硬度、高脆性及高熔点的金属、非金属材质加工,尤其适合高端零部件的自动化加工。

  激光优异的物理特性在各行各业充分应用,配套激光设备层出不穷。激光良好的平行性、能量集中性、高亮性分别衍生出了不同用途的激光技术及设备,涵盖激光发射技术(激光投线仪)、激光测量技术(激光测距仪)、激光成型技术(3D打印机)、激光加工技术(激光打标、切割、焊接机)、激光惯导技术(激光陀螺仪)、激光投影技术(激光电视)、激光通信技术(量子通讯)等诸多方面。

  激光加工为激光技术在工业领域主打应用。从目前我国主营激光业务的公司来看,能量激光、信息激光和通讯激光是激光技术放量的主要途径。其中,激光加工为能量激光应用的典范,是激光技术在工业领域最主要应用,即利用激光束对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等,已广泛应用于电子、汽车、航空、机械制造等国民经济部门,应用前景光明。

  激光加工迅猛发展,传统加工正进入光加工时代。不同于基于力传递方式的传统加工,激光加工以光传递为媒介,因能量密度高、加工速度快、质量好、效率高、惯性小、柔性大等突出特点,特别适用于高端精细加工,被誉为“未来制造系统共同的加工手段”。随着激光技术应用从光学渗透到机械加工、3C电子中切割、焊接、打孔、雕刻环节和更多领域,电加工时代过渡到光加工时代的大势渐趋明朗。

  激光加工具备多重比较优势,非常适合加工高精密零部件及外观要求较高的产品。相比于传统加工,激光加工具备五重比较优势:1)切割速度快:不需装夹固定;2)切割效率高:可配合数控系统进行二维、三维切割;3)切割质量高:切口细窄、切割表面光洁、切割形变小;4)应用种类多:可切割多种金属、非金属及复合材料;5)非接触切割:噪声小、污染小,几乎没有工件破损。综合而言,激光加工在提升产出品质量、提高自动化生产率以及减少原材料消耗等方面发挥了重要作用。

  激光加工是电子制造的关键技术,应用场景非常多元。传统机械加工工具已无法达到精度要求,为激光精密加工提供应用契机。综合来看,激光技术在电子制造中角色主要为两个:一是用于消费电子的精密加工、脆性材料加工;二是用于面板和半导体的超精密微加工。具体而言,(1)消费电子行业中,触摸屏的精密化加工是现代激光加工技术的应用范例;(2)半导体行业中,激光技术覆盖黄光光刻、激光划片、芯片打标等众多步骤,渗透贯穿于芯片的制造和封装环节;(3)PCB行业中,激光钻孔机应用于盲孔导通孔的高速钻孔加工环节,并进一步在PCB小径化和高密度化趋势下放量应用。此外,激光加工在面板切割、电路蚀刻、脆性材料加工制造中也不可或缺,应用场景非常多元。

  激光加工设备为电子制造核心必备,市场需求庞大。从全球市场看,以激光加工为主的通信半导体加工份额最大,与先进材料加工之和占据近八成的激光市场份额。一方面,激光技术采用非接触性加工方式,不产生机械应力,叠加高效率、高精度、无污染等特点,尤其符合电子制造加工要求;故而,激光器及激光加工设备广泛应用于消费电子触摸屏的生产加工、半导体LED晶圆划片等领域;另一方面,据Optech Consulting最新市场报告显示,2016年应用于切割、焊接、打标、增材制造的激光加工系统已达126亿美元,占据75%的市场份额;2016年微电子器件激光加工系统市场增长15%,主要源于移动电子设备及半导体和显示器制造过程抬升了激光加工设备的需求。

  激光加工已在消费电子微创新趋势下大量应用,舞台广阔。以智能手机加工制造为例,据统计约70%的手机加工环节需要应用到激光加工或检测设备:包括摄像头、线路板、液晶屏、天线等几百个大量精密零部件镶嵌整合的精密度和组装效率要求很高。仅仅SIM卡槽,就运用了大量激光加工技术,如:激光焊接用于卡槽焊接,热变形小,焊缝质量高;激光打孔用于卡槽打孔,深径比大,经济效益好。

  激光加工的先进性,深度契合3C产品微型化精密化的发展趋势和工艺需求。首先,集多重比较优势于一体的激光加工技术,尤其适合加工对外观要求严苛的3C产品高精密零部件。正是这一特性,使激光加工技术成为了消费电子、半导体等电子制造的关键核心技术。其次,利用激光加工设备替代传统人工和自动化机床,加工更为精细化,有效对接电子产品复杂的加工需求和工艺难度,极大提升了产线效率和产品可靠性,优势明显。最后,激光加工的新技术新趋势纷至沓来,前景一片光明:1)同属于超短脉冲激光的皮秒激光和飞秒激光在3C加工中重要角色日益凸显;2)利用光纤激光器可针对蓝宝石、陶瓷、硅、金属等宽领域材料实现快速精密切割及钻孔;3)准分子激光退火技术(ELA)则成为了LCD和OLED面板制造技术路线中的优选。我们认为,日益精进的激光加工技术是消费电子接续结构微创新的有力保障。

  激光加工设备属于光机电一体化设备,为激光技术与自动化技术完美结合的产物。利用激光加工设备替代传统人工和自动化机床,加工更为精细化,有效对接电子产品复杂的加工需求和工艺难度,极大提升了产线效率和产品可靠性,优势明显。从细分用途来看,打标、切割和焊接为激光加工设备三大运用方向,具体应用设备分别为激光打标机、激光切割机、激光焊接机。

  激光打标机工艺成熟,步入快速成长期。激光打标是一种非接触、环保、耐磨性强、性能稳定、便于追踪管控的新标记工艺,属于激光表面微加工的细分应用。首先,激光打标适用于各种薄型金属或非金属材料打标,且能在手机外壳、按键、电池等诸多零部件上烙下永久性标记(图案、文字、条形码等各类图形),满足不同手机厂商、不同手机品牌类型个性化的生产需求,增添产品美学价值进而提升附加值。其次,激光打标机用途广泛,除了手机,电子元器件、塑料管材、礼品包装、食品饮料外包装也大量应用激光打标机。最后,受益于激光器可靠性和实用性的提高,以及光学器件改进、计算机控制技术飞速发展,激光打标机普及迅速,步入快速成长期。

  激光切割是激光加工技术中最为成熟的技术之一,在高端制造应用广泛。日本最先将激光切割加工应用于汽车工业里大型覆盖件的下料切边和挡风板切割,如今美国福特和通用汽车公司的汽车生产线普遍使用激光切割技术。由于激光切割拥有切割范围广、速度快、切缝窄、加工柔性好等优点,在电子制造中优势独特:(1)微电子制造领域中,激光切割的典型应用为切割印刷电路板中表面安装用模板,一方面克服了传统化学刻蚀法加工极限尺寸大等致命缺陷,另一方面明显提高加工精度并可对成品模板进行再加工。(2)半导体划片工序中,YAG激光器输出的激光比金刚石划片效果好,可将1mm2硅片切割为几十个集成电路块或者几百个晶体管管芯。(3)此外,随着激光切割今后将朝三维高精度立体工件切割方向发展,激光切割机器人的应用范围也将来越大。

  激光焊接市场体量大,应用同样广泛。相比于其他焊接工艺,激光焊接极为迅速,可用于复杂零件焊接,能纯净焊缝金属,优势非常明显。从应用市场看,目前激光焊接已在全球形成800多亿美元的市场,应用范围覆盖集成电路、电池、传感器、通讯设备、光伏、汽车、航空航天等各个领域。举例而言,美国用激光焊接大规模集成电路金属引线μm;日本电气公司则用Ar激光配合化学气相沉积技术,成功修整了集成电路中4000门电路陈列的误配线。从国内现状来看,目前我国焊接自动化率不足30%,激光焊接存在巨大的替换升级空间。

  皮秒激光和飞秒激光在3C加工中重要角色日益凸显。皮秒激光和飞秒激光同属于超短脉冲激光。皮秒激光器是超短脉冲激光的典型代表,具有超短脉宽、超高峰值功率的特性,尤其适合3C电子产品超精细加工、半导体加工、PCB加工、面板切割、微型电路蚀刻等领域,如蓝宝石、玻璃、陶瓷等脆性材料和热敏性材料的加工。1飞秒等于1/1000万亿秒,飞秒激光持续时间极短,仅几个飞秒,但拥有高达百万亿瓦的瞬时超高功率,且能聚焦到微米级别的空间区域:这些独特优势,使之在3C制造的超精细微加工领域有广阔的发展前景。

  光纤激光器引领激光产业技术革命。激光器为激光加工核心部件,是激光设备中技术含量最高的配件。被称为“第三代激光器”的光纤激光器,光电转化效率高、输出功率高、维护费用低,具备较强比较优势。从应用角度看,利用光纤激光器可针对蓝宝石、陶瓷、硅、金属等宽领域材料实现快速精密切割及钻孔,相比于传统固体激光器或CO2激光器,优势明显。

  紫外激光性能优越,在半导体领域应用广泛。举例来说,1)准分子激光和固态紫外激光用于薄晶圆剥离;2)准分子激光用于掩膜版检测;3)准分子激光为目前半导体制程主流的光刻设备。值得关注的是,准分子激光退火技术(ELA)提供了平板显示制造转用多晶硅背板的技术支撑,是LCD和OLED新型面板制造技术路线中的优选。

  激光加工与自动化装备的互补集成已成新趋势。我们认为,激光加工配套机器人等自动化设备形成系统集成是我国智能制造弯道超车的亮点。作为先进制造技术代表的激光技术,是升级改造传统制造业的重要抓手,而通过集成机器人技术则能有效拓展自动化:举例而言,激光设备与工业机器人关系紧密,典型代表为激光加工机器人。又如,激光加工系统与计算机数控相结合可构成自动化智能加工设备,已成为钣金加工的关键技术。此外,激光加工与自动化装备紧密结合还可增强制造的柔性。在智能制造背景下,作为先进的基础性技术的激光加工工艺与工业机器人等自动化装备密切配合后,能起到更加精密、快捷、柔性制造的功用,在提高自动化率的同时进一步提升智能制造的装备水平。我们认为,以激光技术配套自动化设备为代表的系统集成,优势逐步凸显,深度契合我国制造自动化、智能化升级的发展趋势。

  消费电子持续接力式的结构创新,是激光加工设备持续高景气的源泉。前已提及,激光加工在消费电子产品中应用优势非常明显,而消费电子持续接力式的结构微创新则有力拉升了激光加工设备的需求。目前,小功率激光加工设备的系统集成在消费电子领域开疆拓土,拓展领域包括镜头加工、耳机加工、手机屏组装、气密性检测等微创新环节。综合来看,受益于A客户为首的智能手机微创新,以及OLED显示产业全面爆发等多重大催化剂,激光加工设备需求正迎来前所未有的爆发式强劲需求。

  满足智能手机微创新多重需求,激光已成精密加工必备技术。随着智能手机的持续更新换代和消费者需求的不断升级,智能手机内的功能组件趋于微型化、精密化,同时外观组件日趋美观、考究,激光作为精湛的前沿技术,已经广泛应用于智能手机制造过程中的各个领域。

  激光加工在各种脆性材料中大量应用,最具代表性的是蓝宝石。蓝宝石,俗称刚玉,硬度极高,必须用激光设备切割。此外,蓝宝石材料已大量应用于指纹识别及摄像头模组(包括双摄像头)的保护膜,且未来在可穿戴设备应用潜力大。

  紫外激光打标,或成高端机型标配。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种标刻方法,具有精度高、速度快、标记清晰等特点。手机采用激光打标这种永久标记方式,可提高防伪能力,还能增加附加值,使产品看上去档次更高,更有品牌感。近年来,紫外激光由于其波长极短,聚焦光斑极小的优势,在加工过程中热影响区很小,在超精细打标领域应用广泛。iPhone 7及iPhone 7 Plus背面标志均是通过紫外激光打标机完成制作。

  传统焊接技术难以满足精密需求,激光焊接精准致胜。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源,使材料表层熔化再凝固成一个整体。通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率、重复频率等参数,可以精确控制焊点的熔化速度和宽度,做到超精密零部件焊接的精准控制。现在智能手机中的几乎所有精细化非可拆卸组件。根据著名拆机机构iFixit的iPhone 7 Plus拆解报告,尽管手机中的模块化设计趋势让很多功能单元可以无损拆卸,但是仍然有关键部件在依靠着激光焊接技术实现更高的集成度。iPhone 7系列的home键解决方案与以往不同,它通过激光焊接技术将指纹模块与屏幕总成通过激光焊接技术连接成一个整体。

  精度高损耗小,激光加工广泛应用于手机各组件精细切割。激光切割可对金属或非金属零部件等小型工件进行精密切割或微孔加工,具有切割精度高、速度快、热影响小等优点。旗舰机型中的OLED屏幕,2.5D/3D玻璃盖板,摄像头盖板及指纹识别盖板上所采用的陶瓷、玻璃、蓝宝石等,均需要采用超短脉冲激光切割的方式来进行开料成型。从iPhone 5s开始,苹果就采用激光切割的蓝宝石作为其Touch ID的盖板解决方案。另外,利用脉冲激光束也可以对PCB版、手机外壳等部件进行精细钻孔的制作。

  综合而言,消费电子持续的微创新是激光加工设备大显身手的舞台。以苹果手机为例,1)亮黑色机身的推出带来了冷光源激光设备需求;2)双摄像头的推广则带来了蓝宝石激光切割设备的放量;3)防水功能升级则大大增加保障气密性的激光焊接设备需求;4)指纹识别模组涉及激光加工的环节涵盖晶圆划片、芯片切割、盖板切割、FPC软板外形切割钻孔、激光打标等环节;其中,指纹识别的分板最适宜采用激光切割机进行加工。此外,激光切割技术是目前3D玻璃加工的主流方案,相关设备有望随3D玻璃渗透率提升而放量。与此同时,随着屏占比持续扩大的全面屏时代到来,激光精密加工设备可用于超窄边框加工,还有与之配合的典型器件激光倒角机等,激光加工新武器亮点频频。

  本节依据苹果新品创新点的推测,激光加工设备新需求的。根据各方从产业链收集到的信息,iPhone8作为iPhone系列推出十周年的纪念版,承担起苹果创新的主要任务。我们对iPhone 8主要创新总结如下:

  屏幕将采用 OLED全面屏设计,屏占比进一步加大。iPhone 8将采用OLED全面屏设计,屏占比接近100%,彻底取消实体Home键区域,嵌入式指纹识别技术将集成在屏幕下方。受制产能等方面的因素,三星将成为iPhone 8屏幕的独家供应商。目前中小尺寸的OLED屏幕市场,三星有着90%左右的市场份额。据美国调研机构IHS Markit预测,京东方可能会成为苹果OLED屏幕的主要供应商。

  机身采用金属中框+双面2.5D玻璃设计,配备无线充电功能。iPhone 8机身并未采用如三星S7 Edge一样的3D玻璃,而是在正反两面采用两块2.5D打磨的弧形玻璃,侧边采用无断点铝金属中框。传统的平面玻璃即2D玻璃,将2D玻璃的侧边加工成弧形可以得到2.5D玻璃。2.5D玻璃屏幕最主要的作用在于提升屏幕和机身整体的视觉效果,提升手感。由于机身采用全玻璃设计,不存在电磁屏蔽等问题,iPhone 8配置无线充电功能似乎是板上钉钉的事。

  竖排双摄像头设计。iPhone 8将由iPhone7 Plus的横排双摄像头设计改为竖排双摄像头设计。如此改动原因有二:1)iPhone 8的主板和电池会经过重新设计,两枚摄像头均支持四倍光学变焦,如果与iPhone7 Plus一样横向排列,电流干扰会非常严重,以致影响成像效果;2)iPhone 8可能会加入VR功能,在横屏拍摄时双摄像头可模拟人的双眼视差来营造VR的立体感。

  防水等级升至IP68级别。IPXX,第一标记数字表示接触保护和外来物保护等级,第二标记数字表示防水保护等级,数字越大表示其防护等级越好。iPhone 8从原有的IP67升级成最高的防护等级IP68,意味着iPhone 8可以在一定压力下长时间浸入水中而不受影响。

  iPhone 8创新外观设计引领激光加工新需求。综合各渠道信息,我们对iPhone 8结构微创新给激光加工提供的契机,有三个方向的预测研判:

  激光切割领域成长性十足,大族激光将分享行业成长大蛋糕。受益于三星S7和iPhone 8等旗舰机引领,OLED屏幕+2.5D/3D玻璃的外观件设计,或将成为智能手机行业内的旗舰标配。与之对应的激光切割领域,未来会有相当大的成长空间。在OLED产品的外形切割、线路修复、盖板成型三个领域,激光加工设备均有较好的应用。同时在2.5D/3D玻璃的开料环节,传统机械切割方式加工比较困难,容易出现崩边大、裂纹等问题,导致切割良率较低,对于超薄玻璃更加难以解决。而激光切割采用非接触加工方式,具有先天优势,对于薄玻璃及超薄玻璃均可加工。我们认为,提早布局智能手机产业链的激光加工设备企业将享受智能手机外观件变革带来的福利。在OLED与2.5D/3D玻璃激光加工领域,大族激光具有先发优势,同时着手研发激光加工机器人,未来或将实现OLED+2.5D/3D玻璃的在线自动化。

  OLED集多重优势于一身,发力智能终端兼具实用性和市场拓展空间。具备自发光特性的OLED,兼具多重优点,优势稳固:不像TFT-LCD需要背光,因此可视度和亮度更高;其次电压需求低且省电效率高,叠加反应快、厚度薄、重量轻、成本低、构造简单等诸多优势,即将取代LCD成为新型主流显示技术。此外,从市场实用性角度看,薄如纸且可任意折叠的显示器,是显示器产业发展的必然趋势;且随着消费电子微创新深化,OLED在AR/VR、可穿戴设备及曲面屏等诸多领域成为最佳解决方案,已步入加速发展的快车道。总体而言,OLED结构组成更轻更薄更简洁;任意弯曲,性能优越;流程精简,成本逆袭;2016年开启AMOLED大规模商业化应用浪潮,OLED取代LCD成为新型主流显示技术已是大势所趋。

  OLED屏成智能手机主要配置,OLED在智能手机放量已成定局。苹果新机方面,2016年APPLE已经向SDC预定了7000万台5.2寸柔性OLED显示屏,或为2017年底推出的iphone8做准备;HIS则推测SDC将生产9500+万台的OLED来满足苹果的需求;2017年5月,SDC已与APPLE签订合同,SDC将持续为APPLE提供柔性OLED直至2018年底。三星新机方面,作为OLED产业发展风向标的三星已经逐步将Galaxy系列的显示面板由LCD替换到OLED,预计在2019年此系列的显示面板完全更换为OLED版本。综合各公开信息,市场普遍认为,三星Galaxy系列、苹果iphone8、iphone9所用的显示面板将弃LCD选OLED,OLED智能手机放量已成定局。

  包括苹果在内的多款智能手机将启用OLED屏,为激光加工设备带来了值得期待的新增市场。相比于传统LCD面板脆性材料的加工,应用于OLED显示加工的激光技术要求更高,主要用于传统工艺无法实现的切割及封装环节。使用激光切割技术可避免传统切割工艺导致的超薄材料在边缘的断裂和崩边。综合而言,就应用于面板生产的激光设备来看,玻璃切割与划线、LTPS的激光结晶化(退火)、激光剥离、激光修复为突出的四类用途。我们预计,激光切割设备及准分子激光设备等需求将随OLED产业爆发而显著放量。

  OLED旺盛需求与进口替代共振开启,带来激光设备业绩巨大弹性。就工艺制程而言,激光设备在OLED全工艺段遍地开花,弹性十足。整个OLED加工中使用的激光工序大于10道:Array段,LTPS工艺流程中的多晶硅晶化,最关键的核心设备即为准分子激光结晶化设备ELA;光刻工艺中大量用到激光制版,准分子激光器等设备;Cell段和Module段,OLED屏幕的切割需要使用二氧化碳激光器等、柔性显示中的激光剥离设备等。从设备需求端来看,全球面板产能大规模转移至中国大陆的趋势格局非常明朗,并且国内大量AMOLED产线陆续投产,叠加中国政府OLED产业扶持政策密集出台,中游面板制造兴盛进程提速,相应激光设备有望联动共享OLED产线的密集投产进程。

  国内厂商方面,大族激光有望深度受益于OLED爆发。作为国家首批智能制造试点示范企业,大族激光系列激光加工产品已可对OLED产品进行外形切割、线路修复等处理,目前已布局OLED80%的激光加工设备,预计2018年贡献营收超过10亿。我们认为,大族激光短期和中长期成长性兼具:短期看消费电子微创新带来紫外打标、蓝宝石切割等催化接续不断;中长期则深度受益制造业自动化升级带来的激光行业高景气发展的黄金机遇期,成长性极佳。

  综上分析,我们认为:iPhone 8将引领新一轮的硬件创新浪潮,柔性OLED、双摄、3D摄像头、玻璃外观、无线充电、双电芯、类载板、声学升级、SiP封装、激光加工已成为智能手机行业新趋势,我们给予行业增持评级。

  投资建议:增持欧菲光、蓝思科技、歌尔股份、大族激光、水晶光电、长电科技、立讯精密、信维通信、东山精密、安洁科技、长盈精密、科森科技、华工科技、德赛电池、欣旺达、京东方A、国光电器、环旭电子。

  1、细分领域推进进度不及预期的风险。1)AMOLED从小批量试产到大规模量产需要1-2年甚至更长时间,目前全球量产产能90%以上集中在三星一家手中,若其他面板厂商因为良率爬升较慢致使投产进度低于预期,则可能影响AMOLED推广进度,进而影响行业景气度。2)3D摄像头核心产业链被苹果垄断,其他厂商如想突破需要培养的新的供应链资源,3D摄像头普及速度仍存在不及预期的风险。

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