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激光加工行业深度报告:全球市场规模将超百亿美元

来源:新浪财经            发布时间:2017-05-04

 

消费电子创新推动小功率激光设备蓬勃发展

小功率激光设备优势多

激光加工与传统加工相比有众多优点,包括:1)非接触加工,没有机械力2)可加工高硬度、 高熔点、极脆的难加工材料3)加工精度高4)与现代数控机床结合,可控性好。

不同的激光 加工技术原理与特点突出。

小功率激光加工设备主要可用于激光焊接、激光切割和激光打标,将直接受益于消费电子创新功能 的不断实现和应用领域的逐步细分。

乐晴智库,行业深度研究(微信公众号:乐晴智库)

消费电子创新带来设备更新机遇

在高端消费电子领域,激光加工设备受到新产品的驱动,在苹果 iPhone 十周年到来之际,今年发 布的新一代 iPhone 产品有望实现重大升级,产品将从材料和工艺等方面全面革新,有望采用 2.5D双面玻璃+金属中框,并在高端机型中搭载 OLED 显示屏,同时防水功能实现进一步升级,引领智 能手机创新风潮,对小功率激光焊接设备和切割的需求产生积极的促进作用。

消费电子的不断创新 对于小功率激光设备提出更高要求,将有望推动行业持续快速发展。

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金属中框结构小件加码激光焊接应用

由于智能手机“双面玻璃+金属中框”的新浪潮,金属中框的加工制造将成为热点。金属中框不仅 是外部简单的一圈铝合金或不锈钢结构,由于玻璃后盖的某些机械支撑能力和塑形能力弱于金属材 料,因此摄像头等零部件仍需要金属小件作为支架,而金属中框中的结构小件能够解决此类问题。 结构小件的引入意味着焊接工艺的增加,进一步带动激光焊接设备的需求增长。

激光清洗工艺去除金属中框 PVD 镀膜

激光清洗工艺可应用于去除残留的金属中框 PVD(物理气相沉积)镀膜。由于手机金属中框结构 精巧复杂,通过 PVD 电镀工艺进行着色,而通过 PVD 镀膜残留的金属因具有导电性,将会影响 手机无线充电、射频信号等功能,需要对其进行清洗。相比于传统的机械清洗、化学清洗、超声清 洗法(湿清洗法),激光清洗效率更高,可使表面的涂层瞬间发生蒸发或剥离,另外,激光清洗工 艺无需有机溶剂,具有绿色环保的优势。金属中框的广泛应用也将促进激光清洗设备的应用。

手机防水推动气密性检测设备需求

16 年下半年发布的 iPhone 7 搭载 IP67 级别的防水功能,同时发布的 Apple Watch Series 2 智能 手表则具备 IP68 级别的完全防水功能,能从根本上解决电子元器件由于不能接触水而导致的使用 和耐用性的局限,由此引发消费电子防水新热潮。随着防水技术被各大终端厂商所重视,相信未来 具备防水功能的手机渗透率将快速提升。

手机防水功能的逐渐普及将大大增加对气密性检测等激光设备的需求。激光焊接本身具有很好的气 密性,通过在特定保护气氛或真空环境下进行焊接,是实现电子器件与组件气密性封装的主要手段, 利用激光对金属表面粗糙度参数的测量能够实现气密性的检测。

利用激光喷镀对手机进行镀膜可实现材料的防水功能,利用激光束源蒸发选定的材料,包括过渡金 属氧化物、金属卤化物或 SiO2,使薄膜附着在基底上,可增强手机的防水性。

此外,最新的激光技术还可对金属表面进行纳米级别的微雕,无需传统的化学涂层即可实现金属表 面的防水效果未来应用于半导体或绝缘材料上,可开发出由内而外防水的电子设备。

OLED 加工依托于激光切割与封装

高端消费电子产品的日趋轻薄扩大激光焊接及切割设备的应用,相比于传统 LCD 面板的脆性材料 加工,OLED 显示技术采用的激光技术要求更高,主要是准分子激光设备和激光切割设备的应用, 其中准分子激光退火主要用于薄膜晶体管(TFT)退火。

LCD 面板在智能手机中是重要的一部分,也是目前市场上主流的显示技术,同时 LCD、LTPS 面 板作为脆性材料,用传统切割工艺难以实现,需要采用激光切割技术,避免超薄材料在边缘的断裂 和崩边。

伴随着全球 OLED 面板需求增加,OLED 面板因其材料的特殊性,传统工艺无法实现,而激光技 术主要可以用于切割及封装环节,拉动准分子激光设备和激光切割设备的需求。

OLED 器件由两层玻璃结构构成且玻璃厚度向超薄化发展,需要将两层玻璃按照尺寸和加工边缘的 要求进行切割,传统机械加工方式切割容易出现崩边、裂纹等问题,良率低,而激光切割技术可以 解决这一问题,提高良率和加工效率。

数据来源:互联网,东方证券研究所

由于 OLED 对水氧极度敏感,容易造成发光区域产生黑点且逐渐扩大,OLED 屏幕的封装能够隔 绝氧气并确保器件的稳定性,同时面板的整合工艺和成本的控制也是重要的考量因素。OLED 作为 顶发光器件,需要开发透明封装薄膜;作为柔性器件,需要低温工艺且柔和抗应力,利用激光进行 玻璃封装能够有效解决问题。

激光封装流程:将熔块沉积在衬底上,用激光烧结,盖上玻璃盖板。这种本身精密的密封技术,不 用加入吸湿剂因此不会影响到 OLED,且覆盖的玻璃内部不用再蚀刻能够有效降低成本。

随着 OLED 市场需求的增长,激光加工设备需求量有望快速提高。根据 IHS 研究机构预测,2017年全球 OLED 市场规模将迅增至 192 亿美元,出货量达到 6.3 亿组。 到 2019 年全球 42%的智能 手机将搭载 OLED 面板,2020 年智能手机的 OLED 面板营收将增长至 248 亿美元,相关的 OLED激光加工设备需求将随之快速提高。

3D 玻璃提升激光切割需求

由于激光技术既能切割柔性材料,又能切割脆性材料,其多自由度也适合曲面工件的加工,因此激 光切割技术应用于 3D 玻璃能够克服切割上的工艺难题,且表现突出、加工效率高,是目前材料加 工的主流方案。

由于 3D 玻璃结构的特殊性以及厚度过薄,传统的机械切割会影响切割的成品率,3D 曲面玻璃采 用 CO2 激光切割技术,以非接触的应力切割方式通过玻璃对激光的吸收,局部急剧升温产生应力, 应力变化产生裂纹从而导致玻璃沿着激光扫描方向开裂,边缘光滑无横向微裂、无碎片。

应用广泛与技术升级决定大功率激光设备高增速

大功率激光设备发展快,包含切割、焊接、切焊一体化等,同时大功率激光技术下游应用领域广阔, 伴随着技术的升级既能够带动设备更新的浪潮,又有望全面替代其它技术,这两方面因素导致未来 大功率激光设备增速将更高。

大功率激光设备应用广、发展快

与小功率激光加工设备相似,大功率激光设备同样用于激光焊接、切割等功能,还可进行金属表面 的硬化。大功率激光加工设备应用领域广,其中具有代表性的是汽车、健身器材、轨道交通、航空 航天和农业机械等领域。

伴随新兴材料和新型结构的诞生,激光焊接技术向高效新工艺转变,以实现轻量化、整体化结构件 制造、精密制造、低成本高效新工艺的需求方向转变。尤其是一体化集成复合型激光焊接设备将是 未来的主流趋势,将拉动飞机、发动机制造业的设备更新。

技术提升拉动装备升级需求

一方面,优质企业对装备升级要求升高,对激光器功率要求增加,功率要求从 2kW 提升至 4kW 甚 至更高;另一方面,大功率光纤激光器在 2cm 以上厚板上表现不突出,而目前的 4kW 和 8kW 的 出现使功能优势突出,大功率光纤激光器逐步替代 CO2 激光器。

另外,高功率与超高功率的切割可用于特殊行业和特殊应用,包括重工业、大型工业、国防军工、 造船、航空航天等,国内领先企业大族激光推出 8kW 高功率切割产品,能够实现国产替代。

大功率切焊逐步替代其它设备

激光切割将全面取代其他技术

切割材料作为金属加工的基础设备,目前常见的切割方式主要包含火焰切割、等离子切割和激光切 割技术,高功率的激光切割相比等离子切割、火焰切割优点突出,有望取代冲床成为主流切割设备。

据研究表明,2014 年激光切割设备市场规模在 12.3 亿元左右,预计到 2020 年,我国激光切割设 备市场规模将达到 19 亿元。随着制造业的设备升级,我国高功率激光切割机的需求量在 10000 台 左右,若以每台 200 万元的价格计算,市场空间将达到 200 亿元。

激光焊接将成汽车工业主流

激光焊接在汽车焊接领域有望逐步替代其它方式,目前主要的汽车焊接方法有电阻电焊、二氧化碳 气体保护焊、激光焊、氩弧焊、电阻束焊等,随着汽车向轻量化、高强度发展,高强度钢板 、合金 钢等材料被应用至车身材料上,而激光焊接这类材料效果优越。

大量运用激光焊接技术的汽车沃尔沃 C90 已经量产,由于激光焊接时不需要助焊条,但形成的合 金甚至能够超越基材本身的性能,因此能在保证安全性的同时实现汽车轻量化。

2015 年国内汽车制造设备行业的市场规模达到 1593 亿元,且仍处于扩张中,汽车制造设备主要 包括冲压设备、焊装设备、涂装设备、总装设备等四大工艺设备,其中焊装设备占比达到 25%, 约合市场规模 400 亿元。国内激光焊接技术仍处于起步阶段,由德国大众汽车引入上海大众和一 汽大众的生产线,未来有望取代其他焊接技术在国内企业大量应用,市场前景广阔。

激光加工设备市场潜力大,国内领先企业增速快

目前激光加工设备行业已形成成熟的产业链,上游主要包括激光材料及配套元器件,中游为激光器及其配套设备,下游包含激光应用产品、消费产品、仪器设备等。

海外研究机构预测,全球激光加工市场规模在 2022 年预计将达到 97.5 亿美元,年复合增长率为6.13%。根据 Optech 的市场调查,2015 年全球用于材料加工的激光系统市场规模达到 107 亿欧 元,比 2014 年的 87 亿欧元增加 20%(因受汇率影响,以美元计算无法体现增长变动情况),中 国首次超过欧洲成为世界上最大的工业激光系统消费国。

在中国激光产业市场中,激光设备市场(含进口)2015 年销售总收入达到 336 亿元,同比 2014年增长 4.7 个百分点,且下游应用涉及工业、信息、商业、医用和科研领域。

在全球激光加工系统市场中,通快占据 30%的份额,是行业龙头,大族激光占据近 10%的市场份 额。但是中国市场上,大族激光增长速度快,营业收入规模远超通快和百超。

在国内激光设备市场,大族激光占有率第一,稳居行业龙头,其中占国内小功率激光设备市场份额45%,超出第二华工科技 35 个百分点;占国内大功率激光设备市场份额 35%,超出位数第二的德 国通快 21 个百分点。

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