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本文援引于报告《2020年中国晶硅片切割刃料行业概览》,首发于头豹科技创新网(www.leadleo.com)。
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未来晶硅片切割刃料能否满足光伏发电需求?
晶体硅的原料利用率和加工成本在很大程度上决定光伏发电系统以及半导体圆晶片的生产成本。降低晶硅片厚度及破片率是减少晶硅片生产成本的关键,因此,晶硅片切割刃料作为有效保证晶硅片切割质量的核心因素之一,对提高晶硅片的成品率、质量、加工效率、加工成本具有重要意义。
晶硅片切割刃料完美匹配半导体圆晶片生产需求
晶硅片切割刃料是以碳化硅为原材料,通过一系列加工形成的高纯度碳化硅微粉。它是以石英砂、石油焦为主料,盐为辅料按一定比例混匀后装入电阻炉内,通过高温冶炼而制成。
碳化硅微粉具有硬度高、耐磨性强、抗高温性能好、热导率高等特性,具备切割或研磨其他材料的物理特征。因此,晶硅片切割刃料是碳化硅的一种新型应用方式,其颗粒的锋线度、粒度组成、堆积密度保证了晶硅片切割刃料的切割效果。
晶硅片切割刃料广义上是指切割机的刀口材料为晶硅片,其主要应用于太阳能晶硅片和半导体晶圆片的切割,属于目前晶硅片切割的三大耗材之一。因此,石英晶体元件广泛应用于通讯电子、汽车电子、消费电子、移动互联网、工业控制、家用电器、航天与军用产品和安防产品智能化等领域。例如载波通讯、广播电视、卫星通讯、仪器仪表、微处理器、无线通信、电视信号转播等。
深度解析晶硅片切割刃料特性
中国的光伏材料、半导体及电子元器件加工量不断增加、加工精度也趋向于更高的要求,高品质的晶硅片切割刃料与普通磨料相比,在微粉的化学成分、粒度组成、锋线度、堆积密度等方面具有特殊或严格的标准。
但由于中国厂商晶硅片切割刃料的生产起步较晚,厂商局限于落后的微粉制备技术,中国半导体生产企业一般采用进口产品,例如进口日本富士美株式会社、德国ESK-SIC GmbH所生产的切割刃料。
目前,中国最新的晶硅片切割刃料采用的是一种微粉湿法分级技术,该分级技术主要改善了晶硅片切割刃料的生产工艺流程中的“水力分级”工序。传统的微粉溢流设备存在分级效率低、分级的产品粒度范围较宽、分级周期长以及分选溢流出的料浆浓度低的缺点。其次,经过粉磨、气流分级工序后的微粉颗粒大小不一,需要将不同大小的微粉颗粒分成不同型号,以达到稳定的晶硅片切割效果,同时将分级粒度范围窄的产品分选时料浆浓度由传统设备的8%提高到15%,并缩短分级周期,保证生产效率得到极大提高。此外,采用微粉湿法的水力分级设备对微粉颗粒进行分级后,微粉颗粒直径分布呈现正态分布,微粉颗粒直径大小差异较小,正态分布集中,切割效果稳定。
光伏电池、半导体圆晶片需求增长,带动晶硅片切割刃料需求扩大
受宏观经济发展放缓和疫情等因素影响,全球光伏及半导体市场整体需求疲软,中国晶硅片切割刃料产量和产值的增速有所下滑,随着终端市场逐步回暖,半导体圆晶片、光伏多硅晶等需求量有望回升。晶硅片切割刃料产业链下游太阳能、半导体等晶硅片制造呈现快速发展趋势,带动晶硅片切割刃料需求增长,2015-2019年,中国晶硅片切割刃料市场保持较快增长,市场需求量(以出货量计)从49.6万吨增至77.8万吨,其年均复合增长率达到11.9%。
其中光伏产业链中的下游太阳能晶硅片制造行业进入快速发展阶段,拉动太阳能晶硅片切割刃料需求迅速增长。其中,2015-2019年中国需求量从39.6万吨提升至55.8万吨,其年均复合增长为12.3%。此外,中美摩擦加大,国产化替代情绪严重,国产化半导体晶圆片制造行业出货量激增,带动半导体晶圆片中切割刃料需求同步上升。在未来的五年内,基于中国庞大的需求规模以及国产芯片替代进一步深入,将对晶硅片切割刃料市场发展形成有力支撑。
太阳能产业发展迅猛,晶硅片切割刃料生产需求明显
截至2019年,中国太阳能产业发展迅速,导致多晶硅需求量大幅增加,引发了中国企业投资建设多晶硅冶炼项目热潮,驱动多晶硅在建产能短期内大幅增加。
为控制多晶硅产能的盲目扩张,促进太阳能电池产业的平稳发展,中国政府出台《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展的若干意见》,明确指出需对高耗能高污染的多晶硅冶炼项目加以限制,批准建设符合标准的多晶硅冶炼项目,同时鼓励开发节能环保太阳能级多晶硅。
中国对多晶硅产能的盲目扩张加以限制,目的在于使产业链上下游以相对匹配合理的速度增长,有利于晶体硅太阳能电池行业的稳定发展。同时,若多晶硅供过于求导致价格下降将使晶体硅太阳能电池的生产成本降低,有利于晶体硅太阳能电池的普及推广,将推动太阳能电池产业链加速发展,从而保证晶硅片切割刃料的需求量进一步增加,对晶硅片切割刃料的产品销售亦将产生积极影响。
未来晶硅片切割刃料循环利用趋势明显
晶硅片切割刃料在生产过程中需要使用大量的水来对碳化硅微粉进行处理,产生的废水经过处理达标后排放掉。在现有技术中,在水处理过程中存在水体中的有害物质处理不彻底、水体中COD残留量和电导率较高,难以满足晶硅片切割刃料生产的使用要求的问题。此外,现阶段的处理技术,在水处理的过程中需要利用臭氧对水体进行杀菌处理,杀死水内细菌及微生物,从而净化水体。但臭氧杀菌过程存在溢出水体的臭氧尾气难以处理的问题,并且由于臭氧气体具有强氧化性。
未来实用新型提供一种回收利用系统,以克服现有技术中存在的问题。未来晶硅片切割刃料生产技术优点在于:利用全新的水回收利用系统,包括沿管道依次流经的砂滤罐、臭氧接触池、活性炭罐、反渗透过滤器和EDI过滤器,并在臭氧接触池的顶部安装有收集罐以及臭氧处理器。
该新型晶硅片切割刃料技术有益效果在于:将晶硅片切割刃料行业排放的废水进行深度处理,并且将臭氧尾气进行收集和无害化处理,完全满足水回收利用后具有低COD和低电导率的生产使用要求。
深度见解:中国晶硅片切割刃料需求市场急剧上升,政府推动产业化升级
晶体硅的原料利用率和加工成本在很大程度上决定光伏发电系统以及半导体圆晶片的生产成本,降低晶硅片厚度及破片率属于降低晶硅片成本的关键要素,晶硅片切割刃料的有效利用可保证晶硅片切割质量,因此,晶硅片切割刃料的质量是直接影响晶硅片切割工艺的核心因素,对提高晶硅片的成品率、质量、加工效率、加工成本具有重要意义。
现阶段,用于制造太阳能电池的晶硅片约占太阳能电池生产成本的70%,因此晶体硅原料的利用率以及加工成本在很大程度上决定了整个光伏发电系统的成本,降低晶硅片厚度及破片率是降低晶硅片成本的关键。此外,受宏观经济发展放缓和疫情等因素影响,全球光伏及半导体市场整体需求疲软,中国晶硅片切割刃料产量和产值的增速有所下滑,随着终端市场逐步回暖,半导体圆晶片、光伏多硅晶等需求量有望回升,晶硅片切割刃料产业链下游太阳能、半导体等晶硅片制造呈现快速发展趋势,未来,上述产业的政策红利将进一步带动晶硅片切割刃料需求增长。
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