铜电镀行业市场分析

铜电镀行业市场分析1、技术方案多元化电镀应用广泛，光伏方案多元化电镀技术应用广泛。电镀技术是现代微电子制造中的重要技术，广泛应用于PCB制造、IC封装等领域，基本原理是利用化学电解原理，在特定金属表面镀上一层特定的金属或合金，以水平电镀为例，阴极电镀刷与基片接触、形成电镀体系的阴极，阳极件设置于电解槽的电解液中。图形化和电镀是核心环节。光伏铜电镀技术主要工序包括种子层制备、图形化、电镀、后处理等四大环节，其中图形化和电镀是核心环节，目前各环节均存在多种技术路线。种子层：整面种子层是目前主流整面种子层是目前主流方案。种子层的主要作用是提升镀层与TCO间的附着性和导电性，常见材料包括铜、镍、铜镍合金等，制备方法包括溅射（目前主流）、蒸镀、PECVD等，工艺路径包括整面种子层（目前主流）、局部种子层、无种子层等。局部种子层步骤简洁、废液较少。太阳井于2018年1月申请专利，在TCO上面部分区域形成金属种子层（优选溅射法），并在金属种子层两侧形成图形化掩膜，该方法在保证电镀金属与TCO之间高吸附力的前提下，省去种子层蚀刻步骤，能够缓解对TCO的蚀刻作用，也能减少废液排放。种子层：无种子层降本优势显著无种子层目前仍处于实验室阶段。根据迈为股份公众号，迈为股份和SunDrive自2021年起合作研发HJT电池，采用无种子层方案，2022年9月双方联合开发的无银HJT电池转换效率攀升至26.41%，2023年6月双方联合开发的铜电镀HJT电池转换效率攀升至26.60%，以上均为采用可量产技术的实验室数据。无种子层包括通电还原、化学镀等多种方案，能够节省设备、材料及刻蚀成本，目前仍处于实验室阶段，量产中的拉力控制较大。根据迈为股份专利申请书（20230207），其HJT铜制程电池（无种子层）制备流程主要包括PVD沉积ITO->ITO上制作掩膜层->图形化开口->粗化/预浸/钯活化（暗黑环境下）->预镀->去氧化->电镀铜->退膜->化学镀锡，传统HJT铜制程电池（有种子层）制备流程主要包括PVD沉积ITO->PVD沉积铜种子层->ITO上制作掩膜层->图形化开口->电镀铜->退膜->去除种子层（化学刻蚀）->化学镀锡；性能测试对比发现，传统有种子层工艺中，铜栅线电镀宽度为30.70μm，然而受到铜刻蚀中的刻蚀因子及药水表面张力等影响，铜栅线底部实际遮光线宽约47.66μm，无效线宽约17μm、占比超过50%，相比，该无种子层工艺中，无效区域占比低于10%，因此除了降本、环保等潜在优势，无种子层还能缩小栅线宽度和实际光照间的差距。图形化：直写光刻有望率先放量分辨率、套刻精度和产率是光刻机的主要性能指标。核心设备是光刻机，性能指标主要包括分辨率（图形转移的微细化程度）、套刻精度（图形转移的位置准确度）和产率（图形转移的速度），其中分辨率直接受限于投影物镜的数值孔径和曝光光源的波长，套刻精度主要受限于对准系统的测量精度和工件台/掩模台的定位精度，产率则与光源功率、曝光场大小、工件台步进速度等因素有关。铜电镀产业化初期，硅片尺寸、栅线方案易变，掩膜板开发周期较长，受益图案编辑速度优势，直写光刻产业化领先有望率先放量。精度方面，光伏应用精度要求远低于半导体，直写光刻与掩膜光刻均能满足；节拍方面，直写光刻与掩膜光刻均有提速方式，以满足光伏生产节拍需求；长期重点关注两者降本进度。图形化：掩膜光刻研制加速苏大维格投影扫描设备已搭建完成。半导体领域的主流光刻技术，根据掩膜板与基片间距可分为接触式/接近式掩膜、投影式掩膜，其中投影式掩膜通过投影原理，在相同尺寸掩膜板的前提下获得更小比例的图像，在最小线宽、对位精度等指标上具备优势，适用于中高端IC前道制造、先进IC后道封装等领域。光伏铜电镀领域，目前接触式/接近式掩膜、投影式掩膜均有应用。2023年7月，苏大维格自行研发的高速低成本投影扫描光刻设备已顺利搭建完成，正在与下游客户做相关验证工作。图形化：油墨已成为主流曝光质量取决于紫外光传递到感光材料的能量均匀性，因为曝光是一种紫外光能量的传递过程，所有会吸收能量的潜在介质都是影响因素，主要是光源、镜头和感光材料。同时，栅线宽度主要取决于曝光设备和感光材料。受益于半导体光刻机发展成熟，技术迁移至光伏应用后，光源和镜头对曝光质量的影响、曝光设备对栅线宽度的影响均相对有限，因此感光材料是铜电镀栅线宽度和均匀性的重要影响因素。感光油墨成本优势显著，兼容多种曝光方案，现已成为铜电镀主流感光材料。光伏油墨和PCB油墨在宏观材料维度具备相似性，主要差异在于加工界面，光伏油墨需要在金字塔绒面实现良好涂覆，需要增加调控成分以改善界面粘性，同时兼顾光伏低成本要求。2023年5月，广信材料与海源复材、芯碁微装在上海SNEC会场签署《高效率低成本N型电池铜电镀金属化技术战略合作协议》，广信材料光伏感光胶研制顺利，目前正与多家企业对接、送测。图形化：喷墨打印降本环保优势显著帝尔激光HJT图形化工艺正在研发。对工艺精准性的要求较高，开槽需要精细、无损，同时还要实现后续铜离子的较好吸附，对激光设备提出较高要求。根据帝尔激光公告，公司研制的激光高精超细图形化设备已应用于TOPCon/XBC量产工艺，目前已有量产订单交付，HJT图形化工艺正在研发。喷墨打印具备降本、环保优势，设备方案有待成熟。喷墨打印是一种增材制造技术，在材料用量、生产效率、环境影响及生产成本等方面具备优势，根据墨水类型可直接沉积数十纳米到数十微米厚的图案。根据MeyerBurger公众号，以PCB为例，相较传统光刻技术，喷墨打印技术可节约高达50%的阻焊油墨、减少80%以上的化学废弃物和用水量，且无需使用任何化学显影剂，主要设备从3台（涂胶/曝光/显影）缩减至1台（喷墨打印），能耗至少能降低60%。光伏铜电镀领域，喷墨打印方案同样具有环保、降本等潜在优势，然而打印头、定位系统等核心零部件的成熟度有限，工艺稳定性及打印效率有待提升，另外油墨配方存在附着力、固化及扩散（喷射后）等诸多挑战。电镀：化学方案加速细节优化化学方案：镀液配方包括主盐、配位剂和辅助盐、添加剂等，其中主盐（硫酸铜）是电镀液中最主要的成分，是溶液中铜离子的主要来源，微量添加剂不会明显改变溶液电性，却能显著改善镀层性能。虽然电镀液的基本组成差异不大，具体电镀方案的添加剂配方、镀液整体配比存在较大调整空间。光伏电镀和传统电镀的镀液配方并无本质差异，PCB行业镀液种类多元，可借鉴方案丰富，产业化初期各家方案正加速细节优化。电镀：传输时间成为产能重要影响因素机械方案不仅影响良率、占地面积，也会影响电镀产能。我们将电镀产能换算成单一硅片电镀耗时，主要包括电镀时间和传输时间两大部分。（1）电镀时间：根据镀层厚度计算公式，假设镀层厚度、电化当量、电流效率和金属密度固定，提升电流密度能够缩短电镀时间，然而电流密度存在最佳范围，即电镀时间降低空间有限；假设电流密度已达上限，且电化当量、电流效率、金属密度固定，降低镀层厚度能够缩短电解时间，然而栅线高宽比受限于设备及材料方案，若要改变镀层厚度，栅线宽度也要调整，将对电镀液的流动性和分散性提出新的要求，同时栅线变窄需要调整油墨配方及曝光方案，因此镀层减薄是项系统性工程，进而电镀时间缩短受阻；综上，缩短电镀时间涉及较多变量，随着电力方案、化学方案逐步趋稳，电镀时间的提产作用逐步下降。（2）传输时间：不同机械方案中，硅片受力情况存在差异，为了保证产品良率，运输速度存在差异，同时考虑到通道排列、设备长度不同，传输时间已成为电镀产能的重要影响因素。2、产业合作加强，中试验证加速2024年有望进入小批量量产阶段2023H2起中试验证加速，2024年有望进入小批量量产阶段。光伏铜电镀技术需要在其他电镀技术基础上二次开发，难点在于单个环节的设备、材料和工艺的匹配，以及前后环节的匹配，鉴于整线设备及材料种类较多，量产工艺整合难度较大。目前通威股份（太阳井）、海源复材、国电投等企业采取不同技术方案，2022年产业链合作有限，并无一家企业完全跑通所有环节，2023H1起产业链合作加强，2023H2起中试验证有望加速，2024年有望进入小批量量产阶段。2023年8月，太阳井与客户签署GW级异质结铜电镀技术框架合作协议，双方具体约定前期中试线合作项目部分指标的进一步提升标准，以及指标按期达成前提下，太阳井为客户拟提供GW级铜电镀整线的具体工序设备清单与设备参数要求，同时约定设备到货安装完成后的阶段爬坡指标。成本、产能、良率有待优化目前业内部分中试线逐步成熟，相关项目其实已具备投产条件，然而成本、产能及良率等指标有待优化。长期来看，根据海源复材公众号，相比丝印银浆工艺，铜电镀电池预计降本6-8分/W、提效0.3%-0.5%，银价波动压力下，看好铜电镀长期发展空间。成本：目前设备及材料成本较高，设备降本涉及生产规模、商务谈判等因素，产能提升或将成为间接方式；掩膜材料、电镀液、显影液等耗材成本较高，其中油墨相比干膜更具经济性，油墨降本方面，材料供