AlN应用性能出众，国产替代机遇显著

证券研究报告|行业深度研究报告 2023年04月02日 评级及分析师信息 行业评级：推荐行业走势图 30%20%10%0% -10%-20% 沪深300 SW电子 证券分析师：刘奕司邮箱：liuys1@hx168.com.cnSACNO：S1120521070001联系电话： AlN应用性能出众，国产替代机遇显著 主要观点: ►氮化铝热导性绝缘性出众，应用前景广 氮化铝具有一系列优良特性，核心优势特性为优良的热导性、可靠的电绝缘性、以及与硅相匹配的热膨胀系数等。它既是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料，也可用于热交换器、压电陶瓷及薄膜、导热填料等，应用前景广阔。 ►半导体、新能源领域激发AlN需求增长 根据MaxmizeMarketResearch数据，2021年全球陶瓷基板市场规模达到65.9亿美元，预计2029年全球规模将达到 109.6亿美元，年均增长率约6.57%。 氮化铝作为陶瓷基板的理想材料市场广阔，不同产品类型应对不同应用场景需求，其中以AMB、DBC、DPC、HTCC和结构件为主要产品类型。AMB、DBC借IGBT之风，伴随新能源与电动车领域发展迅猛；DPC受大功率LED市场青睐；HTCC因射频、军工领域拉动需求增长；半导体硅片所用的静电吸盘则为AlN结构件重要应用。因此我们认为AlN需求将持续受益于高速增长的半导体与新能源市场。 ►氮化铝粉体至关重要，粉板一体企业优势明显高性能的氮化铝关键在于粉体制备，粉体质量直接影响基板性能，我们认为上下游一体化企业将获得更明显竞争优势。随着近年来电子产业的高速发展，我国氮化铝粉体市场需求快速增长，根据旭光电子公告的数据，中国氮化铝粉体需求量将保持15%左右的增速，到2025年国内市场需求量约5,600吨。国内氮化铝产量不能满足市场需求，粉料大量依赖进口。但随着国内研究不断深入，氮化铝制备技艺不断提高，国内外差距正在逐渐缩小，且随着我国政策大力支持加之市场需求不断扩大，国内粉体产业正向高质量推进。 投资建议 我们预计AlN凭借出色的热导性、绝缘性附加与硅相匹配的热膨胀系数，作为散热件和结构件将在半导体、新能源及军工领域获得大量新增需求。国内AlN产业发展迅猛，国产替代空间巨大，因为粉体质量直接影响基板性能，我们认为布局粉板兼有的上下游一体化公司将脱颖而出。核心受益：旭光电子、国瓷材料、三环集团、宏达电子。 风险提示 相关产业政策低于预期，影响市场需求释放规模；新技术研发进程缓慢，产品研发不及预期；系统性风险。 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 正文目录 1.氮化铝热导性绝缘性出众，其热膨胀系数与硅相匹配4 2.半导体与新能源市场激发AlN需求增长6 2.1.AMB、DBC借IGBT之风，伴随新能源与电动车领域发展迅猛9 2.2.DPC高精度可互连优势，LED领域需求量大13 2.3.HTCC迅猛发展，射频、军工领域拉动需求增长14 2.4.结构件需求逐步扩展，静电吸盘为重要应用17 3.AlN产业链需求旺盛，上下游一体化企业优势显著20 3.1.氮化铝粉体至关重要，国内或由缺乏迎机遇21 3.2.陶瓷基板市场规模增长，国产替代趋势强劲26 4.国内核心标的盘点32 4.1.旭光电子32 4.2.国瓷材料34 4.3.三环集团37 5.投资建议38 6.风险提示38 图表目录 图1AlN的晶体结构图4 图2AlN和Al2O3的性能比较5 图3AlN主要可应用于六个方向8 图4陶瓷基板市场空间（亿美元）9 图5DBC工艺的AlN陶瓷基板常在IGBT中使用10 图6DBC的制备运用氧元素10 图7AMB的制备无需氧元素参与11 图82020-2026功率模块部件市场发展（百万美元）13 图9DPC产品广泛应用于大功率LED领域14 图10HTCC制造过程15 图11HTCC结构示意图15 图12全球HTCC销售额及增速（百万元人民币）16 图132011-2022中国国防军费预算（万亿元）17 图14全球雷达TR组件市场（亿美元）17 图15砖块式结构和瓦片式结构实物图17 图16氮化铝静电吸盘工艺流程19 图17三层型静电吸盘模型19 图18静电吸盘为AlN结构件重要应用19 图19静电吸盘市场规模2029年将达16.95亿美元20 图20静电吸盘市场以亚洲为主20 图21氮化铝陶瓷基板制备流程20 图22AlN粉体含氧量对陶瓷成品热导性和强度的影响22 图23中国氮化铝粉体供需缺口（单位：吨）25 图24流延工艺制备AlN陶瓷流程图26 图25烧结助剂作用原理28 图26连续式氮化铝粉体合成炉29 图27旭光电子营业收入32 图28旭光电子归母净利润32 图29旭光电子主营业务33 图30国瓷材料营业收入34 图31国瓷材料归母净利润34 图32国瓷材料收购赛创电气打造一体化产业链布局37 图33三环集团营业收入38 图34三环集团归母净利润38 表1几种常用陶瓷材料的基础性能6 表2氮化铝在民用军用均有广泛应用6 表3AMB与DBC在耐高温上表现优异12 表4AlN粉体品质直接影响核心性能热导率21 表5常见的AlN粉体制备方法23 表6国内外氮化铝制备技术水平比较24 表7我国部分氮化铝企业生产情况26 表8不同成型工艺制备AlN陶瓷的对比27 表9不同烧结方式对比28 表10国内外主要公司AlN产品性能指标30 表11同时拥有粉体基板生产能力的企业较少31 表12旭光电子非公开发行A股股票募集资金用途（万元）33 表13国瓷材料主要产品及用途36 1.氮化铝热导性绝缘性出众，其热膨胀系数与硅相匹配 图1AlN的晶体结构图 氮化铝因出众的热导性及与硅相匹配的热膨胀系数，成为电子领域备受关注的材料。氮化铝是一种六方晶系钎锌矿型结构形态的共价键化合物，其具有一系列优良特性，包括优良的热导性、可靠的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等。它既是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料，也可用于热交换器、压电陶瓷及薄膜、导热填料等，应用前景广阔。 AlN的晶体结构决定了其出色的热导性和绝缘性。根据《氮化铝陶瓷的流延成型及烧结体性能研究》的研究中提到，由于组成AlN分子的两种元素的原子量小，晶体结构较为简单，简谐性好，形成的Al-N键键长短，键能大，而且共价键的共振有利于声子传热机制，使得AlN材料具备优异于一般非金属材料的热传导性，此外AlN具备高熔点、高硬度以及较高的热导率，和较好的介电性能。 资料来源：《氮化铝陶瓷的流延成型及烧结体性能研究》，华西证券研究所 图2AlN和Al2O3的性能比较 资料来源：《氮化铝陶瓷金属化技术的探讨》，华西证券研究所 AlN相较其他陶瓷材料，与硅相匹配的热膨胀系数，加上优秀的热导性，更有利于应用于电子产业。根据《AlN陶瓷热导率及抗弯强度影响因素研究的新进展》的研究中提到，AlN因其热膨胀系数与Si匹配度高而被广泛关注，而传统的基板材料如Al2O3由于其热导率低，其值约为AlN陶瓷的1/5且线膨胀系数与Si不匹配，已经不能够满足实际需求。BeO与SiC陶瓷基板的热导率也相对较高，但BeO毒性高，SiC绝缘性不好。而AlN作为一种新型高导热陶瓷材料，具有热膨胀系数与Si接近、散热性能优良、无毒等特性，有望成为替代电子工业用陶瓷基板Al2O3、SiC和BeO的极佳材料。 表1几种常用陶瓷材料的基础性能 性能 AlN AL2O3 BeO SiC 密度/ （g·𝒄𝒎−𝟑） 3.26 3.9 2.9 3.12 室温热导率 /[W·(�·𝐊)−� 170~320 20~35 150~270 50~270 平均热膨胀系数（0~1000°C）/ （×𝟏𝟎−𝟔K-1） 4.4 8.8 9.0 5.2 室温比热 /[J·(g·K)-1] 0.75 0.75 1.046 - 莫氏硬度/GPa 9 9 9 9.2-9.5 抗弯强度/MPa 300~500 300~400 20~40 350~450 室温介电常数/MHz 8.8 9.3 6.7 40 电阻率 （Ω·𝒄𝒎−𝟏） ＞1014 ＞1014 ＞1014 ＞1015 是否有毒 无毒 无毒 有毒 无毒 资料来源：《AlN陶瓷热导率及抗弯强度影响因素研究的新进展》，华西证券研究所 2.半导体与新能源市场激发AlN需求增长 氮化铝陶瓷因其多方面优异的性能，目前已经在多个民用和军用领域得到了广泛的应用。5G时代、新能源汽车时代以及人工智能时代的来临，使氮化铝陶瓷需求更多。 表2氮化铝在民用军用均有广泛应用 范畴 应用领域 具体典型应用 民用 集成电路、汽车、高铁、电力、半导体 大功率器件散热基板、晶圆加工用静电吸盘、半导体设备结构件 军用 航空航天、国防武器、微波雷达 船舶导航系统、导弹定位系统、地面雷达系统 资料来源：粉体圈，华西证券研究所 AlN应用广泛，因出色的热导性成为新一代散热基板和电子器件封装的理想材料。根据艾邦陶瓷展的信息，AlN还可用于热交换器、坩埚、保护管、浇注模具、压电陶瓷及薄膜、导热填料等。 1.散热基板及电子器件封装 散热基板及电子器件封装是AlN陶瓷的主要应用。氮化铝陶瓷具有优异的导热性能，热胀系数接近硅，机械强度高，化学稳定性好而且环保无毒，被认为是新一代散热基板和电子器件封装的理想材料，非常适合于混合功率开关的封装以及微波真空管封装壳体材料，同时也是大规模集成电路基片的理想材料。 2.结构陶瓷 晶圆加工用静电吸盘就是常见的结构陶瓷应用。氮化铝结构陶瓷的机械性能好，硬度高，韧性好于Al2O3陶瓷，并且耐高温耐腐蚀。利用AIN陶瓷耐热耐侵蚀性，可用于制作坩埚、Al蒸发皿、半导体静电卡盘等高温耐蚀部件。 3.功能材料 氮化铝可用于制造能够在高温或者存在一定辐射的场景下使用的高频大功率器件，如高功率电子器件、高密度固态存储器等。作为第三代半导体材料之一的氮化铝，具有宽带隙、高热导率、高电阻率、良好的紫外透过率、高击穿场强等优良性能。 AlN的禁带宽度为6.2eV，极化作用较强，在机械、微电子、光学以及声表面波器件(SAW)制造、高频宽带通信等领域都有应用，如氮化铝压电陶瓷及薄膜等。另外，高纯度的AlN陶瓷是透明的，具有优良的光学性能，再结合其电学性能，可制作红外导流罩、传感器等功能器件。 4.惰性耐热材料 AlN作为耐热材料可用其作坩埚、保护管、浇注模具等。氮化铝可在2000℃非氧化气氛下，仍具有稳定的性能，是一种优良的高温耐火材料，抗熔融金属侵蚀的能力强。 5.热交换器件 氮化铝陶瓷热导率高、热膨胀系数低，导热效率和抗热冲击性能优良，可用作理想的耐热冲和热交换材料，例如氮化铝陶瓷可以作为船用燃气轮机的热交换器材料和内燃机的耐热部件。由于氮化铝材料的优良导热性能，有效提高了热交换器的传热能力。 6.填充材料 氮化铝具有优良的电绝缘性，高导热，介电性能良好，与高分子材料相容性好，是电子产品高分子材料的优秀添加剂，可用于TIM填料、FCCL导热介电层填料，广泛应用于电子器件的热传递介质，进而提高工作效率，如CPU与散热器填隙、大功率三极管和可控硅元件与基材接触的细缝处的热传递介质。 图3AlN主要可应用于六个方向 资料来源：艾邦陶瓷展，华西证券研究所 全球陶瓷基板市场火爆，市场规模稳步增长。AlN陶瓷材料可用作覆铜基板材料、电子封装材料、超高温器件封装材料、高功率器件平台材料、高频器件材料、传感器薄膜材料、光学电子器件材料、涂层及功能增强材料等。根据MaxmizeMarketResearch报告显示，2021年全球陶瓷基板市场规模达到65.9亿美元，预计2029年全球规模将达到109.6亿美元，年均增长率约为6.57%。根据陶瓷基板的不同工艺，可将陶瓷基板市场分为平面陶瓷基板和多层陶瓷基板市场，并进一步细分。 DPC陶瓷基板市场广阔。DPC陶瓷基板凭借其电路精度高且制备温度低的特点，被广泛用于高精度、小体积封装产品中，在