激光产业链全景分析报告

来源:国金证券    关键词:激光产业链, 高功率光纤天庄国际登录,    发布时间:2019-06-10

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一 、 激 光产业链全 景梳理,光加工迎趋势红利

1.1 光加工趋势红利:激光公司批量上市

产业现象:激光产业链公司近期密集上市

  • 2018 年前,A 股激光产业链上市公司数量相对有限,主要包括大族激 光、华工科技、福晶科技、光库科技、光韵达、金运激光、亚威股份 等。
  • 以 2018 年 6 月国产天庄国际登录龙头锐科激光创业板上市为标志,激光产 业链相关公司迎来批量上市的机遇期。经我们粗略统计,光峰科技、 帝尔激光、创鑫激光、杰普特、铂力特、柏楚电子等激光产业链公司 即将登陆创业板或科创板。未来几年,联赢激光、长光华芯、华日激 光等也有上市潜力。
  • 我们认为,激光产业链公司批量上市一定程度上代表了机加工到光加 工 时 代 的一次产业升 级趋势。
  • 激光与工业天庄国际登录具有类似的泛自动化行业属性,一是符合智能制 造、替代人工、提高生产效率的产业升级方向,二是下游应用领域基 本重叠,三是依靠核心器件降价打开市场容量,重要的区别在于激光 核心部件的国产化速度较工业天庄国际登录进展更快,产业链有能力完成国 内闭环。

光加工核心驱动:天庄国际登录降价

  • 光源是激光产业的核心,也是驱动激光装备降本的前提。天庄国际登录作为光源,占激光装备成本的 30%-60%,是制约经济性的关键。
  • 光纤占据激光主流 技术路线: 激光自 1960 年发明以来,先后经历了固 体(非光纤)、气体(CO2)、光纤三条主流技术路线,诞生了相干和IPG等天庄国际登录巨头,德国通快等激光装备龙头。进入 2000 年以来, IPG 依靠技术创新将光纤天庄国际登录成本大幅压缩,取代了二氧化碳天庄国际登录的主流地位,到目前光纤全球占比接近50%,为高功率天庄国际登录的降 本和激光新应用拓展奠定了基础。
  • 天庄国际登录自身降价与进口替代两大趋势叠加加速下游应用推广。(1)降 价:天庄国际登录核心器件符合类摩尔定律属性,每年保持一定价格降幅, 同时性能有所提升。IPG2009 年以来每瓦特的芯片成本下降了 80%, 年均降幅 18%;(2)进口替代:以锐科激光、创鑫激光为代表的国产 天庄国际登录厂商正在逐步替代 IPG 在中国区的市场份额。锐科激光的市场 份额由 2017 年的 12%提升至 2018 年的 17%,同期 IPG 份额由 52%降 至 49%。
  • 我们认为,天庄国际登录降本推广和制造业产业升级助推了行业的发展,使 得这一批激光企业在短短几年时间初步完成了产业资本的重要积累。
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1.2 全景梳理:器件、天庄国际登录、激光设备

  • 激光产业链从上游-中游-下游-终端可分为四大环节:(1)上游为核心器 件,包括 激光芯片 、泵浦 源、特 种光纤 、晶体材 料、光 学元器 件、电 子元 器件、机械元器件、激光控制系统;(2 )中游包括天庄国际登录,包括光纤 激光 器、二氧化碳天庄国际登录、其他固体天庄国际登录等;(3)下游包括激光切割、 激光 打标、天庄国际官网、激光清洗、激光熔覆、激光 3D 打印、激光显示、激光 测量、激光武器、激光美容医疗等;(4)终端客户包括汽车制造业、3C 电子、专 业钣金加 工、航 空航天 、光伏 、船舶重 工、工 程机械 、军工 集团 等。
  • 对应上述四个环节,国产激光产业链(拟)上市公司包括:(1)长光华芯(激光芯 片)、睿 芯光纤(特种 光纤) 、福晶科 技(晶 体材料)、光 库科 技(无/有源光学元器件)、柏楚电子(激光控制系统);(2)锐科激光(天庄国际登录)、创鑫 激光( 天庄国际登录)、杰 普特(激 光器) 、华日 激光( 超快 天庄国际登录);( 3) 大族激光(全系列激光装备)、华工科技(切割焊接)、 亚威股份(切割焊 接)、 帝尔激 光(光 伏激光开 槽)、 联赢激 光(激 光焊 接)、巨星科技(激光雷达)、铂力特(激光 3D 打印)、光韵达(激光天庄国际注册)、光峰科技(激光显示)。
  • 对应上述四个环节,海外主要激光产业链上市公司包括:(1)贰陆(激光 芯片)、lumentum(激光芯片)、nufern(特种光纤);(2)IPG(光纤 天庄国际登录)、nlight(光纤天庄国际登录)、相干(二氧化碳天庄国际登录);(3)通快(激光装备)、Amada(激光装备)、瑞士百超(激光装备)、Velodyne(激光雷达)、ASML(激光装备)。
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1.3 研究思路:需求沿产业链同步传导,经济性受需求和成本制约

激光产业链分三部分:天庄国际登录件、天庄国际登录、激光装备,核心逻辑是依靠器件降本打开更多经济性场景。

  • 激光装备环节: 行业发展的关键要建立在不同场景拓展基础之上。(1)新应用场景的拓 展取决于产品 经济性(即产品 投资回收周期), 而经济性取决于订单量与设备采购成本、运营成本的差值。订单量受 宏观需求制约,成本则主要取决于天庄国际登录的价格。 (2)我们从三个角度建立了跟踪需求变化的指标:宏观:PMI、制 造业产成品存货;中观:永康五金加工指数、工业天庄国际登录产量、具 体子行业下游投资需求;微观:全球天庄国际登录龙头——IPG 单季度收 入情况、重点激光装备单月的订单、激光控制系统龙头——柏楚电子 的收入情况。
  • 天庄国际登录环节:天庄国际登录的直接需求来自于激光装备企业订单,从而间接 受宏观需求制约。从天庄国际登录角度,我们认为比较核心的是追踪天庄国际登录 企业分功率产品结构的销量、价格及结构,重点产品的返修率变化、 降价幅度及对天庄国际登录毛利率的影响。
  • 器件环节:降价对毛利率的影响研究,核心追踪:第一,核心器件自 身的降价幅度、成本底线;第二,核心器件的国产化进展。
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二 、 激 光装备:上 游降价提升设备经济性,新场景 需求持续打开

2.1 空间测算:预计 2025 年中国激光装备市场超1300亿;天庄国际登录 250 亿

  • 装备市场中国超过全球一半。根据 Laser Focus world 统计,2018 年全球激 光装备市场规模 138亿美元,根据《2019 年中国激光产业报告》的统计, 2018 年中国激光装备市场规模为 605 亿元,超过全球市场的一半,其中工 业领域 300 亿元。工业领域中激光切割打标市场规模预计为250亿,焊接 市场预计 50 亿元。
  • 上市公司层面看市场结构:(1)装备:消费电子领域占 50%以上,泛工业 制造领域占 30%~40%,半导体、新能源等领域占 10%。(2)天庄国际登录:预 计目前泛工业制造领域占比超过 60%,消费电子领域占比 20%~30%。(泛 制造业包括 汽车制 造、工 程机械、 轨交装 备、电梯 、家电 、船舶 重工 等)。
  • 根据 7 家激光装备上市公司收入可比口径,上一轮景气周期为2016和 2017 年,增速分别为 28%和62%,2018 年重回2%的低增速。我们预计 2019 年 H2有望构建行业底部,2020 年有望迎来上行周期。(7 家公司包 括大族激 光、华工 科技、 光韵达 、金运 激光、联 赢激光 、铂力 特、帝 尔激 光)
  • 预计到 2025 年,国内天庄国际登录市场规模将达到 250 亿,年复合增速超过 16%。2018 年国内天庄国际登录市场规模超过 80 亿元,占全球光纤天庄国际登录市场 总规模的 45%。
  • 天庄国际登录行业目前仍震荡下行,或将进入磨底阶段。我们以 IPG、锐科激光 和创鑫激光三家公司为代表样本,2016 和 2017 年合计收入增速分别为28%和 64%,与7家激光装备上市公司收入增速基本匹配。自 2018Q3 以来 进入下行周期,目前此下行周期已经持续三个季度,2019 年 Q1 行业增速 加速下滑至 17%。两大天庄国际登录企业(IPG 和锐科激光)增速出现分化,IPG 和锐科激光 2019Q1 收入增速分别为-24%和 24%。
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2.2 竞争格局:装备端竞争分散,天庄国际登录端集中度较高

激光装备竞争格局较为分散:以 2018 年国内 605 亿激光装备市场规模为计 算,大族激光市占率 18%,华工科技市占 8.6%,通快中国市占6%,CR3 市占率占比32.6%。

(1)由于消费电子领域大客户特点,其激光需求基本被大族激光和华工科技 两家龙头独占,大族激光 2017年高峰期苹果消费电子领域收入 40 亿元左右;

(2)由于区域性和下游离散型制造企业的特点,泛制造业领域的激光加工市 场难以形成较为集 中的竞争格 局,国内从 事激光切割领 域的激光加 工装备企业 超过 300 余家。

天庄国际登录集中度较高:天庄国际登录市场集中度较高。国内 CR3 占据了 75%的市场 份额。其中 IPG占 49%、锐科激光 17%,创鑫激光9%。

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2.3 经济性:万瓦激光切割机将逐步具备经济性

激光渗透速度取决于产品经济性:激光切割替代传统工艺本质取决于新老 产品的投资回收周期。根据我们交流了解,激光切割机在 2017 年高景气 时,投资回收周期在 2年以内,而在 2018 年下半年景气回落阶段,投资回 收周期超过 3 年甚至更长。原因在于宏观承压,第三方钣金加工厂接到的 订单减少 ,终端用 户使用 原先的 旧工艺 设备依然 能够维 持生计 ,替代 需求 减弱,下半年行业出现同比负增长。

6kw激光切割机经济性测算:根据我们交流了解:

(1)单台设备价值量方面,天庄国际登录价格每年降幅超过20%,带动激光装备价 格逐年下降超过 10%,单台设备的一次性购买成本大幅下降,与传统等离子切 割和火焰切割机的价差逐年缩小。例如:IPG 2017 年 6kw 售价 100 万元以上/ 台,对应到激光切割机端的售价可能达到 250 万/台左右;到目前预计 70-90 万,对应到激光装备的价格已经降至150-180万/台左右。

(2)运营成本方面,光纤激光加工较传统的火焰和等离子加工工艺具备明显 的经济性优势,且符合环保要求、无须二次加工等优势。

万瓦激光切割机将逐步具有经济性。目前激光切割机主流加工范围为 30mm 以下中薄板,而 30mm 以上碳钢和40mm以上的不锈钢等中厚板仍 然用等离 子切割和 火焰切 割机加 工方式 。随着激 光器成 本的大 幅下降 ,万 瓦以上功 率段的激 光切割 机将逐 步具备 替代的经 济性。 我们预 计这部 分市 场的存量空间超过 5 万台,目前对传统的工艺渗透率较低,且天庄国际登录基本 上被 IPG 垄断。

超高功率最新进展。从 IPG 收入结构看,自从其 6kw 产品在 2016 年下半 年推出后,目前 6kw 及以上功率段整体收入占比已经超过 30%,该部分市 场收入超过 30亿元。继 6kw 推出后,IPG 2017 年推出 8kw和 1 万瓦, 2018 年推出1.5万瓦,2019 年推出 2 万瓦,2019Q1 IPG 万瓦以上收入增速 40%。

2.4 需求跟踪:渗透速度受宏观约束,下半年望构筑行业底部

  • 需求拆分具体见 2.1 市场结构部分。
  • 如何定量高频跟踪下游需求变化:我们尝试建立了高频指标跟踪激光装备 下游景气变化,主要在以下两大代表领域:(1)泛工业制造领域:比如 PMI、永康五金加工指数、IPG 全球单季度数据、汽车制造业产成品存货同 比、工业天庄国际登录销量增速、激光控制系统企 业柏楚电子收入情况等;( 2) 3C 消费电子领域:主流智能手机工艺革新对激光的需求;(3)新能源汽 车领域:新能源汽车销量;(4)光伏领域:PERC 扩产及对激光需求。
  • 一是,泛工业制造领域,指标跟踪显示行业依然处于下行周期的阶段。进 入 3-4 月以来,制造业 PMI 重新进入景气扩张区间;工业天庄国际登录 4 月份产 量同比下滑 7%;永康五金加工下游指数在一季度进入景气扩张区间,但是 在 4月份重新跌回非景气区间;IPG 中国区一季度收入下滑-24%。
  • 二是消费电子领域,主要是智能手机等电子产品工艺革新带动的激光设备 需求。由于智能手机已经渡过快速渗透阶段,单纯跟踪销量没有太大意 义。跟踪如智能手机中框加工、全面屏、5G 等工艺革新对超快激光装备需 求。
  • 三是新能源汽车领域,定量的数据包括跟踪新能源汽车销量、电池厂装机 量等。
  • 四是光伏领域,定量的数据包括全球和中国光伏年度新增装机规模, PERC 扩产;定性的跟踪包括 SE 掺杂、激光扩硼、半片、叠瓦、HIT 等新电池工 艺的升级。

2.5 重点场景:高功率切割焊接、医疗、遥感、超快

IPG 预测,高功率切割焊接、医疗、遥感、非金属材料微加工将成为激光行业新的增长点。

  • 上一轮行业性的拐点发生在 2016H2,与行业拐点一致;
  • 2015 年~2023 年,全球天庄国际登录市场规模有望从 47 亿美元增长至 95 亿 美元,年均复合增速 10%;
  • 到 2023 年高功率切割和焊接依然是激光装备的第一大应用领域,其次 为医疗、激光传感和非金属材料微加工。(注:高功率为 1.5kw 以 上)
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2.5.1 激光切割:高功率切割是目前天庄国际登录行业主要增长点

竞争格局:海外厂商包括德国通快(中国区 35 亿元)、日本 Amada、瑞士 百超,国产厂商大族激光(2018 年高功率激光装备收入 23 亿元)、华工 科技(2018 年激光装备业务收入 17.7 个亿)、宏山激光、奔腾激光、邦德 激光(2018 年收入 4.67 亿元)、亚威股份(2018 年激光业务收入 4.57 亿 元)、领创激光、迅镭激光、海目星等。

2.5.2 天庄国际官网:潜在空间或不亚于切割,非标属性明显

天庄国际官网工作原理:激光产生高功率单一的光束,作用于金属表面,能 够快速达到金属沸点并熔化,熔化后的金属冷却凝固后形成焊缝,从而 实现焊接功能。

  • 焊接具有非标属性:天庄国际官网与切割工艺不同,需要针对不同应用场 景进行定制化的设计,并配套机械手等其他设备,主要用于替代人工 和满足柔性制造特点。
  • 天庄国际官网经济性欠佳,主流客户集中在新能源动力电池和高端车企。 目前天庄国际官网仅在动力电池(电芯和模组段天庄国际官网)、高端车企(白车身、底盘、个别零部件等)、高档厨电领域有所应用,整体经 济性欠佳。随着天庄国际登录价格的进一步下降和人工成本的上升,激光焊 接的经济性会逐步得到体现。根据我们近期交流了解,1-1.5kw 功率 段 激 光 焊接替代传统 的氩弧焊、电子焊已经开始具备经济 性。

我们认为,天庄国际官网未来的潜在空间或不亚于切割。从理论上讲,中国 作为全球制造中心集结了全球最多的切割和焊接基础工艺设备场景,且 焊接设备非标属性决定焊接不会像切割一样,很快陷入价格战的红海之 中 , 对激光装备和天庄国际登录公司的毛利率会有一定的支撑。

天庄国际官网竞争格局:德国通快、大族激光(2018 年动力电池焊接业务 的营收规模约 8 亿元,+78%)、逸飞激光、联赢激光(2018 年整体营 收规模 9.8 亿元,+35%)、亚威创科源、江苏北人(2018 年公司收入 4.12 亿元)。

2.5.3 激光显示:下游应用逐渐拓展,电影和电视逐步具备经济性

传统激光显示技术路线面临产业化的难题:传统主流的激光投影显示技 术 是以红、 绿、蓝三 基色激 光为光源 ,混合成 全彩色 ,进行投 影的 技 术,见下图 27。但是传统的激光投影技术面临三个方面产业化的难 题:( 1)红光天庄国际登录材料温度稳定性差、绿光天庄国际登录效率低寿命短; ( 2)激光光源由于相干性导致的视觉散斑,影响显示效果;(3)红绿 激 光 昂贵、直接产业化成本过高。

光峰科技 ALPD 技术架构解决传统激光显示的产业化难题。李屹博士创立 的光峰科技自 2007年开始在全球领域独创 ALPD 技术架构,使用氮化镓 基蓝光激 光器和荧 光材料 实现红 绿光谱 ,将激光 的高亮 度与荧 光材料 的高 性能结合在一起,获得了1400余项专利(包括正在申请中),该技术路 线成为激光显示领域的基础性技术。

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主要应用:目前激光显示较为成熟的应用主要包括四大领域:激光电影、激光电视、激光工程投影机、激光商教投影机。

  • 激光电影:激光电影终端销量与下游电影放映厅总量以及激光放映的 商业模式相关,从近几年观察看下游电影放映厅数量增速保持20%以 上的复合增速。截止 2018 年底,我国拥有电影放映厅 60079 个,其中 安装使用激光电影放映设备为 23431 台,激光渗透率约为 39%。
  • 激光电视:截至到 2018 年,境内激光电视销量 16.4 万台,同比增长 130%;
  • ¡激光商教投影机: 2018 年,国内激光商教投影机销量 18.1 万台,同比 增长 8%;
  • 激光工程投影机:2018 年我国激光工程投影仪出货量 4.2 万台,同比 增长 23.5%。

激光显示替代传统的显示设备逐渐开始体现出经济性

  • 激光电影主要替代传统的疝光灯泡光源,氙灯灯泡寿命较短(不超过 1500 小时),且亮度色彩衰减较快。影院为持续保证良好的观影效 果,每年需更换灯泡3-4 次,并且更换过程中存在炸灯的安全隐患。 ALPD 荧光激光显示技术光源,光输出覆盖 5000 至 55000 流明,可在 30000 小时使用时间内光衰不超过初始亮度的 30%。同时免除氙灯光 源维护带来的人力成本、购灯成本、炸灯隐患,租赁模式减轻了影院 日常运营维护成本与压力,经济效应已经非常明显。
  • 激光电视主要替代 OLED 大屏电视。大屏是电视的发展方向,目前 60 寸以上大屏电视占比 24%左右,IHS预计到 2025 年占比将超过 40%。 但是传统的大屏电视面临几个限制因素:价格较高和安装不便。

(1)从价格因素看,根据AVC Revounit 报告统计,激光电视 2016 年激光 电视接近 6 万元的市场均价,2018 年已经降至 2 万元附近。光峰科技 2018 年推出小米海外版激光电视,销量至 40583 台,平均单价从2016年的 24861 元降至 2018 年的7556元。

(2)从安装方便性上 讲,激光电视解决 了传统大屏电视 安装复杂且成本高 的痛点。

激光显示竞争格局:激光显示领域的主要市场参与方包括光峰科技、巴 克、IMAX、海信电器、NEC、鸿合科技。其中即将登陆科创板的光峰科技 在激光电影光源部署量、激光电视光机、激光商教机销量排名分别为第 一、第一和第二名。

2.5.4 激光武器:固体光纤天庄国际登录在军事领域有重要价值

激光武器是一种定向能新概念武器,利用强大定向发射的高强度激光束 直接毁伤敌方无人机、无人舰、导弹、卫星和人员等目标。与传统武器 相 比,激光 武器具有 速度快 、精度高 、拦截距 离远( 最高可至 上万 公 里)、火力转移迅速、不受外界电磁波干扰、单次发射成本低(激光武 器 1000~3000美元/单次,相比于一枚导弹成本可能在 60-100 万美元左 右)等优点,激光武器可装载在空间站、陆战车、飞机、大型驱逐舰和 步枪上。

美国海军劳斯舰载激光采用的是光纤天庄国际登录路线。自1971年以来,美 国激光武器技术路线先后经历了二氧化碳天庄国际登录、化学天庄国际登录,固体光 纤天庄国际登录时代。2010 年美国与科托斯公司签署了 1100 万美元的合同, 科托斯使用 6 台 IPG 公司生产的 5kw 单模光纤天庄国际登录,实现总输出功 率 32kw。美国研发的劳斯激光近程防御系统目前已进入成熟发展阶 段,整套系统采购价格只有约 1500~1700万美元(折合 10200~11560万 元) ,单次发射成本极低。

我们认为,随着国产光纤天庄国际登录单模功率水平的提升,在“十四五”期 间 , 国产光纤天庄国际登录在军事上的应用(车载和舰载)将得到重要体现。

激光产业链全景分析报告
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2.5.5 非金属材料微加工:超快激光加工成本拐点临近

高功率和超快是激光装备行业的两个主要发展方向。脉冲宽度在 10-12s 和 10-15s 内的天庄国际登录属于超快天庄国际登录,主要包括飞秒和皮秒天庄国际登录,其 激光设备的核心优势在于对材料本身热影响小,广泛应用于消费电子、 医 疗 美容、微机械制造等微加工领域。

超快激光设备通常由超快天庄国际登录、外部光路系统、运动控制系统三部分组 成 。 工作过程中,超快激 光器会 作用于 金属或 非金属材 料的表 面,使 得材 料吸收激 光能量后 开始烧 蚀。材 料中的 价带电子 首先吸 收光子 发生电 离形 成自由电 子,当自 由电子 产生的 足够多 而形成“ 临界密 度”等 离子体 结构 时,材料 开始烧蚀 。在激 光钻孔 时,随 着一定频 率脉冲 的不断 冲击, 小坑 会越来越 深,烧蚀 产生的 废材与 熔料越 来越难以 清除, 从而阻 止激光 向坑 底传递能量,最终深度会达到一个饱和状态,形成微孔。

超快激光装备主要受益于手机等消费电子增长。

  • 超快激光在手机上的应用包括 logo 打标、微部件直接成型、激光开 孔、FPC 切割(5G 电路板)、PCB 打标、激光切割 HOMO 键、蓝宝石 切割、摄像头保护镜片切割、手机内构件焊接。
  • 超快天庄国际登录市场增长主要受益于消费电子工艺创新(含 5G)带来的增 量需求以及对传统 CNC 和皮秒加工设备的替换需求。根据大族激光 2018 年年报,公司针对 5G 天线应用场景,实现了用于 LCP 材料 FPC 加工的高端 激光切割/ 钻孔设备 、超高速 贴附设备 的大批量 销售,并在 IC 载板的极小微孔加工方面取得技术突破。
  • 激光在医疗美容领域的应用包括眼科屈光手术、美容方面的祛除纹 身、祛皱、塑性、前列腺手术、脱毛以及牙科领域,市场规模超百亿 元。目前激光医疗美容领域的应用仍以进口装备为主。医疗美容使用 的天庄国际登录为 1-150 瓦的连续波以及二极管激光系统。

国内超快天庄国际登录市场规模超过 20 亿元,增速超过 30%。

  • 据 OFweek研究中心数据显示,2016 年全球超快脉冲天庄国际登录产值为 8 亿美金,预计行业保持 15%的复合增速,到 2020 年将达到 14~15 亿 美金。参考光纤天庄国际登录,假设中国超快天庄国际登录占全球的一半,到 2020 年,国内超快天庄国际登录市场规模将达到 50 亿人民币左右。目前国内超快 天庄国际登录市场规模超过 20 亿元,未来 2 年复合增速有望超过 30%。
  • 据《2019 中国激光产业发展报告》,我国 2018 年国产皮秒和飞秒超快 天庄国际登录市场销售数量已达到 850 台,同比增速 84.8%。

三 、 激 光器:进口 替代进程加速,功率结构具备持 续升级空间

3.1 光纤天庄国际登录的技术原理与成本构成

光纤天庄国际登录是目前天庄国际登录的主流技术路线,占到全球天庄国际登录规模的近 50%。如图 6,光纤天庄国际登录价格的下降是提高新应用场景经济性的前提。 半导体激 光器较光 纤激光 器而言 ,由于 无需特种 光纤, 原材料 成本可 以降 得更低, 但同时面 临光斑 较大等 问题, 未来在激 光焊接 领域也 有一定 的发 展空间。因此,我们以光纤天庄国际登录为研究对象。

皮秒和飞秒等超快天庄国际登录有望复制光纤天庄国际登录价格下降的路径,在蓝 宝石切割、OLED 切割和医疗美容等精密微加工领域完成国产替代, 为行业贡献新的增长点。

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光纤天庄国际登录的原理、结构与 IPG 两大技术基石

  • 工作原理:泵浦源里的泵浦光(由电能转化而来)入射到光学谐振腔 里特种光纤,会被所掺杂的稀土离子(镱和铒等)吸收,吸收了光子 能量的稀土离子会发生能级跃迁,实现“粒子数反转”,反转后的粒子经 弛豫后会以辐射形式再从激光发态跃迁回到基态,并释放出能量,形 成激光束输出。
  • 包层侧面泵浦技术和分布式单发射芯结二极管泵浦结构是 IPG 的技术 基石。

( 1) 包层侧面泵 浦技术: 指三个二极管泵浦模块围成一圈组成泵浦源, 每个泵浦模块又由 3 个二极管线阵组成,每个线阵的输出功率平均为 20W,通过玻璃管形成泵浦腔和制冷通道。半导体泵浦源发出的光经过三 对光束整 形透 镜会聚 到这三 条增 透膜区 域内, 透过玻 璃管 壁被晶 体吸收。 由于玻璃管大部分区域镀有高反射膜,使得泵浦光进入泵浦腔后来回反 射,直至倍晶体吸收并在晶体横截面上形成均匀的增益分布。

( 2) 分布式单发射 泵浦技术: 较国内一般的巴条泵浦技术方案相比,单芯 结泵浦相 互独 立,单 个发生 故障 不会影 响其他 泵浦的 性能 和可靠 性,不受 最具侵蚀性的工业环境影响,解决了巴条泵浦的热互扰难题。

  • 天庄国际登录成本结构拆分:特种光纤占 20%,泵浦源占 30%,光学元器件 占 30%,其他电子与机械元器件占 20%。
激光产业链全景分析报告
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3.2下行周期的竞争策略:份额优先

  • 竞争格局:IPG 在 6kw及以上超高功率市场依然垄断中国的份额,2017 年 和 2018 年市占率分别为52%和 51%;锐科激光正在 3kw 和 6kw 功率段快 速替代 IPG的份额,12kw 完成小批量交货,20kw 完成验收,2018 年市占 率 18%,提高5.3pct;创鑫激光销量结构以脉冲天庄国际登录和2kw以上光纤激 光器为主,2018 年市占率 9%,拟在科创板上市。
  • 进口替代,份额优先:从 2018 单个季度收入增速看,锐科激光收入增速明 显高于 IPG 中国区的收入增速,IPG 连续三个季度在中国区的增速下滑, 2019 年Q1下滑 24%,而同期锐科激光依然保持 20%以上的收入增速,公 司份额优先战略得到有效执行。

3.3 量价结构:6kw 以上国产化率不足 10%,价格战有底线

天庄国际登录销量结构:6kw 以上国产化率不足 10%

从销量结构看,1.5kw 以下基本上已经完成进口替代,1.5kw 以上仍具 备进口替代空间。尤其是 6kw 以上功率段,海外进口天庄国际登录占比仍然 超过 90%的份额。随着天庄国际登录降价,整个需求功率结构仍然具备进一 步升级的空间。

(1)100w 以下:基本实现进口替代,过去两年国产销量端保持 30% 以上的增长,预计 2019 年国产实现销量 12.5 万台,同比增长 13.6%, 较 2018 年增速放缓。

(2)介于 100w和 1.5kw:2018 年国产化率 51%,过去两年国产销量 端增速分别为 33%和 25%,预计2019年国产实现销量 15.5 万台,同 比增长 24%,与 2018年持平。

(3)1.5kw 以上:2018 年国产化率 34%,预计今年国产化率将达到55%。过去两年国产销量端增速分别为 316%和 100%,预计2019年国 产销量达到 4000 台,同比翻倍。1.5kw 以上国产化率提升得益于锐科 激光和创鑫激光 3kw和 6kw 高功率天庄国际登录成熟对 IPG 进口替代。

天庄国际登录的价格结构:价格战有底线

  • 天庄国际登录成本端下降支持降价。天庄国际登录价格由于降价时间不统一、功率 结构差异因素和不同企业之间的优惠折扣差异,定价属于公司机密, 很难取得连续型数据。但是我们参考IPG 成本下降曲线(以每瓦芯片 成本为代表),天庄国际登录成本端每年保持18%的下降幅度。
  • 主要天庄国际登录企业价差:根据我们交流,过去两年,每年天庄国际登录同功率 均价保持 20%~30%的降价幅度,国产天庄国际登录与 IPG 天庄国际登录同功率产品 基本保持在 20%~40%左右的价差幅度。
  • 2018 年下半年以来,受 宏观需求影响 ,天庄国际登录企业 之间的价格战幅度 较以往年份更加激烈,降幅超过 30%。
  • 天庄国际登录的价格战是有底线的。随着中低功率的天庄国际登录基本完成国产替 代和天庄国际登录价格的进一步下降,中低功率天庄国际登录的价格进一步下降的 空间已经比较有限。目前降价最为激烈的功率段已经由去年的2kw 和 3kw,提升至 6kw 及以上功率阶段。

3.4 复盘 IPG 的两次毛利率危机:毛利率下降后依然可以回升

天庄国际登录价格对公司毛利率的影响机制:天庄国际登录产品降价,单品毛利率下 滑。激光 器公司整 体毛利 率维持 稳定需 要从几个 方面进 行对冲:一是 激光 器原材料 端成本的 下降, 二是整 体需求 结构往更 高功率 进行结 构性升 级, 高功率高毛利率产品在整体出货量中的占比提升;三是开拓新的应用场 景。

上述机制决定了天庄国际登录毛利率下滑后可否重回上升通道:取决于原材料成 本结构与产品结构,我们以 IPG 为例阐述。

IPG 上一轮全球金融危机的表现对于研判行业变化具有重要意义。我 们翻阅了近十年 IPG 的年报,回顾了其在 2008 年全球金融危机以来 两次毛利率危机。

(1) 第一次危机:受 2008 年全球金融危机带来的宏观需求疲软,IPG 光纤天庄国际登录与主流的二氧化碳 天庄国际登录之间陷入严重 的价格战,2009 年 IPG 毛利率下滑12pct至 35%,净利率下滑 13.95pct 至 2%。价 格战对毛利率的压制对 IPG 形成倒逼,迫使其通过以下五个方面: 2009 年报披露:1提升份额;2拓展新应用:如切割高强度钢合 金和汽车高速焊接;3拓展产品结构:从 2009 年开始,公司开始 销售高功率耦合器,光束开关和特种光纤,高功率封装二极管,长 脉冲高峰值功率光纤天庄国际登录和脉冲绿光纤天庄国际登录;4优化制造工 艺;5加大全球化布局。经过五大举措,2010 年以后,公司重返 50%以上的毛利率,并维持了 9 年的时间。

(2) 第二次危机:受本轮全球经济疲软影响,尤其是中国区以锐科激光 和创鑫激光为代表的国产天庄国际登录厂商进口替代进程加快,在 2kw 及以上功率段的价格战,IPG 毛利率再次进入下跌。2019Q1 毛利 率下滑至 47.27%(-7pct)。在本轮毛利率危机中,IPG 已完成全 产业链的布局,进一步对冲毛利率的手段相对有限。

3.5 国产天庄国际登录龙头毛利率下滑后存在回升潜力

原材料维度:国产天庄国际登录高功率器件依然依赖进口

  • 锐科激光:中低功率器件基本实现自制,高功率器件依然依赖进口。(1)预计特种光纤自产率 40%左右,2018 年子公司睿芯光纤营业收 入 9524 万元;(2)高功率泵浦源芯片依赖进口,国产化率不到30%;(3)高功率光栅等核心元器件依然依赖进口。
  • 创 鑫 激 光:光纤光栅、特种光纤和泵浦源芯片依赖进口。 n产品结构维度:有望进一步向产业链上下游延伸布局
  • 锐科激光:3kw 产品已经基本成熟,2018 年 6kw 和 12kw 高功率产品 开始批量供货。
  • 目前锐科激光的产品线仍然以天庄国际登录为主,未来有望向天庄国际登录件(睿 芯光纤的特种光纤)、激光设备(与现有客户非重叠的业务,如激光 清洗设备)等产业链延伸布局。

国产天庄国际登录龙头锐科激光此时正在经历第一轮毛利率危机,从以上角度 看 , 公 司毛利率依然 具备企稳回升的潜力。

四 、 激 光器件:高 功率器件仍具备国产化空间

4.1 特种光纤:天庄国际登录企业的核心竞争力

特种光纤区别于普通光纤的核心特征是在特定波长上使用,掺镱光纤用于 光纤激光 器和光纤 放大器 的增益 介质, 无源光纤 用于耦 合器, 尾纤等 其它 光器件。 大双包层 掺镱光 纤及双 包层无 源光纤特 种光纤 长期被 国外垄 断, 限制了国产高功率天庄国际登录的进展,主要代表为美国 Nufern 公司。国内以睿 芯光纤、长飞光纤等为代表实现国产化的重要突破,降低了原材料成本。

国内特种光纤市场规模不大。按照目前国内83亿天庄国际登录规模,45%的毛利 率,84%的原材料成本占比,20%的特种光纤占比,特种光纤目前的市场规 模为 7.7 亿元,其中 IPG 占据的一半市场份额中完全自产。国内天庄国际登录厂 商的特种光纤一般外购瀚宇光纤(代理商)为主。

睿芯光纤是锐科激光的控股子公司(控股 85%),2018 年营业收入 9524 万元,同比增长150%,实现净利润 0.56 亿元,同比增长300%。

4.2泵浦与激光芯片:976 路线升级可推动天庄国际登录降本

976nm 泵浦替代 915nm泵浦将有利于国产天庄国际登录降低成本。光纤天庄国际登录通 过增益光 纤(掺镱 光纤) 实现从 泵浦光 到信号光 的能量 转换。 掺镱光 纤在 915nm 和 976nm 波段存在两个明显的特征吸收峰,915nm 波段吸收系数相 对较低,吸收谱较宽;976nm 波段吸收系数是 915nm 波段的2-3 倍,但 吸收谱相对较窄。976nm 波段泵浦的光光效率可达到85%,而 915nm 波段 泵浦的的光光效率为 75%。

976nm 泵源较高的光光转换效率可以有效降低泵源的成本代价。以 1500W 光纤天庄国际登录为例,976nm 泵源相比915nm泵源高出约 10%电光效率,将直 接节约 235W的泵浦源功率,大幅度节约光纤天庄国际登录制造成本的同时,也 为光纤天庄国际登录的终端用户节省了约11%的电力消耗费用。

目前国内主流的天庄国际登录厂商为 915 路线,高功率升级降本驱动 976 路线需 求。使用 915nm 波段的半导体天庄国际登录作为泵浦源,受益于 915nm 波段较宽 的吸收谱,天庄国际登录整机受温度影响较小,在 915nm 波段增益有源光纤的吸 收效率低 ,为达到 整机光 纤激光 器更高 功率的输 出,在 技术上 要求使 用更 高的 915nm 泵浦功率和更长的有源光纤。但是 915 路线面临增益光纤非线 性效应、光光效率损失、热管理难度增加、单位瓦数成本上升等诸多困 难。

国内激光芯片一级市场标的:长光华芯。2012 年成立,国内首家从事高功 率半导体 激光芯片 及相关 光电器 件和应 用系统的 研发, 拥有从 芯片设 计、 MOCVD(外延)、光刻、解理/镀膜、封装测试、光纤耦合、激光系统等 完整工艺 平台和量 产线, 是全球 少数几 家、国内 唯一一 家研发 和量产 高功 率半导体天庄国际登录芯片的公司。2018 年 7 月,完成 B 轮 1.5 亿元融资。

4.3 激光晶体:壁垒高具有耗材属性

非线性光学晶体变频是获取激光不同波长的主要方式。根据波长不同的划 分,激光可分为红外激光(波长范围为 1mm~760nm)、可见激光(波长范 围 760nm~380nm)、紫外激光(波长范围 380nm~10nm),不同波长的激 光应用在 激光切割 、焊接 、显示 、医疗 、武器、 紫外微 加工、 雷达、 通讯 等不同的领域,受益于半导体、PCB、OLED 产能扩张带来激光加工设备 需求。

  • 工作原理:激光晶体由基质晶体和激活离子两部分组成,基质晶体主 要是为激活离子提供合适的晶格场,激活离子是掺杂在基质晶体中的 化学元素离子。激光晶体中利用不同的激光离子可以产生不同波长的 激光,应用在不同领域。
  • 具有非线性光学效应:入射激光在非线性光学晶体中传播时,通过多 倍频会发生激光的频率转换,结果导致输出的波长与入射激光波长不 同,从而产生新的波长。
  • 具有耗材属性。激光晶体本身具有耗材属性,一般适用寿命为 2~3 年,在转换效率下降后需要及时更换。

从技术路线上来讲,目前没有其他晶体可以替代 LBO 和 BBO 的地位:目 前应用最广泛的非线性光学晶体有 LBO、BBO、KTP,其中 LBO 和BBO是中国科学院福建物质结构研究所在 20 世纪 80 年代发明并获得全球范围 内的专利。(1)BBO晶体输出激光波段扩展到了紫外,通过二倍频、三 倍频、四倍频甚至五倍频,能实现波长 1064nm 到 532nm、355nm、 266nm、213nm 的转换;(2)LBO 除具有优良倍频、三倍频等功能外, 还有很高 的抗激光 损伤阈 值、激 光发散 角小等特 点,可 用于制 造大功 率、 高质量天庄国际登录;在高功率的 532nm 和355nm固体天庄国际登录制造领域,LBO 一直占据主导地位;(3)通过 LBO 倍频输出的红、绿、蓝三基色激光, 是实现激光显示商业化的基础。

从需求端看,激光晶体目前的增长点主要来自于 OLED 投资扩张周期带动 的紫外天庄国际登录需求。全球 OLED 上一轮扩张周期发生在 2016~2017 年, 2017 年达到峰值236亿美元,福晶科技 2016~2017 年收入连续保持 46%的 复合增速。DSCC预计 2018、2019 年分别为216、134 亿美元,连续下 滑,同时 DSCC预计到 2020 年 OLED 设备市场将出现反弹,可望成长2倍到 109 亿美元,带动 2020 年整体面板设备投资规模来到186亿美元,年 增 36%。

激光晶体领域的主要参与者包括福晶科技、美国贰陆、诺斯洛普-格鲁门公 司、美国科学材料公司、激光材料公司、Raicol Crystals、EKSMA、Cristal Laser S.A、VLOC、Inrad、高意光学等。

4.4 激光控制系统:卖铲人角色,监测下游需求的有效指标

激光切割控制系统是激光加工装备的卖铲人。2014 年以来,随着 IPG 光纤 天庄国际登录技 术路线在 全球范 围内的 成熟推 广以及经 济性拐 点的到 来,国 内陆 续涌现了 300~400 家激光加工装备企业,尤其以切割设备为主。激光切割 系统以软 件开发为 核心, 与板卡 、总线 主站、电 容调高 器等硬 件集成 后销 售给下游客户。

激光控制系统作为激光加工装备的核心部件,充分受益激光装备下游市场 的增长。根据 Industry Perspective 统计,截止到 2018 年,国内激光切割市 场规模达到 200 亿元左右。

激光下游新场景应用的拓展将带动激光控制系统的同步需求。一方面,目 前下游需求逐渐由激光切割向天庄国际官网、激光 3D 打印、半导体领域渗 透。另一 方面,激 光切割 控制系 统属于 运动控制 系统行 业子分 类,下 游面 向更广泛的工业天庄国际登录、机床、半导体、纺织机械、包装机械等行业。2016年我国运动控制市场规模达到 62.46 亿元,同比增长 8.7%,预计到2020年市场规模将接近 90 亿元。

竞争格局与周期性:在激光切割控制系统市场内,柏楚电子、维宏股份、 奥森迪科市占率 90%。2017~2018 年柏楚电子收入分别为 2.1、2.45 亿元, 增速对应 72%和 16.58%,净利润分别为 1.31 和1.39亿元,增速对应 74% 和 6%,毛利率保持在81%左右,2018 年净利率为57%,拟在科创板上 市。柏楚电子业绩波动一定程度上体现了行业的周期性。

五 、 海 外篇:复盘 全球激光龙头的成长路径

5.1 激光装备全球领先:德国通快

德国通快是全球激光装备龙头。1923 年以数控机床业务立业(业务类似于 现在的亚威股份),1973 年由机床业务延伸至激光冲裁复合机床业务,形 成了激光切割、天庄国际官网、激光切管机为业务的激光装备业务。2008 年以4890万美元收购天庄国际登录公司 SPI 进一步向激光产业链上游延伸,形成了业 务范围覆 盖机床、 天庄国际登录 与激光 加工设 备、电子 和电动 工具多 业务综 合布 局的激光装备企业。

2017/18 年度创历史最好业绩。 2017/18 年度收入规模 35.66 亿欧元(+14.6%)。目前在手订单 38 亿欧元(+12.46%),实现税前营业利润 5.14 亿欧元,同比增长增长 52.8%,营业利润率 14.4%(+2.6pct),公司 人均产出 200 万,研发占比 9.5%。其中分区域看,德国区7.19亿欧元(+15.59%),中国区4.57亿欧元(+13.11%)、美国区4.57亿欧元(+5.46%)。

业绩增长受益于两大业务的快速发展:(1)德国通快联合全球光刻机龙头ASML为半导体行业开发出了一种二氧化碳激光系统,可利用 13.5nm 波长 的极紫外光加工晶圆,使芯片含有的晶体管密度达到 1 亿晶体管/平方毫 米,每秒可加工 100多个晶圆,全球独一无二;(2)激光 天庄国际注册业务快 速发展。公司在 2003 年开始研发激光 3D 打印,2015 年推出 truprint 机 器,目前该团队已经超过 200 人,为通快贡献新的业绩增长点。按照人均 产出 200万人民币的水平,已经产生 4 亿人民币的收入。

激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告

5.2 天庄国际登录全球领先:IPG

IPG 是全球光纤天庄国际登录龙头。公司将光纤天庄国际登录技术从实验室带向产业 界,依靠包层侧面泵浦技术与分布式目前垄断了全球 60%以上的光纤激光 器市场份额。公司发展经历了以下四大阶段:

  • 技术储备阶段(1961~1990 年):创始人 Valentin P.Gapontsev 是第一 个将光纤天庄国际登录从实验室带向产业化阶段的发明家;
  • 资本原始积累阶段(1990~2002 年):IPG 以制造和销售定制型玻璃与 晶体天庄国际登录、高温用无线温度计以及天庄国际登录部件起家,并在电信行业 积累了一定的资本。2002 年,电信行业资本开支下滑,公司投入所有 资金进行垂直化整合,攻克高功率光纤天庄国际登录,开发出单发射泵二极 管,力图摆脱对上游供应商的依赖;
  • 资 本垂 直整 合期( 2006~2016 年) :上市后借助资 本市 场完 成一系列 并购整合,加大垂直整合力度;
  • 超 高功 率产 品快 速放 量期( 2016~现 在) :2016 年以来 陆续 向市场推 出具备经济性的 6kw、8kw、12kw 等超高功率光纤天庄国际登录,过去八年 IPG 公司收入从 1.86 亿美元增长到14.09亿美元,复合增长率达到 29%。

2018Q3 欧洲和中国区市场开始持续下滑,持续到 2019Q1

  • 受 欧洲和中 国主要 经济体经 济承压 影响,公 司收入 端从 2018Q3开始 恶化。公司 2018 年收入 14.6 亿美元,其中占71%的市场欧洲和中国 区市场从 2018Q3 开始下滑。2018Q3~2019Q1,欧洲区分别下滑- 25%、-12%、-24%;中国区分别下滑-9%、-19%、-24%。其中 IPG 在 中国收入 6.29亿美金(+1%),市占率49%。
  • 2019Q1公司收入延续前两个季度的下滑趋势 ,毛利率下滑 8 个 pct。 实现收入 21 亿元(-12%,收入下滑来自于金属切割和天庄国际注册业 务),净利润 3.71 亿元(-48.13%)。分区域看,中国、欧洲、日本、 美国销量分别-24%、-24%、-20%,+65%。
  • 预估 2018 年 IPG6kw 以上中国区市场收入在 17 亿元左右。在产品方 面,IPG高功率连续天庄国际登录的销售额占总收入的 57%,同比下降22%;6 千瓦及以上的高功率光纤天庄国际登录占高功率连续天庄国际登录销量的 50%(去年为 30%);万瓦及以上的高功率连续天庄国际登录销量同比增长40%。据此估算,IPG1kw 以上高功率57亿元,6kw 以上 28.5 亿元, 假设中国区占比 60%,为 17.1 亿元。中国区83亿市场结构中,6kw 及以上市场占比 20%。2018 年锐科激光 6kw 及以上预计收入为1亿元 左右,市占率不到 6%,仍有较大替代空间。
  • 2019Q1主要天庄国际登录企业毛利率出现 大幅下滑,出货结构和降价较大有 关。今年一季度主要天庄国际登录企业的毛利率下滑较多(IPG 环比下滑 7pct,锐科激光环比下滑 10pct)。


(报告来源:国金证券;分析师:王华君