より薄いウェーハとワイヤの追求により、タングステン ダイヤモンド ワイヤの用途が増加

スライスはウェーハ製造の中核的な手順の 1 つです。 コスト削減における優れたパフォーマンスにより、ウェーハをより大きく、より薄くすることがウェーハ分野の共通の追求となっています。 ポリシリコンの価格はここ 2 年間上昇したままであり、より薄いウェーハの開発が加速しています。 2017 年、モルタル ワイヤーをダイヤモンド ワイヤーに包括的に置き換えることで、ウェーハ スライシング技術の進歩とコスト削減に向けた明確な道が示されました。

過去 2 年間で太陽光発電の設置容量が急増したため、2021 年には供給不足によりポリシリコン価格が毎月上昇し、1 年以上にわたり 200 元/kg を超えた状態が続いています。 InfoLinkでは、ポリシリコン価格は今年、不足が緩和する第4四半期まで高止まりすると予想している。 ほとんどの生産拡大プロジェクトが大幅な生産量を生み出す来年の第 3 四半期まで、価格は 200 人民元/kg 以上を維持するでしょう。

ポリシリコン価格の上昇により、ウェーハの製造コストが増加します。 コストを管理するために、ウェーハメーカーはウェーハの薄化プロセスを強化しています。 2018年から2020年にかけてメーカーは3年を費やし、厚みを5μm薄くするだけで終わりました。 ただし、2021年以降はウェーハの厚さが15μm薄くなり、さらに薄くなる可能性があります。

ポリシリコンの価格が高騰していることを考えると、ウェーハメーカーにとって、ポリシリコンの消費を軽減して生産コストを削減することが最も直接的かつ効果的です。 そのための 1 つの方法は、より薄いウェーハを作ることであり、より細いダイヤモンド ワイヤを使用することももう 1 つの方法です。

2021年上半期のダイヤモンドワイヤーの直径は42～47μmが中心でした。 この数字は現在 36 ～ 40μm にあります。 メーカーによっては、ポリシリコンの使用量をさらに削減するために、コア ワイヤとして 32 μm タングステン ダイヤモンド ワイヤを使用しているところもあります。

InfoLink は、世界では 2022 年に少なくとも 239 GW の PV 設置容量が追加されると予想しています。設置により、ウェーハの需要が急増します。 ウェーハの主要 BOM として、ダイヤモンド ワイヤの需要は明らかに増加するはずです。 また、ダイヤモンドワイヤーが細くなると単位当たりの砥粒量が減少します。 Qingdao Gaoce Technology の Web サイトによると、43 μm の電気めっきダイヤモンド ワイヤの刃先速度は 180±30 グリット/mm ですが、37 μm の電気めっきダイヤモンド ワイヤではわずか 140±30 グリット/mm に低下します。 刃先速度の低下により、1 本あたりのワイヤ消費量が大幅に増加しました。

ワイヤ消費量は、182mm ウェーハの場合は 3.5 ～ 4m/枚、210mm ウェーハの場合は 4.8 ～ 5.3mm/枚になります。 この 2 つは、0.46 ～ 0.53 メートルのワイヤ消費量に相当し、これに基づくと、2022 年を通じて 500,000km/GW のワイヤが使用されると推定されます。ワイヤが細くなるため、この数字は毎年 50,000km/GW ずつ増加すると予想されます。

太陽光発電の設置容量の増加とより細いワイヤの開発により、2022 年のダイヤモンドワイヤ需要は 2021 年よりもさらに大きく増加します。今年のダイヤモンドワイヤの需要は 1 億 5,000 万 km に達し、2030 年までに 2 億 5,000 万 km を超える可能性があります。

現在、ダイヤモンドワイヤの多くは芯線に高炭素鋼線を使用しています。 高炭素鋼線やその用途は米国や日本などの先進国で生まれています。 競争力のあるダイヤモンド ワイヤのサプライヤーのほとんどは、世界をリードするダイヤモンド ワイヤ メーカーであるアサヒ、ナカムラ、DMT など、日本と米国の企業です。

2017年以降、中国のダイヤモンドワイヤーサプライヤーの台頭と輸入代替の急速な進展により、中国メーカーはダイヤモンドワイヤー市場でほぼ100%の優位性を取り戻しました。 今のところ、ダイヤモンド ワイヤーのサプライチェーンは「1 つの超大国、多数の大国」の状態にあります。 Metro は長年にわたって市場シェアの 50% 以上を確保しており、Gaoce、Planetec、Yuanshi、Jiangsu Resource Fusion Diamond Technology はいずれも少なくとも月間 100 万 km の供給量を記録しています。

出典: InfoLink による公的データと業界調査

理論上、2021年末時点でダイヤモンドワイヤの生産能力は1億5,800万kmに上り、2022年の年間需要を満たしている。メーカーの拡大に伴い、理論上の生産能力は今年末までに3億キロメートルを超える可能性がある。

2021年のダイヤモンドワイヤ供給量は上場企業が6700万kmを占め、一方YuanshiとResource Fusionは2500万kmを貢献したとされている。 上の表に示されているように、全メーカーは2021年の需要9,000万kmに匹敵する9,200万kmの供給を蓄積しました。

ダイヤモンド ワイヤは、主に 92c ワイヤと 100c ワイヤで構成されます。 35 μm および 36 μm の電気めっきダイヤモンド ワイヤには、それぞれ少なくとも 5.3 N および 5.8 N の破断力が必要です。 十分な張力と残留張力変動を確保するため、標準的な高炭素鋼線のゲージは35μm程度です。 現在、ウェーハをスライスするために使用される鋼線のゲージは 35um に非常に近いですが、これ以上薄くすることはほとんどできません。

破断力が強いタングステンワイヤーがますます注目を集めています。 タングステン ワイヤの利点は次のとおりです。

極細高強度合金タングステン線ダイヤモンドフレットソーとその製造方法

現在、PV 用タングステン ワイヤの供給が限られているため、タングステン コア ラインの価格が高騰しており、通常のタングステン ワイヤの 4 ～ 5 倍の価格になっています。 その結果、タングステン ダイヤモンド ワイヤは通常のワイヤよりも 2 ～ 3 倍膨張します。 タングステン ダイヤモンド ワイヤは高価ですが、ゲージが小さいため、カーフロスを効果的に低減できます。 ポリシリコンの価格が高いことを考慮すると、ゲージが小さいためワイヤが破損する可能性が高くなりますが、破断力が大きいタングステン ワイヤが依然として優れた選択肢となります。 タングステンダイヤモンドワイヤによりワイヤ損失も10%削減されます。

各ロールのワイヤの量を 1 ロールあたり少なくとも 100km に増やすことで、ワイヤの消費量をさらに削減できる可能性があります。 G12 ウェーハをスライスするためのコスト評価では、ポリシリコンの価格が 1 kg あたり 300 人民元、タングステン ダイヤモンド ワイヤの価格が 1 km あたり 90 人民元とすると、依然として 1 枚あたり 0.04 人民元のコスト優位性があることがわかりました。 ダイヤモンド ワイヤの現在の価格を考えると、タングステン ダイヤモンド ワイヤと通常のダイヤモンド ワイヤを使用した場合のスライス コストは、ポリシリコンの価格が約 240 元/kg である場合、ほぼ同じです。

上のグラフによると、ポリシリコンが高価であればあるほど、タングステン ダイヤモンド ワイヤが有利になります。 将来、通常のダイヤモンド ワイヤとポリシリコンの価格が下落すると、タングステン ダイヤモンド ワイヤのメーカーは価格を引き下げ、より細いワイヤを製造して優位性を確保することができます。

36 μm の通常のダイヤモンド ワイヤと 30 μm のタングステン ワイヤの両方を G12 ウェーハのスライスに使用できることを認めると、タングステン ダイヤモンド ワイヤの価格が 1 km あたり 80 人民元まで下落し、ポリシリコンの価格が 1 km あたり 80 人民元を超えている場合でも、依然としてコスト上の利点を享受できます。 kg。 さらに、タングステン ダイヤモンド ワイヤの厚さはさらに薄くなる余地が大きく、30μm未満に達する可能性があります。

主要な心線サプライヤーには、松下電器、厦門タングステン有限公司、中国タングステンなどがあります。 生産能力は小規模ですが、タングステン ダイヤモンド ワイヤを大量生産できる企業は Resource Fusion です。 Metron、Dialine、Yuanshi は生産量が少ないですが、他のメーカーもこのビジネスに向けて準備を進めています。 その後、アモイタングステン有限公司とチャイナタングステンの合計700億メートルの生産能力拡張が稼働し、電気めっきダイヤモンドワイヤの120～140GWの需要に対応することになる。

タングステンワイヤと通常のダイヤモンドワイヤを芯線として使用する場合の最大の違いは、タングステンワイヤの表面には製造時に生成される厚い酸化皮膜とコロイド状黒鉛が存在することです。 ニッケル - リンの配置を確実に接着させるために、タングステン ワイヤを使用する前に 2 つを除去する必要があります。 ただし、ダイヤモンドワイヤの製造に比べて除去に時間がかかり、除去率も比較的低いです。 これらの技術的問題により、通常のダイヤモンド ワイヤからタングステン ワイヤへの移行が複雑になります。

大判ウェーハとダイヤモンドワイヤをより薄くすることは、ウェーハ製造の長期的な課題であり、ポリシリコンの価格の高騰によって加速されています。 炭素鋼線の性能と薄肉化が限界に達する中、より強力な破断力を備えたタングステン線がダイヤモンドワイヤの次世代芯線材料として広く認知されています。

タングステンダイヤモンドワイヤの実際の生産量は、芯線の供給状況により制限されます。 その後、アモイタングステン有限公司とチャイナタングステンの合計700億メートルの生産能力拡張が稼働し、電気めっきダイヤモンドワイヤの120～140GWの需要に対応することになる。 ポリシリコンの価格が比較的高止まりしているため、2023 年にはタングステン ダイヤモンド ワイヤの使用が増加すると予想されます。

タングステン ダイヤモンド ワイヤはウェーハをスライスするのに適していますが、生産コストの削減にはほとんど貢献しません。 PV タングステン線の供給次第では、今後 1 ～ 2 年は炭素鋼線がダイヤモンド線の心線の主流材料であり続けるでしょう。

メーカーがスライシング分野での優位性を活かして、より薄くて安価なタングステンワイヤを生産し、タングステンダイヤモンドワイヤとPVタングステンコアワイヤの生産能力を拡大できれば、通常の炭素鋼ワイヤからタングステンダイヤモンドワイヤへの置き換えはより早く進むだろう。