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Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

高瓴调研多家机器视觉公司,Mini LED检测游向蓝海。本文为元气资本第116篇原创文章

高瓴调研多家机器视觉公司,Mini LED检测游向蓝海。

本文为元气资本第116篇原创文章

分析师)Kyle

微信公众号)yuanqicapital

核心内容

1、Mini LED产业链梳理:技术壁垒来自哪里?

2、Mini LED和矩子科技的业务如何产生交集?

3、机器视觉赛道为何受资本关注?

7月29日,华为发布了新一代华为智慧屏V75 Super,该产品除了搭载Harmony OS 2以外,最值得关注的就是其采用了Mini LED背光技术,使用Mini LED芯片的面积(0.075mm?)仅为传统LED灯珠面积(9mm?)的1/120,75吋的屏幕下放置了高达46080颗Mini LED芯片,背光拥有2880个物理分区,结合明晰控光PRO+技术能够带来高达千万级的高对比度,并且支持最高3000nit HDR峰值亮度。

Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

华为智慧屏 V75 Super宣传图(来源:华为商城)

第二天,中国国际数码互动娱乐展览会(下称“ChinaJoy”)与第三届国际显示博览会(下称“UDE”)同期同地在上海新国际博览中心举办。华为智慧屏 V75 Super在UDE上获得了技术创新奖的荣誉,而另一家行业头部公司TCL在ChinaJoy上带来了全球首发的34”165Hz R1500 Mini LED曲面电竞显示器,从命名中可以看出,该产品同样采用了Mini LED技术,拥有1152个背光分区,为目前全球分区数最多的电竞显示器。

随着上述Mini LED产品纷纷落地,产业链上众多公司迎来了市场高度关注,二级市场亦给出了非常直观的反馈——7月19日至26日,Mini LED芯片龙头三安光电(300750.SZ)连续6个交易日收涨,期间收获2个涨停板;7月15日至26日,Mini LED封装龙头瑞丰光电(300241.SZ)连续8个交易日收涨,期间累计上涨60%;聚飞光电(300303.SZ)、新益昌(688383.SH)等公司股价也有不同程度的上升。

另一方面,尽管产品距离全面在市场铺开尚有距离,但Mini LED公司估值已炙手可热。截至2021年8月17日,三安光电总市值1679.79亿元,市盈率132.08倍,最高上探至159倍,瑞丰光电总市值62.47亿元,市盈率112.26倍,此前一度超过200倍。

昔日被爱理不理的Mini LED各个环节的龙头公司已“高攀不起”,但除了芯片、封装、设备等制造商外,元气资本注意到,仍有一些Mini LED产业链中“小而美”的公司尚未被市场充分认知,比如,将机器视觉用于MiniLED检测的智能设备生产商矩子科技(300802.SZ)便是其中之一。

Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

何谓Mini LED

为了更加清晰地理解矩子科技的产品,有必要先介绍一下Mini LED产业链。

根据《Mini LED商用显示屏通用技术规范》团体标准,Mini LED是指芯片尺寸介于50-200μm之间的LED器件,尺寸大于200μm为传统LED,尺寸小于50微米则为Micro LED。

Mini LED技术对传统LED芯片进行阵列化、微小化处理,其背光芯片结构小,能够让调光分区数更加细致,直下式背光方案能够缩短光学混光距离,降低整体厚度,不光继承了传统小间距无缝拼接、宽色域、低功耗和长寿命的特点,还拥有高防护性、可视角度大、高PPI、高亮度和对比度等优势。

Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

Mini LED产业链包括上游芯片制造、中游封装以及下游终端应用三部分。上游芯片制造是在蓝宝石、碳化硅或者硅片等衬底上制造氮化镓基/砷化镓基外延片,再经过刻蚀、清洗等环节得到不同类别的LED芯片。

因为Mini LED芯片本质上是LED芯片的精细化和微型化生产,微缩化芯片设计转向倒装结构,厂商可以在传统生产工艺和设备基础上进行改进和优化,目前技术路径基本成熟。

芯片作为LED器件中核心部件,控制着LED的发光线性度、功率、寿命以及电磁兼容等关键因素,在整个产业链中具有相对较高的价值量和技术壁垒,目前国内上游厂商以三安光电和华灿光电为主。

据中信证券数据,传统LED背光的LCD电视仅需50-100颗LED芯片,而Mini LED背光电视则需要20000颗以上的芯片,笔记本和电竞显示器所需数量级分别约为5000颗和10000颗,2021年Mini LED产品有望消耗LED 4寸片高达134.7万片,在目前芯片总产能中占比5.6%。

Mini LED产业链中游是将芯片在固晶、焊线、配胶、灌胶固封环节后,形成颗粒状成品,主要起到机械保护、加强散热、提高LED性能和出光效率以及优化光束分布等作用。

Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

MiniLED产业链  来源:安信证券

封装的技术路径多种并存,包括IMD(In-MoldDecoration,膜内装饰技术)、COB(Chips onBoard,板上芯片封装)、COG(Chips on Glass,玻璃上芯片封装)等新型封装技术和SMT(Surface Mounted Technology,表面贴装技术)等传统封装技术,目前SMT工艺较为成熟,成本低廉,但生产效率相对较低,因此新型技术的推进对于封装企业来说非常关键。

Mini LED下游应用方向包括LCD背光和RGB直显,Mini LED背光产品前期主要应用于高端市场,例如65寸以上的大尺寸电视,直显端则为户外大型显示、商业广告等服务。据Arizton数据,2018年全球Mini LED市场规模仅1000万美元,预计2024年将上升至23.22亿美元,6年CAGR为147.92%。

Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

机器视觉与Mini LED交汇点

7月26日,矩子科技在投资者互动平台表示,Mini LED相关生产过程中有较多的检测环节,包括外观缺陷检测、功能性检测等,矩子科技的Mini LED AOI目前主要针对Mini LED芯片进行外观缺陷检测。

AOI是基于光学原理对生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备,是机器视觉中的重要分支,目前主要应用于PCB领域,根据前瞻产业研究院数据,2018年中国AOI市场规模为121.5亿元,其中PCB检测占比达到63.9%,多应用于SMT产线的检测中。

因为下游应用场景复杂,后期检测维修困难,而Mini LED封装器件需要具备较高的一致性和可靠性,加上前文所述当前倒装COB、COG以及巨量转移等新型封装技术尚有巨大改进空间,行业内大部分Mini LED封装企业仍会使用传统的SMT生产工艺,AOI在现阶段应用中有很强的现实意义。

SMT基本工艺包括锡膏印刷、零件贴装、回流焊接、AOI光学检测、维修和分板。具体步骤为丝印(将焊膏或贴片胶漏印到焊盘上)、点胶(将胶水滴到基板的固定位置上以便固定元器件,可位于生产线最前端或检测设备之后)、贴装(将元器件准确安装到基板上)、固化(将贴片胶融化使元器件与基板连接)、回流焊接(将焊膏融化)、清洗(将焊接残留物除去)、检测(对焊接和装配质量进行检测)、返修(将检测出现故障的产品进行返工)等。

其中,检测过程涉及到放大镜、显微镜、在线测试仪(ICT)、飞针测试仪、AOI、X-RAY检测系统、功能测试仪等设备,可以根据需求配置在生产线的合适位置。AOI可用于锡膏印刷工艺、贴片工艺以及回流焊工艺之后,根据检测结果来调整工艺提高产品良率,应用于锡膏印刷工艺步骤的检测设备即为SPI,依靠激光或结构光等测量手段对焊锡膏进行测量。

延伸阅读

COB指的是在基底表面用导热环氧树脂覆盖硅片安放点,然后将硅片直接安放在基底表面,热处理至硅片牢固地固定在基底为止,随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。

SMD(Surface Mounted Devices,表面贴装器件)的生产工艺需要经过固晶、焊线、点胶、烘烤、冲压、分光分色、编带、贴片等环节,而COB的工艺在这个基础上进行简化,首先将IC贴在线路板上然后固晶、焊线、测试、点胶、烘烤,成为成品。

从生产流程上来看,步骤得到了精简,COB的封装不需要过回流焊,可以节省很大一部分的成本,这也成为COB的优势之一。

相对于正装COB封装,倒装COB结构更加简单LED耐更高电流,制造工艺简化无金线散热更佳,稳定性高,且RGB混光效果好,倒装COB是新型封装技术,在发光效果、排列密度等方面具有优势,能够实现更小间距,未来有望实现对SMT技术的替代。

传统的SMT产线因为生产元器件尺寸尚在人眼分辨范围内,多采用人工检测,2014年时,国内仅有不到30%的SMT产线装配了AOI检测设备,且大多仅选择在回流焊接步骤后配备一台进行检测。但根据国际厂商的经验,每条生产线至少配置三台AOI设备,封测设备厂商标谱半导体科技有限公司曾指出,基于Mini LED本身特性以及使用特性,分光分色测试仪和检测外观的影像系统等检测系统的准确性、可靠性、稳定性以及测试精度都必须满足更高的要求,在元器件尺寸逐渐缩小的背景下,人眼分辨将逐渐被机器取代。

Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

SMT生产流程及设备(来源:开源证券)

当前,矩子科技已经具备SMT全线检测的能力,从产品端来看,矩子科技在2019年提交的招股书显示,其SMT行业AOI包括在线全自动2D AOI、离线2D AOI以及在线全自动3D AOI,同时针对LED行业有在线全自动TOP LED(灌胶式封装贴片LED)检查机和在线全自动CHIP LED(在PCB板上封装的SMDLED)检查机。其上市前已成为苹果、华为、小米、OPPO、VIVO等企业或其代工厂商的机器视觉设备供应商。

在线全自动CHIPLED检查机利用工业数字相机与专用灯源采集CHIP型LED的图像,通过视觉算法运算,获取被检测对象缺陷,并全自动喷墨标记LED芯片不良品。产品不良标记速度为3点/秒,每小时处理量可达30万粒以上。

2020年,矩子科技的3D AOI及3D SPI成功实现量产,3D AOI在引脚翘起、整板异物等缺陷检测方面相较于2D AOI具有明显优势,编程应用方面难度也有所降低,具有较高的技术壁垒,目前矩子科技的3DAOI和3D SPI产品已经打入比亚迪供应链。此外,3D SPI也开始向和硕集团供应,据招股书披露,和硕集团 2017年至2019年均为矩子科技的前五大客户之一。如前所述,在Mini LED方面,矩子科技研发了Mini LED AOI产品,并称已导入相关产业,有望在Mini LED行业上升期带来显著业绩增量。

机器视觉在传统的3C电子产业中本就有非常广泛的应用,Mini LED的出现不仅是显示行业的突破,也有望产业链上各环节带来巨大增量,这一带动下,其他机器视觉公司也纷纷加入Mini LED检测业务阵营。

4月23日,精测电子(300567.SZ)在投资者互动平台表示,已研发Mini/Micro LED新兴显示领域的相关检测设备,客户群体为京东方、华星光电、峻凌电子、LG、喜星电子等新型显示生产企业。

7月6日,机器视觉厂商凌云光宣布,首台Mini LED AOI检测设备已成功通过客户厂验,目前Mini LED整线检测设备已发往客户中试线。根据LEDinside报道,本次Mini LEDAOI检测设备是一种针对65英寸Mini LED背光点灯检测系统(AOI+ET+OQA)。由FIAOI、ET、Label、OQA单元组成,对全亮L255、全黑L0、灰阶L63/L127、奇偶棋盘格、10%Peek窗口、低电流等画面中的各种点、线、Mura(色斑)等缺陷进行精确量化检测。

此外,凌云光在科创板IPO的招股书已于今年6月23日获受理,从招股书中可以发现SuperTrain MMC6000 Mini LED点灯全自动检测设备,主要在Mini LED背光制程中,用于对Mini LED背光进行点灯检测,如Mini LED背光内的点类、线类、Mura类和显示异常等缺陷的精确量化检测。

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LCD工艺制程及凌云光业务覆盖步骤(来源:凌云光招股书)

值得注意的是,凌云光还针对下一代Micro LED显示技术的检测进行了布局,Retina MCC15000 Micro LED点灯半自动检测设备主要用于巨量转移后的Micro LED屏体检测。对点亮状态屏体进行光学拍照,并通过软件算法处理获取坐标、灰度、Mapping图片,便于不良分析与后续修复。

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矩子科技:深挖机器视觉或因此前业绩下滑

矩子科技成立于2007年,主营业务为智能设备及组件的研发、生产、和销售,细分业务包括机器视觉设备、控制线缆组件、控制单元及设备,作为国内高端机器视觉设备供应商,拥有自主知识产权的软件算法、光学设计以及软硬件相结合的机器视觉系统。

2020年,矩子科技营业收入4.82亿元,同比增长13.94%。其中机器视觉设备占比43.18%该项业务毛利率高达53.89%,是其主要收入来源,具体产品有3D AOI(Automated Optical Inspection,自动光学检测)、3D SPI(Solder Paste Inspection,锡膏检测系统)、LED AOI等设备。

控制线缆组件和控制单元及设备分别占比33.06%和22.24%,毛利率相对较低,分别为25.39%和15.64%。控制线缆组件是机器视觉设备的直接原材料,其作用是直接实现设备内部各电子元器件、功能模块、外围设备之间的连接,以及电、光信号、电流的传输。

值得一提的是,矩子科技创始人杨勇曾于2001年至2006年间在Saki Corporation Japan(下称“Saki”)担任软件工程师,2006年至2007年任赛凯智能系统有限公司(下称“赛凯智能”)软件工程师。Saki成立于1994年,是日本知名的AOI和SPI生产商,业务遍及全球,根据SMT之家论坛的发帖内容及评论中,业内人士表示在2020年以前3D AOI设备多采用国外的Saki、高永、欧姆龙等品牌,而赛凯智能是Saki在中国成立的全资分公司。

离开Saki后,杨勇创立了矩子科技,有了在Saki的工作经历背书,矩子科技在国内发展较快,2D AOI设备取得了良好的市场口碑,并于2019年正式登陆创业板。

当时行业内比较知名的机器视觉公司还包括康耐视、基恩士、海克斯康等美国、日本企业。康耐视2018年的营业收入达55.3亿元,净利润为15亿元,毛利率达74.45%;基恩士的营业收入为354亿元,净利润为136亿元,毛利率达82.35%;而矩子科技营收仅4.6亿元,净利润1.0亿元,毛利率39.27%,与国际巨头相比,矩子科技仍有较大差距。

在上市当年,矩子科技遭遇了业绩下滑,2019年三季报净利润下滑9.82%,全年营收下降8.07%,净利润下降12.39%。然而还没有结束,2020年一季报和中报跌幅进一步扩大,分别达到17.34%和18.64%,直到2020年三季度,矩子科技的3D AOI和3D SPI批量交货,扭转了业绩一路下滑的趋势,当季营收1.1亿元,同增30.31%,净利润2615万元,同增55.75%。

业绩下滑、其他业务的低毛利,或许是促使矩子科技继续挖掘机器视觉这一核心任务应用场景的重要原因,其IPO募投项目也围绕此展开,包括机器视觉检测设备产能扩张建设项目以及机器视觉检测设备研发中心项目。

从2020年Q3开始,矩子科技的3D AOI和3D SPI设备以实现批量交货,打破了国外公司对此类产品的垄断,并向和硕集团、比亚迪、京东方等客户供应。和硕是华硕子公司,主要从事ODM业务,2020年排名世界500强第269位。

Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

机器视觉赛道持续升温

机器视觉产业链上游主要包括光源、相机、镜头、图像采集卡和图像处理软件,中游是二次开发系统集成和软件服务商以及整机制造商,下游可应用于电子、工业、半导体、自动驾驶、智能安防等领域,矩子科技处于行业中游。

前瞻产业研究院和Marketsand Markets发布数据显示,2010年全球机器视觉市场规模为31.7亿美元,到2020年增长至96亿美元,年均增速为12%。根据Marketsand Markets预测,预计到2025年全球机器视觉市场规模将突破130亿美元;GGII预测机器视觉产业未来三年复合增速有望接近24%,是巨大的蓝海市场。

目前国外品牌在研发技术、市场竞争力方面仍具优势,基恩士、康耐视为全球机器视觉龙头,2020年在中国收入超65亿元,合计市占率约60%。国内机器视觉头部企业包括奥普特(688686.SH)、天准科技(688003.SH)、中国大恒、海康机器人、凌云光等。

下游应用行业升级对于机器视觉设备的需求逐渐升高,巨大的进口替代空间也吸引了资本的关注,根据元气资本8月10日发文《2021Q2一级市场投资回顾》,Q2一级市场投资事件中,视觉(机器视觉)是出现频率最高的词,发生投资事件31起,融资金额数亿元的项目多达9起,英特尔、美团点评、中金资本等纷纷加注。

Mini LED X机器视觉:技术壁垒来自哪里?

来源:元气资本

这一趋势同样也体现在二级市场上得到了头部机构的背书,高瓴资本于今年1月27日和29日两次调研矩子科技。公开信息显示,2020年高瓴资本旗下高瓴创投对外投资超200次,主要集中在科技与医疗两个领域。2020年高瓴对35家A股公司展开了调研,包括迈瑞医疗(300760.SZ)、汇川技术(300124.SZ)等,截至今年2月,高瓴已经调研过9家A股公司,其中两家为机器视觉公司。

1月27日,机器视觉头部公司天准科技也受到高瓴的调研,高瓴对于机器视觉行业中核心算法来自于零部件供应商还是设备制造商提出了疑问,天准表示其大部分算法均为自主研发并拥有视觉算法、软件方面的竞争优势。

同时拥有Mini LED带来的巨大想象空间和机器视觉赛道的高关注度,矩子科技无疑遇到了发展良机,但在国外企业强势,行业新入者不断增加的背景下,面临着巨大的市场压力2020年,我国AOI市场规模约为157亿元,矩子科技该项营收2.08亿元,市占率仅1.32%。

而前文矩子科技担忧的毛利率下降问题已成现实,2016-2020年,矩子科技综合毛利率分别为43.32%、41.21%、39.27%、39.87%、35.73%,总体下降7.59个百分点,期间仅有2019年略微上浮。而在AOI设备方面,毛利率下降更为明显,五年间分别为61.80%、60.76%、62.76%、57.93%、53.89%,总体下降7.91个百分点,2019年开始下降明显。

产品上,矩子科技已成为当前国内产品线最齐全的机器视觉设备供应商,覆盖PCBA缺陷检测、半导体工艺检测、LED芯片封装检测等领域。同时在检测领域横向及纵向积极展开布局,已研发FPC(Flexible Printed Circuit,柔性电路板)AOI、点胶机等设备,预计近年推出,高速药片光学检测设备和半导体自动光学检测设备也已在研发过程中,向医药及半导体行业布局。

产能方面,矩子科技2018年仅拥有机器视觉设备产能780台,IPO募投项目达产后将新增1000台机器视觉设备产能,以适应下游需求的增长。

然而现阶段的Mini LED技术被视为是Micro LED的过渡期,是传统LED背光基础上的改良版本,作为LCD面板的背光源使用。Micro LED则是新一代的显示技术,将LED背光源微缩化、矩阵化,致力于单独驱动无机自发光、让产品寿命更长,甚至性能更胜OLED,被业界视为下世代的显示技术,在此基础上还有Micro-OLED等技术。

虽然有Mini LED发展带来的红利,但是行业内各家在相关领域的布局也不慢,矩子科技在Micro LED路线尚未有产品出现。凌云光已经在Micro LED AOI设备上取得重要进展,精测电子也于不久前推出Micro-OLEDAOI产品并出货多家企业,要想抢下新型显示检测这块市场矩子科技仍需要在技术开发上具有更多前瞻性规划。

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