半导体材料是半导体产业链中细分领域最多的产业链环节,细分子行业可多达上百个,大致可分为晶圆制造材料和封装材料两大块。半导体材料的技术门槛较高,具备纯度要求高、工艺复杂等特征。在19种主要的半导体材料中,日本有14种位居全球第一,总份额超过六成。
1.全球材料市场集中在亚太地区,日美厂商主导全球供应
根据SEMI(国际半导体产业协会)公布的数据,2018年全球半导体材料市场规模519亿美元,同比增长10.6%,其中,晶圆制造材料市场销售额为322亿美元,同比增长15.9%,占材料市场销售总额的62%,封装材料市场销售额为197亿美元,同比增长3%,占比38%。从地域分布来看,亚太地区是全球最大的半导体材料消费市场。
按照产品收入占比情况来看,晶圆制造材料中,硅片及硅基材料占比最高约为31%,光掩模版14%、电子气体13%,CMP材料7%,光刻胶5%及光刻胶配套试剂7%,工艺化学品6%,靶材3%。封装材料中,封装基板占比最高为40%,引线框架16%,键合线15%,包封材料13%,陶瓷基板11%。
硅片是半导体芯片制造最重要的基础原材料,在晶圆制造材料成本中占比近30%,是份额最大的材料。硅片尺寸越大,单个硅片上可制造的芯片数量则越多,同时技术要求水平也越高。超过98%的电子元件基材使用单晶硅片作为载体,对均匀度、纯度要求极高,一般光伏级硅片纯度需要达到99.99999%,而半导体级硅片纯度需要达到99.999999999%。硅片向大尺寸迁移是大势所趋,12英寸硅片占比将不断提高。12英寸硅片主要用于高端产品,如 CPU\GPU等逻辑芯片和存储芯片;8英寸硅片主要用于中低端产品,如电源管理 IC、LCD\LED驱动 IC、MCU、功率半导体 MOSFE、汽车半导体等;6英寸及以下尺寸硅片一般应用于中低阶产品。全球硅片供给属于寡头垄断市场,2017年全球前五大厂商合计占据全球94%的份额,其中日本信越占28%,日本 SUMCO占25%,日本企业合计市场占有率始终保持在50%以上,德国 Siltronic占 15%,韩国LG占9%。
在光刻胶领域,全球市场基本被日本、美国几家大型企业所垄断。光刻胶是光刻工艺的核心材料,是电子化学品中技术壁垒最高的材料,具有纯度要求高、生产工艺复杂、生产及检测等设备投资大、技术积累期长等特征,属于资本技术双密集型产业。前五大厂商占据了全球光刻胶市场87%的份额,其中日本合成橡胶 JSR占28%、东京应化占21%、美国罗门哈斯占15%、日本信越占13%、日本富士电子材料占10%,行业集中度非常高。
在高纯溅射靶材领域,国际大厂处于领先地位,行业集中度较高,呈现区域集聚特征。日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯、住友化学、爱发科等日本、美国跨国企业,资金实力雄厚、技术水平领先、产业经验丰富,居于全球高纯溅射靶材行业的领导地位,属于溅射靶材的传统强势企业,凭借其强大的技术研发实力和市场影响力牢牢占据全球溅射靶材市场的绝大部分市场份额。
2.国内半导体材料市场快速发展,部分细分领域取得突破
随着国内晶圆厂、封装厂的不断拓建,以及国家的大力扶持,中国半导体材料市场规模正呈现快速增长趋势。2018年中国半导体材料市场规模为794亿元,同比增长11.6%,其中晶圆制造业材料市场规模为407.8亿元,同比增长11.8%,封装材料市场规模为386.2亿元,同比增长11.5%。
表5-13 2010—2018年中国半导体材料市场规模(www.daowen.com)
资料来源:JASSIA
根据SEMI的统计,2016年中国半导体材料市场总规模为65.3亿美元,根据ICMtia(中国集成电路材料产业技术创新战略联盟)的统计,2016年我国国产半导体材料总收入为96.1亿元,可以计算2016年中国半导体材料的国产化率为22.6%(以6.5汇率折算),虽然较2010年的11.4%已经有很大进步,但是收入主要来自技术壁垒较低的封装材料的贡献,而技术要求更加先进的晶圆制造材料领域,国产化比例仍然低于10%。
中国半导体材料产业起步较晚,受到技术、资金以及人才的限制,国内半导体材料产业总体表现出数量偏少、企业规模偏小、技术水平偏低,以及产业布局分散的特征。虽然部分细分领域取得突破,但中高端领域用关键材料本土化上进展缓慢,取得的突破较少。
细分领域来看,部分产品已实现自产自销。其中,国内半导体材料在靶材、封装基板、研磨液等细分领域产品已经取得较大突破,部分产品技术标准达到全球一流水平,本土产线已基本实现中、大批量供货。总体来看,根据我国半导体材料细分产品竞争力,可以把我国半导体材料产业分为三大类。
(1)技术比肩国际先进水平,可实现大批量供货的材料,包括靶材、封装基板、CMP抛光材料、湿电子化学品,引线框等部分封装材料。例如,靶材方面,通过政策的扶持(863计划、02专项),国内高纯溅射靶材企业早实现零的突破,掌握先进技术,成为国际市场上不可忽视的力量。国内12英寸晶圆用溅射靶材本土化率为18%,在7纳米先进技术节点用溅射靶材方面国内企业也已经掌握了核心技术。江丰电子是半导体芯片用溅射靶材国际先进厂商,已经进入国际主流供应体系,拥有的客户包括联华电子等。CMP抛光材料方面,国内在铜制程上有一定优势,2018年完成了多个具有世界先进水平的集成电路材料的研发及产业化应用,但在更高端的STI制程上,尚没有掌握核心原材料研磨粒的制备技术。
(2)技术比肩国际、但仍未大批量供货的产品,包括硅片、电子气体、化合物半导体、掩模板等。硅片方面,截至2018年年底,按各个公司已量产产线披露的产能,8英寸硅片产能已达139万片/月,兴建中的产能达270万片/月;12英寸硅片产能28.5万片/月,兴建中的产能达315万片/月。不过目前国内8英寸硅片本土化率仅为20%,12英寸硅片仍依赖进口。值得一提的是,上海新昇是目前国内唯一一家能够少量生产12寸大硅片的厂家,其12英寸工艺大硅片项目已经实现小范围量产,每月销售2万片左右,初步打破我国大硅片完全依赖进口的局面,12英寸大硅片正片通过了华力微电子、中芯国际、武汉新芯的验证。电子特气方面,我国半导体用电子特气已经取得了不错的成绩,中船重工718所、绿菱电子、广东华特等均在12英寸晶圆用产品上取得了突破,并且实现了稳定的批量供应。
(3)仍需要较长时间实现国产替代,如光刻胶。光刻胶一直以来都被美日企业高度垄断,目前国内真正从事集成电路用光刻胶研究生产的企业不足5家,还有许多需要攻克的关键技术。
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