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可怕的日本材料:引全球半导体恐慌!

2019-07-23
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在古代,一个临近黄河边上的小村庄,为了防止年年泛滥的洪水,筑起了巍峨的堤坝。

一天,一个老农突然间发现堤坝上有蚂蚁窝,心想这会不会不安全,于是返程准备回村庄里报告。

途中遇上了他儿子,听了老农的讲述,儿子不以为然的说:那么坚固的长堤,会害怕几只小小蚂蚁吗?遂拉老农一起下田。

但当天晚上风雨交加,河水猛涨,汹涌的河水从蚁穴中渗透而出,最终溃坝。

故事中的老人,如果有更强烈的危机意识和坚持自我的独立思考,最终将会拯救绝大多数人以及年迈的自己。

我国应该庆幸,有任正非这样有决断力和超前思想的老人,在十几年前就开始着手准备堵住中国半导体“大坝”领域里的“漏洞”。

十几年后,美国大喝一声,中兴应声倒地,华为还站着。

虽然华为之光给我们带来了诸多的勇气和信心,但切莫因此松懈,因为除了这个“看得见的漏洞”之外,还有诸多不起眼的蚁穴,正在给这座还未建成的“大坝”埋下隐患。

7月1日,日本宣布限制其国内企业向韩国出口高纯度氟化氢、光刻胶、氟化聚酰亚胺,韩国财团企业吓了一个踉跄,纷纷组织赴日计划,向日本供应商寻求解决方案。

时隔几天,韩国政府紧急派遣高层官员访美,希望在此次事件中,作为老大哥的美国能替韩国说句话。

此外,日本和韩国官员也计划就出口限制在日本举行会谈。

本次限制的三种材料中,氟化氢具有剧毒,而光刻胶不能长时间存储,否则容易变质,因此韩国企业仅有少量存货,甚至有人指出,三星的相关原材料库存仅剩下几周。

且本次被限制的材料中,无法迅速的在其他地方找到替代。

倘若此次磋商无效,限制继续实施,韩国这个面板巨人及存储器巨人的地位岌岌可危。

在本次事件中的三种材料氟化氢、光刻胶、氟化聚酰胺,都有几种共性——

成本低、难度高、极其关键。

不管是氟化氢还是光刻胶,其成本占所在行业的总成本比重一般都为个位数,基本上不超过5%。

但这些材料从开发——试验——应用的时间,跨度长、过程复杂,总体研发成本大。

最重要的是,这些材料是影响下游终端产品质量的关键材料。

与4000亿美元的半导体市场、1300亿美元的面板市场、600亿美元的印制电路板市场相比,这三种材料的空间不过几十亿美元,这么一比显得微不足道。

但这些渺小的产品,几乎都被日本企业所垄断着。

目前全球90%以上的氟化聚酰亚胺,来自日本供应商,如日本信越、JSR以及住友化学等企业。

全球前五大厂商占据了光刻胶市场87%的份额,行业集中度高。其中,日本 JSR、东京应化、日本信越富士电子材料市占率,合计达到 72%。

在全球高纯氢氟酸(氟化氢)市场中,日本企业居于绝对主导地位,瑞星化工、大金、森田化学三家日本企业合计市场份额超过93%。

在这三大原材料领域,日本说一不二,此次对韩国发出的三支箭,箭箭致命,可谓是掐着韩国的脖子。

行外人对此次“鬼子”和“棒子”的掐架幸灾乐祸,行内人却对此次事件细思极恐。


 1 


在上述三种原材料中,光刻胶最为关键,且要有所突破也更难,本篇文章将介绍光刻胶对中国产业发展的重要性。

光刻胶的主要应用场景有三个,半导体、显示面板、PCB(印制线路板),市场占比都差不多,基本都为25%左右。



对于此次的事件,我们为何要去重视?

原因在于,中国在上述光刻胶的三大应用领域的发展,正如火如荼。


1、中国PCB,渐有王者之势


对于PCB,经常看君临文章的朋友或许并不陌生,君临有关于PCB行业及行业上企业的完整介绍和研究。

研究PCB的关键是要搞清楚,中国在全球所处的位置。

据数据统计,本世纪初欧、美、日三个地区的PCB产值占据全球的75%,然而时至今日,三个地区的产值加起来不足20%。

而中国,早已一家独大,占据着全球50%的市场份额。



在这个产业中,中国集人力成本、临近市场等优势,成为全球PCB产业的聚集地,产业从欧美日三地顺利转移至中国。

甚至韩国及台湾地区的PCB产业,也不得不在中国强大的吸引力之下慢慢被大陆吸附。

例如一家台湾企业,为富士康鞍前马后的世界PCB巨头鹏鼎控股(002938.SZ),如今便跑到了A股上市,其新建产能的选址基本也都是在国内。

可以预见,未来中国所形成的虹吸效应在5G产业链的推动下还会继续下去,PCB在全球的份额还会提高,形成PCB产业的寡头格局。


2、显示面板,跃进一线阵营


2016年,国内 LCD 面板产能全球占比已达 25.91%,IHS预计 2017 年产能占比超过 1/3,有望超越韩国成为全球第一的 LCD 面板生产基地;

2019年,产能占比将超过 40%,2022年则有望超过 50%。



虽然,部分投资者会认为LCD已是落后产业,随时都会被OLED这种新型显示面板所取代。

但从终端应用角度来说,LCD主要应用于电视TV,虽然出货量不大,但应用面积很大,且在大屏化趋势下,LCD的应用是逐年增长的。

而OLED受限于成本高,均以小屏化的手机终端为主,目前还未普及,全球的产能以三星为主。

两种技术产品,目前并不存在彼此取代的问题。

但话说回来,不管是哪种产品,都需要至关重要的光刻胶作为蚀刻流程中的保护剂,因此不存在产品技术更新后光刻胶市场消失的问题。

因此在全球面板转移之下,中国面板的光刻胶使用量会随着面板产量的增加而增加。


3、半导体,全球产能大挪移


半导体领域,是这三个行业中最薄弱的环节。

如果说PCB产业是大获全胜,几乎把中低端应用全吃,高端应用全面渗透,把欧美日等PCB高端应用的企业逼至墙角,其高端产品的毛利率甚至不如我们中低端产品的毛利率。(人力成本、规模效应使然)

面板产业是初具登顶基础,中国是电视、显示器的制造大国,同时也是出口大国,这带动了一批显示面板企业崛起,但在面板的技术上稍有落后,在技术处理水平上尚达不到最高,但攻克也只是时间问题。

唯独在半导体行业,整个行业的布局都较为原始,虽然有极个别突出的,但大部分才刚刚开始起步。

半导体行业主要是以集成电路为主,占据了80%以上的比重,因此大家谈及半导体的时候,基本都是在谈集成电路。

集成电路的产业链又分为:原材料及设备——设计——制造——封装测试——下游应用

越是处于集成电路产业链下游的,国内企业数量越多,话语权越大,产业链越向上,有影响力的企业越少。(华为在设计领域是个特例)

目前国内的优势主要是庞大的应用场景所带来的市场需求,这一块是除了美国以外最大的市场。

接着便是封装测试,在全球的低端市场占据了很大的份额,目前逐步往中端市场渗透。

而制造环节上,距离最顶尖的制成工艺还有巨大差距,目前仍在攻克主流制程。

制造环节主要是以晶圆代工为主,晶圆代工厂将继封测企业之后,是进一步加大集成电路国产化进程的重要步骤。

根据国际半导体协会(SEMI)所发布的近两年全球晶圆厂预测报告显示,2017 年到 2020 年的四年间,大陆预计将有 26 座新晶圆厂投产,整个投资计划占全球新建晶圆厂的 42%,成为全球新建投资最大的地区。



光刻胶在集成电路产业的应用都是在制造环节,未来硅晶圆厂数量的增多也意味着光刻胶的使用量增加,随着产业转移进程的深化,未来国内也将成为集成电路光刻胶的主要使用国。

似乎不管是PCB、显示面板、集成电路,其产业转移都已成为一种趋势,对应的光刻胶的使用需求也将呈现趋势性的增长。

但国内光刻胶的供应,仍然状况堪忧。

2015年,中国本土光刻胶产品,主要还集中在低端 PCB 光刻胶,PCB 光刻胶市场份额高达 94.4%;

排名第二的 LCD 光刻胶,市场份额仅为 2.7%;

半导体光刻胶市场,更是只有1.6%,目前依然没有太大的改观。

看着LCD、OLED产能的建设,看着硅晶圆厂一座座的盖起,这上万亿的投资,在没有这一“渺小”的光刻胶供应下,将难以运作。

举个不恰当的比喻,这相当于花大价钱买了一辆高档跑车,但却被断了油。

此时看着日本掐着韩国,我们这代人不应该仅仅当个旁观者看热闹,而是应该居安思危,及时将中国产业转移这座雄伟大坝上的“蚁穴”给补上。


 2 


世界电子行业的发展史也同时是一部产业转移史,PCB、显示面板、半导体都有相似的经历,起源于美国、成熟于日本,部分领域又被韩国和台湾反超,最终轮到了中国大陆。

这种产业转移的路径,跟时代的变化和科技发展的趋势有关,又与当地经济崛起有关,还与当地政府、当地民众有关。

一个地区的经济崛起,往往得益于世界科技的革新浪潮,并在当地政府决策之下,高度聚焦,全民攻关新兴产业及高端产业,结合了民众对财富的渴望、强烈的上进心,如此方能顺利跨过中等收入陷阱,闯进发达国家的阵营。

日本、韩国的发展过程,与中国是何其相似。

但奇怪的是,这种产业转移并不全面,特别是关键原材料领域,韩国和台湾都能把集成电路领域的硬骨头啃下来,小小一个光刻胶却不能自给自足,这又是为何?

根本原因在于,制造合格光刻胶的多重壁垒——技术壁垒、资金壁垒、客户壁垒。


1)技术壁垒


由于用于微米级甚至纳米级图形加工,产品需要严格控制质量,光刻胶及其专用化学品的化学结构特殊、品质要求高、微粒子及金属离子含量极低、生产工艺复杂,因此技术门槛不是一般的高。

例如在集成电路领域,其中有一项步骤是将光刻胶滴至硅晶圆的圆心上,通过高速转动硅晶圆,让圆心内的液体胶均匀涂覆在硅晶圆上。

这个过程中,硅晶圆上胶的厚度差值不能超过5nm(纳米),如此极限的差值自然需要对胶的调制有极细致的要求。

另外,光刻胶的品质,会影响对比度数值,对比度越高,形成图形的侧壁越陡峭,质量越好。

不同对比度下的光刻效果:



还有,光刻胶需要在分辨率、粘滞性黏度、敏感度、抗蚀性、表面张力、存储和传送等方面都有极细致的要求,具体数值精确至纳米级别,组成成分精确至分子,可见其难度之大。

光刻胶在集成电路的应用等级,分为普通宽普光刻胶、g 线(436nm)、i 线(365nm)、KrF(248nm)、 ArF(193nm)、F2(157nm),以及最先进的 EUV(<13.5nm)线水平。

等级越往上其极限分辨率越高,同一面积的硅晶圆布线密度就越大,性能越好。

目前全球仅有美国、日本的企业能够达到ArF及以上的技术水平,亚洲其他地区包括中国均无量产能力。


2)资金壁垒


光刻胶研发需要有配套的光刻机、掩膜板及其他工艺。

要知道,全球最先进的光刻机是EUV光刻机,国际上只有荷兰ASML公司可以制造,一台EUV光刻机价值1亿美元,且供不应求,制程相对较差的DUV光刻机其价格也在数千万美元。

虽然国内还达不到研究EUV、DUV光刻胶的研制能力,但想要研制更先进的光刻胶,那后续投入的资金规模将相当的大。

除了配套设备需要花钱,人才的聘请也需要大量的资金。这两样都有共同的特点,先进的光刻设备价钱极高、高端人才的薪资也非常高,但都是供不应求,市场稀缺的。


3)客户壁垒


当光刻胶达到要求的技术水平后,需要与下游客户联系,客户同意后要进行测试,这个检测、验证的过程一般长达2-3年,一旦合作,便会形成长期供应关系,有新的工艺技术便会联合研发,关系非常密切。

假如光刻胶成本占下游客户总体成本比重很大,那么为了追求效益,下游客户会较为积极主动要求测试,但光刻胶占总体成本比例很小,而下游客户安排测试的时间长达2-3年,在这么长时间内,需要安排人员跟踪、产线配合,验证成本太高。

且下游客户已与其现有供应商拥有良好的配合,双方合作多年,对方的工作流程、研发流程等都非常熟悉,贸然与一家新的供应商合作,双方则有许多地方需要重新磨合,影响工作效率。

最重要的是,光刻胶对最终产品品质有巨大的影响,如果不是特别的原因,使用原有供应商的产品,其品质基本能够得到保障。

因此,一般下游客户与原有供应商形成稳定的合作关系后,便会长期合作下去。

你看,光刻胶技术难度大,开发需要较大的资金成本、时间成本、人力成本;

且即便研发成功,下游客户需要经历长时间的认证及承担相应的成本,还要承担因胶水质量问题所产生一系列问题的后果;

而光刻胶成本又低,那么下游客户更换供应商的理由,可以说是很难下得了决心的。

因此一旦成为某一企业供应商,只要自身产品不出问题,且研发跟得上,基本上不用担心客户“变心”。

另一方面,追赶者如果产品停留在研发、测试阶段,后面就会面临着巨大的鸿沟差距。

因为光刻胶只有在应用过程中才能发现问题,解决问题,才能做到不断提升技术、工艺与产品水平,否则的话就会一直停留在实验室的状态,技术停滞不前。

这也是为什么,韩国及台湾地区在半导体领域及其他领域做到了世界顶尖水平,但却看不到其在关键高端原材料领域的身影。

其实,以他们所达到的技术水平,是完全有能力攻克的,但因为担心使用国内厂商的胶水而产生的品质问题及经济效益问题,早早的就主动放弃了在这方面的投入和关注。

而且他们天真的相信,在市场经济下,政府不会干预企业的运作,原材料的供给不可能受阻,因此也就不需要自己花费巨大精力去搞研发。

但事实终于证明,这只不过是资本主义市场的自我宣传和美化罢了。

从壁垒角度来看,原材料的研发和应用跟不上,中国这么庞大的产业转移之路终究会受制于人。

那么说白了,就是“伸出脖子等别人磨好刀”?

非也。

据联合国调查统计,我国拥有39个工业大类,191个中类,525个小类,是全世界唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家。

可以这么说,世界上的东西,几乎没有什么是中国不能造的,只不过质量高低、好坏的问题。

光刻胶也是一样的,中国在光刻胶领域属于低端产品,也有涉猎中端产品研发和生产,但国内的下游企业都不愿意使用,基本依靠进口。

但是自“毛衣战”以来,中国半导体产业及上下游已经达成一个共识——“能使用国产的,就尽量使用国产的”。

虽然这点没有在媒体公开宣传,但通过上市公司年报、以及国内企业被制裁后的反应所推测,这点在业内已基本成为了未公开的共识。

加之目前,国内光刻胶在技术上有所突破,下游厂商也积极安排检验及测试,随着测试的通过,与企业形成稳定合作,拥有稳定现金流后,配合国家大力支持,将不断向最前沿技术推进。


 3 


国内光刻胶企业虽然数量不多,但规模基本上都能达到一定水平,下面我们盘点一下。

飞凯材料(300398.SZ),是一家研究、生产、销售高科技制造中使用的材料和特种化学品的专业公司,核心产品包括紫外固化材料和电子化学材料。

2016 年,公司 3500 吨/年紫外固化光刻胶项目正式投产(运用于PCB领域),同时公司正在 TFT-LCD 光刻胶领域布局,计划建设年产5000吨TFT-LCD光刻胶生产线,且基本已建设完成,届时,公司将在PCB、LCD光刻胶领域具有举足轻重的地位。


容大感光(300576.SZ),产品涵盖 PCB感光油墨、光刻胶及配套化学品、特种油墨三个系列,感光油墨其性质与光刻胶类似,均是抗腐蚀溶剂。

公司是国内 PCB 感光油墨的龙头企业,2018 年实现产量 1.20 万吨,同比增长10.37%,占据 PCB 感光油墨市场约 7%份额,是公司主营产品。

在产能扩建方面,2019年上半年将新增投产10000吨感光油墨,在2020年底建成700吨TFT-LCD正性光刻胶,还筹建部分半导体光刻胶产能,容大感光将同时布局PCB、显示面板、半导体三种光刻胶。


上海新阳(300236.SZ),主要业务为半导体专用化学材料及配套设备,下游客户基本上都是国内的封装测试企业,为其提供电子清洗和电子电镀产品,近几年才切入光刻胶领域,同时还布局了半导体制造的相关设备。

公司已进入中芯国际、无锡海力士、华力微电子、通富微电、苏州晶方、长电先进封装等国内领先企业的供应商名录中。

为了提高光刻胶的研发进度,快速抢占现有市场,公司与国内光刻胶专家、国家千人计划专家邓海博士技术团队共同投资设立上海芯刻微,上海新阳持有80%的股权,为公司控股子公司。

邓海博士目前是国家 02 专项的首席科学家,是全球最早涉足 193nm 光刻胶技术的人员,曾在美国著名半导体公司工作多年并担任半导体材料公司东京应化的 Fellow。

上海芯刻微进行 193nm(ArF)干法光刻胶研发及产业化项目,预计2022年达产,达产后项目将建成年产 5000 加仑 193nm 干法光刻胶及配套材料的产能。


晶瑞股份(300655.SZ),是一家专业从事微电子化学品的企业,其产品包括超净高纯试剂、光刻胶、功能性材料、锂电池材料和基础化工材料等,广泛应用于半导体、锂电池、LED、平板显示和光伏太阳能电池等行业。

其子公司苏州瑞红是国内最早从事光刻胶研究及规模化生产的企业,曾承担国内科技重大专项“02专项”的项目。

“02专项”指的是国务院在2006中提出《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》项目,因次序排在国家重大专项所列 16 个重大专项第二位,在行业内被称为“02 专项”。

目前苏州瑞红已基本完成主流半导体光刻胶的布局,其G线、I线均已量产,其中I线去年完成产能建设,已实现100吨/每年的规模。

在I线正胶和厚膜胶均已取得中芯国际天津、扬杰科技、福顺微电子的供货订单。

同时在产品研发方面,完成技术难度更大的KrF(248nm)光刻胶原材料的中试技术研究。


南大光电(300346.SZ),是从事多种化学材料研发、生产制造的企业,其中主营业务有高纯金属有机化合物(MO源),是全球 MO 源领导供应商之一,公司在 MO 源的合成制备、纯化技术、分析检测、封装容器等方面已全面达到国际先进水平,还在2017年布局了电子气体业务。

南大光电在光刻胶领域最重要的布局是在2015年收购了北京科华31.39%的股权。

北京科华成立于 2004 年 8 月,是中国第一家生产光刻胶的公司,建有中国第一条拥有自主知识产权的现代化光刻胶生产线。

北京科华的主营业务仅有光刻胶,因此在主业聚焦的情况下,能够将大量的资金和人员投入于研发中,其目前的产品线涵盖KrF(248nm)、I线、G线、紫外宽普等光刻胶产品,在国内同行中产品线最丰富。

目前,与国内同行相比,拥有最先进的248nm光刻胶量产线,年产量10吨,在2018年与中科院化学研究所、中科院理化技术研究所联合承担“极大规模集成电路制造装备与成套工艺”专项(02 专项)项目“极紫外光刻胶材料与实验室检测技术研究”通过国家验收。

完成了目前全球最先进的EUV光刻胶关键材料的设计、制备和合成工艺研究、配方组成和光刻胶制备、实验室光刻胶性能的初步评价装备的研发。

南大光电虽然在2019年1月退出北京科华,但承载了北京科华的相应技术实力,2018 年12 月,南大光电投资 6.56 亿元建设“193nm(ArF)光刻胶材料开发和产业化”项目,预计三年后投产。

总的来说,目前研发实力最强的是北京科华,其最有可能率先打破国外高端光刻胶在半导体领域的垄断,接着是南大光电,其高端项目在三年后投产,晶瑞股份和上海新阳都有不错的研发实力,且均在高端光刻胶领域有研发投入。

君临相信,虽然现在中国的中高端光刻胶仍然受制于人,但随着国产原材料企业的研发突破以及国内下游企业一致性的支持国产,光刻胶被国外垄断的情况不会维持太久。



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