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        哪些還依然被卡著脖子?中國“芯”材料自主之路的痛點與希望

        2019-07-04 來源 : 本站 點擊

                近日,日本針對韓國半導體材料突如其來的開火,這次日本的制裁直指韓國半導體材料的薄弱點而來,作為回應,韓國政府宣布首先在半導體材料等零部件和設備開發領域投入約6萬億韓元(約合人民幣353億元)預算,以在關鍵技術上實現自主創新。

                如今在經歷了中興華為事件還有本次的日本制裁事件,各個國家都明白半導體自主之路的重要性,那如今全球半導體材料的格局與我國半導體材料的現狀到底如何呢?

        三大特點

                細分行業多:半導體材料是半導體產業鏈中細分領域最多的產業鏈環節,其中晶圓制造材料包括硅片、光刻膠、光刻膠配套試劑、濕電子化學品、電子氣體、CMP拋光材料、以及靶材等,芯片封裝材料包括封裝基板、引線框架、樹脂、鍵合絲、錫球、以及電鍍液等,同時類似濕電子化學品中又包含了酸、堿等各類試劑,細分子行業多達上百個;

                技術門檻高:半導體材料的技術門檻一般要高于其他電子及制造領域相關材料,其具備純度要求高、工藝復雜等特征,在研發過程中需要下游對應產線進行批量測試。同時對應芯片制造過程的不同,下游廠商對材料使用需求的不同,導致對應材料的參數也有所差異;

                成本占比低:雖然半導體材料整體產業規模龐大,但由于細分材料子行業眾多,導致了單個細分材料往往在半導體生產成本中占比較低。以靶材為例,半導體靶材在半導體材料中的占比約為3%,對應半導體生產成本占比僅在3‰~5‰。技術門檻高以及成本占比低導致了半導體材料國產替代的進展要遠低于面板以及消費電子相關領域。

        我國半導體材料市場狀況

        市場格局

                先進的封裝業務和代工廠是推動一個地區材料市場發展的重要因素,其中,北美的材料市場則以晶圓制造材料為主,世界其他地區以封裝材料為主。中國臺灣連續八年保持在材料市場第一,其次是中國大陸、韓國、日本、世界其他地區、北美和歐洲。隨著中國大陸半導體制造業的增強,中國半導體材料市場規模穩步上升,2018年中國大陸的材料市場占比16.2%,已成為全球第三大半導體材料市場。


         
         
         

         

         

                從行業競爭格局看,全球半導體材料產業依然由日、美、臺、韓、德等國家占據絕對主導,從整體技術水平和銷售規模來看,國產半導體材料產業和海外化工及材料龍頭仍存在較大差距。

         


         
         
         

         

        半導體材料銷售額(十億美元)

        我國現狀

                由于半導體材料行業細分領域眾多,且不同的子行業在技術上存在較大差異,因此半導體材料行業各個子行業的行業龍頭各不相同。比如在硅片領域,日本信越化工、日本SUMCO、臺灣環球晶圓、德國Siltronic、韓國LGSilitron占比全球前五,在靶材領域,日礦金屬、霍尼韋爾、東曹、普萊克斯等為靶材行業龍頭。

                再者,集成電路產業的發展需要建立完善的材料體系,我國上游配套材料國產化率低、規模小,與產業的發展存在一定的失衡,大部分IC材料仍由國際廠商把持。但另一方面,在多年的研發和資金投入下,我國的材料企業已經部分地實現了國產化的替代,從低端應用向高端應用邁進,半導體上游材料領域正在發生變化。


         
         
         

         

                我國的半導體材料產業主要有五個問題:

         

               (1)我國產業基礎薄弱,核心器件國產化率低,加工技術和工藝水平與國際領先廠商差距較大。

         

               (2)由于起步較晚,我國缺乏熟悉硬件、軟件、工藝加工等多領域的復合型骨干人才。

         

               (3)半導體材料門檻較高、驗證周期長,導致國內產品難以打入代工企業供應鏈。

         

              (4)產業鏈上下游聯動不足,材料與制造企業的協同研發較差,產業化能力不足。

         

              (5)國內材料企業普遍分散、規模體量小、技術產品單一,難以形成規模效應、研發投入不足,無法與國際巨頭相抗衡。

         

                  1)硅片領域

         

                全球95%以上的半導體芯片和器件是用硅片作為基底功能材料生產出來的,根據目前Gartner的數據預測,2020年,全球硅片市場規??蛇_到110億美元,目前全球前五家硅片廠商占據了94%市場份額,分別為日本信越、日本SUMCO、中國臺灣GlobalWafer、德國Siltronic和韓國LGSiltron。

         

         

                我國6英寸以下硅片已實現自給,8英寸滿足10%需求,12英寸幾乎依賴進口,上海新昇300mm大硅片項目術來源為張汝京博士為首的技術團隊,有多年300mm和200mm大硅片研發與生產實戰經驗,目前上海新昇開始12英寸硅片量產發貨。

         

                日前,杭州中芯晶圓半導體股份有限公司的首批8英寸(200mm)半導體硅拋光片順利下線。此外,中芯晶圓的12英寸硅片也將于今年12月下線,未來量產后企業可實現8英寸半導體硅片年產420萬枚、12英寸半導體硅片年產240萬枚。

         

                 2)CMP材料領域

         

                目前全球生產芯片拋光墊的企業主要是陶氏,其壟斷了集成電路芯片和藍寶石兩個領域所需要的拋光墊90%的市場份額。此外,3M、卡博特、日本東麗、臺灣三方化學等也可生產部分芯片用拋光墊。國產拋光墊市占率幾乎為0,2017年鼎龍股份拋光墊產品打破國外壟斷,預計實現量產后國產化率有望快速提升。

         

        2016年全球主要CMP拋光墊廠商營收占比

         

                 芯片拋光液生產企業主要被在美國、日本、韓國企業所壟斷。全球芯片拋光液生產企業主要被日本Fujimi、HinomotoKenmazai公司,美國卡博特、杜邦、Rodel、Eka,韓國的ACE等所壟斷,占據全球90%以上的高端市場份額。拋光液領域僅安集微電子具備生產8-12英寸芯片拋光液的能力。

         

                3)光刻膠領域

         

                光刻膠產品是電子化學品中技術壁壘最高的材料之一,其不僅具有純度要求高、工藝復雜等特征,還需要相應光刻機與之配對調試。由于光刻膠產品技術要求較高,中國光刻膠市場基本由外資企業占據,國內企業市場份額不足40%,高分辨率的KrF和ArF光刻膠,其核心技術基本被日本和美國企業所壟斷,產品也基本出自日本和美國公司,包括陶氏化學、JSR株式會社、信越化學、東京應化工業、Fujifilm,以及韓國東進等企業。

         

         

                 我國半導體光刻膠材料發展比較晚,國內的技術與國外領先企業有較大技術差距,目前國內能夠生產集成電路用光刻膠主要由3-5家公司:北京科華(南大光電)、蘇州瑞紅、濰坊星泰克、強力新材、蘇州晶瑞等。用于6英寸以下硅片的自給率約20%,而用于8-12英寸的基本依靠進口,蘇州瑞紅i線光刻膠實現量產,科華KrF光刻膠小規模供貨,ArF光刻膠進入研發階段。

         

         

                4)濕電子化學品領域

         

                 全球濕電子化學品的參與企業主要分為:

         

                 歐美企業:主要包括歐美傳統化工企業的濕電子化學品部門(包括它 們在亞洲開設工廠),其市場份額(以銷售額計)約為35%;

         

                 日本企業:日本約十家濕電子化學品生產企業占據全球28%的市場份額;

         

                 其他國家或地區企業:主要是中國臺灣、韓國、本土企業生產的濕電子化學品,約占全球市場總量的32%。其他約2%的份額則由其它國家和地區(主要為亞洲其它國家、地區的企業)占據。

         

                目前我國用于6英寸以下硅片的自給率80%,用于8英寸以上硅片制造的自給率為10%,整體國產化率為25%。

         

         

               國內以江化微為首的濕電子化學品龍頭擁有濕電子化學品年產能4.5萬噸,主要包括超凈高純試劑3.24萬噸和光刻膠配套試劑1.26萬噸。部分產品進入中芯國際、士蘭微電子等半導體企業供應鏈。主生產8英寸圓晶半導體的華虹半導體在濕電子化學品產品上的國產化已經達到了20%或更高,較過去有著顯著的提高

         

                 5)光掩膜版、電子特種氣體、靶材的國產化率分別為20%、25%、10%

         

                濺射靶材由于其高技術、高投資、高客戶壁壘,具有規?;a能力企業較少,以霍尼韋爾、日礦金屬、東曹、普萊克斯等為代表的靶材龍頭企業2017年占據全球約80%靶材市場。中國靶材產業正處于起步階段,逐步切入以原料以進口為主的全球主流半導體、顯示、光伏等龍頭企業客戶。

         

                根據ICMtia統計數據,2016年我國電子特氣市場規模達到46億元。雖然我國電子氣體已經擺脫完全依賴進口的狀態,但面對國外化工巨頭已經實現的市場壟斷,國內企業依然面臨巨大的競爭壓力。

         

        發展前景

         

                近年來由于國家政策支持、大基金扶持以及晶圓廠向中國轉移的行業大趨勢,國內半導體材料行業市場規模及技術水平都實現了巨大發展。靶材、封裝基板等國產材料中部分技術標準達到全球一流水平,本土產線已基本實現中大批量供貨,江豐電子、雅克科技、江化微、晶瑞股份等國產材料企業競爭力逐步提升。

         

                根據預測,到2020年,我國晶圓制造材料市場規模整體可達617億元,其中硅片和硅基材料201億元,掩膜版74億元,光刻膠40億元,濕電子化學品71億元,靶材17億元,CMP拋光材料47億元,電子氣體101億元。國產份額可達278億元,屆時我國半導體材料國產化率整體在50%以上。而各領域的龍頭企業投入研發時間久、積淀深厚,掌握一定的核心技術,更易實現國產替代,有望逐步打破國外壟斷。

         

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