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电子化学品: 攻核心技术壁垒 提高企业综合实力
2021年8期 发行日期:2021-04-16
作者:■ 翟伟培

何为电子化学品

    

    电子化学品是指电子制造工艺制程中使用的各种电子化工材料,按不同特点及形态可以大体分为湿电子化学品、电子特种气体(以下简称“电子特气”)、大宗气体、光刻胶和抛光材料等。

    1.湿电子化学品

    湿电子化学品(Wet Chemicals)指微电子、光电子湿法工艺(主要包括湿法刻蚀、湿法清洗)制程中使用的各种液相化学品。详见表1。

    2.电子特气

    电子特气是指用于半导体及相关电子产品生产的特种气体,在电子产品制程工艺中广泛应用于薄膜、蚀刻、掺杂等工艺过程。

    微电子行业常用特气有70多种,详见表2。

    3.光刻胶

    光刻胶是电子领域微细图形加工关键材料之一,是由感光树脂、增感剂和溶剂等主要成分组成的对光敏感的混合液体。在紫外光、深紫外光、电子束、离子束等光照或辐射下,其溶解度发生变化,经适当溶剂处理,溶去可溶性部分,最终得到所需图像。  

    4.化学机械抛光(CMP)

    CMP是集成电路制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺,用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光,是目前唯一能兼顾表面的全局和局部平坦化技术。  


我国电子化学品行业

     

    1990 年我国电子化学品行业规模仅20亿元,至2011年已经超过300亿元,2016 年达到了490亿元的规模。到2020年,全行业规模接近800亿元,年均复合增速在12%以上,高于世界平均增速及化工行业的平均增速。

    1.湿电子化学品行业

    湿电子化学品作为集成电路及新型显示技术的关键化学材料,其全球市场规模自21世纪初开始快速增长。2019年全球湿电子化学品整体市场规模约55亿美元,其中半导体、显示面板和太阳能电池三大市场需求量达到327万吨。

    2019年我国湿电子化学品整体市场规模超过100亿元,半导体、显示面板和太阳能电池三大市场需求量超过110万吨。

    在半导体湿电子化学品供应商方面,市场份额主要掌握在欧美日韩等国家和地区的企业手中,包括德国巴斯夫,美国亚什兰化学、Arch化学,日本关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学和光纯药工业,中国台湾鑫林科技,韩国东友精细化工等,上述公司占全球市场份额的85%以上。

    国内湿电子化学品领域与国外尚有较大差距,高端市场主要集中在美、日、欧等少数大厂商手中。比如在对电子化学品纯度等级要求较高的半导体和平板显示领域,我国内资企业市场占有率仅在25%左右。

    2.电子气体行业

    2017年全球半导体用电子特气的市场规模达38.9亿美元。我国电子气体已摆脱完全依赖进口的状态,但面对国外化工巨头已经实现的市场垄断,国内企业依然面临巨大的竞争压力。 

    根据中国工业气体工业协会统计,2016年国内电子特气需求达60亿元,其中集成电路用特种气体需求为25亿元,平面显示用特种气体需求为22亿元。2020年特气行业约为100亿元规模。

    电子特种气体从生产到分离提纯,以及运输供应阶段都存在较高的技术壁垒,市场准入条件高,全球市场主要被几家跨国巨头垄断。美国空气化工、普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气、日本大阳日酸株式会社等五大国际巨头约占全球90%以上的市场份额。

    目前国内特气行业主要由国际大气体公司垄断,国内成规模企业约20多家,平均年营收几千万元至5亿元。大多数企业是近10年内成立的。老企业多数是由原来科研单位或者大企业的附属气体厂转制或公司化。国有企业较少,竞争充分。

    由于特气种类繁多,常见的有40多种,目前没有一家企业能生产所有种类,每家企业都有其特定或者优势产品。

    3.抛光材料行业

    随着国内半导体工厂的逐步投产,抛光材料近年来一直保持较为稳定的增长。2020年全球抛光材料市场规模超过23亿美元,其中抛光液的市场规模突破了14亿美元,是带动整个抛光耗材市场成长的主要动力。2020年我国抛光材料市场规模约31.4亿元,预计2019—2023年复合年增长率为7%。

    国际芯片抛光液市场主要被美日韩企业所垄断,主要供应商是美国卡博特、杜邦,日本Fujimi,韩国ACE等。CMP抛光垫主要供应商是陶氏,占全球垄断地位。国内供应商有安集科技、鼎龙股份。

    4.光刻胶行业

    2017年半导体光刻胶市场约12亿美元的规模。随着下游应用功率半导体、传感器、存储器等需求扩大,未来光刻胶市场将持续扩大。预计2022年,全球半导体光刻胶市场规模将达20亿美元,所有光刻胶(含平板显示等)市场约100亿美元。预计2025年,国内光刻胶市场规模约为90亿元。

    国际光刻胶核心技术基本被日本和美国企业所垄断,供应商包括日本JSR 株式会社、信越化学、东京应化工业、Fujifilm,美国杜邦、陶氏化学等。

    国内企业有南大光电(科华)、苏州晶润和飞凯材料等。

我国电子化学品行业存在的问题

    

    1.低端产品无序竞争,高端产品市场占有率低

    电子化学品下游主要应用行业中,光伏行业对产品质量要求最低,目前国内已经基本实现国产化,行业内企业存在无序竞争的状况,企业盈利水平低且现金流情况较差,使得部分企业逐渐退出该行业。而应用于半导体行业的电子化学品,却由于技术门槛和客户认证壁垒高,国内企业市场占有率较低,特别是在12寸片先进制程的晶圆制造领域,我国本土的电子化学品市场占有率不足10%。

    2.本土企业规模较小,产品品类单一

    我国电子化学品企业和国际巨头相比规模较小,产品品类单一,年销售额达到几亿元,便可成为行业龙头。由于本土电子化学品企业规模普遍较小,可用于投入研发的资金有限,行业内企业在产品多元化拓展方面进展缓慢。

    3.不掌握核心技术,整体投资成本较高

    国内多数电子化学品企业都是通过引入美国、日本、韩国或者中国台湾的成套设备和人员投建工厂。但由于不掌握核心技术,工厂投资成本及管理运营成本都较高,和在国内设厂的国际巨头相比竞争优势不明显。对于掌握成套技术的企业,投建新厂的部分设备和装置完全可以实现本土化采购,工厂后期的运营也可以完全由本土团队管理,从而大幅降低投资和运营成本。

    4.专业人才不足,缺少持续研发投入

    由于国内半导体行业起步较晚,本土专业人才短缺,国内第一批从事半导体用电子化学品的企业多为引入欧美、日韩及中国台湾的技术和团队,而国内大中院校没有对应的相关专业进行人才培养,使得国内专业人才储备不足。由于电子化学品行业下游生产制程和工艺在持续的革新和升级,对电子化学品种类及品质的要求也会发生变化,这需要国内电子化学品根据下游客户的需求持续的加大研发投入。以光刻胶为例,随着下游半导体行业生产制程的不断提升,对光刻胶产品的要求也不断变化,新产品的研发成本持续提升,而国内企业在研发投入方面很难持续跟上国际巨头的步伐,使得目前可用于EUV光刻工艺的光刻胶市场全部被日本企业垄断。

    5.环保及安全管理水平有待进一步提升

    电子化学品行业很多产品属于危险化学品的范畴,特别是电子特气领域,存在较大的生产安全风险。目前国内部分企业生产管理体系不够健全,已经发生多起较大安全事故。因此,国内企业需要建立完整的环保及安全管理体系,并能够严格的落实管理。

    6.产业链配套基础薄弱

    目前国内电子化学品生产企业很多生产设备及配件,如高端滤膜、槽罐车、桶、核心泵阀和检测仪器仍被国外公司垄断,国内企业产品无法达到生产及检验需求,整体产业链配套基础还较薄弱,存在被卡脖子的风险。

  

我国电子化学品行业发展前景

    

    我国电子化学品行业预计未来五年仍将保持高速增长的态势,行业增长主要有四大驱动因素:

    1.下游需求持续增长

    电子化学品主要下游行业包括光伏、显示面板和半导体行业。其中光伏行业,受益于碳达峰、碳中和目标的提出,未来市场需求仍将保持高速增长。预计2025年国内光伏总装机容量将达到66.46GW,而截至2019年末,国内光伏总装机量为20.47GW。显示面板行业主要受益于电视大屏化、汽车智能化等下游需求的变化,未来行业仍有一定的增长空间。半导体行业则是受益于消费电子、家用电器、通讯、汽车电子、人工智能、VR 等半导体下游领域的蓬勃发展。根据IC Insights的预测,到2025年,中国的集成电路制造业规模将增加到432亿美元,2020—2025年复合年增长率达到13.7%。

    2.下游产业转移

    我国半导体产业总产值占全球的比例只有20%(包括外资在华产业贡献),本土企业占比仅11%,而中国的消费需求占全球的比重达44%。受益于国家政策的大力推动,中国大陆迎来建厂高潮。2017—2020年,全球预计新建62条晶圆加工产线,其中中国大陆将新建26座晶圆厂,成为全球新建晶圆厂最积极的地区,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。根据《金融时报》预测,10年后中国在全球半导体微电路生产总量的比例将增长至24%,半导体制造行业将加速向国内转移。

    全球面板产业经过 3 次转移后目前形成了中、日、韩三足鼎立的局面,仍有加速向中国大陆转移的趋势。2018年四季度中国大陆面板总产能已经位居世界第一。2019年中国大陆成为全球高世代线产能最大的地区,占比53%。预计2024年,中国在全球高世代线面板产能中将占据68%的份额,相对其他国家将具有绝对话语权。  

    未来几年,随着大陆半导体及面板产业快速发展,国内电子化学品行业将进入快速发展阶段。

    3.下游产业升级

    下游显示面板行业产业升级的发展趋势为高世代液晶面板及OLED面板快速投产,占比快速提升;半导体行业产业发展趋势为12英寸晶圆产线、先进制程快速投产占比持续提升。下游产业升级对电子化学品的需求量、产品附加值都有大幅的提高。以半导体行业用湿电子化学品为例,12英寸晶圆产线对湿电子化学品需求量约为240吨/万片,等级要求达到G4、G5等级,为8英寸产线需求量(等级要求G3、G4等级)的约5.3倍。下游产业升级将为国内电子化学品企业带来新的机遇。

    4.进口替代空间巨大

    电子化学品国产化水平仍然偏低,用于显示面板及半导体行业的产品进口替代空间仍然较大。以湿电子化学品为例,目前国外电子化学品生产企业已实现G5标准产品的量产,而国内主流产能仍停留在G2、G3标准。国内生产超净高纯试剂的企业中能够达到国际标准,并且有一定生产量的企业逾30家,而其中仅少数企业掌握部分G3级以上标准产品的生产技术。在产品等级要求较低的太阳能电池领域(要求G1等级),国内已基本实现国产化。

    半导体领域,6寸及以下晶圆加工湿电子化学品国产化率已提高到 82%,8寸及以上晶圆加工生产线国产化率缓慢提升至约20%,总体晶圆加工市场湿电子化学品国产化率约为 26%。显示面板领域,国内3.5代线及以下用湿电子化学品已基本实现国产化,4.5、5代线国产化率约30%,6代线以上湿电子化学品国产化率约10%左右,综合国产化率约25%。受中美贸易战等外围因素的影响,国家更加重视产业链的安全可控,大力推动国产化水平的提升,电子化学品行业的进口替代也将加速进行。

  

总结

    

    受益于下游光伏、显示面板和半导体行业需求的增长,下游产业特别是半导体产业加速向国内转移,下游产品和生产工艺的不断升级,以及进口替代的持续进行,我国电子化学品行业未来仍将维持高速增长的态势。

    在巨大的行业机会面前,需要国内电子化学品企业持续地加大研发投入,攻克核心技术壁垒,深入了解下游行业生产工艺及需求变化,全面掌握电子化品生产技术和管理体系,降低项目投资成本及管理成本,以持续提升产品的市场竞争力和企业的综合竞争力水平。



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