“蘋果官網(wǎng)下單要等50天才發(fā)貨?！蹦呐乱呀?jīng)到了2022年，身邊的朋友依舊遭受著“缺芯”所帶來的超長(zhǎng)發(fā)貨期，“拍下隔天就送達(dá)”這個(gè)在此前看來是理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑?，現(xiàn)在已經(jīng)變成了一種奢望。在2020年年初，疫情爆發(fā)的時(shí)候，誰也不會(huì)料想到，這只“蝴蝶的翅膀”會(huì)煽動(dòng)到芯片行業(yè)，并且將愈演愈烈。
在全球轟轟烈烈進(jìn)行“造芯運(yùn)動(dòng)”的時(shí)候，作為芯片制造所需的材料市場(chǎng)也在極致旺盛的產(chǎn)業(yè)需求之下不斷成長(zhǎng)。據(jù)TECHET在8月30日發(fā)布的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，2021年世界半導(dǎo)體材料市場(chǎng)將超過570億美元，同比將增長(zhǎng)11.8%；預(yù)計(jì)到2025年約為660億美元，半導(dǎo)體材料市場(chǎng)銷售額平均復(fù)合增長(zhǎng)率約為5.3%，增長(zhǎng)最快的材料為硅晶圓、清洗材料、CMP材料和光刻膠。
毫無疑問，作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基石，半導(dǎo)體材料行業(yè)已經(jīng)迎來了其快速發(fā)展的黃金期。
材料：芯片制造的基石
位居產(chǎn)業(yè)鏈最上游，半導(dǎo)體材料可以說是細(xì)分領(lǐng)域最多的一個(gè)環(huán)節(jié)，種類繁多。按應(yīng)用環(huán)節(jié)的不同，半導(dǎo)體材料可以分為制造材料和封裝材料，分別對(duì)應(yīng)晶圓制造與封裝的各個(gè)環(huán)節(jié)。其中，制造材料主要包括硅片、電子氣體、光掩膜、光刻膠配套化學(xué)品、拋光材料、光刻膠、濕法化學(xué)品與濺射靶材等；封裝材料則包括芯片封裝切割過程中所用到的CMP材料、引線框架、封裝基板、塑封料、鍵合線等。
從市場(chǎng)份額來看，半導(dǎo)體制造材料中，硅片占比最大（約33%），其次是氣體和光刻膠及配套試劑。半導(dǎo)體封裝材料中，封裝基板占比最大（約40%），其次是引線框架和鍵合線。
硅片
硅片可以說是晶圓廠采購(gòu)材料中最重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是制造材料中成本占比最高(超過1/3)的核心材料。在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，大尺寸是硅片制造技術(shù)進(jìn)步的方向，直徑越大，在單片硅片上可制造的芯片數(shù)量就越多，單位芯片的成本也就越低，但同時(shí)對(duì)設(shè)備和工藝的要求也會(huì)隨之越高。毫無疑問，全球硅片市場(chǎng)已進(jìn)入大硅片時(shí)代，超90%的半導(dǎo)體硅片都是大尺寸硅片，12英寸是其中最為主流的尺寸。
圖片來源：前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人
當(dāng)前硅片市場(chǎng)需求依舊火熱，根據(jù)SUMCO數(shù)據(jù)顯示，2020至2024 年全球硅片需求有望保持 5.1%的復(fù)合增長(zhǎng)率。
電子氣體
自半導(dǎo)體問世以來，高純度氣體的可靠供應(yīng)對(duì)電子行業(yè)來說一直是至關(guān)重要，在一定程度上，半導(dǎo)體器件性能的優(yōu)劣與電子氣體的質(zhì)量息息相關(guān)，因此電子氣體被稱為集成電路、液晶面板、LED 及光伏等材料的“糧食”。
2021年7月，臺(tái)積電5nm工藝生產(chǎn)工廠南科18a廠就曾因半導(dǎo)體制程必備的氧氣中混入了氬氣，導(dǎo)致部分產(chǎn)線停擺，雖然臺(tái)積電即時(shí)調(diào)度其他氣體供應(yīng)，并盡快全數(shù)恢復(fù)受影響產(chǎn)線的生產(chǎn)，但在這芯片供應(yīng)極度緊張的當(dāng)時(shí)，還是引起了業(yè)界極大的關(guān)注。這一示例也顯示出了電子氣體的重要性。
techcet數(shù)據(jù)顯示，2020年全球電子氣體市場(chǎng)規(guī)模約為58.5億美元，其中電子特氣的市場(chǎng)規(guī)模為41.9億美元，占比71.6%。隨著未來疫情的緩解、能源革命與計(jì)算革命帶動(dòng)的半導(dǎo)體行業(yè)景氣持續(xù)，預(yù)計(jì)2025年全球電子氣體市場(chǎng)規(guī)模將超過80億美元，年復(fù)合增速預(yù)計(jì)達(dá)到6.5%。
光刻膠
眾所周知，光刻機(jī)是芯片制造所需的關(guān)鍵設(shè)備，而光刻膠正是光刻機(jī)所需的最重要的材料之一，是光刻工藝的核心，其性能直接影響下游應(yīng)用產(chǎn)品的集成度、功耗性能、成品率及可靠性。
隨著半導(dǎo)體制造分辨率的不斷提高，人們對(duì)先進(jìn)光刻膠的要求也越來越迫切，但當(dāng)前光刻膠行業(yè)壁壘高，研發(fā)突破難度較大。對(duì)于研發(fā)團(tuán)隊(duì)而言，單一項(xiàng)光刻機(jī)的投入就在千萬美金以上，而缺乏對(duì)應(yīng)的光刻機(jī)，研制光刻膠就成了紙上談兵，因此企業(yè)難以承擔(dān)如此大的資金、時(shí)間和人力成本。
據(jù)Reportlinker機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2019-2026年全球光刻膠消費(fèi)量的復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.3%，至2026年，全球光刻膠行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將突破120億美元。
封裝基板
IC封裝基板直接用于搭載芯片，不僅為芯片提供支撐、保護(hù)、散熱作用，同時(shí)為芯片與PCB母板之間提供電子連接。不同于普通的多層基板，封裝基板的制造工藝不僅需要精細(xì)的電路形成，而且在高速傳輸處理和散熱措施方面，還需要多維度的生產(chǎn)管理和可靠性。
隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，封裝電路板和印刷線路板市場(chǎng)正在蓬勃發(fā)展。亞化咨詢預(yù)測(cè)，全球IC封裝基板市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，2022年將破100億美元。
雖然筆者僅介紹了幾類占比較大的材料，但可以確認(rèn)的是每一種材料都在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中有著舉足輕重的作用，一旦材料受到污染，也會(huì)引起產(chǎn)業(yè)鏈的震蕩。拿近日鎧俠和西部數(shù)據(jù)經(jīng)營(yíng)的 NAND 生產(chǎn)工廠來說，因制造過程中使用的材料受到污染，導(dǎo)致位于日本的兩座閃存（NAND Flash）芯片工廠停工。Ace Research Institute的分析師強(qiáng)調(diào)，閃存價(jià)格肯定會(huì)上漲，這次污染事件只會(huì)加劇供應(yīng)短缺和組件價(jià)格上漲趨勢(shì)，可謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。
日本：“把脈”全球半導(dǎo)體材料行業(yè)
雖然日本半導(dǎo)體已不如30年前那么輝煌，臺(tái)積電在日本建廠更被認(rèn)為是重新向上攀爬的最后一根藤蔓，但哪怕是虛弱的雄獅依舊有著鋒利的獠牙，材料和設(shè)備就是日本半導(dǎo)體的兩大殺手锏，依舊“把脈”著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
2019年日韓“半導(dǎo)體之爭(zhēng)”就是日本顯出“獠牙”，證明其在材料領(lǐng)域龍頭地位的典型事例。2019年7月1日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布公告稱，日本修改了對(duì)韓國(guó)的出口管理?xiàng)l例，自7月4日起，開始限制向韓國(guó)出口“氟聚酰亞胺”、“光刻膠”和“高純度氟化氫”這3種半導(dǎo)體材料。在出口管理?xiàng)l例公告發(fā)出的一個(gè)月后，8月日本內(nèi)閣會(huì)議再次決定修改政令，并通過了新版《出口貿(mào)易管理令》，將韓國(guó)剔除在安全保障出口管理上設(shè)置了優(yōu)惠待遇的“白名單國(guó)家”。雖然移除白名單，不等于拉入黑名單，但也給當(dāng)時(shí)已經(jīng)簽下大量訂單的韓國(guó)半導(dǎo)體帶來了連鎖影響。
日韓“半導(dǎo)體之爭(zhēng)”打響后，韓國(guó)也開始試圖減少對(duì)日本半導(dǎo)體材料的依賴，韓國(guó)政府領(lǐng)導(dǎo)曾公開表示韓國(guó)已經(jīng)成功地減少了對(duì)日本的三種高科技半導(dǎo)體材料的依賴。拿光刻膠來說，韓國(guó)政府官員表示：“由于從比利時(shí)進(jìn)口的產(chǎn)品不斷增加，我們對(duì)日本的 EUV 光刻膠依賴程度有所降低?！?/span>
但《日經(jīng)》卻直接指出，韓國(guó)從比利時(shí)進(jìn)口的這些光刻膠是由日本材料制造商 JSR 的比利時(shí)子公司制造。歸根結(jié)底，韓國(guó)依舊沒能擺脫對(duì)日本半導(dǎo)體材料的依賴。不僅如此，報(bào)道還指出，韓國(guó)2020年從日本進(jìn)口的光刻膠整體實(shí)際增長(zhǎng) 22% 至 3.2829 億美元，然后在 2021 年前六個(gè)月同比增長(zhǎng) 3%，日本產(chǎn)品仍占進(jìn)口總額的 80% 以上，也就是說，韓國(guó)對(duì)日本光刻膠的依賴性可能還在增加。
除了韓國(guó)外，我國(guó)也曾受到日本材料霸權(quán)的影響。2021年5月下旬，市場(chǎng)傳出消息稱，全球光刻膠龍頭企業(yè)日本信越化學(xué)出現(xiàn)產(chǎn)能緊張，將限制向大陸芯片廠商供貨KrF光刻膠。消息一出，讓上海新陽等本土光刻膠企業(yè)成為了熱門股。
上述例子不難看出，時(shí)至如今，日本依舊是世界最大的半導(dǎo)體原料出口國(guó)，在芯片材料領(lǐng)域具有不可撼動(dòng)的地位。比如作為DRAM關(guān)鍵原料的高純度氟化氫，日本占據(jù)其全球70%以上的市場(chǎng)份額；大硅片市場(chǎng)日本也高度壟斷，Shin-Etsu和SUMCO大尺寸硅片占全球份額約60%；光刻膠領(lǐng)域，日本廠商也一家獨(dú)大，全球前5大光刻膠龍頭企業(yè)中，日本占據(jù)了前4大，約占光刻膠70%市場(chǎng)份額，其中在Arf光刻膠上日本企業(yè)甚至可以占據(jù)到93%市場(chǎng)份額，呈現(xiàn)高度寡頭壟斷格局；ABF也是由日本味之素一家獨(dú)大，市場(chǎng)占有率超99%+。
此外，日本在光罩、保護(hù)涂膜、封裝材料以及引線架等14種重要材料方面，均占有50%以上的市場(chǎng)份額。
圖片來源：選股寶
日本半導(dǎo)體在材料領(lǐng)域的“獠牙”依舊鋒利如初。
“磨牙利爪”的日本材料廠商
面對(duì)當(dāng)前全球范圍內(nèi)旺盛的芯片需求，日本材料廠商自然也要開始“磨牙利爪”，包括大日本印刷、信越化學(xué)等在內(nèi)的龍頭企業(yè)接連舉起擴(kuò)產(chǎn)大旗。
三菱瓦斯化學(xué)
據(jù)《日經(jīng)》近日?qǐng)?bào)道，三菱瓦斯化學(xué)將在中國(guó)新建半導(dǎo)體清洗液工廠，該產(chǎn)品用于在半導(dǎo)體的生產(chǎn)過程去除微小雜質(zhì)。中國(guó)新工廠計(jì)劃最早于2022年上半年投產(chǎn)，投資額未予公開，主要生產(chǎn)“超純過氧化氫”。
預(yù)計(jì)中國(guó)的年產(chǎn)能將達(dá)到9萬噸，據(jù)介紹，三菱瓦斯化學(xué)已開始在日本、韓國(guó)、臺(tái)灣、美國(guó)、新加坡等國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)超純過氧化氫，加上中國(guó)大陸的產(chǎn)能，全球總體年產(chǎn)能將增加16％，達(dá)到64.4萬噸。
大日本印刷
據(jù)《日經(jīng)》近日?qǐng)?bào)道，光掩模頭龍之一的大日本印刷將在2023年度之前向設(shè)在日本、中國(guó)大陸和臺(tái)灣的生產(chǎn)工廠投資近100億日元來增加生產(chǎn)線。日本工廠面向日本國(guó)內(nèi)和韓國(guó)市場(chǎng)生產(chǎn)用于汽車等的中端半導(dǎo)體制造所使用的光掩模，產(chǎn)能將比2021年度提高兩成。
海外方面，大日本印刷在臺(tái)灣、中國(guó)大陸和意大利與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)建立了合資公司，今后將通過增資等方式提高產(chǎn)能，構(gòu)建可根據(jù)供求情況在短期內(nèi)交貨的生產(chǎn)體制。
住友化學(xué)
2021年9月，住友化學(xué)宣布將加強(qiáng)最先進(jìn)制程用光刻膠生產(chǎn)，計(jì)劃在日本大阪工廠增設(shè)ArF及EUV用光刻膠產(chǎn)線，預(yù)計(jì)在2023年上半年啟用生產(chǎn)。同時(shí)，其位于韓國(guó)益山市的全資子公司Dongwoo Fine-Chem也將興建浸潤(rùn)式ArF用光刻膠產(chǎn)房，預(yù)計(jì)在2024年上半年啟用生產(chǎn)。
此外，同為光刻膠龍頭的信越化學(xué)直江津工廠也預(yù)計(jì)在2022年2月開始運(yùn)作，將提高20％的產(chǎn)能。
SUMCO
2021年9月30日，硅晶圓廠商SUMCO宣布投資2287億日元，增產(chǎn)最先進(jìn)的直徑300毫米晶圓。新工廠將投入2015億日元，建在左賀縣伊萬里市的現(xiàn)有工廠的相鄰地點(diǎn)，預(yù)計(jì)2022年開始建設(shè)廠房和設(shè)置生產(chǎn)線，2023年下半年分階段投入運(yùn)行，2025年實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)。還將投入合計(jì)272億日元，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)子公司的生產(chǎn)設(shè)備。
富士膠片控股（HD）
2021年8月，富士膠片控股（HD）將在到2023財(cái)年（截至2024年3月）的3年里，向半導(dǎo)體材料業(yè)務(wù)投資700億日元。核心是在硅晶圓上轉(zhuǎn)印電路圖案的光刻設(shè)備使用的光刻膠（感光材料），此外，富士膠片將向靜岡縣工廠投入45億日元，提高最尖端的EUV（極紫外）光刻膠的產(chǎn)能。
住友電木
2021年12月，住友電木為了推進(jìn)增產(chǎn)半導(dǎo)體封裝材料， 將在世界范圍內(nèi)增強(qiáng)半導(dǎo)體封裝材料的產(chǎn)能，將在中國(guó)臺(tái)灣建設(shè)新工廠，使產(chǎn)能翻番；在中國(guó)大陸引進(jìn)新生產(chǎn)線；還計(jì)劃在歐洲和美國(guó)等地推進(jìn)增強(qiáng)產(chǎn)能，不斷在全球擴(kuò)大供應(yīng)量。
寫在最后
在日本半導(dǎo)體失去往日勢(shì)頭，中美經(jīng)濟(jì)摩擦日趨激烈的背景下，材料成為日本經(jīng)濟(jì)安保的重要王牌，如何繼續(xù)保持原材料領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)成為了不得不攻克的問題。
如同早稻田大學(xué)教授藤本隆宏指出的那樣，“在日本擁有優(yōu)勢(shì)的行業(yè)和產(chǎn)品方面，日本政府要為（比中國(guó)等）往前看兩步三步的戰(zhàn)略行動(dòng)提供支持，這一點(diǎn)很重要”。因此，日本半導(dǎo)體材料廠商不僅需要在尖端材料領(lǐng)域發(fā)起攻勢(shì)，更要守住已有材料的優(yōu)勢(shì)，只有這樣，才能讓原材料產(chǎn)業(yè)持續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)力。
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