隨著電子信息產業發展的突飛猛進,光刻膠市場總需求不斷提升。2019年全球光刻膠市場規模預計接近90億美元,自2010年至今CAGR約5.4%,預計未來3年仍以年均5%的速度增長,預計至2022年全球光刻膠市場規模將超過100億美元。
《國家集成電路產業發展推進綱要》,提出“研發光刻機、刻蝕機、離子注入機等關鍵設備,開發光刻膠、大尺英寸硅片等關鍵材料”;國家重點支持的高新技術領域(2015)中提到“高分辨率光刻膠及配套化學品作為精細化學品重要組成部分,是重點發展的新材料技術”;光刻技術(包括光刻膠)是《中國制造2025》重點領域。
光刻膠是一種具有光化學敏感性的功能性化學材料,是由光引發劑(包括光增感劑、光致產酸劑)、光刻膠樹脂、單體(活性稀釋劑)、溶劑和其他助劑組成的對光敏感的混合液體,其中,樹脂約占50%,單體約占35%。它能通過光化學反應改變自身在顯影液中的溶解性,通過將光刻膠均勻涂布在硅片、玻璃和金屬等不同的襯底上,利用它的光化學敏感性,通過曝光、顯影、刻蝕等工藝過程,將設計在掩膜版上的圖形轉移到襯底上。
光刻膠常被稱為是精細化工行業技術壁壘最高的材料,是因為微米級乃至納米級的圖形加工對其專用化學品的要求極高,不僅化學結構特殊,品質要求也很苛刻,所以生產工藝復雜,需要長期的技術積累。
被廣泛應用于光電信息產業的微細圖形線路的加工制作,是電子制造領域的關鍵材料之一。下游主要用于集成電路、面板和分立器件的微細加工,同時在LED、光伏、磁頭及精密傳感器等制作過程中也有廣泛應用,是微細加工技術的關鍵性材料。
光刻工藝主要用于半導體圖形化工藝,是半導體制造過程中的重要步驟。光刻工藝利用化學反應原理把事先制備在掩模上的圖形轉印到晶圓,完成工藝的設備光刻機和光刻膠都是占半導體芯片工廠資產的大頭。
在目前比較主流的半導體制造工藝中,一般需要40 步以上獨立的光刻步驟,貫穿了半導體制造的整個流程,光刻工藝的先進程度決定了半導體制造工藝的先進程度。光刻過程中所用到的光刻機是半導體制造中的核心設備。目前,ASML 最新的NXE3400B售價在一億歐元以上,媲美一架F35 戰斗機。
按曝光波長,光刻膠可分為紫外(300~450 nm)光刻膠、深紫外(160~280 nm)光刻膠、極紫外(EUV,13.5 nm)光刻膠、電子束光刻膠、離子束光刻膠、X射線光刻膠等。按照應用領域的不同,光刻膠又可以分為印刷電路板(PCB)用光刻膠、液晶顯示(LCD)用光刻膠、半導體用光刻膠和其他用途光刻膠。PCB光刻膠技術壁壘相對其他兩類較低,而半導體光刻膠代表著光刻膠技術最先進水平。
光刻膠是印刷線路板、顯示面板、集成電路等電子元器件的上游。光刻膠產業鏈覆蓋范圍非常廣,上游為基礎化工材料行業、精細化學品行業,中游為光刻膠制備,下游為電子加工廠商、各電子器產品應用終端。由于上游產品直接影響下游企業的產品質量,下游行業企業對公司產品的質量和供貨能力十分重視,常采用認證采購的模式,進入壁壘較高。
在下游半導體、LCD、PCB等行業需求持續擴大的拉動下,光刻膠市場將持續擴大。2018年全球光刻膠市場規模為85億美元,2014-2018年復合增速約5%。據IHS,未來光刻膠復合增速有望維持5%。按照下游應用來看,目前半導體光刻膠占比24.1%,LCD 光刻膠占比26.6%,PCB 光刻膠占比24.5%,其他類光刻膠占比24.8%。
全球半導體市場規模近年來增速平穩,2012-2018年復合增速8.23%。其中,中國大陸集成電路銷售規模從2158億元迅速增長到2018年的6531億元,復合增速為20.27%,遠超全球其他地區,全球半導體產業加速向大陸轉移。集成電路一般分為設計、制造和封測三個子行業,在制造和封測行業中,均需要大量的半導體新材料支持。
目前大陸半導體材料市場規模83億美元,全球占比16%,僅次于中國***和韓國,為全球第三大半導體材料區域。伴隨著全球半導體行業的快速發展,全球半導體光刻膠市場持續增長。
全球面板市場穩步上升,產能向大陸轉移,催生LCD光刻膠需求增長。全球LCD面板產業經歷了“美國研發—日本發展—韓國超越—***崛起—大陸發力”的過程,美國最早研發出LCD技術后,80年代后期由日本廠商將LCD技術產業化,全球面板產業幾乎被日本企業壟斷。
90年代后,韓國和中國***面板廠快速崛起,開始長時間主導市場,大陸面板自2009年開始發力,以京東方為首的大陸面板廠商產能持續翻倍增長。據IHS數據,2018年大陸LCD產能占有率已達到39%,預計2023年大陸產能將占全球總產能的55%。
面板產能擴張促進LCD光刻膠需求增長。隨著全球面板產能向中國大陸轉移,LCD光刻膠需求量呈現快速增長的態勢。據CINNO Research預估,2022年大陸TFTArray正性光刻膠(包含LTPS基板)需求量將達到1.8萬噸,彩色光刻膠需求量為1.9萬噸,黑色光刻膠需求量為4100噸,光刻膠總產值預計高達15.6億美金。
光刻膠技術壁壘高并且要與光刻設備協同研發,呈現出寡頭競爭的格局。目前全球前五家日本合成橡膠、東京日化、羅門哈斯、日本信越和富士電子材料占據全球87%的市場份額,美國杜邦、德國巴斯夫等化工寡頭也占有一定份額。
分領域來看,在PCB行業,由于國內PCB產值逐年提升,2016年開始行業產值就超過了全球總產值的一半,成為全球最大的PCB生產國,因此其配套的PCB光刻膠需求穩健提升,并且由于技術壁壘相對較低,國內目前PCB光刻膠相對成熟,已初步實現進口替代。主要企業包括廣信材料,容大感光等。
在半導體光刻膠及LCD光刻膠領域,國內生產企業和國外差距仍然較大。用于6英寸以下硅片的g/i線光刻膠自給率約20%,適用于8英寸硅片的KrF光刻膠的自給率不足5%,而適用于12寸硅片的ArF光刻膠尚沒有國內企業可以大規模生產,基本依靠進口。國內大部分光刻膠生產企業的產品主要還是集中于PCB光刻膠、TN/STN-LCD光刻膠等中低端產品。
如今國際LCD光刻膠市場主要還是由日本及韓國的廠商壟斷,如JSR、LG化學、TOK、CHEIL等,半導體光刻膠領域95%的市場則被日本的JSR、信越化學、TOK、住友化學,美國的SEMATECH、IBM等占據。
面對國內LCD產能擴張的機遇,我國企業加速布局LCD光刻膠領域,博硯電子自2014年起就與北化成立聯合研究中心,推進黑色光刻膠的研發與產業化,現已擁有1000噸/年黑色光刻膠產能,成功打破國外壟斷。北旭電子是京東方全資子公司,2019年計劃在葛店投資5億元,主要生產TFT-LCD用光刻膠、半導體用光刻膠、PI液、有機絕緣膜等產品。
半導體光刻膠代表了光刻膠發展的最高水平,光刻工藝的成本約為整個芯片制造工藝的35%。目前,全球半導體光刻膠的核心技術和產品基本被日美企業所壟斷,包括JSR、信越化學工業、TOK、陶氏化學、住友化學、富士寫真電子材料、旭化成、日立化成等。
由于國內光刻膠起步晚,目前技術水平相對落后,生產產能主要集中在PCB光刻膠、TN/STN-LCD光刻膠等中低端產品,TFT-LCD、半導體光刻膠等高技術壁壘產品產能極少,仍需大量進口,從而導致國內光刻膠需求量遠大于本土產量,數據顯示2018年光刻膠產量和本土產量分別是8.07萬噸和4.88萬噸。其中中低端PCB光刻膠產值占比為94.4%,半導體和LCD光刻膠分分別占比1.6%和2.7%,嚴重依賴進口。縱觀全球市場,光刻膠專用化學品生產壁壘高,國產化需求強烈。
國產高端光刻膠目前主要依賴進口,在中美貿易摩擦和國外貿易保護主義盛行的情況下,華為、晉華事件以及近期的日韓禁運事件,說明在科技逐漸發展、制造業越來越精細化的情況下,芯片核心技術及材料的缺失將帶來整個行業的癱瘓,高端光刻膠國產化刻不容緩。
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