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解析投资:电子领域的皇冠—“光刻胶”
0人浏览 2019-07-19 10:29

光刻的原理起源于印刷技术中的照相制版,光刻胶作为一种特殊化学材料,最初主要是用于工业印刷的,随着技术的发展,它开始更多地应用于电子工业领域。到目前为止,光刻胶已成为了电子领域微细图形加工的关键材料之一,可以说没有光刻胶参与前期半导体集成电路芯片的工艺制作就很难有后续产品创新产品的出现,因此它被誉为电子领域的皇冠。


一、光刻胶


光刻胶是由感光树脂、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,光刻胶溶解度会发生变化,经适当溶剂处理,溶去可溶性部分,可以得到所需图像。通俗来讲,人类在光刻胶层上刻画几何图形结构,然后通过是利用光刻胶感光后因光化学反应而形成耐蚀的特性就能将掩模上的图形转移到硅片上。


集成电路光刻工艺原理

资料来源:半导体行业观察


光刻胶的技术复杂,品种较多。根据其化学反应机理和显影原理可分负性胶和正性胶两类。负性胶是光照后形成的不可溶物质。反之,对某些溶剂是不可溶的,经光照后变成可溶物质即为正性胶。正是由于这种材料特性,光刻胶在电子工业领域的作用是不言而喻的。


此外,光刻胶基于感光树脂的化学结构可以分为光聚合、光分解、光交联三种。按应用领域分类可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶和半导体光刻胶三种,其中PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨,生产的技术要求相对较低,而LCD光刻胶和半导体光刻胶主要包括i线、ArF、KrF光刻胶等,其要求的工艺水平更高。


从20世纪50年代至今,光刻技术经历了紫外全谱(300-450nm)、g线(436nm)、i线(365nm)、深紫外(248nm和193nm)、极紫外(13.5nm)光刻、电子束光刻等六个阶段,而对应的各曝光波长的光刻胶也跟随着光刻技术的发展而不断提升其分辨率水平。就目前市场需求来看,248nm及以上高端光刻胶为全球市场的主流。据SEMI的数据显示,2016年全球半导体用光刻胶市场为14.5亿美元。其中,248nm光刻胶占了31%,193nm及其它先进光刻胶占46%。随着工艺的不断进步,光刻胶在高精细化、高分辨率等方面仍还会发挥着举足轻重的作用,


二、光刻胶产业链研究


光刻胶覆盖的产业链范围十分广泛。从上游基础化工材料行业、精细化学品行业到中游光刻胶相关制备品,再到下游电子加工商、电子产品等应用终端。上游为光刻胶专用化学品,作为微电子领域的微细图形加工核心材料,其占据着电子材料的制高点。中游通过使用不同类型的光刻胶对电子材料和半导体集成电路芯片进行加工制作。下游把半导体产品应用于消费电子、家用电器、信息通讯、汽车电子、航空航天、军工等在内的各个终端领域,在需求方面较为分散。


光刻胶产业链

资料来源:前瞻产业研究院


若从附加值角度来看,光刻胶产业链是一条微笑曲线,从上游核心材料到中游制造以及下游品牌、渠道和销售等,附加价值符合曲线变化。光刻胶具备核心技术、高壁垒的特点,因此产品附加值高,同时能长时间享受高毛利。


光刻胶作为上游核心供应材料,其生产非常容易受到厂商资金壁垒和技术质量壁垒的考验。


在成本构成方面,光刻胶的生产、检测、评价及相关设备耗费成本巨大,其中光刻工艺的成本约占整个芯片制造工艺的35%,光刻胶材料成本约占集成电路制造材料总成本的4%。因此,在没有强大的资金实力支撑下,厂商们难以满足对光刻胶的持续研发和生产运营。


在产品质量方面,光刻胶的产品质量好坏会直接影响到其下游产品的优劣,下游客户对光刻胶供应商选择是非常谨慎的,他们一般会采用非常严格且复杂的认证程序对光刻胶供应商的产品质量、技术水平等因素进行综合考量,之后其保持长期稳定的合作。


三、光刻胶市场


自进入21世纪以来,光刻胶乘坐着技术革新的浪潮经历了迅速的发展,与此同时的是,全球光刻胶市场规模亦跟随着光刻胶总需求的增加而扩张。据IHS数据显示,2010-2015年全球光刻胶市场规模从55.5亿美元增长至73.6亿美元,复合增长率为5.81%。预计2016-2022年光刻胶消费量以年均5%的速度增长,至2022年全球光刻胶市场规模可超出100亿美元。


光刻胶市场规模(单位:亿美元)

数据来源:国海证券研究所


光刻胶行业具有极高的行业壁垒,因此其行业呈现寡头垄断的局面。光刻胶行业长年被日本、欧美这些专业公司垄断。目前前五大厂商就占据了全球光刻胶市场87%的份额,行业集中度高。其中,日本JSR、东京应化、日本信越与富士电子材料市占率加和达到72%。并且高分辨率的KrF和ArF光刻胶核心技术亦基本被日本和美国企业所垄断,产品绝大多数出自日本和美国公司,如陶氏化学、JSR株式会社、信越化学、东京应化工业、Fujifilm,以及韩国东进等企业。整个光刻胶市场格局来看,日本是光刻胶行业的巨头集中营。


全球光刻胶各厂商份额

数据来源:联讯证券


中国光刻胶市场规模较大,但是由于光刻胶产品技术要求较高,中国光刻胶市场基本由外资企业占据,国内企业市场份额不足40%,尤其在半导体用光刻胶市场,国内企业份额不足 30%。原因是当前我国光刻胶技术正处于起步发展阶段,国内生产光刻胶的企业普遍规模较小、产品质量不高,尤其在半导体光刻胶领域国内主要以生产g线和i线的光刻胶为主,与国外企业差距较大,高端产品仍需大量进口,因此光刻胶市场基本是由外资企业占据。


然而,随着需求的增加和技术的进步,中国光刻胶产量和本土光刻胶产量是在逐年增加的。据统计资料显示,2017年中国光刻胶行业产量达到7.56万吨,较2016年增加0.29万吨,其中,中国本土光刻胶产量为4.41万吨,表现出稳定增长的状态。


中国本土光刻胶产量(万吨)

数据来源:国元证券研究中心


四、国内光刻胶技术的新希望


近期,日本在高端半导体材料方面限制对韩国出口,短时间内势必对韩国半导体产业形成一定负面影响。虽然对我国来说可能是机遇,但是我们也必须去居安思危。尤其在光刻胶领域,我国相对技术落后,目前仅低端的PCB光刻胶及一部分面板光刻胶可以实现量产,高端光刻胶几乎完全依赖进口。面对受日本、欧美垄断的光刻胶市场,我国的光刻胶国产化任重而道远。尽管如此,现阶段国内光刻胶技术比较优秀且成长潜力强的企业还是存在的,比如,强力新材、南大光电、晶瑞股份、广信材料、上海新阳等等。


$强力新材(300429)国内光刻胶专用化学品龙头,公司传统业务为PCB、LCD以及半导体光刻胶专用化学品,由于产品处于产业链上游,在享受高附加值带来的显著优势促使其行业地位突出。近年来公司立足于光刻胶技术工艺的改进,半导体光刻胶光引发剂目前已经实现了盈利,该新产品是公司未来重要的利润增长点之一。


$南大光电(300346)公司主营业务是从事光电新材料MO源的研发、生产和销售的。但是,公司在高端光刻胶研发方面有极其雄厚的实力。自2015年参股北京科华切入集成电248nm KrF光刻胶之后,公司于2017年启动193nm ArF光刻胶开发项目,经过短短一年时间,即达到“02 专项”(一期)的各项指标要求。目前公司拟通过3年的建设并投产及实现销售,预计达到年产25吨193nm(ArF干式和浸没式)光刻胶产品的生产规模。因此,它被业界视为国产高端光刻胶的担当。


$晶瑞股份(300655)公司光刻胶产品主要由子公司苏州瑞红生产,包括紫外负型光刻胶和宽谱正胶及部分g线、i 线正胶等高端产品。苏州瑞红承担了国家重大科技项目02专项“i线光刻胶产品开发及产业化”项目并顺利结题,在国内率先实现i线光刻胶的量产,可以实现0.35μm的分辨率,目前已通过中芯国际天津厂上线测试并取得供货订单,并且在天津中芯、扬杰科技、福顺微电子等知名半导体厂通过单项测试和分片测试。同时,公司248 nm光刻胶正在研发之中,已经有产品进入中试阶段。


此外,PCB油墨龙头企业广信材料去年就通过与台湾广至签订了高分辨率紫外光型正型光刻胶的《技术委托开发合同》去布局光刻胶领域,目的是进一步提高公司在PCB行业的竞争优势。还有国内半导体专用材料细分领域龙头企业上海新阳设立了韩国子公司研发黑色光刻胶,切入面板领域。上面这些企业都逐渐为我国集成电路高端光刻胶市场打下坚实的基础。




(文章来源:解析投资)


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