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断供华为和中美贸易战愈演愈烈,芯片制造用光刻胶如何实现国产化?

来源:互联网2019年06月18日

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  中美贸易战愈演愈烈,尤其高端技术领域对中国的封锁,华为事件、中兴事件显示出我国在芯片领域的软肋,警醒着我国在先进产业方面还存在诸多不足,尤其对美国等发达国家技术的过分依赖,受制于人。中美贸易战或将成为持久战,我国先进产业尤其是半导体产业的国产化需求必将显著增加。其中,光刻胶就是芯片国产化进程中一种不可或缺的容易被国外“卡脖子”的关键核心化学材料!
  
  什么是光刻胶?
  
  光刻胶是在微电子(特别是电子芯片)制造业中实现精细线路及图形加工的核心材料。光刻技术利用光刻胶在UV、DUV、EUV、EB电子束、离子束等辐射前后溶解度的差异来转移图案,不同光刻胶及曝光光源的组合会得到不同精细度的线路图形。
  
  所以,光刻胶是微电子、平板显示、电子芯片制造过程中的关键核心材料,是电子及芯片制造中容易被国外“卡脖子”的精细化工材料。全球光刻胶市场扩增,对光刻胶的总需求不断提升。在下游产业的带动下,预计国际光刻胶市场规模在 2022 年可能突破 100 亿美元。
  
  经过十几年的研发努力,国产企业在低端光刻胶领域已经开始发力,有望逐步实现进口替代;但在高端光刻胶(如面板和芯片用光刻胶)方面,与国际先进水平仍有较大差距,依然严重依赖进口,成为整个半导体产业链中最薄弱的环节之一。
  
  光刻胶的主要技术参数
  
  光刻胶作为精密制造的核心材料, 随着微电子制程对线宽的要求极为严格, 光刻胶主要技术参数为分辨率、 对比度、敏感度等。分辨率是指光刻胶可再现图形的最小尺寸,一般用关键尺寸来(CD,Critical Dimension)衡量分辨率。对比度是指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。敏感度:光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值。
  
  光刻胶的分类
  
  随着科技的发展,现代电子电路越发向细小化集成化方向发展,随着对线宽的不同要求,光刻胶的配方有所不同,但应用相同,都是用于微细图形的加工,按照不同的下游行业光刻胶主要分为以下三类:
  
  1、PCB光刻胶:
  
  主要类型有干膜光刻胶、湿膜光刻胶以及光成像阻焊油墨等。PCB光刻胶主要用于中低端产品,技术壁垒相对较低。
  
  2、面板光刻胶:
  
  在 LCD或LED面板加工中主要用于制作显示器像素、电极、障壁、荧光粉点阵等。为了制作大屏幕、高分辨率平板显示器,需要重复丝印十几次才可以达到几十微米至100微米以上的厚度,精度误差大,必须通过光刻技术来实现。在 LCD 制造中,图形加工大多使用紫外正性光刻胶。紫外正胶主要由感光胶、碱溶性树脂和溶剂组成,是一种透明红色粘性液体,可使用醇、醚、酯类等有机溶剂稀释。面板光刻胶技术壁垒较高,日韩和美国企业占据极大市场份额,如JSR、住友化学、三菱化学等公司,市占率超过90%。
  
  3、半导体光刻胶:
  
  用于电子芯片等半导体制造的光刻胶配方比较稳定,其专用化学品的市场规模与半导体光刻胶的市场规模基本保持同比例变动。目前半导体市场上主要使用的光刻胶包括G线、I线、KrF、ArF四类,其G线和I线光刻胶是市场上使用量最大的光刻胶。半导体用光刻胶技术壁垒较高、市场高度集中,日美企业基本垄断了G/I线光刻胶、KrF/ArF光刻胶市场,生产商主要有JSR、信越化学工业、TOK、陶氏化学等。
  
  国内光刻胶的现状和发展趋势
  
  1、PCB光刻胶:
  
  PCB电路板市场是当代电子元件业最活跃的产业,市场竞争激烈,属于劳动密集型产业,毛利率并不高。随着全球PCB产业东移,我国也已成为全球最大的PCB光刻胶生产基地,也是PCB光刻胶的最大使用国。2015年我国PCB光刻胶产值达12.6亿美元,占全球市场份额高达70%。
  
  2、面板光刻胶:
  
  过去十年,液晶面板产能向韩国、中国台湾和大陆三地集中。尤其在产品价格不断下降,全球TFT-LCD显示面板需求增速放缓的背景下,国内液晶面板产业受益于产能转移发展速度高于全球水平。未来几年面板厂商将继续推动面板的大尺寸化,尤其是 60 英寸以上面板出货量与出货面积将增加,LCD行业仍有较大的增长空间,未来几年全球 LCD 光刻胶的需求量增长速度为 4%~6%。
  
  国内LCD面板市占率的不断提升,LCD大陆产能的增加将进一步加剧竞争格局,面板价格的下跌将促进上游偏向采购国产光刻胶产品。面板光刻胶国产化率大概在10%左右,进口替代空间巨大。国内LCD光刻胶领域的生产企业,如晶瑞股份(苏州瑞红),具有TN/STN-LCD光刻胶产品,同时也拥有高端的TFT-LCD光刻胶产品,是面板光刻胶的国产化之路的领军企业。
  
  (3)半导体光刻胶:
  
  中国凭借着巨大的市场容量和消费群体,已成为全球最大的半导体消费国,近20年市场年均复合增速达到21.4%,远超欧美。2016年中国半导体消费额 1075亿美元,占全球总量的32%,中国已经成为第三次半导体产业转移的核心地,现在正是布局这轮产业黄金发展时期的时机。
  
  因此,中国市场对于高端光刻胶的需求不断增大,2017年半导体光刻胶需求量较2016年增长7%-8%,达到12亿美元的市场规模。但半导体光刻胶因技术受限,始终依赖进口,国产化率低。根据专家分析,适用于6英寸硅片的G/I线光刻胶的自给率约为20%,适用于8英寸硅片的KrF光刻胶的自给率不足5%,而适用于12寸硅片的ArF光刻胶完全依靠进口。未来,随着下游应用半导体、传感器、存储器等需求扩大,光刻胶市场将持续扩大。
  
  国产光刻胶发展起步较晚,与国外先进光刻胶技术相比国内产品落后4代,目前主要集中在PCB光刻胶、TN/STN-LCD光刻胶等中低端产品,虽然PCB领域已初步实现进口替代,但LCD和半导体用光刻胶等高端产品仍需大量进口,正处于由中低端向中高端过渡阶段。
  
  对光刻胶的进口替代,需要国家政策/资金层面的支持,以及学术界和企业在技术/产业层面的不断突破。随着国家层面对半导体在资金、政策上的大力支持,国内光刻胶企业正在努力追赶,企业数量以达到15家以上,少数企业在中高端技术领域已取得一定突破。其中半导体用光刻胶领域代表性企业有苏州瑞红和北京科华,两者分别承担了02专项I线(365nm)光刻胶和KrF线(248nm)光刻胶产业化课题。
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