半导体材料产业链全面盘点

来源：半导体材料与工艺设备

       半导体产业链可以大致分为设备、材料、设计等上游环节、中游晶圆制造，以及下游封装测试等三个主要环节。

       半导体材料是产业链上游环节中非常重要的一环，在芯片的生产制造中起到关键性的作用。

     根据半导体芯片制造过程，一般可以把半导体材料分为基体、制造、封装等三大材料，

       基体材料——————————————————————————

       根据芯片材质不同，分为硅晶圆片和化合物半导体，其中硅晶圆片的使用范围最广，是集成电路IC制造过程中最为重要的原材料。

       硅片

       硅晶圆片全部采用单晶硅片，对硅料的纯度要求较高，一般要求硅片纯度在99.9999999%（9N）以上，远高于光伏级硅片纯度。

       先从硅料制备单晶硅柱，切割后得到单晶硅片，一般可以按照尺寸不同分为6-18英寸，目前主流的尺寸是8英寸（200mm）和12英寸（300mm），18英寸（450mm）预计至少要到2020年之后才会逐渐增加市场占比。

       全球龙头企业主要是信越化工、SUMCO、环球晶圆、Silitronic、LG等企业。

       相关上市公司主要有：上海新阳、晶盛电机、中环股份、保利协鑫（港股）

       化合物半导体

       化合物半导体主要指砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等第二、第三代半导体，相比第一代单质半导体（如硅（Si）、锗(Ge）等所形成的半导体），在高频性能、高温性能方面优异很多。

       三大化合物半导体材料中，GaAs占大头，主要用在通讯领域，全球市场容量接近百亿美元；GaN的大功率和高频性能更出色，主要应用于军事领域，目前市场容量不到10亿美元，随着成本下降有望迎来广泛应用；SiC主要作为高功率半导体材料，通常应用于汽车以及工业电力电子，在大功率转换领域应用较为广泛。

       相关上市公司主要有：三安光电、海威华芯

       制造材料——————————————————————————

       抛光材料

      抛光材料一般可以分为抛光垫、抛光液、调节器和清洁剂，其中前二者最为关键。抛光垫的材料一般是聚氨酯或者是聚酯中加入饱和的聚氨酯，抛光液一般是由超细固体粒子研磨剂（如纳米级二氧化硅、氧化铝粒子等）、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。

       全球抛光垫市场几乎被陶氏垄断，抛光液市场则主要由日本的Fujimi和Hinomoto Kenmazai，美国的卡博特、杜邦、Rodel、EKA，韩国的ACE等企业占领绝大多数市场份额。

       相关上市公司主要有：鼎龙股份（抛光垫）、安集科技（抛光液）

       掩膜版

       掩膜版通常也被称为光罩、光掩膜、光刻掩膜版，是半导体芯片光刻过程中的设计图形的载体，通过光刻和刻蚀，实现图形到硅晶圆片上的转移。

       全球生产掩膜版的企业主要是日本的TOPAN、大日本印刷、HOYA、SK电子，美国的Photronic等。

       相关上市公司主要有：菲利华、石英股份、清溢光电

       湿电子化学品

 
       湿电子化学品，也通常被称为超净高纯试剂，是指用在半导体制造过程中的各种高纯化学试剂。

       全球市场主要由欧美和日本企业主导，其中德国的巴斯夫和HenKel、美国的Ashland、APM、霍尼韦尔、ATMI、Airproducts、日本的住友化学、宇部兴产、和光纯药、长濑产业、三菱化学等公司。

       相关上市公司主要有：多氟多、晶瑞股份、巨化股份、嘉化能源、滨化股份、三美股份、江化微

       电子特气

       电子特气是指在半导体芯片制备过程中需要使用到的各种特种气体，按照气体的化学成分可以分为通用气体和特种气体。另外按照用途也可以分为掺杂气体、外延用气体、离子注入气、发光二极管用气、刻蚀用气、化学气相沉积气和平衡气。

       全球电子特气的龙头企业主要是美国的空气化工和普莱克斯、法国液空、林德集团、日本大阳日酸。

       相关上市公司主要有：雅克科技、华特气体、南大光电、中环装备、昊华科技、三孚股份、巨化股份

       光刻胶

        光刻胶是图形转移介质，其利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上。目前广泛用于光电信息产业的微细图形线路加工制作，是电子制造领域关键材料。

       光刻胶一般由感光剂（光引发剂）、感光树脂、溶剂与助剂构成，其中光引发剂是核心成分，对光刻胶的感光度、分辨率起到决定性作用。

       光刻胶根据化学反应原理不同，可以分为正型光刻胶与负型光刻胶。

       光刻工艺约占整个芯片制造成本的35%，耗时占整个芯片工艺的40-60%，是半导体制造中最核心的工艺。

       全球光刻胶市场主要被欧美日韩台等国家和地区的企业所垄断。

       相关上市公司主要有：上海新阳、强力新材、苏州瑞红、南大光电、飞凯材料、容大感光、永太科技

       溅射靶材

       半导体芯片的单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层等组成，其中，介质层、导体层甚至保护层都要用到溅射镀膜工艺。

       集成电路领域的镀膜用靶材主要包括铝靶、钛靶、铜靶、钽靶、钨钛靶等，要求靶材纯度很高，一般在5N（99.999%）以上。

       全球溅射靶材的龙头企业主要是美国的霍尼韦尔和普莱克斯，日本的日矿金属、住友化学、爱发科、三井矿业和东曹。

       相关上市公司主要有：阿石创、有研新材、隆华科技、江丰半导体

       封装材料——————————————————————————

      半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。整个封装流程需要用到的材料主要有芯片粘结材料、陶瓷封装材料、键合丝、引线框架、封装基板、切割材料等。

      芯片粘结材料

      芯片粘结材料是采用粘结技术实现管芯与底座或封装基板连接的材料，在物理化学性能上要满足机械强度高、化学性能稳定、导电导热、低固化温度和可操作性强的要求。

       在实际应用中主要的粘结技术包括银浆粘接技术、低熔点玻璃粘接技术、导电胶粘接技术、环氧树脂粘接技术、共晶焊技术。

       环氧树脂是应用比较广泛的粘结材料，但芯片和封装基本材料表面呈现不同的亲水和疏水性，需对其表面进行等离子处理来改善环氧树脂在其表面的流动性，提高粘结效果。

      相关上市公司主要有：飞凯材料、联瑞新材、宏昌电子

       陶瓷封装材料

       陶瓷封装材料是电子封装材料的一种，用于承载电子元器件的机械支撑、环境密封和散热等功能。

       相比于金属封装材料和塑料封装材料，陶瓷封装材料具有耐湿性好，良好的线膨胀率和热导率，在电热机械等方面性能极其稳定，但是加工成本高，具有较高的脆性。

       目前用于实际生产和开发利用的陶瓷基片材料主要包括Al2O3、BeO和AIN等，导热性来讲BeO和AIN基片可以满足自然冷却要求，Al2O3是使用最广泛的陶瓷材料，BeO具有一定的毒副作用，性能优良的AIN将逐渐取代其他两种陶瓷封装材料。

      全球龙头企业主要是日本企业，如日本京瓷、住友化学、NTK公司等。

       相关上市公司主要有：三环集团

       封装基板

       封装基板是封装材料中成本占比最大的一部分，主要起到承载保护芯片与连接上层芯片和下层电路板的作用。

       封装基板能够保护、固定、支撑芯片，增强芯片的导热散热性能，另外还能够连通芯片与印刷电路板，实现电气和物理连接、功率分配、信号分配，以及沟通芯片内部与外部电路等功能。

       封装基板通常可以分为有机、无机和复合等三类基板，在不同封装领域各有优缺点。

       有机基板介电常数较低且易加工，适合导热性能要求不高的高频信号传输；无极基板由无机陶瓷支撑，耐热性能好、布线容易且尺寸稳定性，但是成本和材料毒性有一定限制；复合基板则是根据不同需求特性来复合不同有机、无机材料。

       未来预计有机和复合基板将是主流基板材料。

       全球封装基板龙头企业主要是日本的Ibiden、神钢和京瓷、韩国的三星机电、新泰电子和大德电子、中国台湾地区的UMTC、南亚电路、景硕科技等公司。

       相关上市公司主要有：兴森科技、深南电路

       键合丝

       半导体用键合丝是用来焊接连接芯片与支架，承担着芯片与外界之间关键的电连接功能。键合丝的材料已经从过去的单一材料，逐步发展为金、银、铜、铝用相关复合材料组成的多品种产品。

       全球半导体用键合丝的龙头企业主要是主要是日本的贺利氏、田中贵金属和新日铁等。

       相关上市公司主要有：康强电子

        引线框架

       引线框架作为半导体的芯片载体，是一种借助于键合丝实现芯片内部电路引出端与外部电路（PCB）的电气连接，形成电气回路的关键结构件。引线框架起到了和外部导线连接的桥梁作用，绝大部分的半导体中都需要使用引线框架，是电子信息产业中重要的基础材料。

       引线框架的通常类型有TO、DIP、SIP、SOP、SSOP、QFP、QFN、SOD、SOT等，主要用模具冲压法和蚀刻法进行生产。

       相关上市公司主要有：康强电子

       切割材料

       半导体晶圆切割是半导体芯片制造过程中重要的工序，在晶圆制造中属于后道工序，将做好芯片的整片晶圆按照芯片大小切割成单一的芯片井粒，称为芯片切割和划分。

       目前主流的切割方法分为两类，一类是用划片系统进行切割，另一种利用激光进行切割。其中划片系统切割主要包括砂浆切割和金刚石材料切割，该技术起步较早市场份额较大，金刚石锯片或者金刚石线是此类常见的划片系统切割工具，但机械力切口较大，易导致晶圆破碎。激光切割属于新兴无接触切割，切割表面光滑平整，适用于不同类型晶圆切割。

       相关上市公司主要有：岱勒新材

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