2018 年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá) 4373 億美元，其中半導(dǎo)體材料規(guī)模達(dá) 519億美元，大陸地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá) 1220 億美元，其中半導(dǎo)體材料規(guī)模達(dá) 844 億元 。 大陸地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)占全球總量的 28%，半導(dǎo)體材料占全球總量的 16% 。歐美、日韓和臺(tái)灣等地區(qū)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早，全球半導(dǎo)體材料仍主要由海外企業(yè)所主導(dǎo) ，國(guó)內(nèi)企業(yè)目前還處于起步階段參與產(chǎn)業(yè)鏈的程度普遍較低 。

目前全球半導(dǎo)體制造業(yè)正處于向大陸地區(qū)轉(zhuǎn)移的歷史大變革當(dāng)中，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)面臨巨大的歷史機(jī)遇 。 目前我國(guó)半導(dǎo)體材料的國(guó)產(chǎn)化率僅約 20 未來(lái)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)需求隨晶圓制造產(chǎn)能的持續(xù)擴(kuò)張仍有較大的規(guī)模增長(zhǎng)。參考鋰電池材料為例，在政策推動(dòng)下國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰電池需求急速增長(zhǎng)，巨量市場(chǎng)需求引導(dǎo)下，鋰電池四大材料在 2017年就基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。

國(guó)信證券發(fā)表了《半導(dǎo)體材料專題報(bào)告》，全面梳理半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)鏈，預(yù)測(cè)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。并表示在巨大的半導(dǎo)體市場(chǎng)需求刺激下，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體材料順利完成進(jìn)口替代將成必然趨勢(shì)。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈可以大致分為設(shè)備、材料、設(shè)計(jì)等上游環(huán)節(jié)、中游晶圓制造，以及下游封裝測(cè)試等三個(gè)主要環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體材料是產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)中非常重要的一環(huán)，在芯片的生產(chǎn)制造中起到關(guān)鍵性的作用。根據(jù)半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程，一般可以把半導(dǎo)體材料分為基體、制造、封裝等三大材料，其中基體材料主要是用來(lái)制造硅晶圓半導(dǎo)體或者化合物半導(dǎo)體，制造材料則主要是將硅晶圓或者化合物半導(dǎo)體加工成芯片的過(guò)程中所需的各類材料，封裝材料則是將制得的芯片封裝切割過(guò)程中所用到的材料。

半導(dǎo)體材料處于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)

半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程示意圖

各個(gè)環(huán)節(jié)的材料基本都有國(guó)內(nèi)企業(yè)參與供應(yīng)

1、基體材料 

根據(jù)芯片材質(zhì)不同，分為硅晶圓片和化合物半導(dǎo)體，其中硅晶圓片的使用范圍最廣，是集成電路IC制造過(guò)程中最為重要的原材料。硅晶圓片全部采用單晶硅片，對(duì)硅料的純度要求較高，一般要求硅片純度在99.9999999%（9N）以上，遠(yuǎn)高于光伏級(jí)硅片純度。先從硅料制備單晶硅柱，切割后得到單晶硅片，一般可以按照尺寸不同分為 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）預(yù)計(jì)至少要到 2020 年之后才會(huì)逐漸增加市場(chǎng)占比。全球龍頭企業(yè)主要是信越化工、SUMCO、環(huán)球晶圓、Silitronic、LG等企業(yè)。

硅晶圓片示意圖

化合物半導(dǎo)體主要指砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等第二、第三代半導(dǎo)體，相比第一代單質(zhì)半導(dǎo)體（如硅（Si）、鍺(Ge）等所形成的半導(dǎo)體），在高頻性能、高溫性能方面優(yōu)異很多。三大化合物半導(dǎo)體材料中，GaAs占大頭，主要用在通訊領(lǐng)域，全球市場(chǎng)容量接近百億美元；GaN 的大功率和高頻性能更出色，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，目前市場(chǎng)容量不到 10 億美元，隨著成本下降有望迎來(lái)廣泛應(yīng)用；SiC 主要作為高功率半導(dǎo)體材料，通常應(yīng)用于汽車以及工業(yè)電力電子，在大功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。

2、制造材料

拋光材料 

半導(dǎo)體中的拋光材料一般是指 CMP 化學(xué)機(jī)械拋光（Chemical Mechanical Polishing）過(guò)程中用到的材料，CMP 拋光是實(shí)現(xiàn)晶圓全局均勻平坦化的關(guān)鍵工藝。CMP 拋光的原理是是在一定壓力下及拋光漿料存在下，被拋光工件相對(duì)于拋光墊做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，借助于納米粒子的研磨作用與氧 化劑的腐蝕作用之間的有機(jī)結(jié)合，在被研磨的工件表面形成光潔表面。

半導(dǎo)體拋光原理示意圖

拋光材料一般可以分為拋光墊、拋光液、調(diào)節(jié)器和清潔劑，其中前二者最為關(guān)鍵。拋光墊的材料一般是聚氨酯或者是聚酯中加入飽和的聚氨酯，拋光液一般是由超細(xì)固體粒子研磨劑（如納米級(jí)二氧化硅、氧化鋁粒子等）、表面活性劑、穩(wěn)定劑、氧化劑等組成。

根據(jù)SEMI和IC Mtia數(shù)據(jù)，2016年全球拋光材料的市場(chǎng)規(guī)模大約16.1億美元，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 23 億元。全球拋光墊市場(chǎng)幾乎被陶氏壟斷，拋光液市場(chǎng)則主要由日本的 Fujimi 和 Hinomoto Kenmazai，美國(guó)的卡博特、杜邦、Rodel、EKA，韓國(guó)的 ACE 等企業(yè)占領(lǐng)絕大多數(shù)市場(chǎng)份額。

掩膜版

掩膜版通常也被稱為光罩、光掩膜、光刻掩膜版，是半導(dǎo)體芯片光刻過(guò)程中的設(shè)計(jì)圖形的載體，通過(guò)光刻和刻蝕，實(shí)現(xiàn)圖形到硅晶圓片上的轉(zhuǎn)移。掩膜版通常根據(jù)需求不同，選擇不同的玻璃基板，一般是選擇低熱膨脹系數(shù)、低鈉含量、高化學(xué)穩(wěn)定性及高光穿透性等性能的石英玻璃為主流，在上面鍍厚約100nm 的不透光鉻膜和厚約 20nm 的氧化鉻來(lái)減少光反射。

根據(jù) SEMI 和 IC Mtia 數(shù)據(jù)，2018 年全球半導(dǎo)體掩膜版的市場(chǎng)規(guī)模大約 33.2 億美元，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 59.5 億元。全球生產(chǎn)掩膜版的企業(yè)主要是日本的TOPAN、大日本印刷、HOYA、SK 電子，美國(guó)的 Photronic 等。

濕電子化學(xué)品

濕電子化學(xué)品，也通常被稱為超凈高純?cè)噭?，是指用在半?dǎo)體制造過(guò)程中的各種高純化學(xué)試劑。按照用途可以被分為通用化學(xué)品和功能性化學(xué)品，其中通用化學(xué)品一般是指高純度的純化學(xué)溶劑，例如高純的去離子水、氫氟酸、硫酸、磷酸、硝酸等較為常見(jiàn)的試劑。在制造晶圓的過(guò)程中，主要使用高純化學(xué)溶劑去清洗顆粒、有機(jī)殘留物、金屬離子、自然氧化層等污染物。功能性化學(xué)品是指通過(guò)復(fù)配手段達(dá)到特殊功能、滿足制造過(guò)程中特殊工藝需求的配方類化學(xué)品，例如顯影液、剝離液、清洗液、刻蝕液等，經(jīng)常使用在刻蝕、濺射等工藝環(huán)節(jié)。

濕電子化學(xué)品中常用的高純?cè)噭?/p>

根據(jù)SEMI 和 IC Mtia 數(shù)據(jù)，2016 年全球濕電子化學(xué)品的市場(chǎng)規(guī)模大約 11.1 億美元，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 14 億元。全球市場(chǎng)主要由歐美和日本企業(yè)主導(dǎo)，其中德國(guó)的巴斯夫和HenKel、美國(guó)的Ashland、APM、霍尼韋爾、ATMI、Airproducts、日本的住友化學(xué)、宇部興產(chǎn)、和光純藥、長(zhǎng)瀨產(chǎn)業(yè)、三菱化學(xué)等公司。

電子特氣

電子特氣是指在半導(dǎo)體芯片制備過(guò)程中需要使用到的各種特種氣體，按照氣體的化學(xué)成分可以分為通用氣體和特種氣體。另外按照用途也可以分為摻雜氣體、外延用氣體、離子注入氣、發(fā)光二極管用氣、刻蝕用氣、化學(xué)氣相沉積氣和平衡氣。與高純?cè)噭╊愃疲娮犹貧鈱?duì)氣體純度的要求也極高，基本上都要求 ppt級(jí)別以下的雜質(zhì)含量。這是因?yàn)?IC 電路的尺寸已經(jīng)達(dá)到納米級(jí)別，氣體中任何微量殘存的雜質(zhì)都有可能造成半導(dǎo)體短路或者線路損壞。

半導(dǎo)體制備過(guò)程中常用的高純電子特氣

根據(jù)SEMI和IC Mtia數(shù)據(jù)，2016年全球電子特氣的市場(chǎng)規(guī)模大約36.8億美元，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 46 億元。全球電子特氣的龍頭企業(yè)主要是美國(guó)的空氣化工和普萊克斯、法國(guó)液空、林德集團(tuán)、日本大陽(yáng)日酸。

光刻膠

光刻膠是圖形轉(zhuǎn)移介質(zhì)，其利用光照反應(yīng)后溶解度不同將掩膜版圖形轉(zhuǎn)移至襯底上。目前廣泛用于光電信息產(chǎn)業(yè)的微細(xì)圖形線路加工制作，是電子制造領(lǐng)域關(guān)鍵材料。光刻膠一般由感光劑（光引發(fā)劑）、感光樹(shù)脂、溶劑與助劑構(gòu)成，其中光引發(fā)劑是核心成分，對(duì)光刻膠的感光度、分辨率起到?jīng)Q定性作用。光刻膠根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理不同，可以分為正型光刻膠與負(fù)型光刻膠。

以半導(dǎo)體光刻膠為例，在光刻工藝中，光刻膠被均勻涂布在襯底上，經(jīng)過(guò)曝光(改變光刻膠溶解度)、顯影(利用顯影液溶解改性后光刻膠的可溶部分)與刻蝕等工藝，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上，形成與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形。光刻工藝約占整個(gè)芯片制造成本的 35%，耗時(shí)占整個(gè)芯片工藝的 40-60%，是半導(dǎo)體制造中最核心的工藝。

根據(jù) SEMI 和 IC Mtia 數(shù)據(jù)，2016 年全球光刻膠的市場(chǎng)規(guī)模大約 14.4 億美元，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 20 億元。全球光刻膠市場(chǎng)主要被歐美日韓臺(tái)等國(guó)家和地區(qū)的企業(yè)所壟斷。

濺射靶材

濺射靶材的使用原理是利用離子源產(chǎn)生的離子，在高真空中經(jīng)過(guò)加速聚集，而形成高速度能的離子束流，轟擊固體表面，離子和固體表面原子發(fā)生動(dòng)能交換，使固體表面的原子離開(kāi)固體并沉積在基底表面，被轟擊的固體是用濺射法沉積薄膜的原材料，因此稱為濺射靶材。

半導(dǎo)體芯片的單元器件內(nèi)部由襯底、絕緣層、介質(zhì)層、導(dǎo)體層及保護(hù)層等組成，其中，介質(zhì)層、導(dǎo)體層甚至保護(hù)層都要用到濺射鍍膜工藝。集成電路領(lǐng)域的鍍膜用靶材主要包括鋁靶、鈦靶、銅靶、鉭靶、鎢鈦靶等，要求靶材純度很高，一般在 5N（99.999%）以上。

全球?yàn)R射靶材的龍頭企業(yè)主要是美國(guó)的霍尼韋爾和普萊克斯，日本的日礦金屬、住友化學(xué)、愛(ài)發(fā)科、三井礦業(yè)和東曹。

3、封裝材料 

半導(dǎo)體封裝是指將通過(guò)測(cè)試的晶圓按照產(chǎn)品型號(hào)及功能需求加工得到獨(dú)立芯片的過(guò)程。封裝過(guò)程為：來(lái)自晶圓前道工藝的晶圓通過(guò)劃片工藝后被切割為小的晶片（Die），然后將切割好的晶片用膠水貼裝到相應(yīng)的基板（引線框架）架的小島上，再利用超細(xì)的金屬（金錫銅鋁）導(dǎo)線或者導(dǎo)電性樹(shù)脂將晶片的接合焊盤（Bond Pad）連接到基板的相應(yīng)引腳（Lead），并構(gòu)成所要求的電路；然后再對(duì)獨(dú)立的晶片用塑料外殼加以封裝保護(hù)，塑封之后還要進(jìn)行一系列操作，封裝完成后進(jìn)行成品測(cè)試，通常經(jīng)過(guò)入檢 Incoming、測(cè)試 Test 和包裝 Packing等工序，最后入庫(kù)出貨。整個(gè)封裝流程需要用到的材料主要有芯片粘結(jié)材料、陶瓷封裝材料、鍵合絲、引線框架、封裝基板、切割材料等。

芯片粘結(jié)材料

芯片粘結(jié)材料是采用粘結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)管芯與底座或封裝基板連接的材料，在物理化學(xué)性能上要滿足機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)電導(dǎo)熱、低固化溫度和可操作性強(qiáng)的要求。在實(shí)際應(yīng)用中主要的粘結(jié)技術(shù)包括銀漿粘接技術(shù)、低熔點(diǎn)玻璃粘接技術(shù)、導(dǎo)電膠粘接技術(shù)、環(huán)氧樹(shù)脂粘接技術(shù)、共晶焊技術(shù)。環(huán)氧樹(shù)脂是應(yīng)用比較廣泛的粘結(jié)材料，但芯片和封裝基本材料表面呈現(xiàn)不同的親水和疏水性，需對(duì)其表面進(jìn)行等離子處理來(lái)改善環(huán)氧樹(shù)脂在其表面的流動(dòng)性，提高粘結(jié)效果。

芯片粘結(jié)材料的示意圖（以封裝錫球?yàn)槔?/p>

根據(jù) SEMI 和 IC Mtia 數(shù)據(jù)，2016 年全球芯片粘結(jié)材料的市場(chǎng)規(guī)模大約 7.5 億美元，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 20 億元。

陶瓷封裝材料

陶瓷封裝材料是電子封裝材料的一種，用于承載電子元器件的機(jī)械支撐、環(huán)境密封和散熱等功能。相比于金屬封裝材料和塑料封裝材料，陶瓷封裝材料具有耐濕性好，良好的線膨脹率和熱導(dǎo)率，在電熱機(jī)械等方面性能極其穩(wěn)定，但是加工成本高，具有較高的脆性。目前用于實(shí)際生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)利用的陶瓷基片材料主要包括 Al2O3、BeO 和 AIN 等，導(dǎo)熱性來(lái)講 BeO 和 AIN 基片可以滿足自然冷卻要求，Al2O3 是使用最廣泛的陶瓷材料，BeO 具有一定的毒副作用，性能優(yōu)良的 AIN 將逐漸取代其他兩種陶瓷封裝材料。

Al2O3電子陶瓷封裝材料舉例

根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)顯示，2016 年全球陶瓷封裝材料的市場(chǎng)規(guī)模大約 21.7 億美元，占到全部封裝材料市場(chǎng)規(guī)模的 11%左右，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 35 億元。全球龍頭企業(yè)主要是日本企業(yè)，如日本京瓷、住友化學(xué)、NTK 公司等。

封裝基板

封裝基板是封裝材料中成本占比最大的一部分，主要起到承載保護(hù)芯片與連接上層芯片和下層電路板的作用。完整的芯片是由裸芯片（晶圓片）與封裝體（封裝基板與固封材料、引線等）組合而成。封裝基板能夠保護(hù)、固定、支撐芯片，增強(qiáng)芯片的導(dǎo)熱散熱性能，另外還能夠連通芯片與印刷電路板，實(shí)現(xiàn)電氣和物理連接、功率分配、信號(hào)分配，以及溝通芯片內(nèi)部與外部電路等功能。

早期芯片封裝通常使用引線框架作為導(dǎo)通芯片與支撐芯片的載體，但是隨著 IC特征尺寸不斷縮小，集成度不斷提高，只有封裝基板能夠?qū)崿F(xiàn)將互聯(lián)區(qū)域由線擴(kuò)展到面，可以縮小封裝體積，因此有逐步提到傳統(tǒng)引線框架成為主流高端封裝材料的趨勢(shì)。

封裝基板圖例（CSP 系列）

封裝基板通?？梢苑譃橛袡C(jī)、無(wú)機(jī)和復(fù)合等三類基板，在不同封裝領(lǐng)域各有優(yōu)缺點(diǎn)。有機(jī)基板介電常數(shù)較低且易加工，適合導(dǎo)熱性能要求不高的高頻信號(hào)傳輸；無(wú)極基板由無(wú)機(jī)陶瓷支撐，耐熱性能好、布線容易且尺寸穩(wěn)定性，但是成本和材料毒性有一定限制；復(fù)合基板則是根據(jù)不同需求特性來(lái)復(fù)合不同有機(jī)、無(wú)機(jī)材料。未來(lái)預(yù)計(jì)有機(jī)和復(fù)合基板將是主流基板材料。

根據(jù) SEMI 和 IC Mtia 數(shù)據(jù)，2016 年全球有機(jī)基板以及陶瓷封裝體合計(jì)市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 104.5 億美元，占到全部封裝材料的 53.3%，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 80 億元，占全部封裝材料的 30%。全球封裝基板龍頭企業(yè)主要是日本的 Ibiden、神鋼和京瓷、韓國(guó)的三星機(jī)電、新泰電子和大德電子、臺(tái)灣地區(qū)的 UMTC、南亞電路、景碩科技等公司。

鍵合絲

半導(dǎo)體用鍵合絲是用來(lái)焊接連接芯片與支架，承擔(dān)著芯片與外界之間關(guān)鍵的電連接功能。鍵合絲的材料已經(jīng)從過(guò)去的單一材料，逐步發(fā)展為金、銀、銅、鋁用相關(guān)復(fù)合材料組成的多品種產(chǎn)品。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域以及需求的不同，可以選擇各種不同的金屬?gòu)?fù)合絲。

鍵合絲的圖例（金鍵合絲）

鍵合絲的焊線圖

根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)顯示，2016 年全球半導(dǎo)體鍵合絲的市場(chǎng)規(guī)模大約 31.9 億美元，其中國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模約 45 億元。全球半導(dǎo)體用鍵合絲的龍頭企業(yè)主要是主要是日本的賀利氏、田中貴金屬和新日鐵等。

引線框架

引線框架作為半導(dǎo)體的芯片載體，是一種借助于鍵合絲實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路引出端與外部電路（PCB）的電氣連接，形成電氣回路的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。引線框架起到了和外部導(dǎo)線連接的橋梁作用，絕大部分的半導(dǎo)體中都需要使用引線框架，是電子信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。引線框架的通常類型有 TO、DIP、SIP、SOP、SSOP、QFP、QFN、SOD、SOT 等，主要用模具沖壓法和蝕刻法進(jìn)行生產(chǎn)。

引線框架圖例（MSOP 系列）

切割材料 。半導(dǎo)體晶圓切割是半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程中重要的工序，在晶圓制造中屬于后道工序，將做好芯片的整片晶圓按照芯片大小切割成單一的芯片井粒，稱為芯片切割和劃分。在封裝流程中，切割是晶圓測(cè)試的前序工作，常見(jiàn)的芯片封裝流程是現(xiàn)將整片晶圓切割為小晶粒在進(jìn)行封裝測(cè)試，而晶圓級(jí)封裝技術(shù)是對(duì)整片晶圓進(jìn)行封裝測(cè)試后再切割得到單個(gè)成品芯片。

目前主流的切割方法分為兩類，一類是用劃片系統(tǒng)進(jìn)行切割，另一種利用激光進(jìn)行切割。其中劃片系統(tǒng)切割主要包括砂漿切割和金剛石材料切割，該技術(shù)起步較早市場(chǎng)份額較大，金剛石鋸片或者金剛石線是此類常見(jiàn)的劃片系統(tǒng)切割工具，但機(jī)械力切口較大，易導(dǎo)致晶圓破碎。激光切割屬于新興無(wú)接觸切割，切割表面光滑平整，適用于不同類型晶圓切割。

半導(dǎo)體晶圓中兩種典型切割方式

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