中國集成電路材料專題系列報告：關(guān)鍵材料實現(xiàn)從無到有，產(chǎn)能增長加快

本文來自微信公眾號“芯師爺”，原標題《我國集成電路材料專題系列報告》

集成電路材料對集成電路制造業(yè)安全可靠發(fā)展以及持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新起到至關(guān)重要的支撐作用。本報告將全面梳理我國集成電路材料產(chǎn)業(yè)細分領(lǐng)域的發(fā)展狀況。

本報告系列文章將分以下幾個部分：

(1)我國集成電路發(fā)展態(tài)勢及我國集成電路產(chǎn)業(yè)總體情況

(2)襯底材料發(fā)展情況;

(3)光刻膠和掩膜版發(fā)展情況;

(4)工藝化學品和電子氣體發(fā)展情況;

(5)拋光材料和靶材發(fā)展情況;

(6)封裝材料發(fā)展情況。

一、我國集成電路發(fā)展態(tài)勢及產(chǎn)業(yè)總體情況

1、 我國集成電路發(fā)展態(tài)勢

集成電路產(chǎn)業(yè)作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導性產(chǎn)業(yè)，是培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、推動信息化和工業(yè)化深度融合的基礎(chǔ)，是保障國家信息安全的重要支撐，其產(chǎn)業(yè)能力決定了各應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展水平，并已成為衡量一個國家產(chǎn)業(yè)競爭力和綜合國力的重要標志之一。2018年兩會的《政府工作報告》論述中，把推動集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展放在實體經(jīng)濟發(fā)展的首位強調(diào)，凸顯出在中國制造大投入、大發(fā)展、大跨越的趨勢下集成電路產(chǎn)業(yè)的重要性和先導性。

長期以來，我國是世界上最大的集成電路消費市場，但是由于核心技術(shù)落后，大部分產(chǎn)品嚴重依賴進口。海關(guān)總署公布的數(shù)據(jù)顯示，從2013年開始，我國集成電路進口額突破2000億美元，已經(jīng)連續(xù)四年遠超原油這一戰(zhàn)略物資的進口額，位列我國進口最大宗商品(圖1)。集成電路貿(mào)易逆差持續(xù)擴大，阻礙我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展;高端核心芯片幾乎全部依賴進口，直接威脅我國國防系統(tǒng)的信息安全和通訊、能源、工業(yè)、汽車、消費電子等支柱產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)安全。圖1 我國集成電路與原油進口金額對比

當前，我國集成電路產(chǎn)業(yè)“軟肋”頻現(xiàn)。以美國為首的歐美國家一直緊防我國自主發(fā)展核心知識產(chǎn)權(quán)，集成電路更是發(fā)達國家制衡我國屢屢得逞的戰(zhàn)略武器：受限于《瓦森納協(xié)議》，從芯片設(shè)計、制造等多個領(lǐng)域，我國都無法借鑒國外的最新科技;2017年，美國發(fā)布報告《確保美國半導體的領(lǐng)導地位》，不僅將發(fā)展半導體上升為國家安全的重要戰(zhàn)略，還將我國明確為威脅對象;

在進出口貿(mào)易中，美國多次發(fā)布針對我國的“301調(diào)查”和“337調(diào)查”報告，不斷更新加征關(guān)稅的自中國進口產(chǎn)品清單，集成電路行業(yè)赫然在列;美國接連對中興、華為、晉華等戰(zhàn)略支柱企業(yè)進行封殺和定點打擊，彰顯其遏制中國5G及相關(guān)集成電路支撐產(chǎn)業(yè)崛起的決心和手段，等等。這些接踵而至且切中要害的強勢打壓，嚴重掣肘我國集成電路的發(fā)展。

圖2 我國12英寸芯片廠分布

近十年來，我國政府通過實施國家科技重大專項01/02專項，頒布國家和地方政策，成立產(chǎn)業(yè)基金等多種方式大力支持集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是從2014年《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》頒布實施以來，各地發(fā)展集成電路熱情高漲，紛紛興建新工廠。據(jù)統(tǒng)計，到2018年底，我國12英寸晶圓廠已投產(chǎn)14條，15條線宣布在建并預計2020年前投產(chǎn)(圖2)，屆時全國12寸晶圓廠產(chǎn)能將超過2500k/月。

目前在建12寸晶圓廠涉及投資額約5013億元;規(guī)劃中的12寸晶圓廠投資高達7812.3億元。各地晶圓廠興建不停，國內(nèi)產(chǎn)能的集中釋放，為集成電路產(chǎn)業(yè)提供了巨大的發(fā)展空間，然而產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)依然薄弱，產(chǎn)業(yè)整體嚴重受制于人，因此，我國集成電路制造業(yè)發(fā)展機遇和風險并存。

2、我國集成電路材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、細分行業(yè)多、技術(shù)門檻高的集成電路材料業(yè)是整個集成電路產(chǎn)業(yè)的先導基礎(chǔ)，其對集成電路制造業(yè)安全可靠發(fā)展以及持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新起到至關(guān)重要的支撐作用，約400億規(guī)模的集成電路材料業(yè)支撐起4000億美元規(guī)模的集成電路產(chǎn)業(yè)以及上萬億規(guī)模的電子應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

材料作為集成電路產(chǎn)業(yè)的“脖子”，一旦受卡，整個制造業(yè)將受到重創(chuàng)，例如2011年日本“311大地震”造成集成電路關(guān)鍵原材料供貨中斷，包括臺積電、聯(lián)電等芯片制造廠，雖然靠著庫存渡過難關(guān)，但在材料恢復全產(chǎn)能供貨之前，營收仍受到不同程度的影響。與此同時，集成電路使用的材料種類層出不窮，材料成分也越發(fā)復雜，集成電路性能的提升越發(fā)依賴材料技術(shù)的底層創(chuàng)新(圖3)。

過去，應(yīng)變硅、高k金屬柵、鈷互聯(lián)材料等越來越多材料領(lǐng)域的創(chuàng)新和應(yīng)用，推動芯片制造沿著摩爾定律持續(xù)前行。據(jù)估算，材料對芯片性能提升的貢獻目前已超過六成?？梢灶A見，未來超越摩爾領(lǐng)域的異質(zhì)集成、3D IC、二維半導體等技術(shù)能否取得突破性進展，將更多依賴于材料的創(chuàng)新。

集成電路材料作為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中細分領(lǐng)域最多的一環(huán)，貫穿集成電路制造的晶圓制造、前道工藝(芯片制造)和后道工藝(封裝)整個過程，按照產(chǎn)業(yè)鏈主要分為襯底材料、工藝材料(包括光刻膠、掩膜版、工藝化學品、電子氣體、拋光材料、靶材)以及封裝材料三大板塊。據(jù)SEMI統(tǒng)計，2017年全球集成電路材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到469億美元，其中襯底材料、工藝材料和封裝材料比例約為1：2：2。從區(qū)域來看，我國大陸自2016年以來已躍居僅次于我國臺灣的第二大材料消費地區(qū)(圖4)，且市場容量高速增長(2017年同比增長12%)，顯示出巨大的市場需求潛能。

圖3 左圖：2015年和1985年集成電路使用的材料元素種類對比;右圖：芯片性能提升的貢獻因素。

圖4 左圖：2017年全球集成電路材料細分市場產(chǎn)品結(jié)構(gòu);右圖：2017年全球集成電路材料市場區(qū)域結(jié)構(gòu)。

在供給側(cè)，盡管我國集成電路材料產(chǎn)業(yè)持續(xù)壯大，但相對我國市場的需求和發(fā)展，材料自給能力還遠遠不夠。近幾年，受國家政策支持以及國內(nèi)市場需求的雙重驅(qū)動，我國集成電路材料發(fā)展到了一個新的高度，關(guān)鍵材料實現(xiàn)從無到有，產(chǎn)業(yè)增長進一步加快，培育了一批富有創(chuàng)新活力，具備一定國際競爭力的骨干企業(yè)。

根據(jù)集成電路材料和零部件產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟(ICMTIA)統(tǒng)計，我國集成電路材料營收十年翻兩番，江豐電子、安集微電子等公司的濺射靶材和拋光液等上百種關(guān)鍵材料通過大生產(chǎn)線認證進入批量銷售，打入國內(nèi)外先進芯片廠供應(yīng)鏈。但是，我國集成電路材料還很弱小，自主可控和參與國際競爭能力遠遠不足(圖5)，主要產(chǎn)品還集中在中低端，高端產(chǎn)品嚴重依賴進口，“卡脖子”問題嚴峻。

根據(jù)工信部對30多家大型企業(yè)130多種關(guān)鍵基礎(chǔ)材料調(diào)研結(jié)果顯示，32%的關(guān)鍵材料在我國仍為空白，52%依賴進口。集成電路材料遭“卡脖子”，嚴重制約我國集成電路產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

圖5 近10年我國集成電路材料市場需求及國產(chǎn)半導體年銷售收入對比

二、襯底材料發(fā)展情況

襯底材料按照演進過程可分為三代：以硅、鍺等元素半導體材料為代表的第一代，奠定微電子產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ);以砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)等化合物材料為代表的第二代，奠定信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ);以及以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)等寬禁帶半導體材料為代表的第三代，支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展(圖6)。

圖6 襯底材料分類

目前硅已經(jīng)成為應(yīng)用最廣的一種半導體材料。從半導體器件產(chǎn)值來看，2017年全球95%以上的半導體器件和99%以上的集成電路采用硅作為襯底材料，而化合物半導體市場占比在5%以內(nèi)。從襯底市場規(guī)?？?，2017年硅襯底年銷售額87億美元，GaAs襯底年銷售額約8億美元，GaN襯底年銷售額約1億美元，SiC襯底年銷售額約3億美元。硅襯底銷售額占比達85%+，其主導和核心地位仍不會動搖。以下重點分析我國硅片、GaAs、InP、GaN以及SiC這幾種重要襯底材料的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化能力。

1、硅襯底

目前主流的硅片尺寸為300mm(12英寸)、200mm(8英寸)以及150mm(6英寸)。其中，12英寸硅片自2009年開始市場份額超過50%，到2015年的份額已經(jīng)達到78%，預計2020年將占硅片市場需求超過84%的份額，是硅片市場的首要產(chǎn)品。

全球硅片市場高度集中。目前硅片的供應(yīng)商主要有日本的信越化學和盛高、臺灣的環(huán)球晶、德國的Siltronic以及韓國的SK Siltron，這五大供應(yīng)商通過產(chǎn)業(yè)整合和并購已經(jīng)占據(jù)了全球94%的市場份額(圖7)。

圖7 全球主要硅片供應(yīng)商市場份額

相比之下，我國硅片生產(chǎn)商分布零散，主要硅片產(chǎn)品集中在6-8英寸，12英寸硅片的研發(fā)和生產(chǎn)處于起步階段。當前，有研半導體、金瑞泓、天津中環(huán)、洛陽麥克斯、合晶/晶盟、中環(huán)環(huán)歐等公司能夠批量供應(yīng)6英寸硅片，滿足國內(nèi)小尺寸硅片市場的需求。隨著我國集成電路正積極邁向8英寸與12英寸制造，各地多項大硅片項目正在啟動中。2017年以來，我國陸續(xù)已有近20個硅片項目公布規(guī)劃，部分項目已開工建設(shè)，少數(shù)項目實現(xiàn)量產(chǎn)。

在8英寸硅片方面，未來我國新增硅片設(shè)計產(chǎn)能將超過350萬片/月(表1)，并且產(chǎn)能正在加速釋放中。其中浙江金瑞泓建成了8英寸硅片的生產(chǎn)線，具備月產(chǎn)12萬片能力;有研半導體8英寸硅片產(chǎn)能提升至每月10萬片，達到0.13μm技術(shù)要求，并獲得海外知名廠商的正片訂單;中環(huán)股份建成了從區(qū)熔設(shè)備制造、單晶制備、硅片加工的完整產(chǎn)業(yè)鏈，具備月產(chǎn)5萬片8英寸IGBT器件用拋光片生產(chǎn)能力;上海新傲、河北普興、南京國盛等具備8英寸外延片批量生產(chǎn)能力。

絕緣體上硅(SOI)作為硅襯底的一個重要分支，在高溫、強輻射等特殊應(yīng)用以及高頻、低功耗等差等異化應(yīng)用中優(yōu)勢明顯。在商用8英寸SOI襯底方面，上海新傲擁有一系列自主知識產(chǎn)權(quán)的8英寸SOI產(chǎn)品，供貨給全球一流芯片制造廠，應(yīng)用于航空航天、射頻通信等領(lǐng)域，相關(guān)產(chǎn)品持續(xù)上量中;沈陽硅基也有一定的SOI襯底制造能力，產(chǎn)品主要應(yīng)用于射頻及MEMS傳感器等。

表1 國內(nèi)8英寸硅片主要供應(yīng)商及投產(chǎn)計劃

在12英寸硅片方面，未來我國新增硅片設(shè)計產(chǎn)能將接近500萬片/月(表2)，但目前僅有上海新昇和有研半導體兩家公司能夠少量生產(chǎn)12英寸硅片，其中上海新昇已研發(fā)出適用于45~28nm工藝節(jié)點的12英寸硅片，實現(xiàn)產(chǎn)能10萬片/月，完成產(chǎn)品認證數(shù)十個;有研半導體建有一條適用于90nm節(jié)點的12英寸硅片生產(chǎn)中試線，月產(chǎn)能1萬片;除此之外，其他大硅片項目仍處于規(guī)劃建廠或產(chǎn)品研發(fā)的早期階段。

分析可知，我國8英寸硅片已經(jīng)開始進入放量階段，預計2年內(nèi)將對全球8英寸硅片供應(yīng)端產(chǎn)能影響。相較于8英寸國產(chǎn)硅片的量產(chǎn)進度，12英寸國產(chǎn)硅片遠未進入產(chǎn)能釋放階段，與龐大的需求相比供應(yīng)量遠遠不足。初步估計，到2020年我國大陸芯片制造能力有望達到全球的30%，屆時我國大陸12英寸硅片產(chǎn)能與芯片代工產(chǎn)能嚴重失配。

除了供需缺口之外，我國12英寸硅片產(chǎn)品的質(zhì)量也有待提升。國內(nèi)現(xiàn)有硅片產(chǎn)品僅能支持28nm節(jié)點及以上工藝，無法滿足14nm以下更先進制造工藝的需求，較世界先進水平尚存在至少2代差距。另外，由于研發(fā)技術(shù)難度大以及國外的技術(shù)封鎖，我國尚不具備12英寸SOI襯底的生產(chǎn)能力。因此，短期內(nèi)我國12英寸硅襯底嚴重依賴進口的狀況不會改變。此外，我國尚無一家公司能夠批量供應(yīng)射頻微波用大尺寸高阻硅(HR-Si)襯底。

表2 國內(nèi)12英寸硅片主要供應(yīng)商及投產(chǎn)計劃

表3 國內(nèi)電子級多晶硅主要供應(yīng)商及投產(chǎn)計劃

2、GaAs襯底

半絕緣高阻GaAs(ρ>107Ω-cm)拋光片和外延片襯底具備高功率和高線性度的特性，在射頻應(yīng)用領(lǐng)域占有一定的市場份額。目前4-6英寸GaAs襯底市場主要掌握在美日歐廠商手中。在GaAs拋光片供應(yīng)方面，日本住友電工、德國弗萊貝格化合物材料、AXT三家公司占據(jù)約95%市場份額。

GaAs外延片市場經(jīng)歷了多次整合，如今產(chǎn)生了英國IQE、臺灣全新光電(VPEC)、日本住友化學、美國英特磊四大領(lǐng)導廠商，銷售的6英寸半絕緣GaAs產(chǎn)品的電阻率從107Ω-cm覆蓋到108Ω-cm，具有較高的晶體軸向和徑向電阻率均勻性，拋光片的加工幾何參數(shù)如翹曲等很小，拋光片表面質(zhì)量狀態(tài)優(yōu)良。

目前國內(nèi)的GaAs襯底產(chǎn)品以LED用低阻GaAs拋光片為主，射頻用半絕緣襯底由于研究基礎(chǔ)較薄弱還未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，高質(zhì)量4-6英寸半絕緣體GaAs基本依賴進口。我國從事GaAs單晶研發(fā)與小規(guī)模生產(chǎn)的公司主要有：大慶佳昌、中科晶電、云南鑫耀、廊坊國瑞、天津晶明、新鄉(xiāng)神州、揚州中顯、中科嫁英、海威華芯、有研新材等公司，其中中科晶電和天津晶明具備4英寸GaAs襯底的生產(chǎn)能力，正在研發(fā)6英寸半絕緣拋光片;新鄉(xiāng)神舟近期開始進行VGF法生長半絕緣GaAs單晶工藝研究，目前市場定位還不是很明確，主要以承擔軍工科研任務(wù)為主。

整體上，我國GaAs材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但由于加工經(jīng)驗和設(shè)備的限制，生產(chǎn)的產(chǎn)品性能指標與國外領(lǐng)先水平還有一定的差距(表4)，表現(xiàn)在：單晶位錯密度高，電阻率均一性差，批次間重復性低等。我國射頻芯片廠用低位錯密度的高質(zhì)量大尺寸GaAs襯底需要進口。

表4 國內(nèi)某公司半絕緣GaAs與國際先進水平的對比

3、InP襯底

InP襯底是數(shù)據(jù)通信收發(fā)器不可或缺的材料。Yole預測，5G技術(shù)的深入發(fā)展將帶動InP拋光片和外延片市場由2018年的7700萬美元，增長到2024年的1.72億美元，復合年增長率達14%。目前InP襯底的主流尺寸是2-6英寸，且市場集中度較高，超過80%的襯底市場份額由日本住友電工和美國AXT兩家公司占有。

由于InP晶體生長設(shè)備和技術(shù)門檻極高，國內(nèi)只有少數(shù)廠家和科研單位可以制造InP單晶生長設(shè)備和生長InP襯底。中國電科13所最早設(shè)計了國產(chǎn)InP高壓單晶爐并制備了我國第一根InP單晶，其余的生產(chǎn)企業(yè)還包括鼎泰芯源、北京世紀金光、云南鍺業(yè)、廣東天鼎思科新材料、廣東先導半導體材料、深圳泛美、南京金美鎵業(yè)等。其中珠海鼎泰芯源通過與中科院半導體所的團隊進行聯(lián)合攻關(guān)，已掌握了2-6英寸襯底的生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品產(chǎn)能為10萬片/年(折合2英寸)。

比較來看，我國InP材料行業(yè)雖然在材料合成、晶體生長、材料熱處理和材料特性等方面取得進步，也掌握了2-6英寸襯底片的技術(shù)，但國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模仍然較小，大尺寸InP生產(chǎn)能力不足，市場主要掌握在外資企業(yè)中。

4、GaN襯底

由于GaN體單晶的生長需要高溫、高壓等極端的物理條件，因此不能用傳統(tǒng)晶體生長方法直接合成，很長時間里，GaN單晶薄膜都是在異質(zhì)基底上外延得到的。起先，藍寶石是最常用的GaN異質(zhì)外延基底，但是由于其晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)與GaN 有顯著的差別，得到的外延襯底片僅適用于制備低端LED器件。SiC具有晶格失配小、導熱性能好等特點(表5)，非常適合高質(zhì)量GaN外延材料的生長，是制作高頻、大功率GaN HEMT器件的主要基底材料。

相較于SiC基GaN材料，Si基GaN襯底材料在低成本和大尺寸制備方面頗具優(yōu)勢，同時可與Si工藝兼容從而實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。因此，在低成本、高產(chǎn)能需求的通信領(lǐng)域和消費類電子領(lǐng)域，Si基GaN材料是近年來商業(yè)化最快的GaN外延片。隨著市場對高功率、高頻器件需求的增大以及HVPE生長技術(shù)的不斷成熟，越來越多的GaN基器件也開始采用先進的GaN同質(zhì)外延材料，但GaN體單晶的成本一直居高不下。

此外，晶圓鍵合是用于制備GaN異質(zhì)襯底的另一種新興技術(shù)。目前GaN-on-Si和GaN-on-SiC材料能夠滿足集成電路應(yīng)用需求，而其他襯底預計在2020年涉足射頻和功率應(yīng)用領(lǐng)域(圖8)。

表5 不同基底上GaN單晶材料的特性

目前GaN體單晶市場重度集中。住友電工、日立電線、古河機械金屬和三菱化學等日本公司已可以批量出售2-3英寸GaN體單晶材料，占據(jù)了超過85%的全球市場，并具備4英寸體單晶的小批量供應(yīng)能力。其它廠商仍處于小規(guī)模量產(chǎn)或研發(fā)階段，代表性公司有Aixtron、Kyma、牛津儀器等。

在外延片方面，美國科銳、雷聲、道康寧，英國IQE，日本羅姆以及比利時的EpiGan(近期被Soitec收購)等多家公司可以供應(yīng)3-4英寸GaN-on-SiC外延片，部分公司開始量產(chǎn)6英寸外延片。4-8英寸GaN-on-Si襯底也已經(jīng)實現(xiàn)商用化，知名供應(yīng)商包括日本的NTT-AT、比利時的EpiGan等，美國IR、英國IQE、日本Dowa、德國Azzurro、法國ST等公司也正在開發(fā)8英寸GaN-on-Si外延技術(shù)。

另外，法國Soitec在GaN鍵合片研發(fā)方面獨樹一幟，基于智能剝離技術(shù)開發(fā)的6英寸GaN-on-Si鍵合片已進入試生產(chǎn)階段。

圖8 GaN材料發(fā)展趨勢

與此同時，我國GaN材料制備技術(shù)也不斷取得突破。GaN體單晶材料方面，蘇州納維、東莞中鎵以及廈門中芯晶研具備2-4英寸產(chǎn)品批量化生產(chǎn)能力，并積極向6英寸拓展。在GaN外延片方面，我國遍地開花，競相重點布局GaN-on-Si外延片制造，其中長三角地區(qū)聚集了眾多技術(shù)領(lǐng)先的GaN外延片生產(chǎn)商，研發(fā)能力全國最強，產(chǎn)業(yè)鏈最完備(表6)。整體上，我國已經(jīng)具備了一定的GaN材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力，但產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)能仍需不斷加強。

表6 國內(nèi)GaN外延片生產(chǎn)廠商、產(chǎn)品規(guī)格及產(chǎn)能

5、SiC襯底

SiC襯底在電力電子和微波射頻領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此成為半導體技術(shù)研究前沿和產(chǎn)業(yè)競爭焦點，目前已基本形成了美國、歐洲、日本三足鼎立的局面。國際上實現(xiàn)SiC單晶和外延片商業(yè)化的公司主要有美國的科銳、Bandgap、Dow Dcorning、II-VI、Instrinsic，日本的Rohm、NSC、Nippon、Sixon、Bridegestone、昭和電工、Denso，芬蘭Okmetic，德國Sicrystal、英飛凌，比利時EpiGaN等。其中，科銳是全球最大的SiC單晶供應(yīng)商，占全球市場的85%以上，Sicrystal公司是歐洲地區(qū)的主要供應(yīng)商。從產(chǎn)品來看，國際主流SiC襯底材料產(chǎn)品已經(jīng)向6英寸過渡，8英寸襯底樣品已經(jīng)面市。

我國SiC生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)研發(fā)能力處于與世界先進水平并行的地位，國內(nèi)開始批量生產(chǎn)4英寸導電和半絕緣襯底，并開發(fā)出6英寸樣品(表7)，但產(chǎn)品批量生產(chǎn)能力較弱，產(chǎn)品的微管缺陷密度與位錯缺陷密度等關(guān)鍵技術(shù)指標與國際水平存在一定差距，主要以國內(nèi)市場為主。

表7 國內(nèi)SiC襯底生產(chǎn)廠商、產(chǎn)品規(guī)格及產(chǎn)能

6、其他襯底材料

以5G芯片及其集成技術(shù)為代表的新興差異化應(yīng)用的發(fā)展需要多種核心襯底材料的支撐。除了硅片、化合物半導體以外，SiGe、硅基壓電材料(POI、AlN及其化合物等)也是5G所需的核心關(guān)鍵材料。我國在這些高質(zhì)量特殊襯底材料制備方面基礎(chǔ)薄弱，相關(guān)產(chǎn)品尚處于實驗室或中試階段。

三、光刻膠和掩膜版發(fā)展情況

1、光刻膠

光刻膠是微細圖形加工關(guān)鍵材料之一，由成膜樹脂、感光組分、微量添加劑(染料、增粘劑等)和溶劑等成分組成的對光敏感的混合液體，具有純度高、生產(chǎn)工藝復雜、生產(chǎn)及檢測等設(shè)備投資大、技術(shù)積累期長等特征，屬于資本技術(shù)雙密集型產(chǎn)業(yè)。

目前，全球芯片工藝水平已跨入微納米級別，光刻膠的波長由紫外寬譜(300-450nm)逐步至G線(436nm)、I線(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)，以及最先進的EUV(<13.5nm)水平(表8)。從全球光刻膠分類市場份額占比來看，高端光刻膠占據(jù)最大的市場份額，其中G/I線光刻膠占比為24%，KrF光刻膠占比為22%，ArF光刻膠占比為41%。

表8 光刻膠種類、應(yīng)用領(lǐng)域及特性

全球光刻膠市場基本被日本JSR、東京應(yīng)化、住友化學、信越化學,美國羅門哈斯等幾家大型企業(yè)所壟斷，市場集中度非常高。國內(nèi)芯片制造廠向28nm以下更小節(jié)點不斷發(fā)展，先進工藝對高端光刻膠的需求不斷增大。但高端光刻膠因技術(shù)受卡，始終依賴進口，國產(chǎn)化率低(表9)。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)，適用于6英寸硅片的G/I線光刻膠的自給率分別約為60%和20%，適用于8英寸硅片的KrF光刻膠的自給率僅有1%，而適用于12寸硅片的ArF光刻膠完全依靠進口。

表9 光刻膠企業(yè)材料量產(chǎn)和研發(fā)情況

目前我國有北京科華、蘇州瑞紅、濰坊星泰克、上海飛凱光電材料、容大感光、廣信材料、東方材料、永太科技等超過10家光刻膠企業(yè)，但產(chǎn)品能夠批量進入集成電路的只有三家，分別是北京科華(南大光電持股31.39%)、蘇州瑞紅(晶瑞股份100%控股)和濰坊星泰克。

北京科華主要產(chǎn)品為紫外負性光刻膠及配套試劑，lift-off負膠，紫外正性光刻膠(G線、I線)及配套試劑，248nm光刻膠。北京科華的I線光刻膠已全面進入國內(nèi)主要的6英寸及以下芯片廠，并在部分8英寸芯片廠實現(xiàn)小批量應(yīng)用。同時，北京科華進一步研發(fā)ArF光刻膠，2017年研發(fā)生產(chǎn)的ArF干法光刻膠中試產(chǎn)品已完成在國內(nèi)一流芯片制造廠的測試;蘇州瑞紅主要產(chǎn)品為紫外負性光刻膠及配套試劑、G線光刻膠及配套試劑等。蘇州瑞紅承擔的國家02專項項目I線光刻膠產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)項目正在進展當中;濰坊星泰克主要產(chǎn)品包括G線光刻膠、Lift-off負膠。

從國內(nèi)市場來看，目前主流的四種中高端光刻膠中，G/I線光刻膠已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn);KrF光刻膠正逐步通過芯片廠認證并開始小批量生產(chǎn);ArF光刻膠樂觀預計在2020年能有效突破并完成認證;最新的EUV和電子束光刻膠方面，現(xiàn)在國內(nèi)還不具備條件也沒有這方面研發(fā)能力，量產(chǎn)更是遙遙無期。

另外，我國光刻膠的發(fā)展面臨高純光刻膠原材料的國產(chǎn)化問題。除了強力新材、河南翰亞微電子江蘇天音化工等少數(shù)企業(yè)能夠少量供應(yīng)部分光刻膠原材料以外，高端光刻膠所需的樹脂主體材料、光敏劑、抗反射涂層(ARC)等基本依賴進口。

2、掩膜版

掩膜版(表10)在集成電路行業(yè)中的作用就像照相行業(yè)中的膠卷底片，行業(yè)地位特殊，其質(zhì)量很大程度上決定了集成電路最終產(chǎn)品的質(zhì)量。對于芯片制造，掩膜版的設(shè)計和制造需要與集成電路工藝緊密銜接，因此，芯片制造廠一般都有配套的專業(yè)掩膜版工廠，先進的掩膜版技術(shù)也因此掌握在先進芯片制造廠商手中。

目前，英特爾、三星、臺積電、Globalfoundries等全球最先進的芯片制造廠所用的掩膜版大部分由自己的專業(yè)工廠生產(chǎn)，外購量較少。據(jù)統(tǒng)計，芯片大廠附屬掩膜版廠的掩膜版收入占整體掩膜版市場收入的六成。對于非先進制程，特別是一些60nm及90nm以上制程產(chǎn)品，掩膜版外包的趨勢非常明顯，獨立掩膜版制造廠的市場比較高。目前全球獨立的掩膜版廠商包括美國Photronic、日本DNP 、日本Toppan、臺灣光罩以及SK-Electronics等，前三家公司占據(jù)80%以上的市場份額。

我國掩膜版生產(chǎn)公司以外資為主，美國Photronics和日本Toppan都在上海建有大規(guī)模生產(chǎn)基地，占據(jù)了我國高檔光掩膜版市場。我國本土的掩膜版廠主營生產(chǎn)低端產(chǎn)品，按經(jīng)營模式可分為3類：第一類是科研院所，包括中科院微電子中心，中國電科13所、24所、47所、55所等;第二類是獨立的掩膜版制造廠商，主要有無錫迪思微電子和無錫中微，技術(shù)水平分別為0.8μm-0.13μm和0.25μm;第三類是芯片廠配套的掩膜廠，以中芯國際掩膜廠為代表，技術(shù)水平為0.25μm-0.18μm。整體而言，國內(nèi)企業(yè)掩膜版加工能力有限，高端掩膜版技術(shù)與國外先進水平差距較大。

表10 常用掩膜版類型及特性

掩膜版的主要原材料為掩膜基板、掩膜保護膜(Pellicle透明保護膜等)等?；逋ǔＪ歉呒兌?、低反射率、低熱膨脹系數(shù)的石英玻璃，其成本占到掩膜版原材料采購成本的90%左右，是制造掩膜版的核心材料。我國尚不具備生產(chǎn)高檔高純石英掩膜基板的生產(chǎn)能力。掩膜保護膜可以增加芯片生產(chǎn)的良率并且減少掩膜版清潔次數(shù)和磨損，是降低光刻工藝成本的關(guān)鍵材料，該種保護膜生產(chǎn)技術(shù)被美國、日本壟斷。我國迄今僅有芯恩報道了在掩膜基板和掩膜保護膜相關(guān)領(lǐng)域的探索性布局。

四、工藝化學品和電子氣體發(fā)展情況

1、工藝化學品

高純工藝化學品主要包括無機酸類、無機堿類、有機溶劑類等通用化學品以及配方型化學品(表11)，通常用于芯片生產(chǎn)中的清洗、光刻、刻蝕、顯影、互聯(lián)等工藝，是集成電路制造用關(guān)鍵材料。

表11 通用和配方型工藝化學品類別

集成電路行業(yè)對高純化學試劑的微量金屬雜志含量、顆粒粒徑和數(shù)量、陰離子雜志含量等方面有嚴格要求。根據(jù)SEMI標準，應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域的高純化學品集中在SEMI G3、G4水平，且集成電路線寬越窄，所需的高純化學試劑的標準越高，純度和潔凈度的要求也就越高(表12)。常用的高純化學試劑已經(jīng)超過30種，多用于清洗、刻蝕等工藝。

表12 高純化學試劑SEMI國際標準等級

配方型化學品是指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復配類化學品，主要包括清洗腐蝕試劑和光刻膠配套試劑等。清洗腐蝕試劑主要用于集成電路制造過程中的濕法清洗和刻蝕工藝。清洗腐蝕試劑的主要特點是技術(shù)含量高、工藝配套性強。

同時，由于集成電路制造工藝的不同或技術(shù)節(jié)點的不同，對其質(zhì)量和性能的要求也不盡相同，表13列出了集成電路制造工藝中常用的清洗腐蝕試劑。光刻膠配套試劑是指在集成電路制造中與光刻膠配套使用的試劑，主要包括有機溶劑、稀釋劑、顯影液、漂洗液、剝離液、去邊液等(表14)。大部分光刻膠配套試劑的組分是有機溶劑和微量添加劑，溶劑和添加劑都是具有低金屬離子及顆粒含量的高純試劑。

由于多數(shù)配方型化學品是混合物，它的理化指標很難通過普通儀器定量檢測，只能通過應(yīng)用手段來評價其有效性，因此產(chǎn)品應(yīng)用測試周期較長。

表13 常用的清洗刻蝕試劑

表14 光刻膠配套試劑及用途

全球工藝化學品主要生產(chǎn)企業(yè)有德國巴斯夫，美國亞什蘭化學、Arch化學，日本關(guān)東化學、三菱化學、京都化工、住友化學，臺灣鑫林科技，韓國東友精細化工等，上述公司占全球市場份額的85%以上。

國內(nèi)生產(chǎn)超凈高純試劑的企業(yè)中產(chǎn)品達到國際標準且具有一定生產(chǎn)量的企業(yè)有30多家，技術(shù)水平主要集中在G2級(國產(chǎn)化率80%)以下，8英寸(G3)及12英寸(G4)需求的高純化學品基本靠進品，國產(chǎn)化率約為10%，僅有少數(shù)部分技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)的部分產(chǎn)品達到了國際SEMI G4標準。

國內(nèi)生產(chǎn)工藝化學品的企業(yè)主要有晶瑞股份、江陰江化微、江陰潤瑪電子、江陰化學試劑、蘇州晶瑞化學、浙江凱圣(巨化股份)、上海新陽、湖北興發(fā)、達諾爾等(表15)。

其中晶瑞股份的超純氫氟酸、鹽酸、硝酸和氨水純度等級已達到SEMI G3、G4等級，雙氧水產(chǎn)品品質(zhì)達到10ppt(相當于SEMI G5等級)，目前已在華虹宏力進行上線評估;江化微硝酸、氫氟酸、氨水等細分產(chǎn)品都達到了G4、G5的行業(yè)水平，G3等級的硫酸、過氧化氫、異丙醇、低張力二氧化硅蝕刻液、鈦蝕刻液進入國內(nèi)6英寸晶圓、8英寸先進封裝凸塊芯片生產(chǎn)線，部分光刻膠配套試劑產(chǎn)品進入中芯國際、士蘭微等供應(yīng)鏈;浙江凱盛生產(chǎn)的電子級硝酸進入國內(nèi)12英寸芯片工藝制程供應(yīng)鏈;上海新陽已成為先進封裝和傳統(tǒng)封裝行業(yè)所需電鍍與清洗化學品的主流供應(yīng)商，其超純電鍍硫酸銅電鍍液已成功進入中芯國際、海力士的28nm大馬士革工藝制程，成為Baseline產(chǎn)品，進入工業(yè)化量產(chǎn)階段。

表15 國內(nèi)工藝化學品企業(yè)及代表產(chǎn)品

2、電子氣體

在集成電路制造業(yè)中，氣體的使用非常廣泛，約占全部生產(chǎn)材料的三分之一。氣體的純度和潔凈度直接影響到電子元器件的質(zhì)量、集成度、特定技術(shù)指標和成品率，并從根本上制約著電路和器件的精確性和準確性。

目前，大部分高純氣體的純度達到99.99%(4N)以上，部分氣體純度應(yīng)達到5N以上。在集成電路工業(yè)中應(yīng)用的有110余種氣體，其中常用的有超過30種，按其本身化學成分可分為硅系、砷系、磷系、硼系、金屬氫化物、鹵化物和金屬烴化物七類，按在集成電路中不同應(yīng)用途徑可分為摻雜氣體、外延氣體、摻雜氣體、刻蝕用氣體、化學氣相沉積氣和載氣等(表16)。

表16 集成電路中常用的氣體(綠色字體代表已實現(xiàn)國產(chǎn)化)

電子氣體從生產(chǎn)到分離提純以及運輸供應(yīng)階段都存在較高的技術(shù)壁壘，市場準入條件高，全球市場主要被幾家跨國巨頭壟斷。包括美國空氣化工、普萊克斯、德國林德集團、法國液化空氣、日本大陽日酸株式會社等公司占據(jù)了全球電子氣體90%以上的市場份額。國內(nèi)電子氣體企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)與國外存在較大差距，電子氣體市場仍被外企主導。截止2016年年底，美國化工、普萊克斯、日本昭和電工、英國BOC公司、法國液化公司、日本酸素等六家公司合計占據(jù)了我國電子氣體85%的市場份額，國內(nèi)企業(yè)主要集中在中低端市場。

國內(nèi)從事高純電子氣體生產(chǎn)的主要企業(yè)有中船重工七18所、中昊光明化工研究設(shè)計院、蘇州金宏氣體、大連保稅區(qū)科利德化工科技、佛山市華特氣體、江蘇南大光電、黎明化工研究設(shè)計院、綠菱電子材料(天津)、廣東華特氣體、北京華宇同方化工科技、杭州同益氣體研究所、湖北晶星科技、江蘇雅克科技、南京亞格泰新能源材料、上海正帆科技等十幾家企業(yè)。其中中船重工的NF3、WF6進入國內(nèi)主流12英寸芯片制造廠商生產(chǎn)線，雅克科技產(chǎn)品中CF4進入臺積電12英寸28nm晶圓加工生產(chǎn)線，南大光電所售高純磷烷、砷烷產(chǎn)品以及三甲基鎵、三甲基銦、三乙基鎵、三甲基鋁等MO源產(chǎn)品純度達到6N級別。

雖然我國電子氣體已經(jīng)擺脫完全依賴進口的狀態(tài)，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)基本具備了生產(chǎn)部分高純電子氣體的能力，但是由于本土電子氣體的生產(chǎn)和供應(yīng)商規(guī)模較小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，國內(nèi)電子產(chǎn)品的包裝、儲運未能和現(xiàn)代電子工業(yè)的要求接軌等原因，導致目前大部分電子氣體還不能全面進入集成電路領(lǐng)域(表16)。

五、拋光材料和靶材發(fā)展情況

1、拋光材料

CMP拋光材料是集成電路制造中的關(guān)鍵耗材，主要包括拋光液、拋光墊和修整盤等，其中拋光墊與拋光液占80%以上。隨著集成電路工藝技術(shù)節(jié)點尺寸的不斷縮小，互聯(lián)層數(shù)的不斷增加和新材料新工藝的應(yīng)用，CMP在芯片工藝制程中的使用次數(shù)和重要性不斷增加(圖9)，所拋光的材料有多種金屬(包括Co、Al、W、Cu、Ta等)和非金屬(包括SiO2、Si3N4、襯底材料等)，技術(shù)節(jié)點降低同時對CMP提出了更高的要求，在拋光缺陷、表面污染物的尺寸和數(shù)量、拋光性能的穩(wěn)定性、拋光工藝可控性、拋光均一性、電性能和可靠性等方面提出了更為苛刻的要求。

拋光液是決定CMP工藝性能最終良率最為關(guān)鍵的材料，約占整個CMP材料市場的49%。拋光液主要由納米級的研磨顆粒、不同化學劑和去離子水組成。針對具體工藝和被拋光材料的要求，不同種類的研磨顆粒(如二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈰等)和多種化學試劑(如金屬絡(luò)合劑、表面抑制劑、氧化還原劑、分散劑以及其他助劑等)被使用在CMP拋光液的配方中。

根據(jù)其應(yīng)用，拋光液可以使用在集成電路芯片制造前/后道的各個工序中，如FinFET柵極、淺溝道隔離、鎢栓塞、銅互聯(lián)等。另外，拋光液還應(yīng)用在先進封裝中的硅通孔工藝中，所需要的拋光液也因工藝和材料要求的不同而不同。集成電路用拋光液市場主要被美日歐企業(yè)壟斷，主要企業(yè)有美國的 Cabot、Nalco、Rodel、DuPont、Grace，荷蘭的Akzol Nobel，德國的Bayer和Wacker，日本的 Fujimi、Fujifilm、Nissan Chemical、Fuso等，占據(jù)全球90%以上的市場份額。

圖9 不同技術(shù)節(jié)點CMP工藝處理的材料

國內(nèi)從事CMP拋光液研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)有安集微電子、上海新安納電子、北京國瑞升科技等。其中安集微生產(chǎn)的銅/銅阻擋層拋光液、二氧化硅拋光液、TSV拋光液、硅拋光液、銅拋光后清洗液等產(chǎn)品已成功進入國內(nèi)外8英寸和12英寸客戶芯片生產(chǎn)線使用，銅/銅阻擋層拋光液產(chǎn)品已經(jīng)進入國內(nèi)外領(lǐng)先技術(shù)節(jié)點，產(chǎn)品涵蓋130nm~28nm技術(shù)節(jié)點;上海新安納電子級二氧化硅納米磨料成功應(yīng)用于集成電路拋光液，是目前國內(nèi)唯一的供應(yīng)商，研發(fā)出的硅片粗拋拋光液獲得中國新材料首批次應(yīng)用的支持，成功應(yīng)用在8英寸和12英寸硅片拋光上。另外，上海新安納在存儲器拋光液等產(chǎn)品開發(fā)方面取得較好進展。

雖然我國在拋光液領(lǐng)域取得了點的突破，但是整體上我國拋光液的國產(chǎn)化率約為5%，主要為銅及其阻擋層拋光液、TSV拋光液和硅的粗拋液，其它的CMP工藝拋光液(硅片精拋液、化合物半導體拋光液，14nm以下FinFET工藝拋光液，鈷、銣等新金屬互聯(lián)材料的拋光，STI拋光液等)及其拋光磨料還是依賴進口。

CPM工藝中的另一個重要工藝耗材為拋光墊，約占整個CMP材料市場的33%。拋光墊的主要功能是提供機械摩擦和承載拋光液，是影響CMP拋光工藝參數(shù)(如拋光速率、均勻度、平整度、缺陷率)的關(guān)鍵因素之一。拋光墊主要以聚亞氨脂為原材料，通過特殊的發(fā)泡和成型工藝制作而成。根據(jù)不同CMP工藝的需求，需要對拋光墊的材料配方和工藝進行調(diào)整，從而獲得不同的拋光墊硬度、發(fā)泡尺寸、可伸縮性以及表面溝槽的圖形和深度。

目前，國際上拋光墊市場由陶氏化學一家獨大，占整個市場份額的80%，嘉柏微電子次之，約占10%的市場份額。CMP修整盤也是CMP工藝材料中的關(guān)鍵組成部分，其作用是將金剛石顆粒鑲嵌在金屬胎體上，在拋光過程中對拋光墊進行修正，以保證拋光工藝的穩(wěn)定性和重復性。美國的3M、韓國的Saesol、我國臺灣的中砂等公司都占有一定的CMP修整盤市場份額。

國內(nèi)方面，近年來成長起來的成都時代立夫在CMP拋光墊產(chǎn)品開發(fā)方面取得較好進展，部分產(chǎn)品在8英寸和12英寸CMP工藝中正在進行應(yīng)用評估;湖北鼎龍控股開發(fā)的銅拋光墊、氧化物拋光墊和鎢拋光墊也開始認證;此外，寧波江豐電子和蘇州觀勝半導體也開始上馬新型局拋光墊項目。深圳嵩洋微電子正在開發(fā)金剛石修整盤;寧波江豐電子的金剛石修整盤和保持環(huán)已進入評價驗證階段。就拋光墊修整盤整體而言，我國本土企業(yè)仍處于嘗試突破階段，高端產(chǎn)品依然空白。

2、靶材

高純?yōu)R射靶材(包括蒸發(fā)材料)作為集成電路芯片制造過程中重要的配套材料之一，主要用于金屬化工藝中互連線、阻擋層、通孔、背面金屬化層等薄膜的制備。使用的靶材原材料主要有超高純鋁及其合金、銅、鈦、鉭、鎢、鎢鈦合金以及鎳及合金、鈷、金、銀、鉑及合金等(表17)。

全球靶材制造行業(yè)呈現(xiàn)寡頭壟斷格局，少數(shù)日美化工與制造集團主導了全球靶材制造行業(yè)，其中霍尼韋爾、日礦金屬、東曹、普萊克斯、住友化學、愛發(fā)科等跨國集團占據(jù)主導地位。

在國內(nèi)，靶材是集成電路材料領(lǐng)域最先打破國外壟斷的產(chǎn)品。目前我國靶材行業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，隨著國內(nèi)靶材企業(yè)的不斷技術(shù)創(chuàng)新，出現(xiàn)了具備和日美跨國集團競爭的本土靶材企業(yè)。

國內(nèi)靶材行業(yè)龍頭包括寧波江豐電子、有研新材子公司有研億金新材等。在邏輯芯片用靶材方面，國內(nèi)最大的靶材生產(chǎn)商江豐電子生產(chǎn)的8-12英寸鋁、鈦、銅、鉭靶材已批量進入國際主流芯片廠，公司產(chǎn)品70%以上銷往以臺積電等為代表的280多家海外芯片制造工廠，并在國際領(lǐng)先的7nm技術(shù)得到量產(chǎn)應(yīng)用;在封裝用靶材方面，有研億金新材8英寸靶材也開始進入市場，公司正在建設(shè)12英寸系列靶材生線，在稀貴金屬靶材研究與生產(chǎn)方面具備優(yōu)勢。

表17 常用靶材類別及其純度和用途

整體上，我國高純靶材生產(chǎn)技術(shù)已躋身國際第一梯隊，以江豐電子為代表的國內(nèi)靶材廠商目前掌握了鈦靶、鋁靶、銅靶等靶材從提純到最終靶材成型的整套工藝，但7nm先進工藝用高端鈷靶以及存儲芯片用鎢靶始終被韓國、美國等跨國公司壟斷，國內(nèi)供應(yīng)商還在需求突破。

六、封裝材料發(fā)展情況

封裝材料主要包括封裝基板、引線框架、鍵合絲、塑封料、黏結(jié)材料、底部填充料、液體密封劑、貼片材料、焊球、晶圓級封裝電介質(zhì)等。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2017年全球封裝材料市場為191億美金，其中封裝基板、引線框架、鍵合絲、塑封料四大主要材料的占比分別為32.46%、16.75%、16.23%和6.81%(圖10)。以下對這四類材料作重點分析。

圖10 2017年全球封裝材料市場

1、封裝基板

封裝基板作為芯片與外界電路連接的接口，主要起承載保護芯片與連接上層芯片和下層電路板作用(表18)，已經(jīng)成為封裝材料細分領(lǐng)域銷售占比最大的原材料，占封裝材料比重超過50%。從材料上分類，封裝基板可以分為有機基板、陶瓷基板、金屬基板以及應(yīng)用于三維集成的硅/玻璃基板等。其中有機基板由于具有節(jié)點常熟低、質(zhì)量密度低、加工工藝簡單、生產(chǎn)效率高和成本低等優(yōu)點，是目前封裝基板的主流產(chǎn)品。根據(jù)統(tǒng)計，有機封裝基板的產(chǎn)值約占整個集成電路封裝基板總產(chǎn)值的80%以上，其中又以剛性基板為主。

全球封裝基板的主要生產(chǎn)廠商集中在我國臺灣、韓國和日本三地，其市場占有率在90%以上。國內(nèi)封裝基板生產(chǎn)企業(yè)雖然仍與先進水平存在差距，但已經(jīng)具備了基板加工工藝能力，并正在向領(lǐng)先技術(shù)靠近。目前國內(nèi)主流基板廠有深南電路、珠海越亞、興森科技和丹邦科技等。

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，深南電路和興森科技均是在擁有較大規(guī)模的PCB業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上開始發(fā)展封裝基板業(yè)務(wù)，而珠海越亞和丹邦科技則是專注于發(fā)展的剛性有機無芯封裝基板和COF柔性封裝基板等高端基板業(yè)務(wù)。經(jīng)過不斷研發(fā)和技術(shù)積累，我國封裝基板企業(yè)成功實現(xiàn)部分封裝基板自產(chǎn)。其中深南電路在 FC、BGA、CSP 等高端基板領(lǐng)域已比較成熟，MEMS統(tǒng)封裝基板全球占市率超過30%;珠海越亞的射頻芯片封裝基板全球市場容量達25%，細分領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平。

同時，珠海越亞生產(chǎn)的無芯封裝基板已經(jīng)成功通安華高科等行業(yè)巨頭的認證并已向其供貨多年;此外，丹邦科技目前已成為全球極少數(shù)掌握COF基板關(guān)鍵原材料FCCL自產(chǎn)技術(shù)的基板廠商，并且正積極研發(fā)原材料PI膜。

表18 主要封裝基板材料及用途

現(xiàn)階段，國內(nèi)基板企業(yè)不斷積極開發(fā)新工藝、新技術(shù)，努力縮小于國外廠商的差距，但國內(nèi)基板企業(yè)從技術(shù)、成本等等方面均缺乏競爭優(yōu)勢，部分高端封裝基板先進工藝技術(shù)完全被日韓等企業(yè)壟斷的局面仍然存在，而且原材料也受制于海外企業(yè)。

2、引線框架

引線框架作為集成電路的芯片載體，是一種借助于鍵合材料(金絲、鋁絲、銅絲)實現(xiàn)芯片內(nèi)部電路引出端與外引線的電氣連接，形成電氣回路的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，它起到了和外部導線連接的橋梁作用。理想的引線框架材料必須滿足以下特性：導熱、導電性能好;有足夠的強度、剛度和成型性;較低的熱膨脹系數(shù)、良好的匹配性、釬焊性、耐腐蝕性、耐熱性和耐氧化性;平整度好，殘余應(yīng)力小，加工后不成形;易沖裁加工。常用的引線框架材料有兩類，即銅基引線框架材料和鐵基引線框架材料(表19)。

表19 常用引線框架材料類別及其特性和用途

目前國際引線框架的供貨大格局沒有大的變化，仍是日韓及臺灣企業(yè)為主(表20)。外資企業(yè)一直占據(jù)著國內(nèi)引線框架的中高端市場，其份額約占3/5左右，全球排名前10位的引線框架企業(yè)基本都在國內(nèi)設(shè)有工廠。近年來以寧波康強電子(全球排名第七)為代表的國內(nèi)本土引線框架企業(yè)成長較快，表21是目前主要的內(nèi)資引線框架企業(yè)情況。內(nèi)資引線框架企業(yè)中目前寧波康強一家獨大，與其他引線框架企業(yè)差距拉大，這從另一方面說明了中國大陸本土引線框架企業(yè)較分散，與外資企業(yè)的差距還相當大，發(fā)展后勁也略顯不足。

另外，目前國內(nèi)引線框架企業(yè)的發(fā)展跟不上國內(nèi)封裝行業(yè)的發(fā)展，沒有形成像封裝企業(yè)那樣的產(chǎn)業(yè)集群格局。因此，國內(nèi)引線框架企業(yè)對我國集成電路行業(yè)的支撐作用還需要進一步加強。

表20 2017年全球引線框架供應(yīng)商市場份額(按銷售額計)

表21 主要內(nèi)資引線框架企業(yè)

3、鍵合絲

鍵合絲是半導體器件和集成電路組裝四大必須基礎(chǔ)材料之一，作為芯片與引線框架之間內(nèi)引線，實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的電連接，廣泛應(yīng)用于集成電路、分立器件、光電器件和功率器件的封裝。雖然現(xiàn)在有不用鍵合絲的鍵合方法(比如倒裝焊)，但目前90%的集成電路產(chǎn)品是以鍵合絲來封裝。

從基礎(chǔ)材料劃分，目前市場上使用比較普及的鍵合絲產(chǎn)品主要有4大類型：鍵合金絲、鍵合銅絲、鍵合銀絲、鍵合鋁絲。目前，鍵合絲中鋁絲、銅絲主要應(yīng)用于中低端產(chǎn)品，貴金屬絲主要用于高端集成電路產(chǎn)品，尤其金絲以其優(yōu)異的性質(zhì)一直占據(jù)著鍵合絲市場的絕大部分份額。從合金成分及復合結(jié)構(gòu)細分見表22。

表22 鍵合絲分類及用途

目前日本、德國、韓國等是全球鍵合絲主要生產(chǎn)國，主要生產(chǎn)企業(yè)包括日本田中貴金屬、日本新日鐵、德國賀利氏、韓國MKE、韓國Heesung及臺灣樂金、臺灣鈺成金屬等。其中，日本田中貴金屬株式會社、德國賀利氏控股集團屬于國際上較早從事鍵合絲生產(chǎn)的大型企業(yè)，在全球鍵合絲行業(yè)中仍具有較強影響力。

國內(nèi)鍵合絲生產(chǎn)企業(yè)有20幾家，主要有賀利氏(招遠)貴金屬材料、賀利氏招遠(常熟)電子材料、田中電子(杭州)、煙臺一諾電子材料、招金勵福貴金屬、北京達博有色金屬焊料、銘凱益電子(昆山)、佳博電子科技、寧波康強電子、山東科大鼎新電子科技、四川維納爾等。

國內(nèi)具有一定影響力的鍵合絲生產(chǎn)企業(yè)主要為國際知名鍵合絲制造商賀利氏、田中等在國內(nèi)的獨資或合資企業(yè)，占據(jù)高端金絲和銅絲產(chǎn)品市場;本土企業(yè)達博、只能在低端領(lǐng)域進行激烈競爭，盡管近幾年部分內(nèi)資企業(yè)發(fā)展很快，已具有與國際鍵合絲巨頭競爭的能力，部分鍵合絲生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)達到國際同等領(lǐng)先水平，但國內(nèi)制造企業(yè)對新技術(shù)的掌握以及產(chǎn)品設(shè)計和制造質(zhì)量的控制手段以及新產(chǎn)品導入的流程控制等方面與國外存在一定的差距。

4、塑封材料、金屬封裝材料、陶瓷封裝材料

按照封裝材料種類的不同，電子器件封裝可以分為金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝三種(表23)。(環(huán)氧)塑封具有成本低、尺寸小、質(zhì)量小、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點，目前95%以上的集成電路都采用塑料封裝，而在塑料封裝中，97%以上都是利用環(huán)氧塑封料(EMC)進行的。

表23 封裝材料種類及特性

國外塑封料生產(chǎn)廠家主要集中在日本、韓國、臺灣等，主要有日本住友電木、日本日立化成、日本京瓷化學、日本信越化學、日本松下電工、韓國三星Cheil、臺灣長春等廠家，其中日本企業(yè)技術(shù)領(lǐng)先，產(chǎn)量最大。國內(nèi)塑封料生產(chǎn)商有20幾家，主要包括長春塑封(常熟)、衡所華威、江蘇中鵬、江蘇華海誠科、昆山長興、北京科化等。

日本企業(yè)的塑封料產(chǎn)品，依靠其產(chǎn)品在操作性和可靠性上的技術(shù)優(yōu)勢在SOP、QFP\BGA等中高端市場占有較大份額。韓國和中國的企業(yè)以其成本優(yōu)勢占據(jù)分立器件DO、TO、SOD、SOT、DIP、SOP、QFP等中低端市場。國內(nèi)塑封產(chǎn)品多在中低端市場領(lǐng)域，高端市場被日本廠商壟斷，國內(nèi)塑封產(chǎn)品僅占30%國內(nèi)市場份額，部分中端產(chǎn)品進口依存度高達80%以上，高端產(chǎn)品基本上全部依賴進口(表24)。

表24 國內(nèi)環(huán)氧塑封料應(yīng)用情況

國內(nèi)從事金屬外殼研發(fā)和生產(chǎn)的單位主要有合肥圣達電子、中國電科44所、中國電科55所、青島凱瑞電子、宜興吉泰電子、浙江長興電子、諸城電子封裝廠、無錫惠波電子器材二廠、蚌埠興創(chuàng)電子科技、武漢鈞菱電子等，主要產(chǎn)品是分立器件、集成電路、光電器件、各類傳感器等使用的金屬陶瓷外殼及微波外殼。

國外陶瓷封裝日本居首位，日本占據(jù)了美國陶瓷封裝市場的90%~95%，占美國國防陶瓷封裝市場的95%~98%。日本的NTK陶瓷、SMI和KyoceraInternational等三家陶瓷封裝公司幾乎壟斷了美國電子武器裝備用陶瓷封裝集成電路和分立器件市場。

我國集成電路用陶瓷外殼生產(chǎn)廠目前主要有中國電科13所、江蘇宜興電子器件總廠、福建閩航電子器件、中國電科55所、浙江長興電子、潮州三環(huán)、南平三金電子等，其中前三家均有從國外引進的生產(chǎn)線，采用流延技術(shù)可生產(chǎn)方形扁平陶瓷封裝(CQFP)、無引線陶瓷芯片封裝(CLCC)、插腳陣列式陶瓷封裝(CPGA)等產(chǎn)品。

在國內(nèi)金屬陶瓷管殼及封裝工藝技術(shù)快速發(fā)展的同時，也應(yīng)該看到與國際先進技術(shù)水平存在的差距。特別是內(nèi)陶瓷管殼的一致性和成品率需要進一步提高，大引腳高密度陶瓷和Ka波段以上頻率器件外殼的研制還是空白，多信號系統(tǒng)的外殼距離產(chǎn)業(yè)化還存在較大的差距，國產(chǎn)外殼還無法實現(xiàn)千瓦級微波大功率器件的封裝。尤其在高可靠圓片級工藝、硅通孔3D封裝工藝平臺等方面，3D/SiP封裝的設(shè)計、工藝、可靠性以及產(chǎn)品研發(fā)還需要進一步提升。