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把握新形勢,抓住新機遇——半導體材料國產化迫在眉睫

發布時間:2019-08-30

新材料,制造業的幕后英雄。工業制造,材料先行。新材料作為高新技術的基礎和先導,與信息技術、生物技術一并成為二十一世紀最重要和最具發展潛力的領域,是實現戰略性新興產業發展的奠基石和各個領域孕育新技術、新產品、新裝備的“搖籃”。半導體材料作為新材料的重要組成部分,是世界各國為發展電子信息產業而關注的重中之重,它支撐著電子信息產業自主安全地發展,對于產業結構升級、國民經濟及國防建設具有重要意義。近年來,在各方共同努力下,國內半導體材料產業取得較大進步,但整體發展仍顯滯后,特別是高端領域,與國外先進差距明顯,在半導體行業發展新形勢、新機遇下,配套材料國產化迫在眉睫!

 

新材料發展滯后于制造業,“等米下鍋”現象突出

日前工信部王江平副部長在出席第五屆中國國際新材料產業博覽會時發表講話指出,“工業界必須把新材料產業放在更加突出的位置,不斷深化其戰略性、緊迫性的認識,抓緊工作、快速突破?!?/span>

王江平強調,要加快實施制造強國戰略,就必須夯實新材料產業這一重要基礎。沒有質量過硬、性能高超的材料,再先進的設計和構想都難以實現。如,高溫合金與功能涂層材料是航空發動機的關鍵支撐,電子化學品是集成電路制造不可或缺的材料,碳纖維復合材料、高強輕型合金等是大飛機等高端裝備的基礎,新型電池材料決定著新能源汽車的續航能力和快充實效,高性能材料支撐著高速鐵路的質量和安全,等等。

王江平表示,新材料從研究發現到成熟應用是個漫長的過程,周期少則幾年,多則十幾年。發達國家往往實行“研發一批、儲備一批、應用一批”的材料先行戰略。但在我國,材料發展一直滯后于裝備制造,影響重大工藝的提升,重大裝備、重大工程往往最后才確定材料方案。由于很多新材料國內尚未突破,重大裝備、重大工程“等米下鍋”的現象非常突出?!瓣P鍵材料不突破,先進制造就是空中樓閣?!蓖踅綇娬{。

當前我國處于制造業轉型升級的關鍵時期,他指出,國家新材料專家咨詢委近期梳理了70余種關鍵短板新材料,結果表明我國在新材料發展方面存在不少的短板和空白。當前,我國新材料產業發展總體仍處于爬坡上坎的階段,與建設制造強國的要求相比,關鍵材料“卡脖子”問題還廣泛存在,這與世界第一原材料工業大國的地位不匹配,不能很好支撐我國門類齊全的工作體系。

鑒于此,針對下一步發展思路,王江平強調,要加強頂層設計,在政策上協同,在資金投入上加大力度。一是加強政策統籌,可以建立區域內相關的統籌協調機制,緊緊圍繞新材料的重點產品、企業等開展工作,特別要把集成電路材料作為當前發展重點。二是加大推廣應用,繼續擴大保險試點,開展相關重大政策研究,出臺促進新材料盡早應用的相關政策。三是推進重點產品建設,繼續推動生產應用平臺,向新能源、汽車材料、集成電子材料等擴展。

實際上,為貫徹實施制造強國戰略,加快推進新材料產業發展,2016年國務院就專門成立了國家新材料產業發展領導小組,旨在審議推動新材料產業發展的總體部署、重要規劃,統籌研究重大政策、重大工程和重要工作安排,協調解決重點難點問題,指導督促各地區、各部門扎實開展工作。領導小組自成立以來,多次對新材料領域關鍵材料進行了重點支持,半導體材料作為核心材料之一,被列為優先發展的重點。

 

半導體市場再創新高,產業向中國大陸轉移

在技術創新推動的大背景下,中國半導體產業近年來實現快速發展,2017年中國半導體市場規模為16708.6億元,同比增長17.9%,再創新高。

在《國家集成電路產業發展推進綱要》和大基金的“政策+資金”雙重驅動下,我國集成電路產業保持良好發展態勢,產業規模繼續擴大,發展質量持續改善,競爭能力不斷提升。自20149月,大基金成立至20183月,大基金累計有效決策投資67個項目,累計項目承諾投資額1188億元,實際出資818億元,分別占一期募資總額的86%61%。投資項目覆蓋了集成電路設計、制造、封裝測試、裝備、材料、生態建設等各環節,實現了產業鏈上的完整布局。

目前,國內IC設計業產業增長速度繼續高于全球發展,保持全球Fabless業第二。2017年,我國IC設計業增長率為26.1%,相比全球11.3%的增長率,高出14.8個百分點。同期,占全球設計業比重為31.7%,相比2016年的26.2%,提升5.5個百分點。

本土晶圓制造產能放量在即,半導體制造產業轉移趨勢明確。一方面,國內晶圓制造廠中芯國際、上海華虹、長江存儲等內資企業在未來2年內將有多條產線投產,另一方面,海力士、三星電子等外資企業也在中國投放新的產線。2017-2020年是晶圓廠投資的高峰期。據統計,這四年內,將有2012英寸晶圓產線實現量產。全部投產后,中國的12英寸晶圓產能將領先臺灣與韓國。

封測產業方面,中國臺灣、美國、中國大陸三足鼎立之勢基本成型。臺灣仍是全球芯片封測代工實力最強的區域,占據一半以上市場份額。而美國由于擁有眾多的IDM 龍頭企業,在全球封測產業中也占據重要地位。同時,隨著近年大陸封測企業的崛起,大陸也已成為封測產業重要的參與者。

分立器件產業來看,目前,全球半導體分立器件主要以美日歐企業為主,高端市場幾乎被這三大主力國壟斷。在高端半導體分立器件領域,由于國內廠商尚未形成規模效應與集群效應,所以其生產仍以“代工”模式為主。

盡管如此,近年來隨著智能手機、軌道交通、新能源、混合動力汽車、LED照明、便攜醫療電子等新型應用領域的快速發展,以及國家產業政策對新興領域的大力扶持和對傳統產業的升級改造,為我國分立器件產業的發展提供了前所未有的發展動力。中國半導體分立器件的全球話語權正在穩步提升,目前已是全球最大的分立器件市場。

光電器件產業來看,我國半導體光電器件產業發展勢頭良好,產業規模穩步增長。在“國家半導體照明工程”的推動下,目前已形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個半導體照明工程產業基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區則成為中國LED產業發展的聚集地。

 

半導體材料部分領域取得突破,但整體差距仍明顯

半導體材料作為半導體產業的重要支撐,其發展程度直接影響著半導體產業的整體水平。半導體加工制造所需材料主要包括晶圓制造材料與封裝材料兩大類。晶圓制造材料包括硅片、光刻膠、光掩模、電子特氣、濕化學品、濺射靶材、CMP拋光材料等,2017年國內晶圓制造材料總體市場規模達到24.78億美元;封裝材料包括引線框架、基板、陶瓷封裝材料、鍵合絲、封裝樹脂、芯片貼裝材料等,2017年國內封裝材料市場規模達到50.86億美元。

就國內半導體材料發展現狀,綜合各細分領域來看,部分產品已實現自產自銷,但高端領域,與國外先進差距仍十分明顯。其中,國內半導體材料在靶材、封裝基板、研磨液等細分領域產品已經取得較大突破,部分產品技術標準達到全球一流水平,本土產線已基本實現中大批量供貨。例如,國產材料包括江豐電子的靶材以及安集微電子的研磨液在中芯國際均已實現中大批量供貨。

硅片:2017年國內半導體硅片市場規模6.91億美元,而目前國內集成電路用12英寸硅片仍全部依賴進口,8英寸硅片80%以上依賴進口,全球五大供應商壟斷了全球90%以上的市場份額。

光掩膜:我國的光掩膜版年產能達到1.7萬平方米,但我國自主生產的主要應用于平板顯示行業、觸控行業和電路板行業,僅能夠滿足國內中低檔市場的需求,用于集成電路制造的高端光掩膜版則由國外公司壟斷。

光刻膠:光刻膠一直以來被美日企業高度壟斷,我國完全靠進口,在8英寸及以上晶圓用光刻膠方面,國產化率不足1%,還有許多需要攻克的關鍵技術。

電子特氣:電子特氣是半導體工藝流程中不可缺少的基礎性支撐材料。半導體用電子特氣要求純度高,其雜質含量一般在10-5~10-9數量級,且其多為易燃、易爆、劇毒化學品,生產難度大。2017年國內半導體用電子特氣市場規模4.30億美元。經過30多年的發展,目前我國半導體用電子特氣已經取得了比較好的成績,中船重工718所、廣東華特、黎明化工院等一些電子特氣品種均在12英寸晶圓產線應用上取得突破,并且實現了批量供應。

工藝化學品:工藝化學品又名濕電子化學品,目前國內8英寸和12英寸晶圓生產線消耗的濕電子化學品超過18萬噸,但該細分領域要求濕電子化學品達到SEMI標準C8以上和C12水平,而國內只有少數品種如湖北興福電子級磷酸、上海新陽的電鍍液、蘇州晶瑞雙氧水等開始進入8英寸、12英寸產線應用,還有大部分產品來自于進口。

靶材:高純濺射靶材主要是指純度為 99.9%-99.9999%的金屬或非金屬靶材,應用于電子元器件制造的物理氣象沉積(PVD)工藝,是制備晶圓、表面電子薄膜的關鍵材料。2017年國內半導體用濺射靶材市場規模1.06億美元。近年來國家制定了一系列產業政策包括 863 計劃、02 專項等來加速濺射靶材供應的本土化進程,推動國產靶材在多個應用領域實現從0 1 的跨越。目前國內12英寸晶圓用濺射靶材的國產化率約為18%,而8英寸晶圓用靶材的國產化率達到55%。以江豐電子為例,公司的半導體靶材產品已應用于以臺積電為代表的世界著名半導體廠商的最先進制造工藝,在 14/16 納米技術節點實現批量供貨,同時還滿足了國內廠商 28 納米技術節點的量產需求,產品成功打入全球 280 多個半導體芯片制造工廠,成為眾多世界著名芯片公司的供應商。

CMP拋光材料:CMP拋光材料主要有拋光液與拋光墊。拋光液方面,安集微電子在Cu制程上有一定優勢,但在更高端的STI制程沒有掌握核心原材料研磨粒子的制備技術。拋光墊方面,湖北鼎龍產品進入8英寸制程,但在12英寸制程以及STI等高端制程上需要進行技術攻關。

 

把握新形勢,抓住新機遇

當前,中國已成為全球最大的半導體消費市場。物聯網、5G通訊、人工智能等下一輪終端需求,為中國大陸半導體產業發展創造了新的機遇。而作為半導體行業重要支撐的材料領域,國產化情況整體仍處于較低水平。為縮小同國際先進差距,改善國內半導體材料產業總體表現出數量偏少、企業規模偏小、技術水平偏低、以及產業布局分散的現狀,提高國產半導體材料在全球話語權,國產化推進工作迫在眉睫!

近年來國家制定了一系列產業政策包括國家高技術研究發展計劃(“863計劃”)、國家科技重大專項“極大規模集成電路制造設備及成套工藝”專項(“02專項”)、工業強基工程、工業轉型升級資金(部門預算)等來加速半導體材料供應的本土化進程,2016~2018年累計支持項目超過15個,特別是在2018工業轉型升級資金(部門預算)——國家新材料生產應用示范平臺建設項目中,將集成電路材料生產應用示范平臺列為三大建設平臺之一。

與此同時,國家集成電路產業投資基金正在進行第二期募集,業內人士則預計,此次集成電路發展基金目標是募集1500億元~2000億元,預計將有包括中央財政、一些國有企業和一些地方政府出資。國家集成電路產業投資基金總裁丁文武多次在公開場合表示,將圍繞國家戰略和新興行業進行投資規劃,并盡量對裝備材料業給予支持,推動其加快發展。

資本的集中,政策的支持,廣闊的市場空間,會將國內半導體產業推到一個此前從未有過的水平高度,國內半導體材料行業應把握新形勢,抓住新機遇!

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