走进“芯”时代系列深度之七十五“半导4核心材料”:万丈高楼材料起,夯实中国“芯”地基
华金证券·2024-02-26 00:00

报告行业投资评级 - 领先大市-A(维持) [1] 报告的核心观点 - 中国大陆为全球半导体材料第二大市场,2022年占比为17.84%,然而国产厂商在多类材料的自给能力低且主要为低端产品。在半导体全产业链国产化的大背景下,半导体材料国产化迫在眉睫 [2] - 封装基板:AI算力助力封装基板腾飞。2022年全球封装基板市场规模约174亿美元,ABF载板加速国产化迫在眉睫,需求显著。国内ABF厂商有望迎高速增长期 [2] - 光刻胶:光刻胶全产业链亟需国产突破。我国生产的光刻胶约94%为技术难度较低的PCB光刻胶,显示/半导体光刻胶国产化率处于较低水平,同时上游原材料是光刻胶产业链最薄弱环节。国产厂商享有光刻胶全产业链广阔的国产替代空间 [2] - 电子气体:产能扩张推升电子气体需求。2023年中国电子气体市场规模约249亿元。电子气体贯穿制造全流程,随着晶圆厂产能持续扩张,电子气体有望稳步提升 [2] - 环氧塑封料:高端品海外厂商垄断。2021年中国大陆环氧塑封料市场规模为66.24亿元,然而应用于先进封装等领域的高端环氧塑封料基本被国外厂商垄断。随着先进封装蓬勃发展叠加国产化需求,国产厂商迎来发展良机 [2] 根据相关目录分别进行总结 半导体材料:半导体产业链上游,国产化迫在眉睫 - 半导体材料作为半导体产业链上游,支撑中游生产的制造和封测两大环节,故可分为制造材料和封测材料两大类 [13] - 市场规模:SEMI数据显示,2022年全球半导体材料市场规模为726.90亿美元;其中,中国台湾和中国大陆为前两大市场,合计占比为45.53% [13] - 竞争格局:全球半导体材料市场由日本厂商主导,其中制造材料市场集中度较高,而封装材料市场集中度较低 [13] - 下游代工厂产能利用率提升有望拉动半导体材料需求 [15] 封装基板:先进封装+算力高增助力封装基板腾飞 - 封装载体分为引线框架和封装基板两大类。相比引线框架,封装基板可实现更多引脚数、更小体积、更多模块和更优异电性能,在高端封装领域已基本取代传统引线框架 [17] - 封装基板有三大作用:1)提供支撑、散热和保护;2)为芯片与PCB板之间提供电路连接;3)可埋入无源、有源器件以实现系统功能 [17] - 封装基板可按照基板材质、封装工艺和应用领域三个标准进行分类 [17] - 封装基板可看作高端PCB,在线宽/线距、板厚、层数等多项技术参数上要求更高 [19] - 按照电路图形成路径,PCB制备工艺可分为减成法、半加成法/改良型半加成法、加成法三种 [19] - 减成法可实现30μm以上线宽线距电路图,主要用于制作对线宽线距要求较低的PCB [23] - 半加成法SAP和改良型半加成法mSAP工艺流程区别主要在于绝缘介质上的铜层 [25] - 侧蚀是阻碍实现更小线宽线距的主要因素 [27] - 加成法是直接在含光敏催化剂的绝缘基板上进行选择性化学沉铜以绘制电路图,不存在蚀刻(减法)过程,因此不存在侧蚀问题,可制作更细的电路 [29] - 封装基板按基板材质不同,可分为硬质封装基板、柔性封装基板和陶瓷封装基板,其中以硬质基板中的BT封装基板和ABF封装基板为主 [32] - BT封装基板线宽线距较大、层数较低,难以满足高阶运算需求。ABF封装基板具有更小线宽线距/更高层数等优势,适合CPU/GPU、FPGA、ASIC等高算性能芯片 [32] - 与普通PCB相比,ABF封装基板增层结构舍去了预浸玻纤布压合铜箔的覆铜板 [35] - ABF绝缘性能优异、易于加工、低热膨胀性,且与铜层结合力强 [35] - 全球ABF产品由日本味之素(Ajinomoto)垄断 [35] - 硅微粉等表面改性填料同样对ABF性能至关重要 [38] - 无芯基板去除了作为核心支撑层的芯板,仅由积层板构成 [40] - 埋入式基板技术可分为无源器件埋入、有源器件埋入、无源/有源混埋和Intel的嵌入式多核心互联桥接(embedded multi-die interconnect bridge,EMIB)技术 [42] - 玻璃基板即采用玻璃芯板的基板,具有更低损耗、更高密度通孔、可实现更精细线宽线距等多项优点;但其成本高于有机封装基板且制作困难 [47] - 2023年,英特尔展示了 "业界首款" 玻璃封装基板,整体互连密度有望提升多达10倍 [47] - 2022年全球封装基板市场规模约174亿美元,预计2027年达到223亿美元;2022-2027年CAGR约5.10%,在PCB各细分行业中位居第一 [50] - 市场格局方面,2022年中国台湾、韩国与日本的封装基板厂商产值占整体产值超90%。其中,中国台湾封装基板厂商占比最高,达到38.3%;中国大陆内资封装基板厂商仅占整体产值的3.2% [50] - 2022年全球BT封装基板产值约为81.8亿美元,由韩国和中国台湾厂商主导,中国大陆内资厂商产值占比为7%。2022年全球ABF封装基板产值约96.6亿美元,其中,中国台湾/日本产值占比合计达79.7%,而中国内资企业暂不具备大规模量产ABF封装基板的能力 [54] - PC芯片是ABF封装基板用量最大的领域。服务器/交换机、AI芯片和5G基站芯片ABF封装基板用量增长迅速,是未来ABF封装基板增长的主要动力 [54] - Intel、AMD等国际大厂产品迭代的过程中,所需的封装基板面积和层数不断提高 [56] - 根据封装工艺,即封装基板和芯片的连接方式,封装基板可分为引线键合(Wire Bonding)封装基板和倒装(Flip-Chip)封装基板 [58] - AI浪潮对高算芯片的高需求有效带动了ABF封装基板需求量,欣兴电子表示公司2025年前的ABF封装基板产能几乎已被预订。各大厂商纷纷进行了产能扩建以紧抓市场机遇,2024年预计将是产能释放高峰年 [60] - 2021年中国大陆FC-BGA封装基板市场规模约占全球市场的15.2%,预计2028年这一数值将提升到20.9%。然而,国内厂商FC-BGA封装基板生产能力薄弱,主要依赖进口满足国内需求 [63] - 天和防务成功打破味之素垄断ABF的市场格局,推出类ABF材料"秦膜"系列高性能介质胶膜,性能可对标味之素ABF产品 [66] 光刻胶:光刻核心原材料,国产厂商亟需突破 - 树脂为核心组分,成本占比最高 [6] - 不同技术类型光刻胶作用机理 [6] - EUV光刻胶面临严峻RLS挑战 [6] - 负胶存在溶胀现象,正胶线条不易变形适用于高分辨率场景 [6] - 光刻工艺全流程 [6] - 多重曝光技术 [6] - 不同工艺层所需光刻技术、多重曝光技术、光刻胶种类不同 [6] - 显示光刻胶:六类显示光刻胶,TFT涂布曝光次数高 [6] - LCD面板:彩色滤波片和TFT基板的制造均需用到显示光刻胶 [6] - PCB光刻胶:用于制作PCB线路图 [6] - 百亿美元市场稳步增长,日美厂商占据主要市场 [6] - 半导体光刻胶:高集中度,低国产化率 [6] - 显示光刻胶:彩色光刻胶为主,多类产品国产化率低 [6] - PCB光刻胶:湿膜和光成像阻焊油墨国产化率高 [6] - 原材料壁垒:上游原材料是光刻胶产业链最薄弱环节 [6] - 树脂:中国光刻胶用树脂超90%依赖进口 [6] - 感光材料:进口依存度高,不同种类价格、用量差异大 [6] - 设备壁垒:光刻机进口限制加大,研发存在设备瓶颈 [6] - 认证壁垒:认证周期漫长,客户更换供应商动力弱 [6] - 先进制程产能提升推动高价值光刻胶用量 [6] - NAND层数堆叠显著推升ArF光刻胶用量 [6] - 晶圆产能上涨空间大,ArF光刻胶本土供应能力不足 [6] - 显示面板产业东移,24年各面板厂出货面积和稼动率同比有望上涨 [6] - 面板大尺寸化大势所趋,推升显示光刻胶用量 [6] - PCB产值规模提升进而拉动PCB光刻胶用量 [6] 电子气体:贯穿制造全流程,大宗气体高稳定性 - 贯穿半导体制造全流程,分为电子大宗气体和电子特气两类 [7] - 沉积:不同种类薄膜所需气体反应物不同 [7] - 光刻:DUV光源采用准分子激光器,EUV光刻技术推动氢气需求 [7] - 刻蚀:采用气体的干法刻蚀已成为主流刻蚀技术 [7] - 腔室清洗:刻蚀气体大多可用于腔室清洗 [7] - 晶圆清洗:技术节点进步带来清洗步骤增加 [7] - 掺杂改善导电性质,退火修复晶格结构 [7] - 氮气为主,电费为最主要生产成本 [7] - 氦气供应链高度垄断,进口依存度大 [7] - 含氟气体为主,合计占比超30% [7] - NF3:制程微缩+3D NAND推升需求,25年国内或出现较大供应缺口 [7] - WF6应用于化学气相沉积工艺,国内量产企业较少 [7] - 新型含氟电子特气优势明显,或可实现借道超车 [7] - 电子大宗气体具备对抗周期性波动的特点 [7] - 市场规模:电子特气为主,中国占据近半市场 [7] - 竞争格局:国内电子大宗气体市场四强割据,电子特气集中度更高 [7] 环氧塑封料:高端产品海外厂商垄断,国产替代空间广阔 - 环氧塑封料为主要包封材料,可分为四大类 [9] - 片状、GMC和LMC采用压缩法实现包封,LMC可应用于HBM [9] - 组分:填料占比最高,不同性能间存在相互制约关系 [9] - 环氧树脂:对环氧塑封料整体性能起到明显影响 [9] - 填料:降低热膨胀系数,加速热传导速率 [9] - 硅微粉优点众多,高端环氧塑封料以球形硅微粉为主 [9] - 硅微粉三大研究方向 [9] - 硅微粉表面改性 [9] - 球形硅微粉制备方法 [9] - 不同粒径球形硅微粉复配方式 [9] - 芯片级底部填充胶:可应用于倒装芯片与基板的连接 [9] - 2021年中国环氧塑封料市场规模为66.24亿元 [9] - 竞争格局:高端环氧塑封料基本被国外品牌产品垄断 [9] 其他材料 - 前驱体 [10] - CMP材料 [10] - 湿电子化学品 [10] - 掩模版 [10] - 靶材 [10] - 临时键合与解键合 [10] 建议关注标的 - 深南电路(封装基板) [11] - 兴森科技(封装基板) [11] - 南大光电(光刻胶及配套试剂) [11] - 雅克科技(光刻胶及配套试剂) [11] - 强力新材(光刻胶原材料) [11] - 广钢气体(电子大宗气体) [11] - 中船特气(电子特种气体) [11] - 华海诚科(环氧塑封料) [11] - 安集科技(CMP材料) [11] - 鼎龙股份(CMP材料) [11] - 艾森股份(电镀液及配套试剂) [11] - 天承科技(PCB功能性湿电子化学品) [11] - 上海新阳(清洗液、光刻胶、研磨液) [11] - 清溢光电(掩模版) [11] - 江丰电子(靶材) [11] - 飞凯材料(临时键合) [11] - 联瑞新材(硅微粉) [11]

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