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【东兴化工】电子化工材料(ECM)进口替代实质性突破系列专题报告之二:光刻胶

2020-01-16 13:53:55 作者:花落知多少 浏览次数: 字号: T T T

来源:东兴化工产业洞见

光刻胶行业:技术壁垒高,低端产品国产化率较高,高端产品技术差距大

投资摘要:

光刻胶是电子化工材料中技术壁垒最高的材料之一。国内企业已经逐步从低端PCB光刻胶发展至中端LCD和半导体光刻胶的量产,以北京科华、苏州瑞红(晶瑞股份)为代表的企业已实现了KrF光刻胶的研发突破,预计有望获得下游量产订单,以强力新材为代表的企业也已经实现了光刻胶上游原材料光引发剂和光酸等的国产化,打破海外垄断。随着国内大量新增的晶圆厂、面板厂的投产,下游客户导入有望加速。

从技术水平来看,PCB光刻胶是目前国产替代进度最快的,国产化率已达50%以上;LCD光刻胶进度相对较快,国产化率在10%左右;半导体光刻胶国内技术较海外先进技术差距较大,国产化率不足5%。

半导体光刻胶:目前市场主流的四种中高端光刻胶为g线/i线、KrF、ArF,我国已经实现了其中g线/i线的量产,并在逐步提升供应量;KrF光刻胶也具备批量供应的条件;ArF光刻胶尚处于下游认证阶段;国际上最先进的EUV光刻胶国内尚处初级研发阶段。

LCD光刻胶:TFT正性胶等较低端产品方面,国内企业技术较为成熟;彩色光刻胶方面,目前仅永太科技有较为成熟的产品,其他企业多处研发阶段。

PCB光刻胶:技术含量较低,国产化率超过50%。

投资建议:推荐光刻胶产品已开始替代进口、并进入国产LCD产业链的公司,如晶瑞股份,建议关注永太科技等已有产品导入下游应用的优质公司。

风险提示:市场竞争加剧;下游客户认证进度不及预期;新技术的研发风险;原材料价格波动风险。

前言:电子化工材料(ECM)——电子产业的“生长激素”

电子化工材料(Electronic Chemical Materials,简称ECM),指为集成电路和分立器件、电容、电池、印制线路板、液晶显示器等电子元器件的生产而使用的各种精细化学品,是电子材料和精细化学品结合的高新技术产品。电子化工材料处于电子信息产业链的前端,没有高质量的电子化工材料就不可能制造出高性能的电子元器件,在电子产业中的作用相当于“生长激素”。

在国内电子信息产业进口替代的浪潮中,上游原料的国产替代迫在眉睫。目前正处于国内第三次进口替代(电子信息产业的进口替代)的浪潮中,半导体、显示面板等电子产业链持续向中国转移,中国电子产业市场规模急剧扩张,我国已成为全球最大的半导体生产国家、液晶面板出货量最大的国家,且未来几年全球的半导体、显示面板新增产能主要集中在中国,中国电子元器件的国产化率将大幅提升。但与此同时,上游原材料受制于人的局面亟待改变,部分高端电子化工材料的供应仍以外资企业为主,国产替代需求迫切。

因此,我们将推出电子化工材料进口替代实质性突破系列专题报告。在此系列报告中,我们主要选取了部分在电子元器件制造中重要性高、行业空间大、技术难度高、进口替代已取得实质性进展的电子化工材料进行深入研究。

本篇报告是《电子化工材料进口替代实质性突破系列专题报告》的第二篇,深入研究半导体制造技术难度最高的材料——光刻胶。我们认为内资企业已经逐步从低端PCB光刻胶发展至中端LCD和半导体光刻胶的量产,以北京科华、苏州瑞红(晶瑞股份)为代表的企业已实现了KrF光刻胶的研发突破,以强力新材为代表的企业也已经实现了光刻胶上游原材料光引发剂和光酸等的国产化,打破海外垄断。随着国内大量新增的晶圆厂、面板厂的投产,下游客户导入有望加速。

1.  光刻胶是电子化工材料中技术壁垒最高的材料之一

1.1 光刻胶是电子领域微细图形加工的关键性材料

光刻胶是电子领域微细图形加工的关键性材料,在半导体、LCD、PCB等行业的生产中具有重要作用。光刻胶是利用光化学反应,经光刻工艺将所需要的微细图形从掩膜板转移到代加工基片上的图形转移介质,是光电信息产业的微细图形线路加工制作的关键性材料。

在微电子制造业精细加工从微米级、亚微米级、深亚微米级进入到纳米级水平的过程中,光刻胶起着举足轻重的作用。光刻胶自1959年被发明以来就成为半导体生产中最核心的工艺材料之一;随后光刻胶被改进运用到PCB板的制造工艺,成为PCB生产的重要材料;20世纪90年代,光刻胶又被运用到平板显示的加工制造,对平板显示面板的大尺寸化、高精细化、彩色化起到了重要的推动作用。

按照下游应用,光刻胶可分为半导体用光刻胶、LCD用光刻胶、PCB用光刻胶等,其技术壁垒依次降低。相应地,PCB光刻胶是目前国产替代进度最快的,LCD光刻胶替代进度相对较快,半导体光刻胶目前国产技术较国外先进技术差距最大。

在半导体领域,光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的30%,耗时约占整个芯片工艺的40%~50%,是芯片制造中最核心的工艺。光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。光刻胶材料及其配套化学品约占IC制造材料总成本的12%左右,是继硅片、电子气体的第三大IC制造材料。半导体用光刻胶的曝光波长由宽谱紫外向g线(436nm)→i线(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向移动,波长越小,加工分辨率越佳。

在LCD领域,彩色光刻胶和黑色光刻胶是制备彩色滤光片的核心材料,占彩色滤光片成本的27%左右。彩色滤光片是TFT-LCD实现彩色显示的关键器件,占TFT-LCD面板制造成本的15%左右。

在PCB领域,光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶、光成像阻焊油墨,约占PCB制造成本的3%。

光刻胶的组成成分主要为感光剂(光引发剂)、聚合剂(感光树脂)、溶剂与助剂构成。其中,光引发剂是光刻胶的最关键成分,对光刻胶的感光度、分辨率起着决定性作用。

1.2 光刻胶技术壁垒高、研发难度大

光刻胶产品是电子化工材料中技术壁垒最高的材料之一,研发难度极大。

纯度要求高、工艺复杂:由于光刻胶用于微米级甚至纳米级图形加工,光刻胶产品需要严格控制质量。光刻胶及其专用化学品的化学结构特殊,品质要求高,微粒子及金属离子含量极低,生产工艺复杂,其研发和生产具有较高的技术门槛。

配方技术:光刻胶的品种非常多,针对不同应用需求,通过调整光刻胶的配方,满足差异化的应用需求,是光刻胶制造商最核心的技术。

光刻机的配套需求:光刻胶需要有相应的光刻机与之配对调试,资金壁垒较高。目前全球光刻机核心技术处于垄断状态,只有荷兰ASML公司可制造EUV光刻机,售价超过1亿欧元;而技术水平稍低的DUV光刻机,售价为2000~5000万美元;目前国内只有一家企业可制造光刻机,且技术等级较低。

体量壁垒:光刻胶企业存在较高的资金壁垒,相对于国内厂商,国外光刻胶厂商的公司规模更大,具有资金和技术优势,供应产品齐全,光刻胶种类丰富,同时有着较为全面的配套化学品,方便下游客户采购和共同研发合作。

2. 光刻胶全球市场规模近90亿美元,中国本土供应占比仅有10%左右,发展空间巨大

随着电子信息产业发展的突飞猛进,光刻胶市场总需求不断提升。2019年全球光刻胶市场规模预计近90亿美元,自2010年至今CAGR约5.4%,预计未来3年仍以年均5%的速度增长,预计至2022年全球光刻胶市场规模将超过100亿美元。

中国光刻胶市场需求增速高于国际平均,但中国本土供应量在全球的占比仅有10%左右,发展空间巨大。受益半导体、显示面板、PCB产业东移的趋势,2019年我国光刻胶市场本土供应量约70亿元,自2011年至今CAGR达到11%,远高于全球平均5%的增速,但市场规模全球占比仅为10%左右,发展空间巨大。2017年我国光刻胶需求量为8万吨,产量为7.6万吨,供需缺口0.4万吨,其中中国本土的光刻胶产量仅有4.4万吨,仅占中国产量的58%。

全球市场中,半导体、LCD、PCB用光刻胶的供应结构较为均衡;但中国市场中,本土供应以PCB用光刻胶为主,LCD、半导体用光刻胶供应量占比极低。

3. 半导体光刻胶:技术难度最高,国产化率极低

3.1 全球半导体光刻胶市场规模约13亿元,未来增速约8~10%

半导体是光刻胶最重要的应用领域。光刻和刻蚀技术是半导体芯片在精细线路图形加工中最重要的工艺,决定着芯片的最小特征尺寸。光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的30%,耗时约占整个芯片工艺的40%~50%,是芯片制造中最核心的工艺。光刻胶及其配套化学品在芯片制造材料成本中的占比高达12%,是继硅片、电子气体的第三大IC制造材料。

半导体光刻胶是光刻胶中最高端的品种,技术难度最高。自20世纪80年代开始,根据所使用的光源不同,光刻技术经历了从紫外(UV,g线436nm和i线365nm)到深紫外(DUV,248nm和193nm)再到下一代的极紫外(EUV,13.5nm)的发展过程。

光刻胶市场需求快速增长。随着半导体线路图形越来越小,光刻工艺对光刻胶的需求量也越来越大。据测算,2018年全球半导体用光刻胶市场规模约13亿美元,预计未来5年年均增速约8%~10%;中国半导体用光刻胶市场规模约23亿元人民币,预计未来5年年均增速约10%。

半导体光刻胶各品种中,目前g线和i线光刻胶的市场份额较大,ArF光刻胶市场增速最快。

紫外光刻胶:g线和i线光刻胶的使用量目前占据24%的市场份额,但二者对应的半导体制程节点均为早期。未来汽车电子、物联网等产业的发展将一定程度增加g线、i线光刻胶的需求。

深紫外光刻胶:KrF、ArF光刻胶对应的制程节点较为先进,目前合计占有63%的市场份额。随着精细化需求的增加,预计未来KrF光刻胶不断增长并逐渐替代i线光刻胶;随着12吋晶圆生产线的大批量兴建和多次曝光工艺的大量应用,预计未来ArF光刻胶将快速成长。

极紫外光刻胶:EUV光刻胶的出现突破了10nm分辨率的瓶颈,但目前极紫外光刻胶实现产业化尚需时日,仅有少数几家大型海外公司拥有此项技术。

3.2 国内公司技术差距较大,国产化率极低

目前KrF和ArF光刻胶的核心技术基本被日本和美国企业垄断,合计市场份额高达95%以上。日、美企业在高分辨率光刻胶领域的技术实力遥遥领先中国本土企业。东京应化、陶氏化学、合成橡胶、富士胶片、住友化学等国际一流企业均已实现ArF光刻胶的量产,且在EUV光刻胶有所布局。

我国半导体光刻胶市场中,本土企业市占率极低,技术差距较大。2017年中国半导体光刻胶市场份额占全球的32%,居世界首位,但适用于6吋硅片的g线/i线光刻胶的自给率约为20%,适用于8吋硅片的KrF光刻胶的自给率不足5%,而适用于12吋硅片的ArF光刻胶完全依赖进口。

国内公司目前仅有苏州瑞红、北京科华实现了部分品种的国产化,但是整体技术水平较低,仅能进入8吋晶圆生产线与LED等生产线。此外,南大光电、上海新阳拟建设ArF光刻胶生产线,容大感光的i线光刻胶已经小批量产。

苏州瑞红(晶瑞股份子公司):率先在国内实现了i线光刻胶的量产,并于2018年下半年通过中芯国际上线测试,其KrF光刻胶进入中试阶段。

北京科华:量产g线/i线光刻胶,KrF光刻胶已向国内芯片制造企业批量供货,ArF光刻胶已进入客户认证阶段,EUV光刻胶处于初步研发阶段。

4.  LCD光刻胶:市场规模最大,低端产品已实现国产化

4.1 全球LCD光刻胶市场规模约23亿美元,未来增速约4%

彩色滤光片用的光刻胶占LCD面板材料成本的4%左右。彩色滤光片是LCD彩色显像的关键部件,其成本占整个彩色LCD面板制造成本的15%左右,彩色滤光片的核心制造材料是光阻(彩色光刻胶和黑色光刻胶),合计占彩色滤光片材料成本的27%左右,其中黑色光刻胶占比6~8%、彩色光刻胶占比20%左右。

LCD面板领域需要的光刻胶品种还包括触摸屏用光刻胶、TFT正性胶等,这些品种用量较小。

LCD光刻胶全球市场规模约23亿美元,其中中国市场规模约9亿美元。根据智研咨询数据,2019年全球LCD用光刻胶市场规模约23亿美元,过去5年平均增速在4%左右,预计未来3年增速也在4%左右。2019年中国LCD面板产能占全球比重已达40%左右,据此测算中国LCD光刻胶市场规模约9亿美元。

4.2 海外企业供应量超过90%,内资企业积极布局高端品种

LCD光刻胶的全球供应集中在日本、韩国、中国台湾等地区,海外企业市占率超过90%。彩色滤光片所需的高分子颜料和颜料的分散技术主要集中在Ciba等日本颜料厂商手中,因此彩色光刻胶和黑色光刻胶的核心技术基本被日本和韩国企业垄断。

国内企业积极进军布局。TFT正性胶等较低端产品方面,国内企业技术较为成熟;彩色光刻胶方面,目前仅永太科技有较为成熟的产品,其他企业多处研发阶段。

TFT正性胶:北京科华、苏州瑞红(晶瑞股份子公司)已有量产的产品供应;容大感光、飞凯材料均在积极布局。

彩色光刻胶:永太科技已建成1500吨CF光刻胶生产线,产品已在华星光电有部分应用。

5.  PCB光刻胶:技术含量较低,国产化率超过50%

5.1 全球PCB光刻胶市场规模约20亿美元,中国市场占比50%以上

PCB光刻胶主要品种有干膜光刻胶、湿膜光刻胶(又称液态光致抗蚀剂、线路油墨)、光成像阻焊油墨等。湿膜性能优于干膜,未来湿膜光刻胶有望逐步替代干膜光刻胶。湿膜相比干膜具有高精度、低成本的优势,容易得到高分辨率,满足PCB高性能的要求。PCB行业成本中,光刻胶及油墨的占比约3~5%。

全球PCB光刻胶市场规模在20亿美元左右,中国市场规模占比达50%以上。随着PCB光刻胶外企东移和内资企业的不断发展,中国已成为全球最大的PCB光刻胶生产基地。

5.2 国产化率已超过50%

PCB光刻胶全球市场行业集中度较高。干膜光刻胶方面,台湾长兴化学、日本旭化成、日本日立化成三家公司就占据了全球80%以上的市场份额;光成像阻焊油墨方面,日本太阳油墨占据全球60%左右的市场份额,前十家公司合计占据全球80%以上的市场份额。

国内市场中,PCB光刻胶的国产化渗透率较高,中国内资企业已在国内PCB市场中占据50%以上的市场份额。PCB光刻胶技术壁垒较低,国内市场中,容大感光、广信材料、东方材料、北京力拓达等内资企业已占据国内50%左右的湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨市场份额。国内企业中,飞凯材料、容大感光、广信材料等已有相应PCB光刻胶产品投产。

飞凯材料:主要以湿膜光刻胶为主,目前产品已具备批量生产能力。

容大感光:阻焊油墨产品已较为成熟,是国内龙头之一。

 广信材料:阻焊油墨产品在内资品牌中排名第一。

6.  国产光刻胶进口替代速度:PCB>液晶面板>半导体

进口替代的驱动因素主要为技术突破。国产光刻胶的技术与国际先进技术差距较大,但部分内资企业已实现了中端产品(如半导体用g/i线光刻胶、LCD用光刻胶)的技术突破,产品已进入国产知名半导体、显示面板企业供应链。

国内企业已经逐步从低端PCB光刻胶发展至中端LCD和半导体光刻胶的量产,以北京科华、苏州瑞红(晶瑞股份)为代表的企业已实现了KrF光刻胶的研发突破,预计有望获得下游量产订单,以强力新材为代表的企业也已经实现了光刻胶上游原材料光引发剂和光酸等的国产化,打破海外垄断。随着国内大量新增的晶圆厂、面板厂的投产,下游客户导入有望加速。

从技术水平来看,PCB光刻胶是目前国产替代进度最快的,国产化率已达50%以上;面板光刻胶进度相对较快,国产化率在10%左右;半导体光刻胶国内技术较海外先进技术差距较大,国产化率不足5%。

7.  风险提示

市场竞争加剧;下游客户认证进度不及预期;新技术的研发风险;原材料价格波动风险。

分析师:刘宇卓  证书编号S1480516110002

分析师:罗四维 证书编号S1480519080002

本文节选自东兴证券研究所已于2020年01月15日发布的《电子化工材料(ECM)进口替代实质性突破系列专题报告之二:光刻胶行业:技术壁垒高,低端产品国产化率较高,高端产品技术差距大》报告,具体分析内容(包括风险提示等)请详见报告。若因对报告的摘编产生歧义,应以完整版报告内容为准。

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