光刻胶,国产替代突破到哪里了?(附股分析为什么明天高开的股票)
这篇开始,对半导体重要的细分赛道,尤其是重要的“卡脖子”环节深入学习。
首先,从“半导体材料皇冠上的明珠”——光刻胶开始。
一、综述
光刻,是利用光学、化学、物理方法,将设计好的电路图转移到晶圆等表面,是半导体制造最关键的技术。
目前,超大规模集成电路制作需要几十次乃至上百次光刻才能完成,光刻的最小线条尺寸是集成电路发展水平的重要标志。
光刻胶,是对光敏感的混合液体,主要由树脂、光引发剂、溶剂(技术壁垒相对较低,常用材料为丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA或PMA))、单体等组成,是光刻工艺中的最核心耗材,性能决定着光刻质量。光引发剂、光刻胶树脂是影响光刻胶性能最重要的组分。
(一)光引发剂
光引发剂包括光增感剂和光致产酸剂,是光刻胶关键成分,对光刻胶的感光度、分辨率起着决定性作用。
光引发剂重点标的包括:久日新材、扬帆新材、强力新材、同益股份、固润科技等。
(二)光刻胶树脂
树脂,是一种惰性的聚合物基质,用于将其它材料聚合在一起的粘合剂,决定曝光后光刻胶的基本性能。
根据南大光电的公告,ArF树脂以丙二醇甲醚醋酸酯为主,质量占比仅 5%-10%,但成本占光刻胶原材料总成本的97%以上。
光刻胶树脂重点企业包括:强力新材、彤程新材、圣泉集团、华懋科技等。
(三)光刻胶分类
目前,光刻胶生产在工艺技术、测试设备、下游认证等均存在较高壁垒。
光刻胶按显示效果,分为正性光刻胶、负性光刻胶。如果显影时未曝光部分溶解于显影液,形成的图形与掩膜版相反,为负性光刻胶;如果显影时曝光部分溶解于显影液,形成的图形与掩膜版相同,为正性光刻胶。
根据应用领域不同,分为:PCB光刻胶、显示面板光刻胶、半导体光刻胶;门槛逐渐递增,PCB 光刻胶壁垒相对较低,半导体光刻胶门槛最高。
具体分类见广信材料2023年年度报告:
下面分开叙述。
二、PCB光刻胶
PCB 的加工制造过程涉及图形转移,即把设计完成的电路图像转移到衬底板上,在此过程中会使用到光刻胶完成图形化的过程。
PCB 光刻胶分为:干膜光刻胶、湿膜光刻胶、阻焊油墨。
根据容大感光2023年年度报告,各类PCB光刻胶简介如下:
由于近年来制造 PCB 光刻胶的关键材料合成树脂的生产技术实现国产化突破,PCB 光刻胶逐渐摆脱进口。
目前,中国已成为全球最大的 PCB 光刻胶生产基地。
三、显示用光刻胶
显示光刻胶,是显示面板制作工艺中的关键生产耗材,质量对面板显示性能至关重要。
根据应用在显示面板制作工序的环节不同,显示光刻胶分为:彩色光刻胶、黑色光刻胶、TFT 阵列用光刻胶、触摸屏用光刻胶等。
根据容大感光2023年年度报告,各类主要显示用光刻胶的简介如下:
我国已成为全球第一大显示面板产业集中地,根据机构预测,中国大陆面板产能份额将由2020年的53%提升至2025年的71%。
在LCD面板大尺寸化、高清化、AI 智能化的趋势下,LCD 面板制造环节光刻胶的用量将不断提升。
四、半导体光刻胶
光刻,是半导体加工最重要的工艺之一,决定着芯片的最小特征尺寸。光刻占芯片制造时间的40- 50%,占总成本的30%。
随着制程缩减和存储容量提升,光刻次数增加,单位面积光刻胶的用量也越来越高。
按照曝光波长,半导体光刻胶分为:
紫外宽谱(300-450nm)→ g 线(436nm)→ i 线(365nm)→ KrF(248nm)→ ArF(193nm)→ EUV(13.5nm,极紫外,extreme ultrviolet)等。
曝光波长越短,光刻胶技术水平越高,适用的集成电路制程也更加先进。
KrF、ArF 光刻胶是需求最旺盛的两个品种,已成为全球主要竞争市场。
根据上海新阳2023年年报,KrF 光刻胶整体国产化率不足 5%,ArF 光刻胶整体国产化率不足 1%。
ArF分为干法和湿法两种技术:ArF干法光刻胶主要用于55-90nm技术节点;ArF湿法光刻胶常用于更先进的技术节点,如20-45nm。按照技术迭代规律,ArF湿法光刻技术将得到越来越多的应用。
光刻胶行业,具有很高的客户壁垒,不同的光刻过程、同一光刻过程的不同厂家对光刻胶的需求也存在差异,因此光刻胶生产商需要根据需求,调整光刻胶配方以满足差异化需求。
在光刻胶达到下游客户要求的技术指标后,还要进行较长时间的验证测试(1-3年)。这样,一旦后续达成合作,光刻胶厂商和下游制造商就会形成长期的合作关系。
同时,光刻胶更新换代较快,光刻胶厂家出于技术保密考虑,一般会和上游原料供应商密切合作,共同开发新技术,这样光刻胶厂商就同时绑定了上下游,进一步增大客户的转换成本,市场新进入者很难与现有企业竞争,签约新客户的难度较高。
最后,由于高端光刻胶的保质期很短(通常只有6个月左右甚至更短),一旦遇到贸易冲突或自然灾害,国内势必面临芯片企业短期内全面停产的严重不利局面。
因此,光刻胶,是真正的“卡脖子”材料。
五、重点公司梳理
彤程新材:
KrF光刻胶实现销售、ArF 光刻胶已通过认证,预备二季度上量;
2023年半导体光刻胶营收2.01亿,同比+14.13%;KrF光刻胶、I 线光刻胶实现大规模增长;销售额排名前9 的新产品有5款KrF,3款I线,1款ICA产品;
截至2023年末,12寸客户已有27家,8寸客户23家,8/12寸客户营收贡献率超过 50%;I 线光刻胶和 KrF光刻胶是国内 8-12 寸集成电路产线主要的本土供应商;
公司已完成 ArF 光刻胶部分型号开发,其中部分 ArF 光刻胶已于 2024 年第一季度通过下游客户产品认证,并准备在 2024 年第二季度开始上量。
显示面板光刻胶:旗下北旭电子是国内首家实现本土化生产的 OLED 用光刻胶供应商;
光刻胶用树脂:公司组建专门开发团队,包括酚醛树脂、PHS 树脂、丙烯酸树脂三大类研发项目,KrF 成膜树脂实现关键性突破。
南大光电:
ArF光刻胶通过验证,少量销售;
业务研发围绕先进前驱体材料、电子特气、光刻胶及配套材料三类核心半导体材料推进;
控股子公司宁波南大光电的光刻胶研发中心具备研制功能单体、功能树脂、光敏剂等光刻胶材料的能力,能实现从光刻胶原材料到光刻胶产品及配套材料的全部自主化,大基金二期持有宁波南大光电18.33%的股权。
目前有三款ArF光刻胶通过客户验证,实现少量销售。
晶瑞电材:
子公司光刻胶收入1.5亿+,i 线、 KrF量产供货,ArF在研并送样;
公司是唯一的高纯双氧水本土供应商,也是国内最大的高纯双氧水供应商,市占率超40%;
子公司瑞红苏州(新三板上市)是国内少有的既有规模又有利润的成熟光刻胶企业,销售规模和盈利能力处于国内领先位置,拥有紫外宽谱系列、g 线、i 线、KrF 系列等上百个型号产品。i 线已向中芯国际、长鑫存储等大尺寸半导体厂商大批量供货,多款 KrF 光刻胶已量产并供应多家半导体客户,已有多款 ArF 高端光刻胶在研并送样;
瑞红苏州已购得 KrF、ArF 光刻机及相关配套设备,可用于 KrF、ArF 光刻胶的曝光测试,KrF、ArF 光刻胶生产及测试线已建成,KrF 光刻胶部分品种已量产。ArF 高端光刻胶旨在研发满足 90-28nm 芯片制程需求,填补国内空白。
艾森股份:
光刻胶配套试剂, g/i 线实现销售;
2023 年度,公司光刻胶及配套试剂销售收入6,877.32 万元,同比+ 18.70%。其中,光刻胶销售收入为 1,200.34 万元,同比增长+38.65%;
公司以光刻胶配套试剂为切入点,成功实现附着力促进剂、显影液、去除剂、蚀刻液等产品在下游封装厂商的规模化供应;
公司自研先进封装用 g/i 线负性光刻胶、晶圆制造 i 线正性光刻胶均已实现批量供应。先进封装用 g/i 线负性光刻胶已通过长电科技、华天科技认证并实现批量供应;OLED 阵列制造用正性光刻胶(应用于两膜层)及晶圆制造 i 线正性光刻胶已分别通过京东方及华虹宏力的认证并开始小批量供应。
华懋科技:
汽车被动安全领域龙头、打通光刻胶上游材料全产业链(单体+光敏剂+树脂)、ArF/KrF部分实现销售;
旗下光刻胶子公司徐州博康,华为哈勃入股;
ArF:在研及配方定型光刻胶有30 款产品,10款正在客户端进行产品验证,其中4款产品进入批量验证阶段。形成销售的Arf 光刻胶有 7 款,其中 1款ArF产品 12 寸厂批量供应;
KrF:在研和配方定型光刻胶有34 款,有20余款KrF 光刻胶正在客户端进行产品验证导入量产,目前形成销售的 KrF 光刻胶有16款,其中2款在国内大厂批量供应;
I 线:有10多款 I 线正在客户端进行产品验证导入量产,目前销售的 I 线光刻胶有16款。
上海新阳:
KrF已有销售,ArF验证中;
公司光刻胶系列产品包括 I 线光刻胶、KrF 光刻胶、ArF 干法、浸没式光刻胶以及稀释剂、底部抗反射膜(BARC)等配套材料;
I 线、KrF 光刻胶产品工艺性能指标满足客户工艺需求,已具备量产能力,在超20家客户端提供样品进行测试验证;
2023年度,公司光刻胶系列产品实现营业收入 400 余万元。ArF 光刻胶的研发进展比较顺利,浸没式光刻胶目前已有多款产品在国内多家晶圆制造企业开展测试验证工作,部分型号产品已取得良好的测试结果及工艺窗口,技术指标与对标产品比较接近。
容大感光:
PCB光刻胶营收占比95%+,g 线、i 线已销售、KrF实验室;
PCB光刻胶以湿膜光刻胶、阻焊油墨为主;
显示用光刻胶的产品主要为触摸屏 sensor 用光刻胶、TFT 阵列(Arry)用光刻胶,主要应用于触摸屏制作以及显示面板 TFT 阵列的制作;
半导体光刻胶产品主要为 g 线光刻胶和 i 线光刻胶,主要应用于半导体分立器件、集成电路产品生产流程中的光刻工艺,具备耐热性好、刻蚀效率较高的特点。
广信材料:
PCB 阻焊油墨市场占有率领先,g线待验证;
公司是阻焊油墨行业标准的主要起草者,PCB 光刻胶产品主要包括PCB 阻焊油墨、PCB湿膜光刻胶(PCB 线路油墨)等;
显示面板光刻胶主要包括 TP 光刻胶、LCD 光刻胶、BM 光刻胶、OC 光刻胶等,部分产品已实现批量销售;
与国内资深的电子化学品专家、高级工程师、光刻胶产业领军人物尤家栋先生等合作。基本掌握g线光刻胶等半导体光刻胶的主要技术和生产开发工艺。待华南生产基地新生产线正式竣工投产并完成客户开拓和产品验证后,可实现 g线光刻胶等半导体产品批量供货下游客户。
光伏电池组件领域,主要产品包括光伏绝缘胶、光伏抗蚀刻胶、光伏抗电镀胶、光伏封装胶等应用在BC 电池、HJT 电池、xBC 电池等太阳能光伏电池组件新工艺新材料解决方案。
强力新材:
光引发剂、光刻胶树脂产品客户稳定;
公司主要为光刻胶厂商提供光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂)、光刻胶树脂等产品;
主要客户包括长兴化学、旭化成、RESONAC、住友化学、JSR、TOK、三菱化学、LGC、三星 SDI 等全球知名光刻胶生产商。
以上,重点公司的介绍先写到这里。
总体而言,国产光刻胶发展起步较晚,与国外先进光刻胶技术相比:
国内产品目前主要集中在PCB 光刻胶、TFT-LCD 光刻胶等产品;半导体光刻胶、 OLED 显示面板光刻胶仍由国外企业占据主导地位,国内差距较大。
未完待续......
本文主要参考:
1、重点公司2023年年度报告、公告等。
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