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光刻胶是电子化学品中技术壁垒最高、国产化难度较大的关键材料之一,应用于半导体、新型显示、PCB等电子元器件的光刻环节,在集成电路制造中扮演着不可或缺的角色,常被业界誉为电子化学品产业的“皇冠上的明珠”。全球半导体光刻胶主要由日本厂商垄断,伴随近期中日关系趋于紧张,多个消息渠道称日本高端半导体光刻胶对华出口已出现事实性中断或严重受限,对我国半导体/集成电路供应链稳定运行构成严重威胁,半导体光刻胶国产替代仍有待提速。
光刻胶(Photoresist),又称光阻或光致抗蚀剂,主要由树脂(Resin)、光敏剂(Sensitizer)、溶剂(Solvent)及添加剂(Additive)等不同的材料按特殊的比例配制而成。光刻胶是一类对紫外光(UV)、极紫外光(EUV)、电子束等高能辐射敏感的有机功能材料,大范围的应用于印刷电路板(PCB)、显示面板与半导体芯片等领域的光刻工艺中。在受到特定波长的高能光照后,光刻胶的化学结构发生变化,导致其在显影液中的溶解度发生显著改变。通过这一特性,被曝光区域可选择性地被溶解去除或保留,从而将掩模版上的图形精确转移到基底表面,并与后续的刻蚀工艺协同,实现微纳尺度下的精准图案化加工。
光刻胶种类非常之多,根据化学反应和显影原理,可分为正性光刻胶和负性光刻胶两类。对显影液不可溶,经光照后变成可溶物质的即为正性光刻胶;反之,光照后形成不可溶物质的是负性光刻胶,具体如下图所示:
根据应用领域,光刻胶可分为PCB光刻胶、显示面板(包含LCD和OLED)光刻胶和集成电路光刻胶(可进一步细分为先进封装和晶圆制造),其技术壁垒依次提升。
我国光刻胶产业起步较晚,长期以来发展相对缓慢,尤其在集成电路用光刻胶领域与国际领先水平存在约2~3代的技术差距。2008年以后,在国家重大科学技术专项支持和国内集成电路产业加快速度进行发展的双重推动下,这一局面逐步改善,陆续有企业开始布局集成电路用光刻胶及相关材料的产业化研发技术,并实现部分产品进入市场应用。目前,国产光刻胶已初步完成在PCB和TFT-LCD等中低端领域的进口替代,但在OLED显示和集成电路等中高端领域,仍高度依赖进口,整体上处于由中低端向中高端过渡阶段。
PCB光刻胶通常被称为感光成像材料,大致上可以分为干膜光刻胶(感光干膜)、湿膜光刻胶(也称液态感光成像抗蚀剂、线路油墨)、光成像阻焊油墨等,是目前电子化学品中国产替代进度最快的细分赛道之一,其中湿膜和阻焊油墨已实现较高国产化率,但高端干膜仍处于国产化攻坚阶段。在PCB制造成本中,感光成像材料(光刻胶)占比3%-5%。
在新型显示面板制造成本中,光刻胶(含光敏聚酰亚胺)占比约为5%-8%,具体构成因技术路线而异,大致上可以分为LCD光刻胶和OLED光刻胶两大类。
LCD光刻胶应用于LCD液晶面板的彩色滤光片(CF)和TFT阵列两大制程,按功能可分为以下核心品类:彩色滤光片用光刻胶,包括红/绿/蓝(R/G/B)彩色光刻胶、黑色矩阵(BM)光刻胶,以及用于表面平坦化的保护层(OC)光刻胶;TFT阵列用光刻胶,大多数都用在栅极、源漏极等配线图形化,以g/i线正性光刻胶为主;柱状隔离子光刻胶,用于控制液晶盒厚。此外,部分外挂式触控模组会使用触摸屏光刻胶,通常不计入面板本体制造范畴。
相比之下,OLED(尤其是AMOLED)显示面板采用自发光结构,无需彩色滤光片,因此所用光刻胶种类较LCD显著减少。在TFT背板制程中,仍使用g /i线正性光刻胶进行多次图形化;而在像素定义层(PDL)、平坦化层及隔离柱制程中,则使用兼具光刻图形化与介电绝缘功能的永久性光刻胶——光敏聚酰亚胺(PSPI),光刻后永久保留,少数场景采用光敏丙烯酸树脂。
按曝光光源波长划分,主流前道晶圆制造用半导体光刻胶可分为G线光刻胶、I线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶和EUV光刻胶:
——G线μm及以上的早期技术节点,目前在先进制程中已基本淘汰,在成熟制程和特殊工艺如功率器件、分立器件、模拟芯片、传感器及部分MEMS器件中仍有应用。
曝光波长为365nm,应用化学增幅技术能大幅度提高光刻胶敏感度,并保持比较高的分辨率(0.30μm)。大范围的应用于 0.35μm至0.5μm技术节点,在电源管理IC、MCU、显示驱动芯片等成熟制程中仍占重要地位。
曝光波长为248nm,采用化学放大技术,结合分辨率增强技术,可进一步应用于0.11μm至90nm技术节点,是深紫外(DUV)光刻的重要组成部分。大范围的使用在逻辑芯片的非关键层、DRAM存储电容与字线结构、CIS图像传感器、电源管理IC、高压模拟器件,以及部分8英寸/12英寸成熟制程产线中的嵌入式闪存和MCU制造。
曝光波长为193nm,分为干式和浸没式光刻胶。其中,干式ArF光刻胶可应用于90nm至55nm技术节点;浸没式ArF光刻胶(ArFi光刻胶)通过浸没式光刻技术、邻近效应校正等分辨率增强技术,结合多重曝光技术,可延伸至45nm至7nm技术节点,是当前先进逻辑和存储芯片量产的主力光刻胶。
曝光波长为13.5nm,用于极紫外光刻,是 7 nm 及以下先进制程的核心材料,目前以分子玻璃、金属氧化物(如 Inpria)等新型体系为主。
兼具光刻与介电/钝化功能,大多数都用在先进封装的缓冲层、钝化层及再布线层(RDL),也可用于功率器件、MEMS 及OLED驱动电路等,其曝光波长通常为I线或G线,但因其特殊用途而独立分类。
用于光刻掩模版(光罩)制造,包括电子束光刻胶(如ZEP、HSQ)及深紫外光刻胶(如 KrF/ArF),对光学性能、缺陷控制要求极高,与晶圆制造用光刻胶在配方体系和纯度标准上存在非常明显差异,构成独立品类。
根据中国电子材料行业协会数据,2024年中国光刻胶市场规模达167.61亿元,同比增长9.14%。其中,集成电路、新型显示(含TFT-LCD、OLED、Mini/Micro LED等)、PCB三大领域规模分别为65.10亿元、65.12亿元和37.39亿元。预计2025年市场规模将增至178.99亿元,其中集成电路68.02亿元(同比增长4.49%)、新型显示67.13亿元(增长3.09%)、PCB 43.84亿元(增长17.25%)。2024年中国OLED用光刻胶市场规模1.62亿元,预计2025年中国OLED用光刻胶市场规模将增长至1.95亿元。
根据海关总署数据,2024年我国进口未列名摄影用化学制剂(海关商品编码37079090,包含光刻胶)5.14万吨,进口金额165.69亿元,其中从日本进口数量2.08万吨、占比40.38%,进口金额89.18亿元、占比53.82%。以2019年光刻胶商品编码尚未归入37079090条目作为基年,可测算2024年我国从日本进口的光刻胶约3400吨,进口金额约为71.47亿元,进口单价为210万元/吨,进口金额约占中国市场规模的43%,预计占中国进口光刻胶总额的60%以上。
2024年中国集成电路晶圆制造用光刻胶市场规模为53.54亿元,同比2023年的49.39亿元增长8.40%,预计到2025年中国集成电路晶圆制造用光刻胶市场规模将达到55.77亿元。其中,2024年中国集成电路晶圆制造用g/i线亿元,KrF光刻胶市场规模24.84亿元,ArF光刻胶市场规模4.43亿元,ArFi光刻胶(ArF浸没式光刻胶)市场规模10.12亿元,PSPI光刻胶市场规模8.37亿元。
根据弗若斯特沙利文数据,中国半导体光刻胶市场规模从2019年的27.8亿元增长至2023年的64.2亿元,年复合增长率达23.3%;预计2028年将达到150.3亿元,2023-2028年复合增长率为18.5%,明显高于全球增速。从细分市场看,i线、KrF和ArF光刻胶是境内12英寸晶圆制造的主要应用品类。受益于12英寸晶圆产能扩张、技术节点持续演进、浸没式光刻与多重曝光技术普及,和产品性能一直在升级,KrF与ArF光刻胶合计市场规模从2019年的14.7亿元增长至2023年的36.7亿元,预计2028年将达到106.9亿元,届时将占境内半导体光刻胶市场总额的71.1%。
根据弗若斯特沙利文的数据,全球感光干膜市场规模从2020年的72.2亿元增长至2024年的80.3亿元。受益于下游PCB行业需求复苏及制造技术持续进步,预计该市场将进一步扩张,由2025年的86.7亿元增至2029年的110.9亿元,CAGR达6.4%。2022年至2024年,多层板与HDI板用感光干膜合计占比约55%–60%,是当前最主要的应用领域,未来有望维持5.0%以上的年均增速。与此同时,IC载板用感光干膜将成为增长最快的细分市场,预计2025–2029年将以7.4%的CAGR领跑各应用类别,并于2029年市场规模达到29.0亿元。
随着全球显示面板产能向中国转移,中国大陆的显示面板产能和出货量已占全球70%以上,并在TFT-LCD领域占据绝对主导地位,由此带动中国大陆成为全世界显示光刻胶需求的核心市场。根据Trend Bank测算,2023年中国显示用光刻胶市场规模达到106.2亿元,预计2021-2025年本土化率由12.87%上升至约46.22%,平均每年提升8.3个百分点。
光刻胶的生产需要多种原料,包括原树脂、单体、感光剂、溶剂等,这些原料的选择和配比直接影响光刻胶的性能。我国光刻胶树脂和光敏剂高度依赖于进口,国产化率低,尤其是KrF、ArF等高端品种所需的特定原材料在国际市场中难以获取高质量供应,增加了稳定生产的难度。
配方是光刻胶最核心的技术壁垒,其性能高度依赖于树脂结构、光酸产生剂、各类功能添加剂及溶剂之间的精密配比与协同作用。为满足特定制程节点(如ArF浸没式光刻下的7nm或5nm)对分辨率、线边缘粗糙度、灵敏度和抗蚀性的严苛要求,厂商需从庞大的化学组分库中(包括数十种可选单体、上百种专利型光酸及多种功能性助剂)进行系统性筛选与组合,并通过大量实验反复优化比例与工艺参数。这一过程不仅需要深厚的高分子化学、光化学与半导体工艺知识积累,更依赖长期的研发投入与工程经验。即便借助现代分析手段,也难以从成品中完整逆向还原出原始配方及其关键工艺细节。
光刻胶的研发与生产要昂贵的光刻机进行配套测试,而进口ASML光刻机占据了较高的设备购置费用。同时,国际光刻机龙头厂商所在地区对我国实施的技术封锁加剧了国产光刻机的发展困境,导致可供使用的测试资源有限。
新研发的光刻胶需经过PRS(基础工艺考核)、STR(小批量试产)、MSTR(中批量试产)及RELEASE(量产)四个阶段的客户验证,周期通常为2-3年(PCB光刻胶为1-2年)。国际光刻胶龙头凭借数十年积累,已构建从单体合成到应用验证的全链条研发能力,并与台积电、三星、英特尔等深度协同,将配方深度嵌入特定工艺节点,形成产线参数与材料的高度耦合。更换供应商不仅需重走2–3年认证流程,更可能引发良率波动、工艺偏移等重大产线风险,导致晶圆厂高度依赖现有供应商。新的光刻胶产品要进入市场需要克服巨大的时间成本和信任建立过程,新进入者在短期内面临无测试机会、无反馈数据、无迭代空间的困境。
光刻胶从实验室到量产的过程中,必须确保每批次产品的金属离子含量、分子量分布等关键指标的一致性,这对提纯技术和经验提出了更高的要求。不同的环境控制效果、树脂后处理方法及配胶工艺都会影响最终产品的质量,这需要更精细的操作和管理能力。
日本厂商在全球光刻胶市场占据绝对主导地位,核心企业包括合成橡胶JSR、东京应化TOK、信越化学、住友化学、富士胶片、旭化成、力诺森科(Resonac,由昭和电工与日立化成合并而成)、太阳油墨、东丽、三井化学等,产品线覆盖半导体、显示面板及PCB全领域,并牢牢掌控全球集成电路用高端光刻胶市场。
欧美厂商以技术为特色,代表企业有美国杜邦DuPont、德国默克Merck,在新型显示、半导体光刻胶领域占有一定份额。韩国厂商主要为东进世美肯、SK材料、Kolon等,依托本土面板产业链,在显示光刻胶细分市场占了重要地位,同时依托三星电子、SK海力士等头部半导体企业的战略支持,推进其半导体光刻胶的国产化,力图实现对日本供应商的技术替代与供应链自主。
2024年中国光刻胶重点内资企业合计营收50-60亿元,整体国产化率约30%。目前国内厂商主要以紫外宽谱、g线、i线、PCB光刻胶、TFT-LCD光刻胶等产品为主,国内厂商在该等产品领域已经占据了一定的市场占有率,而在KrF、ArF/ArFi、EUV等中高端光刻胶领域,仍主要依赖于进口,国内大多企业还在积极研发、验证中,尚未大规模量产出货。国产主要企业详细情况如下表所示。
全球PCB光刻胶市场已形成日本、中国台湾和中国大陆三足鼎立的格局。其中,湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨的国产化率相比来说较高,中国大陆多家企业已实现大批量稳定供应。相比之下,干膜光刻胶因技术壁垒较高,目前仍由非内资厂商主导,其全球市场占有率超过70%,在中国大陆市场也占据60%以上的份额。不过,主要内资厂商的市场占有率正快速提升。国产主要企业包括湖南初源新材(IPO)、杭州福斯特(A股)、深圳容大感光(A股)、飞凯材料(A股)、广信材料(A股)等。
在PCB光成像阻焊油墨领域,当前国内市场之间的竞争异常激烈,特别是低端的硬板阻焊油墨产能过剩严重、价格竞争严重。日本太阳油墨保持全球龙头地位,全球市场占有率在60%左右,在中国市场占有率(按销售额)50%左右。容大感光作为国内领先厂商,销售额约占国内市场25%左右。广信材料的国内市场占有率预计在20%左右,3家企业基本占据国内阻焊油墨市场主体。海外阻焊油墨企业还有田村(TAMURA)制作所、亨斯迈等。国内其他生产企业还有东方材料(A股)、广东炎墨方案科技等,但中小规模厂商已逐步退出市场。
全球感光干膜主要企业包括日本力森诺科、旭化成,中国台湾厂商长兴材料、长春化工,美国厂商杜邦,韩国厂商可隆KOLON,中国大陆厂商湖南初源新材、杭州福斯特(A股)、容大感光(A股)等。据弗若斯特沙利文数据,按 2024 年各厂商在全球感光干膜收入进行统计,全球感光干膜前5厂商分别为长兴材料、力森诺科、初源新材、福斯特和旭化成。非内资企业长期占据 70%以上的全球市场占有率。2024年,在全球感光干膜市场中,中国内资厂商占比27.1%,其中初源新材占比13.2%。在中国市场中,非内资厂商仍占据60%以上的市场占有率。
从产能情况看,初源新材2024年产能为3.25亿m2,产量达到2.75亿m2、产能利用率85%,计划通过IPO募集资金再建4.5亿m2产能;福斯特年产2.16亿m2干膜光刻胶项目于2021年建设完成并进入快速放量阶段,2024年产量已达到1.6亿m2,2022年再募集资金建设江门基地,包含4.2亿m2感光干膜项目;容大感光当前依靠外协加工,珠海基地在建感光干膜年产能1.20亿m2。随着主要内资企业产能持续快速释放,预计非内资厂商的市场份额将被大幅挤压,国产化率将迅速提升。
从国产化进程来看,LCD光刻胶中,CF用BM/OC胶及TFT阵列胶的替代进程相对较快,部分品类已实现规模化供应,处于快速替代阶段,当前国产化率可达40%-60%,彩色光刻胶国产化率预计已突破30%。OLED光刻胶特别是高性能PSPI和高分辨率阵列胶,仍由国外企业垄断,国产化率在5%以下,处于技术攻关、送验验证与客户测试阶段,还需等待头部面板厂的量产验证,仅在实验线或低端刚性 OLED 中小批量试用。
彩色光刻胶制造商主要为日本、韩国、中国台湾企业,包括日本JSR、东洋油墨Toyo Ink、住友化学、LG化学、三星SDI、奇美实业和三菱化学等,其产量合计占世界总产量超过80%。但随着中国大陆企业主导全球TFT-LCD面板市场,内资供应链随之崛起,同时部分韩日企业退出LCD光刻胶业务,如LG化学的彩色光刻胶事业部于2020年被雅克科技收购。目前奇美实业约占国内市场占有率的20%,内资主要企业包括阜阳欣奕华、雅克科技(江苏先科)、北京鼎材科技、江苏博砚电子、深圳清荷科技等。
全球市场上,TFT阵列正性光刻胶主要企业包括德国默克、日本东京应化TOK、JSR、富士胶片、韩国东进世美肯等。国内北旭电子于2012年购买了东京应化的光刻胶生产技术,是国内最大的TFT正胶供应商,产品涵盖从4.5代线%。其他国产主要厂商包括晶瑞电材(瑞红苏州)、飞凯材料、容大感光、陕西彩虹新材以及雅克科技(江苏先科)等。
国内从事黑色光刻胶生产的企业主要是江苏博砚电子、阜阳欣奕华,占内资企业份额较高。别的企业还有潍坊星泰克等。
主要企业包括日本合成橡胶JSR、信越化学、东京应化TOK、住友化学、美国杜邦DuPont、韩国东进世美肯、日本富士胶片等,合计市场占有率达到95%。其中JSR、TOK的产品可覆盖所有半导体光刻胶品种,系行业龙头,尤其在高端EUV光刻胶领域居市场垄断地位。根据中国电子材料行业协会的数据,2023年度前五大厂商占据了全球半导体光刻胶市场近90%的份额,其中,日本合成橡胶JSR、东京应化TOK、信越化学与富士胶片4家企业市占率合计达到76%。
国产主要企业包括北京科华微(彤程新材控股子公司)、瑞红苏州(晶瑞电材控股子公司)、上海新阳(A股)、南大光电(A股)、艾森股份(A股)、厦门恒坤新材(A股)、湖北鼎龙股份(A股)、上海艾深斯、珠海基石科技(深圳新凯来子公司)、国科天骥等。其中,12寸集成电路晶圆制造领域已实现客户验证或量产供货的企业包括北京科华、厦门恒坤新材、南大光电、上海新阳、瑞红苏州等。
全球光敏聚酰亚胺光刻胶PSPI市场由日本企业主导,呈现寡头垄断的竞争格局。全球PSPI的核心厂商包括日本东丽Toray、富士胶片、旭化成、HDM(杜邦与日立化成/现为Resonac合资)、SK材料等,前五大厂商占有全球大约95%的份额。其他参与企业包括德国默克(收购AZ电子材料)、台湾永光化学、律胜科技等。
PSPI光刻胶国内布局企业包括波米科技、湖北鼎龙股份(A股)、艾森股份、北京鼎材科技、明士新材、北京八亿时空(A股)、吉林奥来德(A股)、安徽国风新材(A股)、连云港邃铸科技、江苏三月科技(万润股份旗下)等。OLED显示面板用PSPI国内已有部分企业通过面板厂验证并批量供货。相对而言,国内半导体封装用PSPI产品仍处于研发和验证阶段,尚未批量化生产,主要企业包括波米科技、艾森股份、国风新材等。