新材料產業先進製造突破專項報道,目標蓄勢待發

Mondo 科技 更新 2024-01-29

(報告製作人:國泰君安**、余佳義、劉曉華、寧紫薇)

1.1.目標有許多下游應用程式,具有不同的效能要求

標的位於產業鏈中游,上游為原材料製造,下游塗佈應用於半導體晶元、平板顯示等終端行業。 濺射鍍膜是應用最廣泛的PVD鍍膜方法之一,所用材料就是濺射靶材。 目標材料的上游是高純金屬、合金、非金屬和化合物的製備。 下游是濺射鍍膜,後來應用於半導體晶元、平板顯示器、電池、資訊儲存等終端領域。

濺射靶材可以按形狀、化學成分和應用領域進行分類。 按形狀分類可分為平面靶材和旋轉靶材,其中旋轉靶材在濺射鍍膜過程中可圍繞固定磁體緩慢旋轉,從而將靶材的利用率提高到70%以上。 此外,目標可以按組成和應用領域進行分類。

靶材主要應用於積體電路、平板顯示器等領域,不同的下游對材料效能的要求不同。 預計2024年,全球目標應用佔比最大的將是積體電路,約為35%,其次是平板顯示(27%)、光伏(17%)和磁記錄(14%)。 其中,積體電路靶材對原材料純度的要求最高,一般在5N(99.)範圍內。999%),平面顯示約為5N,光伏和磁記錄一般均有4N以上純度要求。

1.2.生產工藝複雜,核心技術築起行業壁壘

在濺射鍍膜過程中,靶材表面的原子在受到高速離子束轟擊後,離開固體,移動到基板上沉積,形成薄膜。 濺射鍍膜是在真空環境中進行的,利用離子源產生的離子,使其加速聚集形成高速能量離子束,轟擊焊接在固定在背板上的目標坯料表面,表面原子濺射並散射出固體,沉積在基板上, 形成薄膜。

不同成分和形狀的靶材的製備工藝也不同。 靶材的製備工藝主要分為熔煉鑄造法、粉末燒結法、等離子噴塗法、擠壓法等。 其中冶煉鑄造和粉末燒結應用廣泛,前者主要用於鋁、銅、鈦、鉭等靶材的生產,後者主要用於鎢、鉬等靶材的生產。

以粉末燒結法為例,靶材的製備從原料粉末到檢驗出貨需要經過10多道工序,工藝相對複雜。 除了製備靶材對原料的純度要求高外,還需要有獨特的配方和精確的成分控制配比,粉體經過混合壓制燒結後,需要進行塑性加工,以獲得一定的外觀形狀,內部晶粒變形和位錯(晶粒細小均勻的產品可以高效穩定地濺射)。 然後,經過熱處理和水切割,形成目標坯料。 之後,經過機械加工、金屬化、焊接並與背板連線,形成目標產品(需要特殊的焊接工藝),最後經測試後即可出貨。

核心技術、客戶認證、資金、人才等方面築牢行業進入壁壘。 濺射靶材行業屬於技術密集型行業,核心技術往往受到專利授權和保密措施的保護,新進入者很難在短時間內取得突破。 同時,下游客戶對產品進行認證一般需要2-3年的時間,要更換最優秀的商家並不容易。 此外,高額的資金投入和長期的人才培養也為濺射靶材行業築起了進入壁壘。

濺射靶材製備的核心技術一般包括金屬提純、晶體內部組織控制、異種金屬焊接、精密加工、清洗和封裝技術等。 在金屬提純方面,由於原料中的雜質會影響產品效能,因此目標要求高純度的原料,一般在4N以上。 就晶體的內部結構而言,晶粒的大小和取向會影響濺射過程的均勻性和速度,因此需要控制結構。 靶材和背板的組成不同,將它們焊接在一起需要特殊的焊接技術才能達到較高的焊接結合力和強度。 此外,靶材還需要精密加工和清洗,這也涉及到很多核心技術。

1.3.國產替代高階產品,在領域瞄準星海

全球濺射靶材行業集中度較高,主要由海外企業佔據,國內企業市場占有率較低。 2024年,全球濺射靶材市場主要被四家公司佔據:新日鐵(30%)、霍尼韋爾(20%)、Tosoo(20%)、普萊克斯(10%),集中度高達80%。 雖然中國目標公司市場占有率較低,但江豐電子、優研新材料、龍華科技、阿什創,這四家上市公司在2024年將佔全球市場的8%左右4%,但隨著國內靶材生產技術的突破和高階靶材的國內替代,國內企業的影響力也越來越大,有望逐步開啟海外市場,提高全球市場份額。

在國內目標上市公司中,江豐電子目標業務體量最大,多家企業正在擴產。 在2024年國內目標上市公司中,江豐電子的營收和毛利率均處於行業領先水平,其次是優研新材料、龍華科技、阿什創。 這四家公司都具備不斷提高產量的能力,其中江豐電子主要布局平板顯示積體電路和靶材,新材料專注於拓展積體電路市場,而龍華科技和阿什創則是平板顯示的主要目標。

預計2024年全球目標市場規模將增至70億美元,國內規模將增至20個3億美元。 未來,隨著積體電路、太陽能電池、平板顯示產業的快速發展,上游靶材需求將得到提振。 我們預計全球目標市場規模將從 5793億美元,增長到6975 億美元,復合年增長率為 64%;中國目標市場規模將從12個增加到12個2億美元增長到20億美元3億美元,復合年增長率為18%。 2024年,中國市場的國內知名企業江豐電子、科研新材料、艾思創和龍華科技,在國內外的總營收約為5億美元,市場拓展空間很大。

國家激勵政策相繼出台,為行業發展提供了有力的助推力。 近年來,國家有關部門相繼出台政策鼓勵目標產業發展,將EBPVD熱障塗層用YSZ陶瓷靶材、超高純稀土金屬靶材、鋁鈧合金靶材列為重點戰略材料,將高純鉭、鈷、銅及銅合金、銀及銀合金靶材列為先進半導體材料和新型顯示材料, 屬於重點新材料範疇。此外,靶材下游產業,如積體電路、光伏等領域,得到國家政策的支援和鼓勵,也將促進上游材料健康快速發展。

2.1.晶元製造工藝+晶圓尺寸公升級,推動目標技術創新

靶材可用於積體電路前端晶圓製造和後端封裝的金屬化工藝。 在晶圓製造方面,隨著技術節點的縮小,使用的金屬材料也在發生變化,早期更多地使用鋁和鋁合金作為互連材料,而鈦則被用作阻擋層。 但在90nm節點之後,銅互連工藝成為主流,鉭作為阻擋層。 在亞7nm節點處,鈷、釕、鉬和鎢等金屬或合金成為更具潛力的互連或阻擋材料。 在後端封裝方面,鋁、鈦、銅、鉭等材料廣泛應用於金屬層、重佈線層和通矽通孔的生產中,可以有效地連線晶元和晶元,以及晶元和襯底。

半導體靶材可分為鋁、銅、鈦、鉭等靶材,其應用場景不同,其中鋁和銅電阻率低,導熱性好,作為積體電路的互連材料,鋁在90nm節點以上應用廣泛,銅主要用於90-7nm節點積體電路。 另一方面,鈦和鉭由於其高耐腐蝕性和附著力,可以防止鋁和銅的擴散,並用作阻隔層。 其中,鈦常用作鋁互連的阻擋層,而鉭則用作銅互連的阻擋層。 此外,鈷和鎳鉑還可用於與源極、漏極和柵極等金屬接觸,因為它們具有優異的鐵磁性和良好的導電性。 高純鎢及其合金主要用於製備金屬互連層和金屬之間具有通孔和垂直接觸的填料。 其他高純金屬和合金靶材,如金、銀等高純金屬,主要用於封裝中的凸塊、重新佈線、穿矽通孔、保形遮蔽等工藝。

晶元製造工藝和晶圓尺寸的更新迭代,對濺射靶材的純度、多樣化、精細微觀結構提出了新的要求,對靶材的可靠性和一致性提出了更高的要求。 在此背景下,我國半導體靶材未來重點發展方向包括:提高高純金屬材料製備技術水平,實現穩定量產攻克高效能靶材製備關鍵技術(如高純鉭、鎢靶材等),驅動靶材智慧型化生產針對電子資訊科技的前沿需求,開發高階新材料(如釕及釕合金、鋁鈧合金、多相變金、鈷基特種合金、陶瓷化合物等高純材料靶材)。提高分析、測試和應用評價能力,完善材料標準和評價體系建設。

2.2.行業景氣度好轉,標的公司再迎機遇

隨著全球積體電路產業的發展,目標市場規模將迎來快速增長,有望從182025 年為 46 億美元至 26.6 美元61億美元。 未來,隨著全球積體電路市場規模從2024年的727億美元增加到1048億美元,半導體靶材的市場規模也將從18個增加到18個2025 年為 46 億美元至 26.6 美元61億美元,年復合增長率約為13%。

國內外半導體用鋁鈦靶材技術水平不相上下,但國內掌握銅、鉭、鈷、鎳鈷、鎢等靶材領先技術的企業寥寥無幾。 國內外主要生產企業可配製多種型號的半導體鋁材、鈦靶材,上游高純鋁生產企業主要有海德魯、新疆中和等,鈦材主要有三菱化學、寧波創潤等。 然而,在銅鉭靶材生產方面,在原料雜質、缺陷控制技術、靶材結構均勻性控制和取向分布等方面與國內外還存在差距,掌握領先技術的國內企業相對較少。 銅靶材、鉭靶材、上游高純銅原料主要生產企業為新日鐵、優研新材、江豐電子等,高純鉭原料主要為新日鐵、世泰科、東方鉭等。 其他靶材,如鈷鎳鈷、鎢及鎢合金靶材國產化程度較低,上游原材料企業為金川集團、廈門鎢業等。

國內龍頭企業江豐電子在高階積體電路靶材生產方面取得重大突破。 友研新材、江豐電子等國內知名靶材企業一直在快速推進高階積體電路靶材的國產化。 其中,新材料大尺寸超高純銅合金先進工藝已批量供應給世界一流下游企業,12英吋鉭靶材也已通過驗證,在實現國產替代的同時,積極拓展海外市場。 江豐電子的高純金屬靶材批量用於全球知名晶元廠商的7nm技術節點晶元生產,並已進入先進的5nm技術節點,具備半導體靶材國產替代的技術基礎。 同時,江豐電子還將在南韓建設生產基地,開拓國外市場。 未來,這兩家公司有望帶領國內企業突圍,拓展更多國際知名客戶,提公升全球市場份額。

隨著國內半導體產業的突破和成長,對靶材的需求將得到提振,預計到2024年國內積體電路靶材市場將增加到5個76億美元,佔全球市場的22%。 國內半導體材料市場規模有望從136家增長5億美元至2024年的214億美元8億美元。 同時,隨著國內原材料提純技術的發展和靶晶控制技術的完善,積體電路用鈷、鎢等靶材的國產化率也將逐步提高,預計國內積體電路靶材市場將從3個增加到3個66億美元至5美元76億美元,復合年增長率約為163%,全球市場佔比也將提高到22%左右。

3.1.低電阻、大尺寸是顯示靶材的發展方向

LCD和OLED具有不同的發光原理和不同的內部結構,因此使用的濺射靶材和它們所扮演的角色也不同。 LCD使用液晶層來控制光的傳輸,並且本身不發光。 OLED採用有機化合物層直接發光,每個畫素點都是乙個獨立的發光光源,不需要背光源,因此發光層上下各有金屬陰極和陽極,從而實現電致發光。 例如,ITO靶材製備的透明導電膜也可以用作OLED中的負極材料。

平板顯示器的目標可分為ITO、IGZO、MO、CU、AL等,但成分相似的靶材在LCD和OLED中可能有不同的用途。 例如,ITO靶材可以作為濺射成透明導電膜,但在OLED中,除了此功能外,還可以用作負極材料,類似於MO和AL靶材,可用於製備OLED的電極佈線膜和正極材料。 此外,與LCD不同,OLED中也有電致發光薄膜,通常用ZNSMN和Y2O3等靶材濺射。

下游終端電視和智慧型手機螢幕的不斷迭代,將對上游物料提出更新的要求。 LCD和OLED在平板顯示行業中佔比最大的下游應用分別是電視和智慧型手機行業,預計未來6年這一格局不會有明顯變化。 因此,未來上游材料的發展方向將圍繞電視螢幕的大尺寸,以及智慧型手機螢幕柔性化、薄化的趨勢進行更新迭代。

未來,將圍繞低電阻率、高密度、大尺寸、一體化靶材到書本、高效率等展開迭代的平板顯示ITO靶材。 靶材電阻率的降低有利於提高TCO膜的導電性,ITO在OLED中可作為負極材料,對低電阻的要求更高。 密度的增加可以反映在靶材發黑、電阻率和成本的降低上。 大尺寸與靶體的一體化,主要是為了迎合LCD尺寸越來越大的趨勢。 提高靶材的利用率,可以降低下游使用成本。

3.2.顯示行業全球領先,高階目標有望國產化

中國將繼續引領全球顯示產業的快速發展。 據中國電子企業協會預測,2024年全球顯示行業市場規模約為1462億美元,其中LCD顯示屏約為827億顆,佔比57%,OLED為218億顆,佔比約28%,未來五年行業或將保持11%的年均復合增長率8%至2554億美元。 2024年,中國顯示產業規模位居世界第一,規模約為524億美元(3671億元人民幣)。 未來,中國顯示產業的快速發展將帶動上游材料的需求。

全球顯示器目標市場規模有望增至19家92億美元,國內市場規模上公升至9個8億美元。 預計我國平板顯示目標市場規模將從7個增長1 億美元,增長到 98 億美元,復合年增長率為 11%。 屆時,全球平面顯示目標市場規模也將從14個增加到14個58 億美元對 1992億美元。

國內企業在平面靶材上已基本實現國產化替代,但高階靶材的生產仍需突破。 國內知名的平板顯示目標企業有龍華科技、艾創、江峰電子、奧萊新材料、英日科技、中芯膜等公司,其產品已基本實現國產替代,但高階平板顯示目標,如IGZO等布局。 這六家公司的客戶基本包括京東方、華星光電等國內外知名面板廠商,未來,隨著國產目標技術的創新公升級,憑藉“近水”的優勢,產品的高階部分也有望實現國產替代。

4.1.光伏降本增效,機遇與挑戰與目標並存

該靶材可用於製備薄膜電池和HJT電池的吸光層、TCO層等。 在薄膜電池中,如碲化鎘薄膜電池,碲化鎘和ITO靶材主要用於濺射沉積光吸收層和TCO層。 HJT電池主要使用ITO靶材來製備電池兩側的TCO層。

太陽能電池的靶材也可以分為陶瓷和金屬,它們的用途不同。 其中,陶瓷的ITO和AZO靶材可用於濺射透明導電層(TCO),AZO靶材由於成本低廉,可以替代部分ITO靶材。 碲化鎘和銅銦鎵等靶材可用作光吸收層。 在金屬靶材中,鋁和銅靶材可作為電池的線層,乳腺X線靶材可用於製備背電極材料。

在光伏領域,還有降低成本等更迫切的發展需求。 在太陽能電池組件特別是異質結電池成本降低需求的推動下,靶材成本降低是大勢所趨,未來靶材成本可能在提高靶材穩定性、增加密度、使用效率高、降低原材料成本等方面得到控制,以滿足下游需求。

國內有很多知名企業已經部署了光伏靶材,其中大部分都集中在ITO靶材的生產和研發上。 在ITO靶材方面,龍華科技、奧樂新材、英日科技、中試膜均已實現量產供應,其中中試膜除ITO靶材外,在業內享有較高知名度,CDTE等靶材的生產,除了Acetron的驗證和引進外,在業內也備受推崇。 鋁靶等金屬靶材主要由江豐電子生產,其客戶包括Sunpower。

4.2.異質結產業化風向逐步興起,靶材或將受益

隨著晶體矽和薄膜太陽能電池產量的增加,對靶材的需求也將穩步增長。 全球晶體矽太陽能元件產量預計將從2024年的368GW增加到2024年的650GW,復合年增長率為209%;中國晶矽元件產量將從289GW增至510GW,復合年增長率為209%。同時,由於BIPV等應用的擴大,薄膜太陽能元件的需求預計將逐漸增加,預計全球產量將從2024年的9.0%增長2GW,2024年增至11GW4GW,國內產量有望從011GW 至 012gw。晶體矽和薄膜太陽能電池的發展也將帶動對靶材的需求。

在晶體矽太陽能電池中,HJT電池對靶材的單位消耗量更大,隨著HJT磁導率的提高,對靶材的需求將進一步增加。 截至2024年底,多家全球知名光伏企業提公升了異質結產能,如愛康、REC集團、通威等。 此外,國內仍有多家企業規劃異質結產能,隨著未來產能的釋放,異質結電池的滲透率將逐步提高,對ITO等標的的需求可能會迅速增加。

未來,對太陽能電池靶材的需求將增加,這可能會帶動市場規模的增長。 全球太陽能電池靶材市場規模有望從10個增長16 億美元至 13 美元18 億美元,復合年增長率為 91%,而國內市場規模,在異質結電池需求的帶動下,將從091 億美元至 3 美元92億美元,復合年增長率為627%。

5.1.下一代磁性儲存器的記錄目標

磁記錄目標用於磁碟的介質和頭部部分。 圓盤的記錄介質層通常是通過將靶材濺射成磁性薄膜而形成的,磁性薄膜包括記錄層、中間層和襯裡。 當沒有外磁場時,記錄層的磁極是無序的,當磁頭的磁場作用時,記錄層磁極的方向與磁場的方向相同,從而儲存資訊。 通過將未通電的磁頭穿過圓盤表面並產生感應電流來獲得資訊的讀取。

隨著磁記錄技術的迭代,磁記錄目標的種類和質量也在不斷更新。 在硬碟驅動器 (HDD) 中,用於記錄介質的目標包括用於記錄層的 Co-Cr-PT 目標、用於中間層的 NI-W 目標和用於底層的 Co-Fe 目標。 磁頭使用合金靶材,如MN和Ni合金靶材。 隨著儲存器技術的發展,新一代非易失性半導體儲存器MRAM具有很大的產業化前景,它也是一種磁性儲存器,其製備過程中也會採用合金濺射靶材。

5.2.HDD市場正在萎縮,需求可能會看MRAM

隨著儲存技術的不斷公升級,全球HDD出貨量逐年下降,磁記錄標的市場規模可能逐漸減少。 隨著儲存技術的變革,半導體儲存器可能逐漸取代機械硬碟,SSD近年來發展迅速,但全球HDD出貨量呈現下降趨勢,預計從2024年的1.增加全球磁記錄目標市場預計將從2024年的10%增長到10%9 億美元降至 5 美元4億美元。

國內磁記錄目標廠家寥寥無幾,主要以龍頭膠片和長沙新康為主。 磁記錄靶材市場主要由海外公司佔據,如JX Metal和Toso。 國內企業主要有龍頭薄膜,可為圓盤和磁頭鍍膜提供全方位的濺射靶材。 長沙新康可提供鈷、鉭、鋯靶材,用於軟磁底層材料的垂直記錄。

新一代RAM儲存技術前景廣闊,MRAM已接近產業化。 儲存器可分為磁儲存、半導體儲存、光儲存等,其中SSD(固態硬碟)逐漸取代HDD(機械硬碟),但隨著資料儲存和讀取需求的快速發展,基於NAND Flash的硬碟容量也受到限制,存在技術瓶頸,新一代RAM儲存技術有望突破瓶頸, 而MRAM(磁阻儲存器)離工業化更遠。

MRAM可能為磁記錄靶標開闢新的可能性。 新型儲存器主要包括電阻儲存器(Reram RRAM)、相變儲存器(PCM)、鐵電儲存器(Ferram FRAM)和磁儲存器(MRAM)。 其中,MRAM在讀取時間、寫入擦除、耐久性等引數方面具有更好的效能,更接近行業,因此未來應用前景巨大。 另一方面,MRAM使用鐵磁薄膜材料。 據JX Metals稱,該公司的磁性材料濺射靶材已經用於生產新一代非易失性半導體儲存器MRAM。 為磁記錄靶材開闢新的開發空間。

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