石英材料制品行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)及細(xì)分市場應(yīng)用情況
1、石英材料制品行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)分析
石英材料性能優(yōu)越、終端應(yīng)用廣泛。石英制品行業(yè)的周期性與下游密不可分,涉及半導(dǎo)體、光伏、砷化鎵、化工、航空航天、軍工等眾多領(lǐng)域,進(jìn)而導(dǎo)致行業(yè)整體周期性特征并不明顯,發(fā)展比較穩(wěn)定。石英制品的種類多,是半導(dǎo)體制造工序的重要材料,其應(yīng)用幾乎貫穿半導(dǎo)體晶圓制造的整個(gè)過程。目前,半導(dǎo)體用石英材料國產(chǎn)化率低,市場幾乎被國外公司壟斷。
我國石英制品工業(yè)起步較晚,基礎(chǔ)薄弱,產(chǎn)品主要作為工業(yè)用基礎(chǔ)性材料,隨著電子信息、半導(dǎo)體等高科技領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮奶嵘?,石英材料及制品行業(yè)迎來了新的發(fā)展空間和機(jī)遇。伴隨著國外先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)以及核心技術(shù)的自主研發(fā),我國石英玻璃材料及制品行業(yè)在石英制品工藝、設(shè)備制造方面均得到大幅提升,正逐漸從能源和勞動(dòng)密集型行業(yè)向技術(shù)密集型、資金密集型方向轉(zhuǎn)變。近年來,國家對(duì)石英制品下游行業(yè)的重視程度持續(xù)增加,陸續(xù)出臺(tái)了關(guān)于半導(dǎo)體、光伏產(chǎn)業(yè)升級(jí)及配套優(yōu)惠政策。受益于下游半導(dǎo)體產(chǎn)能轉(zhuǎn)移、5G 光纖需求增長、光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展,石英材料行業(yè)有望加速進(jìn)口替代,進(jìn)入快速上行趨勢。
產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括石英砂、石英材料,中游主要為各規(guī)格及型號(hào)不同的石英制品,行業(yè)下游主要對(duì)接半導(dǎo)體、光伏、電光源、航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域。
在上游石英砂產(chǎn)業(yè)中,高純石英砂生產(chǎn)與高品質(zhì)礦源密切相關(guān),低品質(zhì)礦源提純較為困難。工業(yè)上石英砂一般可分為普通石英砂、精制石英砂、高純石英砂、熔融石英砂等,其中高純石英砂通常要求二氧化硅≥99.998%,鐵元素≤1ppm,且具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、高度絕緣、耐腐蝕以及獨(dú)特的光學(xué)特性。從市場情況看,國內(nèi)高純石英砂呈現(xiàn)高度壟斷的態(tài)勢。石英玻璃具備良好的物理、化學(xué)性能,主要分為透明和不透明兩大類,其原材料大多取自純度在 99.5%以上的精制石英砂。石英玻璃制品有各種規(guī)格,按照產(chǎn)品形狀可分為管材、棒材、板材等。從特殊功能方面還有低膨脹石英玻璃、耐輻照石英玻璃、透紫外線或紅外線石英玻璃、濾紫外線石英玻璃等。
中游石英制品產(chǎn)業(yè),尤其是給半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)線配套的石英制品產(chǎn)業(yè)門檻較高,石英制品供應(yīng)商提供的不同規(guī)格的產(chǎn)品通常需要單獨(dú)通過半導(dǎo)體設(shè)備廠商或芯片制造廠商的測試,產(chǎn)品試驗(yàn)合格才可以供貨。供應(yīng)商通常需要通過客戶的現(xiàn)場檢驗(yàn)等工作,才能順利進(jìn)入供應(yīng)商名單。行業(yè)內(nèi)具備高純度、大尺寸石英制品供應(yīng)能力的企業(yè)較少。在石英玻璃制品的加工方面,國內(nèi)的加工能力相比國際領(lǐng)先水平還有一定的差距,主要表現(xiàn)為材料純度水平不高、產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定、先進(jìn)產(chǎn)品不具備自主生產(chǎn)技術(shù)等。而行業(yè)的中低端產(chǎn)品廠商基礎(chǔ)差別較小,競爭激烈,毛利率也較低。
產(chǎn)業(yè)鏈下游主要集中在半導(dǎo)體、光纖、光學(xué)、光伏和電光源等細(xì)分領(lǐng)域,在石英制品的終端應(yīng)用中,半導(dǎo)體、光纖、光學(xué)、光伏和電光源行業(yè)的占比分別為 65%、14%、10%、7%和 4%,其中,光纖、光伏和半導(dǎo)體是增長較快的領(lǐng)域,將成為石英制品行業(yè)發(fā)展的助推器。
石英制品在下游應(yīng)用廣泛,產(chǎn)品貫穿集成電路產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié),以石英砂到芯片的生產(chǎn)過程為例,生產(chǎn)過程將使用到石英坩堝、石英鐘罩、石英擴(kuò)散管、石英舟、石英玻璃基片等不同類型的產(chǎn)品。
石英材料制品行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)圖
資料來源:普華有策
2、下游細(xì)分市場應(yīng)用分析及前景分析
(1)半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)加工各環(huán)節(jié)所需的主要石英制品類型及功能
我國半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展較晚,國內(nèi)半導(dǎo)體市場 8-12 英寸生產(chǎn)線使用的石英制品一直依賴進(jìn)口,雖然國外石英加工技術(shù)領(lǐng)先,但對(duì)于國內(nèi)同行業(yè)實(shí)行技術(shù)封鎖,國內(nèi)企業(yè)只能依靠自主創(chuàng)新,占領(lǐng)中低端石英制品市場。雖然,近幾年國家對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)出臺(tái)了若干鼓勵(lì)政策,我國的集成電路產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但我國與發(fā)達(dá)國家石英制品的生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)水平差距仍然很大。
半導(dǎo)體領(lǐng)域加工環(huán)節(jié)在芯片設(shè)計(jì)流程后,可分為三個(gè)階段:單晶硅片制造、晶圓制造和封裝測試。石英材料在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用主要在單晶硅片制造和晶圓制造兩個(gè)環(huán)節(jié)。石英舟、石英管、石英儀器是半導(dǎo)體芯片加工過程清洗、氧化、光刻、刻蝕、擴(kuò)散等環(huán)節(jié)中所需要的材料。
石英制品在各個(gè)階段的應(yīng)用
資料來源:普華有策
半導(dǎo)體工藝制程中,需要用到大量的石英制品,按照工作環(huán)境溫度的不同,分為高溫工藝和低溫工藝兩大類,高溫工藝包括擴(kuò)散、氧化等,低溫工藝包括刻蝕、封裝、光刻、清洗等。
電子行業(yè)的快速發(fā)展使半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)高性能石英玻璃制品需求增加,直接帶動(dòng)高性能石英玻璃制品行業(yè)的快速發(fā)展。
(2)光伏領(lǐng)域生產(chǎn)加工各環(huán)節(jié)所需的主要石英制品類型及功能
石英坩堝是硅棒/錠生產(chǎn)過程中,多晶硅鑄錠爐的關(guān)鍵元器件,用于盛裝熔融硅并制成后續(xù)所需硅錠的一次性消耗品。石英舟、管、瓶、清洗槽等器件,應(yīng)用于電池片生產(chǎn)過程中擴(kuò)散、清洗等環(huán)節(jié),主要是承載功能。光伏生產(chǎn)工藝屬于低溫工藝,對(duì)石英制品性能的要求主要是耐腐蝕、透光性好、雜質(zhì)含量低,對(duì)羥基無要求。
3、石英材料制品行業(yè)發(fā)展趨勢
隨著半導(dǎo)體行業(yè)硅片尺寸的不斷升級(jí),并根據(jù)摩爾定律:約每隔 18 個(gè)月芯片的制程就會(huì)發(fā)生一次變化,下游行業(yè)對(duì)石英制品的尺寸、純度、精度的要求會(huì)越來越高,行業(yè)迫使產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)不斷提升研發(fā)大尺寸、高規(guī)格產(chǎn)品,以滿足下游行業(yè)的需要。
從技術(shù)路線上看,未來電熔法和合成石英玻璃需求量較大。相比于傳統(tǒng)的氣煉法,電熔法成本更高,成品羥基含量更低,更符合未來高端石英玻璃材料的需要。光掩膜基板、芯棒等的制造主要是合成石英玻璃,隨著物聯(lián)網(wǎng)和 5G 的快速發(fā)展,高性能合成石英玻璃需求將會(huì)越來越大。越來越多的石英玻璃材料高端制造廠家均已布局合成石英玻璃生產(chǎn)。
從材料本身性能來看,制造廠家已不滿足于單純提高石英玻璃純度和減少雜質(zhì),還通過添加其他化學(xué)元素增強(qiáng)石英材料性能,滿足產(chǎn)品的個(gè)性化需要。目前已經(jīng)研制出具有超低膨脹系數(shù)(零膨脹)的含二氧化銻石英玻璃、耐輻射石英玻璃、摻稀土或過渡金屬元素的發(fā)光和濾光石英玻璃、摻鋨石英玻璃光纖放大器(EDFA)、光纖陀螺儀(FOG)、光線光柵濾波器、光柵光纖激光器、平面光波導(dǎo)、智能光學(xué)傳感器等。
從下游應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展來看,移動(dòng)智能終端及芯片呈爆發(fā)式增長,云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新業(yè)態(tài)快速發(fā)展,石英材料作為高端制造的重要輔材的石英產(chǎn)業(yè)也將持續(xù)增長。5G 基站的建設(shè)推動(dòng)光纖需求增長,為光纖領(lǐng)域提供配套產(chǎn)品的石英企業(yè)或迎來新的增長點(diǎn)。此外,石英纖維在光纖、汽車、醫(yī)學(xué)等非軍工領(lǐng)域應(yīng)用良好。
石英玻璃產(chǎn)品正逐漸向“純、精、凈、大、專”方向發(fā)展,基礎(chǔ)材料的純度更高,器件產(chǎn)品的加工精度更高,產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)境潔凈度更高,產(chǎn)品器型尺寸更大,產(chǎn)品對(duì)各種專門應(yīng)用場合的適應(yīng)性更強(qiáng)。未來石英產(chǎn)業(yè)可以更好服務(wù)于半導(dǎo)體、光纖、航空航天等尖端領(lǐng)域,向高性能、高技術(shù)含量、高附加值發(fā)展。
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