2024年半导体材料行业深度报告：万丈高楼材料起，夯实中国“芯”地基

半导体材料：半导体产业链上游，国产化迫在眉睫

半导体产业链上游，支撑中游制造和封测两大环节

半导体材料作为半导体产业链上游，支撑中游生 产的制造和封测两大环节，故可分为制造材料和 封测材料两大类。 市场规模：SEMI数据显示，2022年全球半导体材 料市场规模为726.90亿美元；其中，中国台湾和 中国大陆为前两大市场，合计占比为45.53%。  竞争格局：全球半导体材料市场由日本厂商主导， 其中制造材料市场集中度较高，而封装材料市场 集中度较低。

下游代工厂产能利用率提升有望拉动半导体材料需求

8寸：MOSFET、IGBT、模拟芯片等产品大多使用8寸晶圆。根据TrendForce数据，由于需求疲软且价格竞争激烈，23Q4 8寸晶圆产能利用率预计降至20Q4以来的最低点，其中联电、三星的产能利用率不足50%。 12寸：得益于补库需求，12寸产能利用率有望逐步上行；TrendForce预计23Q4 台积电、晶合集成和中芯国际产能利用率维持在80%左右。 中国大陆持续扩充晶圆产能，以成熟制程为主。根据TrendForce数据，2027年中国大陆晶圆产能占全球总产能的比例有望从2022年的24%提升至28%，其中成熟制程部分的比重有望提升至33%，先进制程占比或将维持1%。

封装基板：先进封装+算力高增助力封装基板腾飞

两类封装载体，封装基板多应用于高端封装领域

封装载体分为引线框架和封装基板两大类。相比引线框架， 封装基板可实现更多引脚数、更小体积、更多模块和更优 异电性能，在高端封装领域已基本取代传统引线框架。 封装基板有三大作用：1）提供支撑、散热和保护；2）为 芯片与PCB板之间提供电路连接；3）可埋入无源、有源器 件以实现系统功能。 封装基板可按照基板材质、封装工艺和应用领域三个标准 进行分类。

封装基板可看作线宽线距更小的高端PCB

封装基板可看作高端PCB，在线宽/线距、板厚、层数等多项技术参数上要求更高。以存储芯片封装基板为例，其线宽线距一般为20μm，而普通PCB线宽线距多在50μm以上。 按照电路图形成路径，PCB制备工艺可分为减成法、半加成法/改良型半加成法、加成法三种。

半加成法SAP/改良型半加成法mSAP工艺流程

半加成法SAP和改良型半加成法mSAP工艺流程区别主要在于绝缘介质上的铜层。两种方式通过不同工艺形成的铜层厚度不同，SAP工艺铜层厚度在0.5-1微米，mSAP工艺铜层厚度在2-3微米，最终导致最小线宽线距能力不同。SAP工艺的核心技术是控制沉铜层与绝缘材料间的结合力。

封装基板可按基板材质分类，ABF封装基板适用于高算芯片

封装基板按基板材质不同，可分为硬质封装基板、柔性封装基板和陶瓷封装基板，其中以硬质基板中的BT封装基板和ABF封装基板为主。 BT封装基板线宽线距较大、层数较低，难以满足高阶运算需求。ABF封装基板具有更小线宽线距/更高层数等优势，适合CPU/GPU、FPGA、ASIC等高算性能芯片。根据未来半导体，AMDGenoa、NVIDIAGraceSuperchip均采用了ABF封装基板。

固化剂影响ABF树脂的介电性能、耐热性能、吸水率等性能

与普通PCB相比，ABF封装基板增层结构舍去了预浸玻纤布压合铜箔的覆铜板。与BT封装基板相比，ABF封装基板的芯板仍采用玻纤布预浸BT树脂，但绝缘材料由BT树脂更改为ABF（Ajinomoto Build-up Film）。

ABF绝缘性能优异、易于加工、低热膨胀性，且与铜层结合力强。 ABF由支撑介质（PET）、ABF树脂、保护膜三层构成，其中ABF树脂主要由环氧树脂、固化剂、填料（以硅微粉为主）等成分组成。固化剂种类影响ABF树脂的介电性能、耐热性能、吸水率等性能。

全球ABF产品由日本味之素（Ajinomoto）垄断。根据固化剂不同，味之素ABF 产品可分为酚醛树脂固化型的GX系列（GX-13标准型、GX-92低表面粗糙度型、GX-T31低热膨胀系数型等）、活性酯固化型的GY系列（GY-11低介电型等）和氰酸酯固化型的GZ系列（GZ-22、GZ-41等高玻璃化转变温度型）。

封装基板增速位居PCB市场第一，内资厂商产值占比低

中国台湾电路板协会和Prismark数据显示，2022年全球封装基板市场规模约174亿美元，预计2027年达到223亿美元；2022-2027年CAGR约5.10%，在PCB各细分行业中位居第一。市场格局方面，2022年中国台湾、韩国与日本的封装基板厂商产值占整体产值超90%。其中，中国台湾封装基板厂商占比最高，达到38.3%；中国大陆内资封装基板厂商仅占整体产值的3.2%。

光刻胶：光刻核心原材料，国产厂商亟需突破

EUV光刻胶面临严峻RLS挑战

衡量光刻胶性能最重要的三个性能分别为分辨 率、粗糙度和灵敏度；三者间存在平衡制约关 系，即RLS挑战（Resolution，Line edge roughness，and Sensitivity）。 EUV光刻胶目前瓶颈在于粗糙度。线宽逐渐减 小导致LER越大；对于同样曝光能量，EUV光 子的高能量导致散粒噪声大大增加，造成LER升 高。  单分子树脂（分子玻璃）型光刻胶和有机-无机 杂化型光刻胶是EUV光刻胶两大技术方向。

半导体光刻胶：光刻工艺全流程

光刻工艺决定着芯片的最小特征尺寸，包括清洗、表面处理、 旋涂、前烘、对准和曝光、后烘、显影等数个流程。 根据DRAMeXchange数据，光刻工艺约占芯片制造成本的 30%，约占芯片制造总耗时的40%-50%。

多重曝光技术

多重曝光技术是将 原始版图上的图形 分配到多个掩模版 上，依次进行制造， 可实现特征尺寸更 小的图案。受瓦森 纳协定限制，中国 无法引进EUV光刻 机，因此多重曝光 技术成为我国突破 光刻极限关键手段。 根据国际半导体器 件与系统路线图， EUV仍需多重曝光 技术以实现5nm制 程及以下芯片制造。 主流多重曝光技术 有LELE、LFLE、 SADP、SAQP四种； 前两种常用于逻辑 芯片，后两种常用 于存储芯片。

百亿美元市场稳步增长，日美厂商占据主要市场

市场规模方面，根据《全球光刻胶产业现状及布局》，2022年全球光刻胶市场预计于突破百亿美元规模；中商产业研究院数据显示，2022年中国光刻胶市场规模约99亿元。竞争格局方面，光刻胶市场集中度高，主要由日美厂商所占据。产品结构方面，我国光刻胶生产能力集中在技术难度较低的PCB光刻胶。

电子气体：贯穿制造全流程，大宗气体高稳定性

贯穿半导体制造全流程，分为电子大宗气体和电子特气两类

电子气体贯穿半导体制造全流程，包括沉积、光刻、刻蚀、清洗、掺杂等环节。电子气体可分为电子大宗气体和电子特种气体（简称电子特气）两大类；其中，电子大宗气体有六种，单一种类用量大；电子特气种类超130种，单一种类用量小。

光刻：DUV光源采用准分子激光器， EUV光刻技术推动氢气需求

DUV光刻机光源采用的是准分子激光器，由稀有气体（如氩气Ar、 氪气Kr、氖气Ne）和卤素气体（氟气F2）组成的混合气体在高 压受激发后形成等离子体，准分子发生了由高能态转向低能态的 电子跃迁，产生固定波长的光线。 ASML EUV光刻机基于LPP（激光等离子体）方案：大功率短脉冲 CO2激光器发出连续两个脉冲击中锡滴液。锡滴蒸发产生的散落 锡碎片会沉积在收集镜上，导致所收集的光功率降低，因此需要 大量氢气和锡反应，生成锡烷（SnH4），再通过真空管线抽走。

掺杂改善导电性质，退火修复晶格结构

掺杂：通过引入少量杂 质，增加可移动的电子 或空穴的数量，以改善 硅的导电性质，形成半 导体。掺杂主要有扩散 和离子注入两种方法： N型硅向纯硅中掺杂五 价元素（如P、As等）； P型硅向纯硅中掺杂三 价元素（如B等）。 退火：晶体生长和制造 过程中，材料会出现缺 陷、杂质、位错等缺陷， 导致晶格不完整，施加 电场后的电导率较低。 通过退火处理，可以使 结晶体内部重新排列， 去除大部分缺陷和杂质， 恢复晶格完整，提高电 导率和电学性能。

环氧塑封料：高端产品海外厂商垄断，国产替代空间广阔

环氧塑封料为主要包封材料，可分为四大类

根据《我国集成电路材料专题系列报告》，超90%的集成电路采用环氧塑封料 （Epoxy Molding Compound，简称EMC）作为包封材料。 环氧塑封料可分为饼状、片状、颗粒状（GMC）和液态（LMC）四种。其中，饼状 环氧塑封料主要用于传统封装，采用传递成型法对芯片实现包封；后三者主要用于 先进封装。

片状、GMC和LMC采用压缩法实现包封，LMC可应用于HBM

片状、GMC和LMC采用压缩法实现芯片包封。其中GMC具有操作简单、工时较短、成本较低等优势；LMC具备可中低温固化、低吸水率以及高可靠性等优点。 LMC可应用于HBM封装中。SK海力士在其HBM3产品上采用了MR-MUF（Mass Reflow-MoldedUnderfill）技术，大幅提高了散热性能。然而，相比固态EMC，LMC填料含量低，易出现翘曲问题。

环氧树脂：对环氧塑封料整体性能起到明显影响

环氧树脂对环氧塑封料的流动性、填充性、脱模性、固化速度、耐 热性、力学性能、电性能、粘附性、吸湿性等性能起到明显的影响。 对环氧树脂性能要求方面，强度/韧性、耐热性和耐湿性关注度排前 三。 目前可应用于环氧塑封料的环氧树脂体系主要包括通用的邻甲酚醛 型环氧树脂、耐高温的萘型环氧树脂、低熔体黏度的结晶双酚A型 与联苯型环氧树脂以及多芳环的苯酚－芳烷基型环氧树脂等，可满 足不同终端应用对性能的不同要求。

球形硅微粉制备方法

球形硅微粉按照粒度分类，可以分为微米球形硅微粉（1~100μm）、亚微米球形硅微粉（0.1~1.0μm）和纳米球形硅微粉（1~100nm）等3种类型。目前亚微米球形硅微粉主要通过VMC法制作，但该法被日美所垄断，进行严格封锁。

封装工艺中加料口的大小和布线间距对填充料的粒径分布提出一定要求。目前作为填充料的硅微粉多为微米级。颗粒过大在固化成型时易产生沉降分层，导致材料性质不均匀和产品的尺寸不稳定，在封装中易产生较大的内应力导致开裂，随着封装尺寸逐渐微缩，加之集成度增加，要求填充料在尺寸上趋向小型化。

填料颗粒的粒径越小，线膨胀系数降低效果越明显。主要系相同添加量时，小颗粒所占的体积分数大，颗粒越小粉体的比表面积越大，与基体的结合性越好，限制束缚了环氧树脂分子的热膨胀运动。

其他材料

前驱体

前驱体是携带有目标元素，呈气态、易挥发液态或固态，具备化学热稳定性， 同时具备相应的反应活性或物理性能的一类物质。 薄膜沉积工艺包括物理薄膜沉积（PVD）、化学气相反应薄膜沉积（CVD）和原 子层薄膜沉积（ALD），而前驱体是ALD和CVD薄膜沉积工艺的核心原材料。 根据中巨芯公告，目前我国前驱体的产品成熟度仍然很低，与国际先进水平的 差距很大，国产化率极低。

CMP材料

CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨技术结合实 现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，使晶圆表 面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。 制程节点不断微缩对CMP工艺提出了更多需求；根据 安集科技公告，14nm以下逻辑芯片工艺要求的关键 CMP工艺超20步，而7nm以下逻辑芯片所需CMP步骤可 达30步。此外，3D NAND堆叠层数的提升使得CMP步骤 次数明显增长。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）