國產半導體材料的“覺醒”

“如果說晶片禁運是‘殺敵一千自損八百’，那積體電路關鍵電子材料就是‘四兩撥千斤’，三種材料就可以重創整個韓國產業。

”深圳先進電子材料國際創新研究院院長孫蓉說。

從這個意義上來看，在當前中美貿易摩擦的背景下，積體電路關鍵電子材料的戰略意義甚至比晶片更為重要。

日本“失落的三十年”和半導體材料的崛起

日本的文化裡，有極度矛盾的兩個特性，就像《菊與刀》，既隱忍唯美，又殺伐決斷。

去年，半導體行業發生了一件大事：從7月4日起，日本對韓國限制出口了3種半導體材料：電視、手機顯示屏使用的“氟聚醯亞胺”、半導體制造過程中的“光刻膠”、“高純度氟化氫”。

在長期的日韓貿易摩擦下，日本終於祭出“殺手鐧”，這對韓國的衝擊到底有多大？要知道，

上述三種材料可以說是半導體行業重要的原材料，堪稱命脈，而且全球70%以上生產被日本壟斷。

別看日本現在如此強勢，事實上，

半導體行業也曾是其發展歷程上的一段“傷心往事”。當時的日本，面臨的處境其實和現在的中國有點類似。

這還要從日本在半導體行業的崛起說起。

二戰後，受益於美蘇冷戰，美國電子產業的重心從民用轉向軍用，進而導致民用產能不足，日本民用電子產品（如收音機、彩色電視機、家用錄影機等）在這段時間開始崛起。

日本的半導體發展歷史也在此時拉開序幕，當時由於人工便宜，日本的電晶體產業迅速發展起來。

不過一開始，事情並不是那麼順利，當日本NEC公司在1958年推出了第一臺完全國產化的電晶體計算機NEAC-2201並把它運到巴黎萬國博覽會上進行展出時，卻發現這個產品已經過時：電晶體時代已經過去，以積體電路為代表的半導體技術成為主流。

痛定思痛的日本在政府和產業界支援下，

開始開足馬力全力追趕美國，當時可以說真的是“舉全國之力”在發展半導體產業。

這不得不提到

1974年日本政府批准的“超大規模積體電路計劃”

，這個超大規模還真是實至名歸：彼時日本政府把日立、NEC、富士通、三菱和東芝都叫到一起開會，要他們整合產學研半導體全部人才，追趕美國。

當時有美國派去日本公司考察的人都驚呆了，回去說：“日本人一幢樓在做儲存晶片研發，第一層樓的人研發16K容量，第二層樓的人研發64K的容量，第三層的人研發256K的容量。”

萬眾一心的效果也很顯著：在日本半導體開山鼻祖垂井康夫帶領的帶領下，九州島迅速成為了“日本的矽谷”，4年時間搞出上千件專利，1980年拿下30%的半導體記憶體市場，1985年拿下全球50%的記憶體市場，重創了美國半導體企業。

據說，

巔峰時期，日本在記憶體市場的份額甚至達到了80%，

在這種情況下，美國開始著急了，於是在上世紀80年代後期，美國瘋狂攻擊日本半導體行業，包括全面封殺，打散日本晶片軍團、加收100％的額外費用等。由於內需市場太小，日本晶片基本由美國人買單，後來日本實在熬不下去，在1986年簽訂了《美日半導體協議》。

至此，日本傲視全球的半導體行業日漸式微，儲存晶片佔據全球市場份額從最高的80％直接跌到10％。日本晶片行業衰落後、緊接著就是樓市崩盤、經濟泡沫破裂，然後沉默至今。

這段歲月，被稱為日本“失落的三十年”。

回到開頭日本對韓國的禁令，日本在半導體行業的失落，並不代表其在半導體產業鏈的全面退場，

即便是在美國的打壓下，日本仍在半導體上游的原材料領域，成為不可替代的存在。

據悉，生產晶片的材料品類繁多，必須用到的19種材料還具備極高的技術壁壘。而根據相關資料統計，2019年日本在全球半導體材料市場份額達66%；更關鍵的是，

19種主要材料中，日本有14種市佔率超過50%，其中，光刻膠、高純度氟化氫和氟化聚醯胺更是成為其“殺手鐧”。

雖然也有觀點認為日本在半導體材料的崛起其實是晶片戰爭下的“遺產”，但不可否認的是，

當時擅長模仿創新的日本，在精細的製造，持久的技術改良上，還是有自己“慢工出細活”的優勢。

國產光刻膠之殤

常州強力電子新材料股份有限公司首席科學家李軍在公開場合談到他從日本回國後第一次講光敏聚醯亞胺（也稱PSPI，是一種可用於光刻膠和電子封裝的材料）很重要的經歷，雖然專家都認可這個東西很重要，但當時的結論是：不是什麼東西都要自己做。

9年過去了，沒想到小小的一滴膠水就能制約一個國家，這裡的膠水，指的就是的光刻膠，

現在，當所有人都意識到光刻膠重要性的時候，光刻膠成為了所有半導體材料裡面最難國產化的材料之一。

前段時間，關於國內造不出高階光刻機的討論有很多，

事實上，除了高階光刻機之外，國內在高階光刻膠方面也幾乎是一片空白。

目前，國內光刻膠主要集中在印製電路板領域，在高階晶片市場，自給率不到10%。

其中12寸矽片所用的ArF光刻膠，國內尚未有公司能夠量產，基本全靠進口。

光刻膠行業長年被日本、歐美這些專業公司壟斷。目前前五大廠商就佔據了全球光刻膠市場87%的份額，行業集中度高。其中，日本JSR、東京應化、日本信越與富士電子材料市佔率加和達到72%。並且高解析度的KrF和ArF光刻膠核心技術亦基本被日本和美國企業所壟斷，產品絕大多數出自日本和美國公司，如陶氏化學、JSR株式會社、信越化學、東京應化工業、Fujifilm，以及韓國東進等企業。

可能大家又要開始問了，為什麼高階光刻膠國內這一領域幾乎是空白？

首先，過去全球化分工的市場環境下，國內並沒有意識到晶片原材料非得自己研發，畢竟能買來，什麼要自己做呢？自己做還未必能做到這個價格。

如果不是貿易戰，我們可能還沉浸在“全球分工”的美好夢境裡不願醒來。

所以在中興事件發酵後，才突然有那麼多人站出來開始呼籲技術的自主性，意識到關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。

其次，儘管可以撬動整個半導體行業，甚至在重要性媲美光刻機，

但光刻膠並不是一個很大的市場。

據悉，2019年的全球光刻膠市場的規模才90億美元，業內人士說，這一容量還不及一家大型IC設計企業的年營收，行業成長空間有限，自然進入的企業就少。

最後就是技術壁壘非常高。高到什麼程度？

從它的定義就可以看出，何謂光刻膠？

光刻膠是一種經過嚴格設計的複雜、精密的配方產品。高

端光刻膠對於產品的解析度、對比度、敏感度等要求非常高。

“配方產品”這詞，乍聽就有一種高階感，就像武俠小說裡的獨門妙藥一樣，比如以清晨九種花瓣上的露水調製而成的九花玉露丸。不過光刻膠的原材料據說有100多種。

其實，

這裡的配方產品其實可以理解為定製化

，由於不同的客戶會有不同的應用需求，同一個客戶也有不同的光刻應用需求。導致光刻膠的種類極其繁雜，必須透過調整光刻膠的配方，滿足差異化應用需求，這也是光刻膠製造商最核心的技術。

此外，

它涉及的技術範圍也相當複雜

，由於光刻膠所屬的微電子化學品是電子行業與化工行業交叉的領域，是典型的技術密集行業。說白了，就像是還高一還沒分班的時候，數理化、文史地，啥都要學，還得都精通，這難度，顯然是高了好幾個等級。

實際上，比這難多了，高中不分班，學生們學習的課程也頂多9門，但光

刻膠涉及的工藝技術遠遠不止這個數字，其中就包括混配技術、分離技術、純化技術以及與生產過程相配套的分析檢驗技術、環境處理與監測技術等。

除了上述提到的技術門檻，還有一個更棘手的問題，

就是極高的穩定性和一致性，如果質量稍微出點問題，就會造成很大的危害

。去年2月，臺積電因為光刻膠的原因導致晶圓汙染，報廢十萬片晶圓，直接導致5。5億美元的賬面損失。

當然，也有業內人士提到另一個導致國內企業沒有佈局的重要原因，就是經過幾十年的發展，光刻膠已經是一個相當成熟且固化的產業。據說，富士膠片、信越化學、住友化學3家日本龍頭公司合計申請了行業80%以上的專利。

這裡又要說到國產晶片的問題，也是因為專利問題，導致我們要實現突圍簡直是“蜀道難”。

總之，因為起步較晚，市場小，再加上技術壁壘高和專利保護，企業一合計，不划算，也沒前景，自然不會主動去研發，即便研發成功一款光刻膠，也要面臨較長的認證週期，需要與下游企業建立合作關係。

不過當前光刻膠已經上升到戰略需求層面，中國舉全國之力突圍，也是有很大機會的。前段時間，發改委已經發文，要加快光刻膠、大尺寸矽片等領域實現突破。

此外，也有業內人士指出，近年來，國產面板得到了突破性發展，但是很多上游原材料配套不足，供應鏈都在海外，導致成本高企，所以這也給了國產光刻膠機會，再加上國內晶圓代工近兩年取得的進步，對國產光刻膠需求也在明顯上升，

這都為國產光刻膠發展創造了良好的條件。

第三代半導體材料的覺醒和隱憂

除了上述我們提到的光刻膠之外，國產晶片在材料上可以說的是極度匱乏，孫蓉提到，

關鍵晶片的晶圓級封裝材料、液態塑封料、TIM1熱介面材料、底部填充膠材料、晶片級熱介面材料、光敏聚醯亞胺，高階材料國產化幾乎都是零，為什麼？

一方面是上述提到的市場和技術壁壘等問題，另一方面，國產半導體材料也一直缺乏驗證的機會，而中興事件發酵後，這個機會終於到來了。

這裡我們不評判為什麼中國能造出原子彈，卻在高階半導體材料領域缺席了這麼多年，因為這是一個涉及到很多複雜因素的問題，而這個問題在中美貿易摩擦下被暴露出來，其實未必是一件壞事。

因為失之東隅，收之桑榆。

雖然中國在以矽為代表的第一代半導體材料上和國際一線水平有著極大的差距，比如上述提到的應用材料高階光刻膠幾乎依賴進口，全球5大矽晶圓的供應商佔據了高達92。8%的產能，幾乎被美國、日本、韓國企業壟斷。

但不可否認的是，得益於5G、新能源汽車、綠色照明等新興領域蓬勃發展以及國家政策的大力扶持，

我國第三代半導體材料取得了快速發展，被認為具有追趕和超車的機會。

在全國半導體投資“大躍進”的背景下，各地相繼上馬第三代半導體研究院，第三代半導體材料、外延片、晶圓、器件專案；專案方有央企、海歸博士、研究所、跨行上市公司、投機資本等各路人馬，尤其以碳化矽專案為主。

資料顯示，2019年，我國第三代半導體材料市場繼續保持高速增長，市場規模達到7。86億元，同比增長31。7%。從產能上來看，據半導體時代產業資料中心（TD）統計，中國2020年碳化矽晶片產能僅有16萬片，而根據規劃，2022年底全國建成年產能將達135。9萬片，2年時間，碳化矽晶片產能增長近7倍。

但也應該注意到，碳化矽晶片產能突飛猛進的同時，需求增速遠沒有產能擴張的速度快。半導體時代產業資料中心（TD）釋出的資料顯示，4/6寸晶片產能135。9萬片將在2022年底集中釋放，而2023年需求量僅有45萬片（摺合成4寸片），可見碳化矽晶片產能過剩程度。

半導體時代產業資料中心（TD）創始人羅煥塔

認為，產能快速擴張，需求遠未跟上必然會導致SiC晶片產業在產品價格、技術迭代、大批企業退出三方面的後果。預計2023年，SiC產能將嚴重過剩，出現深度洗牌不可避免，一批企業將被淘汰出局。對於目前擬上馬的專案，需要謹慎評估技術有無先進性，能不能在2021年量產並批次匯入客戶，團隊工藝最佳化能力是否能適應未來裝置的快速升級，裝置相容性一定要強大。

最後，羅煥塔表示，第三代半導體並不意味著比第一代矽基先進，或者第三代半導體將取代第一代半導體，只不過應用場景，下游應用領域不一樣。

而碳化矽晶片是一條比較窄的賽道。

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