一、溅射靶材行业基本情况
(1)薄膜制备技术发展历程
薄膜材料由原子或分子在基板(例如光学玻璃等)表面凝结、形成及生长而成。利用镀膜工艺镀制薄膜后,可使材料表面获得新的复合性能并实现新的工程应用,赋予材料表面新的机械功能、装饰功能和声、电、光、磁、热及其转换等特殊功能,从而改善产品原有性能、提高产品质量、延长产品寿命,
随着制备薄膜材料的真空系统、检测系统等技术的进步与发展,薄膜材料的性能大幅提升,应用领域亦迅速拓展。尤其是20世纪50年代以来,随着电子工业和信息产业的兴起,薄膜制备技术和薄膜材料在印刷线路板的大规模制备和集成电路的微型化等方面彰显优势。目前,薄膜合成与制备已经成为新材料研制不可或缺的重要手段之一,薄膜制备技术和薄膜材料在现代科技和国民经济的各个重要领域得到广泛应用,如航空航天、电子信息、医疗、能源、通信等。
真空镀膜技术是薄膜制备的基础,几乎所有薄膜材料的制备都需在真空或较低的气压条件下进行。按照工艺原理的不同,真空镀膜技术可分为CVD(化学气相沉积)和PVD(物理气相沉积)。CVD 是一种通过气体混合的化学反应在基体表面沉积薄膜的工艺,对反应物和生成物的选择具有一定局限性。此外,由于化学反应需要在较高的温度下进行,基片所处环境温度一般较高,对基片材料的选取也具有一定限制。PVD 是一种通过物理方式在基体表面沉积具有某种特殊功能薄膜的技术,沉积材料和基板材料的可供选择范围广泛、膜层厚度更易控制、附着力更强、适用范围更广,镀膜过程更加节能、安全、环保,目前已成为薄膜制备技术中的主流技术。
按照具体工艺及技术路线划分,PVD真空镀膜技术主要包括真空蒸镀技术和真空溅射技术两大类。真空蒸镀镀膜工艺简单便利、操作方便、成膜速度快,在发展初期占据主流,但由于该技术无法蒸发难熔金属和氧化物材料、大尺寸基板材料镀膜适用性较差等因素,逐步被真空溅射技术取代。真空溅射镀膜工艺可重复性好、膜厚可控制,可在大面积基板材料上获得厚度均匀的薄膜,制备的薄膜具有纯度高、致密性好、与基板材料的结合力强等优点,已成为各类薄膜工业化制备的主要技术之一。随着薄膜性能要求的不断提升,真空溅射技术持续升级迭代,目前应用最广泛的是磁控溅射技术。
磁控溅射技术中使用的镀膜材料主要为溅射靶材,根据采用的溅射靶材形状的不同可分为平面磁控溅射技术和旋转磁控溅射技术。磁控溅射技术是在真空环境中通过电场加速离子后形成具有高动能的离子東流碰撞固体表面,固体表面的原子被溅射出并离开固体沉积在被镀膜体表面,被离子高速碰撞的固体(即:溅射靶材)就是产生薄膜的来源,在沉积过程中就像被射击的靶子一样。
(2)溅射靶材的结构及分类
溅射靶材主要由靶坯和背板(或背管,下同)构成。靶坯系溅射靶材中的核心部分是溅射镀膜过程中高动能离子束流轰击的目标材料,靶坯被离子撞击后,表面的原子被溅射出来并沉积于基板表面形成薄膜。背板主要用于固定支撑靶坯材料、导热、导电,一般由金属材料制成。
随着磁控溅射镀膜技术的不断进步和下游应用需求的持续发展,溅射靶材采用的材料愈发多样化,目前用于制备溅射靶材的材料包括单质金属/非金属、合金、陶瓷化合物等。金属/非金属单质靶材是由同种金属/非金属元素组成的具有较高纯度及特定微观结构的靶材,例如:铜靶、铝靶、钼靶、钛靶、硅靶,石墨靶、硼靶等,是制备电极布线膜、阻挡膜、粘合膜及反射膜等的重要原材料;合金靶材是由两种或两种以上金属或非金属合成的具有一定金属特性的靶材,例如:钛铝靶、镍铬靶、钼铌靶等,合金靶材具有优于单质靶材的某些特异性质,能够满足新型功能膜系的设计开发需求;陶瓷化合物靶材是由一种或几种氧化物经高温烧结而成的具有陶瓷结构和特性的靶材,例如:ITO 靶、IZ0 靶、AZ0 靶等,陶瓷化合物靶材具有高强度、高熔点、化学稳定性好、耐腐蚀等优点,但塑性变形能力差,易发生脆性破坏,大尺寸靶材制备难度较大。
(3)溅射靶材产业链
溅射靶材产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用等环节。其中,靶材制造是溅射靶材产业链中的关键环节,溅射靶材的产品质量、性能指标直接决定了终端产品的品质和稳定性。
作为各类薄膜工业化制备的关键材料,溅射靶材广泛应用于半导体集成电路、平面显示、
太阳能 电池、信息存储、低辐射玻璃等领域,各应用领域对溅射靶材的制备技术、产品性能等要求各异。
溅射靶材是制备半导体集成电路的核心材料之一,集成电路中每个单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层等组成,其中介质层、导体层甚至保护层均需用到溅射镀膜工艺。自集成电路出现以来,集成电路产业一直遵循“一代装备、一代工艺、一代产品”的模式快速发展,芯片集成度不断提高,对制备集成电路的溅射靶材性能要求亦越来越高,半导体集成电路用溅射靶材是目前行业内技术难度最高的领域。
平面显示是溅射靶材需求规模最大的市场应用领域,镀膜是现代平面显示产业的基础环节,为保证大面积膜层的均匀性,提高生产效率和降低成本,几乎所有类型的平面显示器件都会使用大量溅射靶材来制备各类功能薄膜,电视、电脑、手机、车载显示屏等终端产品的很多性能如分辨率、透光率等均与溅射薄膜的性能密切相关。相较于半导体集成电路,平面显示领域对溅射靶材的纯度和技术要求略低,但随着靶材尺寸的增大,对溅射靶材的均匀性、平整度、绑定焊合率等指标提出了更高的要求。
太阳能电池是溅射靶材未来发展潜力较大的应用领域之一,溅射靶材主要用于制备薄膜电池背电极以及 HJT 太阳能电池导体层。太阳能电池技术在全球范围内快速发展,已发展到第三代太阳能技术一薄膜太阳能电池技术,溅射镀膜工艺是薄膜电池首选的制备方法。同时,为进一步提高光电转换效率和降低制造成本,HIT太阳能电池技术等新兴太阳能电池技术不断涌现,太阳能电池的大幅应用及推广将推动溅射靶材市场需求快速增长。
此外,溅射靶材亦可广泛应用于信息存储、玻璃镀膜、装饰镀膜、工模具镀膜等领域。相对于半导体集成电路和平面显示领域而言,信息存储、玻璃镀膜、装饰镀膜等领域对溅射靶材纯度、品粒品向控制等方面的技术要求均较低,在满足产品品质及技术要求的前提下更关注成本、产能规模、供货稳定性及交期等。
二、全球溅射靶材行业发展情况
高性能溅射靶材属于典型的技术密集型产业,生产技术、机器设备、工艺流程和工作环境要求非常严格,长期以来一直为国外垄断。20 世纪 70年代以来,随着电子工业和信息产业技术创新的不断深化,美国、日本、欧洲等发达国家或地区相继出现了一批高性能溅射靶材生产厂商,相关厂商掌握核心技术以后,执行了非常严格的保密和专利授权措施,长期占据了全球溅射靶材市场的主导地位。
随着各类溅射薄膜材料在半导体集成电路、平面显示、信息存储等领域的广泛应用,下游领域对溅射靶材这一高附加值功能材料的需求不断增加,高性能溅射靶材市场规模日益扩大,呈快速增长态势。根据华经产业研究院和
中商产业 研究院的数据,2016-2023年,全球溅射靶材市场规模从 113 亿美元上升至 258 亿美元,年复合增长率为 12.52%。未来,随着
物联网、
大数据、新型显示、太阳能电池、节能玻璃等新型基础设施和新型应用领域的发展,溅射靶材的终端应用领域将进一步扩大,全球溅射靶材市场规模仍将持续稳定增长。
美国、日本、欧洲等发达国家或地区的大型溅射靶材厂商占据了全球溅射靶材市场较高的市场份额。以JX金属、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯等为代表的大型跨国企业成立较早,历史悠久,发展成熟,囊括了金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用等全产业链环节。相关企业凭借先发优势和技术研发优势主导着产业的发展方向和技术革新,在溅射靶材领域优势明显,目前合计占据了全球80%左右的市场份额。另外,三井金属、住友化学、爱发科、世泰科、攀时等资金实力雄厚、技术水平领先、产业经验丰富的跨国公司在各自的优势靶材领域处于市场领先地位。
三、中国溅射靶材行业发展情况
近年来,随着国内平面显示和半导体集成电路产业迅速发展,下游产业逐步向国内转移,带动了国内溅射靶材行业的快速发展,我国溅射靶材产业逐渐从单一的规模增长转变为进口替代的结构化增长。以江丰电子、阿石创、有研新材、隆华科技、先导薄膜、映日科技以及欧莱新材等为代表的一批具有较强市场竞争力的本土靶材企业成功进入了国内外知名平面显示、半导体集成电路等下游企业的供应链环节,对境外厂商在国内的市场份额形成了进口替代,并实现了部分出口,保障了国内重点行业上游关键原材料的自主可控及供应安全。
根据前瞻产业研究院的统计,2017-2020年中国高性能溅射靶材行业市场规模由185亿元增长至 283 亿元,年复合增长率为 15.2%。未来,伴随着显示面板产能转移、半导体国产化进程加速以及太阳能电池市场景气度不断上升,下游市场对高性能溅射靶材需求量将不断增加。2021-2026年我国高性能溅射靶材市场前景广阔,预计 2026 年市场规模将增长至 653 亿元,年复合增长率将达到 15.0%。
四、溅射靶材主要行业应用情况
1、平面显示行业
平面显示产业链主要由上游设备制造、原材料和零组件产业,中游显示面板、触控屏等配套电子器件和模组的生产制造,下游电视、显示器、笔记本电脑、平板电脑、手机等各类显示终端应用构成。平面显示领域中,溅射靶材主要应用于显示面板和触控屏的生产制造环节。
显示面板和触控屏多由金属电极、透明导电极、绝缘层、发光层组成,为保证大面积膜层的均匀性,提高生产率和降低成本,溅射镀膜技术越来越多地被用来制备该类膜层。平面显示用溅射靶材纯度要求一般在 4N 以上,靶材类型主要包括铜靶、铝靶、钼靶和 ITO 靶等,部分平面显示厂商因溅射镀膜设备和工艺路线不同亦会在生产过程中使用钛靶、钽靶、铌靶、铬靶、银靶等类型靶材。
2、半导体集成电路行业
半导体集成电路产业链主要包括芯片设计、品圆制造、封装测试、半导体材料、半导体设备、EDA 工具以及 IP 授权等环节。半导体集成电路领域中,溅射靶材主要应用于品圆制造和芯片封装环节。
半导体集成电路中单元器件尺寸不断缩小,元件尺寸由毫米级到微米级,再到纳米级。每个单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层等组成,其中,介质层、导体层甚至保护层均需要使用溅射镀膜工艺,溅射靶材是制备集成电路的核心材料之一。半导体集成电路领域对溅射靶材的纯度要求极高,一般在 4N 或 5N,甚至 6N 以上,靶材类型主要包括铝靶、钛靶、铜靶、钽靶、镍靶、钨靶、钼靶等。
3、新能源电池行业
集流体是锂离子电池的重要结构,承担承载活性物质和汇集微电流的重要角色。具体而言,其功能主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出,因此集流体应与活性物质充分接触,内阻应尽可能小。金属是锂离子电池集流体的主要材料,铜箔通常为负极集流体,铝通常为正极集流体。
复合集流体是以 PET 等高分子材料膜层作为基膜,经过真空镀膜等工艺,将其双面堆积上铜、铝分子的复合材料。与传统集流体相比,复合集流体采用“金属-高分子材料-金属”三层复合结构,通过真空蒸镀、磁控溅射等方式在高分子 PET/PP 膜表面形成纳米级金属,再通过水电镀将金属层沉积增厚到 1pm 以上。复合集流体具有轻量化、高安全性、高能量密度、低成本等优势,未来将替代传统集流体,发展成为新能源电池行业的主流产品,符合新能源电池高能量密度、安全性、轻量化等发展趋势。
溅射靶材是复合铜箔、铝箔生产制备中的必备原材料,主要应用于磁控溅射过程中,其纯度要求一般在 4N 以上。根据
中信证券 的预测,若仅考虑电解铜箔在锂离子电池中的应用,2025 年预计电解铜箔需求量可达 106.7 万吨,假设 2025 年复合铜箔在锂离子电池领域的渗透率达到 20%,2025 年全球复合铜箔市场空间可达 290 亿元,未来市场空间广阔,发展前景良好。
4、太阳能电池行业
溅射靶材主要应用于薄膜电池的背电极环节以及 HJT 太阳能电池的导体层,其中薄膜电池较为常用的溅射靶材包括铝靶、铜靶、钼靶、铬靶、ITO 靶、AZO 靶等,HJT太阳能电池则主要使用 ITO 靶制备其透明导电薄膜,纯度要求一般在 4N 以上。
根据前瞻产业研究院的统计,2013-2020年中国太阳能电池用溅射靶材市场规模从3.5 亿元增长至 31.7 亿元,年复合增长率达到 37.0%;未来,太阳能电池用溅射靶材行业市场规模将进入快速增长阶段,预计 2026 年将达到 83 亿元。
五、主要上市公司
A、江丰电子(
300666)
江丰电子主营业务为超高纯金属溅射靶材、半导体精密零部件、
第三代半导体关键材料的研发、生产和销售,其中超高纯金属溅射靶材包括铝靶、钛靶、钽靶、铜靶以及各种超高纯金属合金靶材等,这些产品主要应用于超大规模集成电路芯片、平板显示器、太阳能电池制造的物理气相沉积(PVD)工艺,用于制备电子薄膜材料。半导体精密零部件包括金属、陶瓷、树脂等多种材料经复杂工艺加工而成的精密零部件,主要用于半导体芯片以及平板显示器生产线的机台,覆盖了包括 PVD、CVD、刻蚀、离子注入以及产业
机器人 等应用领域,其生产过程对于材料精密制造技术、表面处理特种工艺等技术要求极高,产品主要出售给晶圆制造商作为设备使用耗材或出售给设备制造商用于设备生产。功率半导体覆铜陶瓷基板是芯片的重要载体,具有良好的导热性能、电气性能、绝缘性能以及较高的可靠性等特性,主要采用 DBC 和 AMB 生产工艺,目前覆铜陶瓷基板已经广泛应用于第三代半导体芯片和新型大功率电力电子器件 IGBT 等领域,产品终端主要应用于
新能源汽车、轨道交通、白色家电及
绿色电力 系统等众多领域。碳化硅是第三代半导体的核心材料,碳化硅外延晶片是制造功率器件的关键原材料,在新能源汽车、能源、工业等领域强劲需求的带动下,全球碳化硅器件下游需求旺盛,碳化硅外延行业市场增长迅速。
公司具备较强的技术与产品创新能力,已经成为国内高纯溅射靶材产业的领先者,并在全球范围内与美国、日本跨国公司展开市场竞争。根据弗若斯特沙利文报告,2022 年江丰电子在全球晶圆制造溅射靶材市场份额排名第二。
2024年前三季度,江丰电子营业收入26.25亿元,净利润2.87亿元,资产负债率42.12%,近期日均成交额约5亿元。
B、阿石创(
300706)
阿石创作为国内PVD镀膜材料行业设备最全、技术最先进、产品最多元化的龙头企业之一,主要从事各种 PVD 镀膜材料的研发、生产和销售,主要产品包括溅射靶材和蒸镀材料。阿石创的靶材产品主要包括钼靶、铜靶、铝靶、硅靶、ITO 靶、钽靶、铌靶、银靶等,产品主要应用于平板显示、光学光通讯、节能玻璃等领域;蒸镀材料主要包括金蒸镀料、二氧化硅、五氧化二钽、五氧化三钛、各类锥台等,产品主要应用于光学光通讯等领域。2023年,阿石创钼靶材市占率首次跃居世界第一,同时,新开发的银合金靶、钨合金靶、铝合金靶等高附加值产品 已成功进入下游厂商验证阶段。
2024年前三季度,阿石创营业收入9.29亿元,净利润约1000万元,资产负债率57.31%,近期日均成交额约1亿元。
C、隆华科技(
300263)
隆华科技的业务类型包括电子新材料、高分子复合材料和
节能环保业务,隆华科技主要通过子公司丰联科光电从事电子新材料业务,电子新材料业务主要产品包括钼靶铜靶、钛靶、钨靶、ITO 靶、IGZ0 靶、ZTO 靶等,产品主要应用于半导体、平板显示器、太阳能电池等领域;高分子复合材料业务主要产品包括树脂复合材料、结构泡沫材料、橡塑材料、金属-非金属复合材料等结构功能一体化材料、PMI 系列结构泡沫材料(功能材料)及其制品等,产品主要应用于磁悬浮列车、航天、舰船、车辆、雷达通信、音响设备、医疗设备、运动休闲器械、轨道交通、
军工安防、其他轻质结构等领域;节能环保业务主要包括工业传热节能业务、环保业务、萃取分离等,主要应用于石油、化工、电力等大工业行业换热、冷却领域,工业水处理、市政水处理等领域,湿法冶金、电池
金属回收、城市矿山资源处置、
污水处理、矿物浮选等领域。
丰联科光电拥有金属、合金、陶瓷系列靶材产品组合,研发生产的高纯钼及钼合金靶材、银合金靶材、ITO 靶材等 科技产品,填补了中国在相关领域的技术空白,率先打破长期以来高端靶材依赖进口的局面,满足了国内半导体显示产业不断扩大的市场需求,并成功进入
京东 方、TCL 华星、天马微电子、
维信诺 、韩国 LGD、台湾群创及
友达光电 等多家国际一流半导体显示面板企业的产品供应链,成为细分行业的技术引领者和标准制定者。
2024年前三季度,隆华科技营业收入19.30亿元,净利润约1.55亿元,资产负债率48.14%,近期日均成交额约1.5亿元。
D、有研新材(
600206)
有研亿金主要从事微电子光电子用超高纯金属原材料、薄膜新材料,以及贵金属材料及制品的研发和生产,主要产品包括高纯金属靶材、蒸镀材料、贵金属合金和化合物等。有研亿金的靶材产品主要包括铜靶钛靶、
钴靶、铝靶、镍靶、金靶、银靶、铂靶、钌靶及相关合金靶等,产品主要应用于半导体分立器件和集成电路、
MEMS、磁记录和薄膜太阳能等领域。有研亿金为有研新材的全资子公司。
2024年前三季度,有研新材营业收入67.60亿元,净利润约1.15亿元,资产负债率34.13%,近期日均成交额约10亿元。
E、欧莱新材(
688530)
欧莱新材是国内技术领先、规模较大的高性能溅射靶材生产企业之一,主要从事铜靶、铝靶、钼及钼合金靶和 ITO 靶等多种尺寸和各类形态溅射靶材的研发、生产和销售。公司主要产品综合性能突出,纯度、致密度、品粒度、绑定焊合率等多项核心技术指标已达到行业领先水平。
公司 2022 年溅射靶材业务收入在国内溅射靶材厂商中排名第四,公司 2021 年平面显示用溅射靶材业务收入在国内溅射靶材厂商中排名第二。根据中国电子材料行业协会的证明,按销售额统计,2021年公司平面显示用铜靶产品出货在国产厂商中排名位居前列。
2024年前三季度,欧莱新材营业收入2.97亿元,净利润约1000万元,资产负债率16.14%,近期日均成交额约3000万元。