金属靶材全景调研与发展战略研究

金属靶材全景调研与发展战略研究溅射靶材发展趋势近年来我国对溅射靶材行业重视程度不断提升，各类政策出台推动行业积极发展，明确对于国内靶材企业进口国内不能生产、性能不满足需求的自用生产性原材料及消耗品免征进口关税。在国内良好的政策环境和各细分市场广阔的市场空间下，国内溅射靶材企业市占率提升空间大，机会逐步开启。此外高性能溅射靶材是显示面板、半导体、太阳能电池、记录媒体不可缺少的原材料，进而广泛应用于消费电子、智能家电、通信照明、光伏、计算机、工业控制、汽车电子等多个下游应用领域。我国是全球最大的消费电子产品生产国、出口国和消费国，也是全球最大的集成电路半导体消费国和进口国，在最终下游众多生产及消费领域的需求驱动了我国高性能溅射靶材行业快速增长。因此，未来高性能溅射靶材行业高速成长的确定性较高，基本不会受到偶发性或突发性因素影响。随着全球平面显示、半导体、太阳能电池、记录存储等行业生产规模持续扩张，直接带动了高性能溅射靶材行业的发展，使得中国国内溅射靶材使用量快速增长，给国内溅射靶材厂商带来良好的发展机遇。溅射靶材指采用物理气相沉积技术在基材上制备薄膜的原材料，靶材是高速荷能粒子轰击的目标材料，更换不同的靶材可以得到不同的薄膜。溅射靶材是PVD（物理气相沉积）领域内应用量最大的镀膜材料。溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用荷能粒子（通常是离子），在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的粒子束流，轰击固体表面，粒子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基板表面，被轰击的固体即为溅射靶材。溅射靶材的种类较多，即使相同材质的溅射靶材也有不同的规格。按照不同的分类方法，可将溅射靶材分为不同的类别。溅射技术作为薄膜材料制备的主流工艺，其应用领域广泛，如平面显示、集成电路半导体、太阳能电池、信息存储、工具改性、光学镀膜、电子器件、高档装饰用品等行业。溅射靶材产业集中度高、技术门槛高、设备投资大，具有规模化生产能力的企业数量相对较少，国内高性能溅射靶材市场尚处于发展初期，具有规模化生产能力和较强研发能力的厂商数量仍然偏少，随着全球分工及产业链转移，国内厂商正处于对国际厂商的加速替代过程中，已有如江丰电子、阿石创、有研新材、隆华科技、先导薄膜、欧莱新材以及映日科技等公司掌握了高性能溅射靶材研发及生产环节的相关技术并可以进行批量生产。20世纪90年代以来，随着消费电子等终端应用市场的高速发展，溅射靶材的市场规模日益扩大，呈现高速增长的势头。受到发展历史及技术限制的影响，我国溅射靶材行业起步较晚，目前多数溅射靶材企业产品仍主要应用于下游的中低端产品，高端溅射靶材产品则多为国外进口。我国高性能溅射靶材行业在国家战略政策支持以及下游众多应用领域需求的支撑下，行业技术不断突破，产品性能不断提升，带动高性能溅射靶材市场规模不断扩大。ITO靶材整体市场情况分析（一）ITO靶材市场概况ITO靶材有中低端和高端之分：中低端ITO靶材有建筑玻璃镀膜靶材、发热膜和热反射膜靶材，应用包括部分传统的汽车显示屏、部分仪器仪表的显示；高端ITO靶材主要用于平面显示、集成电路半导体、太阳能光伏以及磁记录和光记录等领域，尤其用于大面积、大规格的TFT-LCD、OLED等领域，具备高密度、高纯度、高均匀性等特点。平面显示面板生产是ITO靶材当前的主要需求领域。在平面显示面板的生产工艺中，玻璃基板要经过多次溅射镀膜形成ITO玻璃，加工组装用于生产LCD面板、OLED面板等。触控屏（TP）的生产，则还需将ITO玻璃进行加工处理、经过镀膜形成电极，再与防护屏等部件组装加工而成。一般而言，ITO靶材在显示面板全部靶材成本中的占比接近50%。太阳能光伏电池是ITO靶材未来需求的增长点。目前市场主要需求在异质结电池。异质结电池（HIT）在制备透明导电膜阶段需要应用ITO靶材，其生产成本低、转化效率高，有助于进一步提升对ITO的市场需求。与溅射靶材整体的情况类似，前期ITO靶材制备几乎由日、韩垄断，代表企业有JX金属、三井矿业、东曹、韩国三星等，其中日矿和三井两家几乎占据了高端TFT-LCD市场用ITO靶材的绝大部分份额和大部分的触控屏面板份额，中国ITO靶材供应超一半左右依赖进口。本土厂商生产的ITO靶材主要供应中低端市场，约占国内30%的市场份额；而高端TFT-LCD、触控屏用ITO靶材主要依赖日、韩进口，进口比例约占国内70%的市场份额。与此同时，国内ITO溅射靶材领域内部分优势企业正逐渐突破ITO溅射靶材的关键技术，已进入到国内下游知名企业的供应链体系，从试样、小批量生产到批量生产供应，在ITO靶材的关键技术上已逐步接近或达到国外厂商的技术水平，正逐渐改变国内高端平面显示用ITO靶材产品长期依赖进口的局面。（二）ITO靶材市场容量分析根据全球知名企业美铟企业专家会议演讲中认为，2017-2019年全球铟靶材需求量年均复合增长率会保持在5．5%，从1，356吨增长到1，680吨。中国已成为世界上最大的铟靶材需求国。根据中国光学光电子行业协会液晶分会出具的情况说明，2019年至2021年国内ITO靶材市场容量从639吨增长到1，002吨，年复合增长率为25．22%。根据其预测，未来2-3年内，虽然国内平面显示行业的固定资产投资增速将有所放缓，但由于平面显示行业存量需求及太阳能光伏电池的增量需求，国内ITO靶材市场容量仍将保持一定幅度的增长。（三）ITO靶材的技术发展趋势1、ITO靶材尺寸大型化随着电视、PC等面板面积加速向大尺寸化迈进，相应的ITO玻璃基板也出现了明显的大型化的趋势，这使得对ITO靶材尺寸的要求越来越大。为满足大面积镀膜工艺要求，往往需使用多片或多节小尺寸靶材拼焊成大尺寸靶材，但焊缝的存在会导致靶材镀膜质量的下降。因此，研发大尺寸单片（单节）靶材，减少焊缝数量成为ITO靶材技术发展趋势。2、ITO靶材高密度化提高靶材的密度有助于减少毒化现象，并降低电阻率，提高靶材的使用寿命。毒化是指溅射过程中ITO靶材表面出现凸起物的结瘤现象，毒化会导致靶材溅射速率降低，弧光放电频率增加，所制备的薄膜电阻增加，透光率降低且均匀性变差，此时必须停止溅射，清理靶材表面或更换靶材。高密度ITO靶材具有较好的热传导性和较小的界面电阻，不易在溅射过程中发生热量蓄积，可减少毒化概率。因此，高密度化成为ITO靶材的技术发展趋势。3、ITO靶材提高利用率提高靶材利用率一直是靶材制备行业研究的热点和难点。在溅射过程中，ITO平面靶材表面会形成环形磁场，并在环形表面进行刻蚀，这使得环形区域的中心部分无法被溅射，导致平面靶材的利用率较低，目前ITO平面靶材的靶坯利用率一般不超过40%。ITO旋转靶材相较平面靶材在利用率上有较大提升，旋转靶材围绕固定的条状磁铁组件进行旋转，使得整个靶面都可以被均匀刻蚀，提高了靶材的利用率，目前ITO旋转靶材的靶坯利用率可达70%以上。提高ITO靶材利用率有助于提高生产效率，降低生产成本，因此成为ITO靶材的技术发展趋势。平板显示靶材应用场景平板显示主要包括液晶显示（LCD）、等离子显示（PDP）、有机发光二极管显示（OLED）等，多由金属电极、透明导电极、绝缘层、发光层组成，为了保证大面积膜层的均匀性，提高生产率和降低成本，溅射技术越来越多地被用来制备这些膜层。平板显示镀膜用溅射靶材主要品种有：钼靶、铝靶、铝合金靶、铬靶、铜靶、铜合金靶、硅靶、钛靶、铌靶和氧化铟锡（ITO）靶材等。若根据工艺的不同，FPD行业用靶材也可大致分为溅射用靶材和蒸镀用靶材。其中溅射用靶材主要为Cu、Al、Mo和IGZO等材料。蒸镀用靶材一般为Ag和Mg两种金属。Ag和Mg合金一般用于小尺寸OLED面板产线中的阴极制作。除此以外，Ag也可以作为顶发射OLED器件中的阳极反射层使用。薄膜晶体管液晶显示面板TFT-LCD由大量的液晶显示单元阵列组成（如4K分辨率的屏幕含有800多万个显示单元阵列），而每一个液晶显示单元，都由一个单独的薄膜晶体管（TFT）所控制和驱动。薄膜晶体管阵列的制作原理，是在真空条件下，利用离子束流去轰击靶材，使固体表面的原子电离后沉积在玻璃基板上，经过反复多次的沉积+刻蚀，一层层（一般为7－12层）地堆积制作出薄膜晶体管阵列。OLED典型结构是在氧化铟锡（ITO）玻璃上制作一层几十纳米厚的发光材料，ITO透明电极作为器件的阳极，钼或者合金材料作为器件的阴极。从阴阳2极分别注入电子和空穴，在一定电压驱动下，被注入的电子和空穴分别经过电子传输层和空穴传输层迁移到发光层并复合，形成激子并使发光分子产生单态激子，单态激子衰减发光。溅射靶材种类和规格按材质可分为金属靶材（纯金属铝、钛、铜、钽等）、合金靶材（镍铬合金、镍钴合金等）、陶瓷化合物靶材（氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等）。按下游终端应用可分为半导体靶材、平板显示靶材、太阳能电池靶材、记录存储靶材等，四大板块约合占比97%。按形状分类可分为长靶、方靶、圆靶和管靶。其中常见的靶材多为方靶、圆靶，均为实心靶材。近年来，空心圆管型溅射靶材由于具有较高的回收利用率，也在国内外得到了一定推广。在镀膜作业中，圆环形的永磁体在靶材的表面产生的磁场为环形，会发生不均匀冲蚀现象，溅射的薄膜厚度均匀性不佳，靶材的使用效率大约只有20%～30%。目前，为了提高靶材的利用率，国内外都在推广可围绕固定的条状磁铁组件旋转的空心圆管型溅射靶材，此种靶材由于靶面360°都可被均匀刻蚀，因而利用率可由通常的20%～30%提高到75%～80%。不同应用领域对于溅射靶材的材料和性能要求存在一定差异。如半导体芯片对于靶材的纯度和精度要求最高，技术难度也最高，通常为圆靶；而面板则要求材料面积大、均匀性好，技术难度不如芯片但要求也很高，形状常为长靶。溅射靶材应用场景半导体芯片是对溅射靶材的成分、组织和性能要求的最高的领域。具体来讲，半导体芯片的制作过程可分为硅片制造、晶圆制造和芯片封装等三大环节，其中，在晶圆制造和芯片封装这两个环节中都需要用到金属溅射靶材。靶材在晶圆制造环节主要被用作金属溅镀，常采用PVD工艺进行镀膜，通常使用纯度在99．9995%（5N5）及以上的铜靶、铝靶、钽靶、钛靶以及部分合金靶等；靶材在芯片封装环节常用作贴片焊线的镀膜，常采用高纯及超高纯金属铜靶、铝靶、钽靶等。具体来看，半导体领域用量较多的溅射靶材主要有钽靶、铜靶、铝靶、钛靶等，其中铜靶和钽靶多配合起来使用，分别用于生成铜导电层和钽阻挡层，在110nm以下技术节点中大量使用；铝靶和钛靶则主要用于8英寸晶圆110nm以上技术节点中导电层和阻挡层的制备。随着芯片制程持续微缩，铜靶和钽靶需求有望持续增长，而汽车芯片等仍广泛使用成熟制程，铝靶和钛靶仍有大量应用。半导体芯片用金属溅射靶材的作用，就是给芯片上制作传递信息的金属导线。具体工艺过程为，在完成溅射工艺后，使各种靶材表面的原子一层一层地沉积在半导体芯片的表面上，然后再通过的特殊加工工艺，将沉积在芯片表面的金属薄膜刻蚀成纳米级别的金属线，将芯片内部数以亿计的微型晶体管相互连接起来，从而起到传递信号的作用。溅射靶材行业发展现状近年来我国对溅射靶材行业重视程度不断提升，各类政策出台推动行业积极发展。例如2019年《十四五规划和2035年远景目标刚要》提出集成电路攻关方面，以重点装备和高纯靶材等关键材料为研发方向。2021年3月，财政部、海关总署等联合发布《关于支持集成电路产业和软件产业发展进口税收政策的通知》，明确对于国内靶材企业进口国内不能生产、性能不满足需求的自用生产性原材料及消耗品免征进口关税。在国内良好的政策环境和各细分市场广阔的市场空间下，国内溅射靶材企业市占率提升空间大，机会逐步开启。随着政策利好、以及在技术创新推动下芯片、光伏高新技术产业需求不断释放，我国溅射靶材行业规模不断扩大。数据显示，2021年我国溅射靶材市场规模达375．8亿元，同比增长9．7%。预计2022年我国溅射靶材市场规模将达到410亿元。其中高性能溅射靶材市场在国家战略政策支持以及下游众多应用领域需求的支撑下，行业技术不断突破，产品性能不断提升，带动市场规模不断扩大。数据显示，2021年我国高性能溅射靶材市场规模由2016年的98．9亿元增长至241．8亿元，预计2022年市场规模将达288．1亿元。ITO靶材市场容量也在不断扩张。有数据显示，2019-2021年，我国ITO靶材市场容量从639吨增长到1002吨，年复合增长率为25．22%。预计2022年我国ITO靶材市场容量能达到1067吨。半导体行业（一）溅射靶材在半导体行业的应用集成电路产业链主要包括集成电路设计、晶圆制造和封装测试三大主干环节，及EDA、IP、设备、材料、掩膜等关键支持环节。溅射靶材、光刻胶、硅片、光掩膜、电子特种气体、抛光材料、湿电子化学品等材料，均是半导体生产必备的关键材料。其中，溅射靶材主要应用于晶圆制造和封装测试环节的薄膜沉积工序。（二）半导体行业概述半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，被广泛应用于各种电子产品中。半导体产品可细分为四大类：集成电路、分立器件、光电子器件和传感器。集成电路作为半导体产业的核心，占据半导体行业规模的八成以上，其细分领域包括逻辑芯片、存储器、微处理器和模拟芯片等，被广泛应用于5G通信、计算机、消费电子、网络通信、汽车电子、物联网等产业，是绝大多数电子设备的核心组成部分，具有十分广阔的市场空间。作为资金与技术高度密集行业，集成电路行业形成了专业分工深度细化，产业链各环节企业相互依存的格局。在问题突出、国际贸易局势不确定性长期存在的背景下，半导体及相关支持性产业的国产化重要性日益提升。1、半导体行业发展历程从发展历程来看，自诞生以来，由于产业链的细化与应用市场需求的变化，半导体与集成电路产业已经经历了多次产业转移。目前，中国大陆凭借着在智能终端方