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行业研报:下游需求迫切高纯石英原料国产化亟待突破!
作者:万博  来源:万博manbetx官网  时间:2019-09-04 17:42  点击:

  石英产业是以二氧化硅为主要原材料成分的材料及制品产业,广泛应用于航空航天、光源、光学、光纤、半导体等行业,是高端装备制造的重要原材料。

  石英材料产业链上下游多个环节存在国产化率较低的问题,上游原材料高纯石英砂基本被尤尼明垄断,中游石英玻璃产业中低端产品国内产能较多,但是能够应用于高端制造如半导体的产能有限,下游石英制品中中国获得原厂TEL或KE认证的均为外资独资或中外合资企业。

  核心竞争力:在美国北卡罗来那州的优质花岗伟晶岩中提纯高纯石英砂,掌握全球90%的高纯石英砂市场,占据行业垄断地位。

  核心竞争力:在Spruce Pine和挪威西部两地进行生产,在挪威的产量已达每年30000吨以上。

  核心竞争力:获得国际主要半导体设备制造商认证,掌握生产熔融石英和合成石英的气炼法和电熔法,在熔融石英制品行业领先。

  核心竞争力:具备完整的熔融石英-预制棒-拉丝工艺光纤产业链,在光纤领域有独特优势。

  主要产品:熔融石英玻璃N、OP、S系列石英锭、光学石英玻璃ES、ED-H系列石英锭,不透明OP系列熔融石英玻璃;

  应用领域:公司将近67%的石英产品用于半导体行业,此外还有光伏及光学等应用;

  核心竞争力:掌握氢氧焰熔融、电熔法生产熔融石英玻璃,以及火焰水解生产合成石英玻璃,生产的石英材料制品纯度高且气泡含量低,在半导体领域具有独特优势。

  核心竞争力:全球唯一一家掌握等离子技术的企业,是全球唯一使用一步法加热等离子熔融工艺生产透明和不透明空心圆管的石英供应商,在半导体领域有独特优势。

  核心竞争力:全球少数几家具有石英纤维批量产能的制造商,半导体石英砣通过东京电子认证。

  核心竞争力:成功研发高纯石英砂提纯技术,是中国国内唯一具备规模化生产高纯石英砂的企业,产业链长。

  主要产品:石英舟、石英环、石英窗、CVD石英衬管、石英蚀刻元件、窗口片等;

  核心竞争力:公司逐渐抛弃低端产品,开始向中高端方向转型,2018年航空航天用石英玻璃营收大幅增加。

  核心竞争力:在美国北卡罗来那州的优质花岗伟晶岩中提纯高纯石英砂,掌握全球90%的高纯石英砂市场,占据行业垄断地位。

  核心竞争力:在Spruce Pine和挪威西部两地进行生产,在挪威的产量已达每年30000吨以上。

  核心竞争力:获得国际主要半导体设备制造商认证,掌握生产熔融石英和合成石英的气炼法和电熔法,在熔融石英制品行业领先。

  核心竞争力:具备完整的熔融石英-预制棒-拉丝工艺光纤产业链,在光纤领域有独特优势。

  主要产品:熔融石英玻璃N、OP、S系列石英锭、光学石英玻璃ES、ED-H系列石英锭,不透明OP系列熔融石英玻璃;

  应用领域:公司将近67%的石英产品用于半导体行业,此外还有光伏及光学等应用;

  核心竞争力:掌握氢氧焰熔融、电熔法生产熔融石英玻璃,以及火焰水解生产合成石英玻璃,生产的石英材料制品纯度高且气泡含量低,在半导体领域具有独特优势。

  核心竞争力:全球唯一一家掌握等离子技术的企业,是全球唯一使用一步法加热等离子熔融工艺生产透明和不透明空心圆管的石英供应商,在半导体领域有独特优势。

  核心竞争力:全球少数几家具有石英纤维批量产能的制造商,半导体石英砣通过东京电子认证。

  核心竞争力:成功研发高纯石英砂提纯技术,是中国国内唯一具备规模化生产高纯石英砂的企业,产业链长。

  主要产品:石英舟、石英环、石英窗、CVD石英衬管、石英蚀刻元件、窗口片等;

  核心竞争力:公司逐渐抛弃低端产品,开始向中高端方向转型,2018年航空航天用石英玻璃营收大幅增加。

  石英砂产业中,高纯石英砂被尤尼明(Unimin)垄断,在全球市场占有率达到90%以上,目前我国企业仅有一家可以量产高纯石英砂。东海太平洋石英股份公司是国内唯一可量产高纯石英砂的企业,成品已达到总体杂质含量在22ppm以下,单类碱金属(钾、钠、锂)含量均小于1ppm的标准。菲利华在2018年报中称已经通过对石英砂厂家及石英矿的考察,确定了石英砂的氯化提纯工艺、厂房选址与实验设备安装与调试,高纯石英砂国产化未来可期。

  石英玻璃产业中,光伏用、电光源用石英玻璃制造技术已经比较成熟,但满足半导体、光纤等尖端领域需要的高纯度、低羟基的高端石英玻璃材料只有少数企业能提供。在半导体等行业中,石英玻璃企业需要通过半导体设备原厂如东京电子技术认证(TEL)、日立国际电气认证(KE)等认证才能进入这一产业,目前全球一共5家企业获得国际主要半导体设备制造商认证,分别是美国迈图、德国贺利氏、德国昆希、日本东曹、中国菲利华,菲利华市场份额是10%左右。菲利华现有天然石英产能2400吨、合成石英锭约200吨的产能,且2019年定增项目将新增120吨合成石英锭、650吨电熔石英锭的产能。这些新项目将填补我国国内高性能石英玻璃的空白。

  石英制品产业中,小规模民营企业主要从事太阳能和电光源行业的石英器件生产。半导体行业销售额在石英制品中占比已经超过60%,但目前中国已获得原厂TEL或KE认证的均为外资独资或中外合资企业,例如Ferrotec独资的杭州大和热磁电子有限公司,贺利氏和日本信越石英合资的贺利氏信越石英,YE陶瓷投资的汉科半导体以及湖州东科电子。内资石英制品企业中仅有凯德石英和久智光电正在推进TEL认证,强华股份虽未得到原厂认证,但在2017年成为杭州士兰、中芯国际的8英寸半导体用石英玻璃制品合格供应商。

  对比巨大的国内市场需求,目前半导体行业的国产化率普遍不到20%,远没有达到国家2020年国产化率35%的目标。以中芯国际为例,截止2017年,北京厂国产化工艺占比15.6%,国产材料领域采购比例11.3%,国产零部件领域采购比例16.2%。石英玻璃是中芯国际12寸芯片为数不多的没有实现国产化的材料之一。专用设备大量依赖进口不仅严重影响我国半导体的产业发展,也对我国电子信息安全造成重大隐患,半导体设备进口替代势在必行。

  半导体行业自给率低,一方面是大规格芯片配套设备还没有国产化,例如只有极少数内资企业能够为8英寸以上的半导体集成电路芯片生产线提供配套石英玻璃制品。杭州大和热磁电子、贺利氏信越等外资企业已经具备且主要生产8英寸、12英寸半导体集成电路芯片生产线加工配套石英玻璃制品,且已经接近国际水平。但内资企业中仅有凯德石英、上海石创具备生产8英寸以上能力,且前凯德石英销售的产品主要集中在4、6英寸的中低端市场,2017年公司来自8、12英寸高端产品的收入仅在1000万左右。

  另一方面,即使在适配小规格芯片的石英制品中,仍有部分产品及生产环节没有完全实现国产化,例如光掩模基板。目前我国的光掩膜板行业仅能够满足国内中低档产品市场的需求,高档光掩膜板则由国外公司直接提供。菲利华公司具备批量生产光掩膜基板8.5代能力,现阶段主要产品还是6.5代。由于国内光掩模基板产业链没有打通,菲利华主要销往日韩做精磨、镀膜等工艺加工,再销回国内如清溢光电的掩膜版厂商做光刻或者直接在国外进行光刻。集成电路制造工艺繁多复杂,其中光刻、刻蚀和薄膜沉积是半导体制造三大核心工艺,而石英玻璃制造的光掩膜基板是光刻的原材料。在中国涂胶显影设备市场中,TEL市占率超过90%,而DNS、沈阳芯源等的市占率合计不到10%。沈阳芯源是国内涂胶显影设备唯一供应商,公司现在已经可以生产6英寸及以下,8、12英寸单晶圆涂胶/显影机。随着半导体制造工艺的进步,晶圆制造必须多次重复刻蚀工序以实现更小的线宽,中微、北方华创均已经掌握能生产电容性等离子、电感性等离子体刻蚀设备的核心技术,打破了国外垄断。

  光纤预制棒生产中的关键环节仍然依赖进口。光棒的核心部件是芯棒和石英套管,其中芯棒的纯度要求最高,需要四氯化硅水解的合成石英砂。高纯天然石英砂可用于制作光纤预制棒的套管、以及纯度相对要求较低的辅助材料靶棒、尾棒等。2013年以前,光纤预制棒生产技术一直被国外垄断。自国家开始对进口于欧美和日本的光纤预制棒发起反倾销后,国外企业纷纷寻求与国内企业合作的方式以继续开拓中国市场。到目前为止,我国的光纤光缆企业已经初步掌握了光纤预制棒“PVCD+RIC/ODD”生产技术,尤其是长飞公司在光纤预制棒的制造工艺上已经达到了国际领先水平。2017年我国光纤预制棒产量1096.37吨,但芯棒全部依赖进口,套管90%依赖进口。久智科技可以小批量供货石英套管,石英股份正在进行相关研发,国产替代需求强烈。从技术的完整度上来看,我国离完全掌握光纤预制棒生产技术还有一段距离。

  石英纤维及复合材料广泛应用于国防军工领域,国内仅有菲利华具备量产能力。石英纤维是软化石英棒拉丝后制得的一种高性能无机纤维,具有强度高、化学稳定性好、介电常数和介电损耗小、耐高温、膨胀系数小、耐腐蚀、光谱透过宽、可设计性能好等特点。石英纤维在高频和700摄氏度以下工作区域内,保持最低而稳定的介电常数和介电损耗,能抵抗航天飞行器在飞行过程中因温度陡然变化对材料介电性能产生突变性的影响,是航天飞行器的理想透波材料。由于相比于S-玻璃纤维,E-玻璃纤维,石英纤维的价格明显更为昂贵,现在多用于宇宙飞船的烧蚀及隔热材料,飞行器耐高温、增强透波部件用编织材料。

  石英纤维在光纤、汽车、医学等领域也有应用。石英纤维可作为光纤拉丝炉、汽车玻璃钢化炉隔热材料及炉口密封填充材料,高温酸性液体与气体介质的过滤材料和反应堆的保温材料;石英套管可作为汽车玻璃钢化设备配件,航天电子器件导线编织和核工业组件的耐温耐辐照绝缘护套;石英纤维在正畸以及牙齿修复上的良好效果已经得到临床验证,这些领域不需要具备军工资质即可进入,未来可能会吸引更多企业。

  高纯度石英材料是电光源及激光光电、光伏、光通讯、半导体、光学镀膜等产业不可或缺的重要基础性材料。随着上述领域的市场高速增长,我国正在成为石英材料的主要生产基地和重要的应用市场,高纯度石英材料的应用技术和市场前景十分广阔。

  参考资料:中信建设《景气持续把握确定机会,强者恒强聚焦行业龙头》,作者:黎韬扬、鲍学博等

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