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半导体产业“卡脖子”?设备零部件需要破局
近几年来,半导体产业成长越来越炽热,与第一代、第二代半导体材料(Si、CaAs)分歧,第三代半导体材料(SiC、GaN等)具有高频、高效、高功率、耐高压、抗辐射等诸多上风特征,首要利用在5G、新能源车、充电桩、光伏、轨道交通等范畴的焦点部件上,而以上范畴都是国家重点成长的偏向。
当前在第三代半导体材料范畴,国内厂商起步与国外厂商相差不多,且渗透率较低,国产替换空间庞大,是以第三代半导体被视为有望实现技术弯道超车的严重机遇,遭到国家各项政策的鞭策,而其中,半导体零部件是决议我国半导体产业高质量成长的关键范畴。
什么是半导体零部件?
半导体零部件是指在材料、结构、工艺、品格和精度、牢靠性及稳定性等性能方面到达了半导体装备及技术要求的零部件,如O型密封圈(O-Ring)、传送模块(EFEM)、射频电源(RF Gen)、静电吸盘(ESC)、硅(Si)环等结构件、真空泵(Pump)、气体流量计(MFC)、紧密轴承、气体喷淋头(ShowerHead)等。
半导体装备共有8大焦点子系统,包括气液流量控制系统、真空系统、制程诊断系统、光学系统、电源及气体反应系统、热治理系统、晶圆传送系统、其他集成系统及关键组件,每个子系统亦由数目庞大的零部件组合而成。零部件的性能、质量和精度间接决议着装备的牢靠性和稳定性,半导体装备零部件加工要求高,占装备总支出的70%左右,以刻蚀机为例,十种首要关键部件占装备总本钱的85%。半导体装备决议一个国家的半导体制造水平,而半导体零部件则决议半导体装备的运转水平,是半导体装备的基石,一样也是今朝“卡脖子”严重的范畴。
半导体零部件支持起数倍大的芯片制造产业
半导体零部件的首要分类
半导体零部件是半导体装备的关键组成,据不完全统计,今朝行业里关于半导体零部件的品种分别尚未构成标准,今朝首要有以下几种分类方式。
1. 按典型集成电路装备腔体内部流程分类
这类分类方式可将半导体零部件分为五大类:电源和射频控制类、气体输送类、真空控制类、温度控制类、传送装配类。
①电源和射频控制类:包括射频发生器和婚配器、直流/交换电源等;
②气体输送类:包括流量控制器、气动部件、气体过滤器等;
③真空控制类:包括干泵/冷泵/份子泵等各类真空泵、控制阀/钟摆阀等各类阀件、压力计以及O-Ring密封圈;
④温度控制类:包括加热盘/静电吸盘、热交换器及升降组件;
⑤传送装配类:包括机械手臂、EFEM、轴承、紧密轨道、步进马达等。
2. 按半导体零部件的首要材料和利勤奋用分类
这类分类方式可将其分为十二大类,包括硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金属件、石墨件、塑料件、真空件、密封件、过滤部件、活动部件、电控部件以及其他部件。
其中,各大类零部件还包括多少细分产物,例如在真空件里就包括真空规(丈量工艺真空)、真空压力计、气体流量计(MFC)、真空阀件、真空泵等多种关键零部件。
3. 按半导体零部件办事工具分类
这类分类方式可将半导体焦点零部件分为两种,即紧密机加件和通用外购件。
其中,紧密机加件凡是由各个半导体装备公司的工程师自行设想,然后委外加工,只会用于自己公司的装备上,如工艺腔室、传输腔室等,国产化相对轻易,一般对其概况处置、紧密机加工等工艺技术的要求较高。
而通用外购件则是一些经太长时候考证,获得众多装备厂和制造厂普遍认可的通用零部件,加倍具有标准化,会被分歧的装备公司利用,也会被作为产线上的备件耗材来利用,例如硅结构件、O型密封圈(O-Ring)、阀门、规(Gauge)、泵、气体喷淋头(Shower head)等,由于这类部件具有较强的通用性和分歧性,而且需要获得装备、制造产线上的认证,是以国产化难度较高。
几大关键系统的焦点零部件
下表总结了在装备及产线上利用数目较多的首要零部件产物以及其首要办事的半导体装备。
首要零部件产物及其首要办事的半导体装备
半导体零部件的产业特点及成长现状
从地域散布看,半导体装备零部件市场首要被美国、日本、欧洲、韩国和中国台湾地域的少数企业所把持,国内厂商起步晚,国产化率较低。今朝石英、喷淋头、边沿环等零部件国产化率仅到达10%以上,射频发生器、MFC、机械臂等零部件的国产化率在1%-5%,而阀门、静电卡盘、丈量仪表等零部件的国产化率不敷1%,国产替换空间较大。
半导体焦点零部件的产物种别及首要供给商
半导体焦点零部件与半导体原材料一样,虽然市场范围小,却决议了半导体装备的焦点组成、首要本钱、优良性能等,凡是具有高技术麋集、学科穿插融合、市场范围占比小且分离,但在代价链上却无足轻重等特点。
产业成长首要表示为以下几点:
1. 尖端技术麋集,要求刻薄
相比于其他行业的根本零部件,半导体零部件由于要用于紧密的半导体制造,其尖端技术麋集的特征特别明显,有着精度高、批量小、多品种、尺寸特别、工艺复杂、要求极为刻薄等特点。由于半导体零部件的特别性,企业生产经常要兼顾强度、应变、抗腐蚀、电子特征、电磁特征、材料纯度等复合功用要求,对关键零部件在原材料的纯度、原材料批次的分歧性、质量稳定性、机加精度控制等方面要求就更高,形成了极高的技术门坎。
国内首要半导体零部件技术难点
例如随着半导体加工的线宽越来越小,光刻工艺对极小净化物的控制刻薄到极致,不但对颗粒严酷控制,严控过滤产物的金属离子析出,这对半导体用过滤件生产制造提出了极高的要求。今朝半导体级别滤芯的精度要求到达1纳米甚至以下,而在其他行业精度则要求在微米级。同时半导体用过滤件还需要保障的分歧性,以及耐化学和耐热性,极强的抗脱落性等,从而实现半导体制造中需要的可反复高性能,分歧的质量和超纯的产物清洁度等高要求。
半导体装备滤芯
2. 多学科穿插融合,需求材料复合利用
半导体零部件品种多,覆盖范围广,产业链很长,其研发设想、制造和利用触及到材料、机械、物理、电子、紧密仪器等跨学科、多学科的穿插融合。
以半导体制造中用于牢固晶圆的静电吸盘为例,一是其自己是以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为主体材料,但同时还需加入其他导电物资使得其整体电阻率满足功用性要求,对于材料多性能复合提出要求;二是陶瓷层和金属底座连系要满足均匀性和高强度的要求,是以对陶瓷内部有机加工机关精度要求高;三是静电吸盘概况处置后要到达0.01微米左右的涂层,同时要耐高温,耐磨,利用寿命大于三年以上,是以,对概况处置技术的把握与利用的要求也比力高,可见制造一件满足半导体制造要求的紧密部件需要触及的学科多广。
静电吸盘(Electrostatic Chuck,ESC)感化进程
3. 品种繁多,市场极为细分
相比半导体装备市场,半导体零部件市场更细分,碎片化特征明显,单一产物的市场空间很小,同时技术门坎又高,是以少有纯洁的半导体零部件公司。所以,国际领军的半导体零部件企业凡是以跨行业多产物线成长战略为主,半导体零部件常常只是这些大型零部件厂商的其中一块营业。
例如MKS仪器公司,在气体压力计/反应器、射频/直流电源、真空产物、机械手臂等产物线均占据其首要市场份额,除了半导体行业的利用,还普遍天时用于产业制造、生命与健康科学等范畴。
总而言之,今朝我国在半导体零部件焦点产物上照旧没法做到“自立可控”,除了起步晚、持久不重视、技术门坎高档缘由外,也有国内半导体产业链不完善,国外成熟产物把持市场,高低流供给稳定,半导体装备厂商不愿意贸然切换供给系统的缘由,显现一种“内交际困”的场面,想要破局,仍然任重而道远。
参考来历:
1. 半导体零部件产业现状及对我国成长的倡议,朱晶(北京国际工程征询有限公司北京半导体行业协会);
2. 泛半导体装备与零部件,雷震霖(第四届粤港澳大湾区真空科技创新成长论坛暨2020年广东省真空学会学术年会);
3. 集成电路产业的焦点工艺装备及其真空零部件,王光玉(第十四届国际真空科学与工程利用学术会议)
4. 半导体零部件深度报告,中银证券;
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