一、高纯铜靶材概述

溅射靶材工作原理:离子束轰击固体表面→离子和固体表面原子动能交换→原子离开固体并沉积在基底表面形成薄膜,被轰击的固体即为溅射靶材。

溅射靶材是一组特殊材料,主要用于薄膜镀膜,高纯铜靶材是高纯度铜经过熔炼、锻造、轧制和热处理等工艺后的产物,是真空镀膜行业的优良溅射材料。由于高纯铜材料具有电阻率低、导电性好等优势,高纯铜靶材被广泛用于电子、通讯、超导、航空航天等前沿领域。

高纯铜靶材分为平面铜靶和旋转铜靶。平面靶为片状,有圆形和方形;旋转靶为管状,由高纯铜经过挤压、拉伸、矫直、热处理、机加工等工艺制成,利用效率高。

溅射靶材产业链上游为金属提纯,中游为靶材制造、溅射镀膜,下游终端应用包括集成电路、平板显示、光伏、信息存储等。

高纯铜靶材适用于直流溅射、射频(RF)溅射、离子束溅射、磁控溅射,可用于镀膜反射膜、导电膜薄膜、半导体薄膜、电容器薄膜等。高纯铜靶材原材料价格较低,因此在满足膜层要求的前提下,铜靶材是首选溅射材料。

二、高纯铜靶材主要应用

目前,高纯铜靶材在集成电路、平板显示、光伏、信息存储等领域得到广泛应用。

(一)集成电路领域

集成电路金属溅射靶材的作用,是制作芯片上传递信息的金属导线。

高纯溅射靶材是集成电路制造的核心原材料,主要用于“晶圆制造”和“芯片封装”两个环节。其中,靶材在晶圆制造环节被用于金属溅镀,通常使用纯度在5N5(99.9995%)及以上的铜靶、铝靶、钽靶、钛靶以及部分合金靶等;在芯片封装环节被用作贴片焊线的镀膜,通常使用高纯及超高纯金属铜靶、铝靶、钽靶等。

集成电路靶材具有多品种、高门槛、定制化研发的特点,其对金属材料的纯度、内部微观结构等均有严苛的要求,高纯铜靶材通常用于90nm-3nm技术节点的高端集成电路。

近年来集成电路的集成度越来越高,尺寸不断缩小,对高纯溅射靶材提出了新的技术挑战,超大规模集成电路的制造对溅射靶材金属纯度要求达到6N(99.9999%)以上。

(二)平板显示领域

在全球面板行业的几轮大周期中,产业链在变迁中重新分布:美国起源→日本发展→韩国超越→中国台湾崛起→中国大陆发力。 凭借低成本、高质量的优势,国内快速推进平板显示国产化,逐步抢占三星、LG等市场份额,上游原料端的国产化率持续提升。

显示面板的制造工艺较复杂,其中降低反射层、透明电极、发射极与阴极均由溅射方法制成,溅射靶材在面板生产中起重要作用。

目前,平板显示靶材以铝靶、铜靶、钼靶和钼铌合金靶为主,对溅射靶材的纯度和技术要求仅次于集成电路,平板显示领域高纯铜靶材的金属纯度要求达到5N(99.999%)以上。

(三)光伏领域

光伏领域靶材应用产品包括薄膜电池和异质结HJT电池,其中薄膜电池靶材主要为方形板状,纯度要求通常在4N(99.99%)以上,目前制备薄膜电池常用的溅射靶材有铝靶、铜靶、钼靶、铬靶以及ITO(氧化铟锡)靶、AZO(氧化铝锌)靶等,异质结HJT电池主要使用ITO靶材作为其透明导电薄膜。

(四)信息存储领域

随着信息及计算机技术的不断发展,市场对记录介质的需求越来越大,与之相应的记录介质靶材市场也不断扩大,其主要应用产品包括硬盘、磁头、光盘(CD-ROM、CD-R、DVD-R等)、磁光相变光盘(MO、CD-RW、DVD-RAM)等。

三、高纯铜靶材市场规模

随着电子信息制造业的快速发展,全球溅射靶材市场规模也呈现快速增长态势。据产业π分析预测,2017-2021年全球溅射靶材市场规模由851亿元增长至1427亿元,年均复合增速13.8%,预计2025年将突破1700亿元。

近年来,随着我国集成电路、平板显示、光伏等新兴产业的逐步崛起,溅射靶材市场规模稳中有升。2017-2021年我国溅射靶材市场规模由207亿元增长至381亿元,年均复合增速16.48%。预计2022年市场规模为400亿元,2025年将突破600亿元,全球占比超过1/3。

高纯铜靶材占整体溅射靶材市场比例的15-25%,2021年我国高纯铜靶材市场规模逾70亿元,而随着我国集成电路等高科技产业的加速崛起,高纯铜靶材的市场占比将进一步提升,预计2025年市场规模将达到150亿元。

四、高纯铜靶材市场格局

全球溅射靶材市场被JX日矿金属(日)、霍尼韦尔(美)、东曹(日)和普莱克斯(美)占据,市场份额分别为30%、20%、20%、10%,合计市场份额80%。日本、美国溅射靶材产业链完整,涵盖金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用各个环节,具备规模化生产能力,在中高端半导体溅射靶材领域优势明显。

我国溅射靶材产业起步较晚,目前具备规模化生产能力和较强研发实力的企业较少,且主要应用于中低端产品领域。随着部分企业突破关键技术门槛,我国铝、铜、钼等靶材逐渐崭露头角。尤其是在《芯片和科学法案》等一系列技术限制背景下,溅射靶材国产替代进程将进一步加快。

宁波江丰电子、北京有研新材、福建阿石创等高纯铜靶材企业快速发展,其中江丰电子聚焦于集成电路领域,并向平板显示领域快速延伸,有研新材聚焦于集成电路领域,阿石创聚焦于平板显示领域。

(一)宁波江丰电子

宁波江丰电子成立于2005年,专业从事集成电路超高纯金属材料及溅射靶材的研发生产,产品包括铝靶、钛靶、钽靶、铜靶以及超高纯金属合金靶材等,主要应用于超大规模集成电路、平板显示、薄膜太阳能电池等领域。

江丰电子研发生产的超高纯铜靶材已得到客户广泛认可,其中HCM铜靶材获得国际一流芯片代工企业批量订单;LCD用8.5代铜旋转靶材通过多家客户评价,进入批量应用环节。公司铜靶产品进入5nm先进技术节点,在半导体靶材领域保持领军地位。

目前江丰电子拥有高纯铜靶材产能1000块/年,2021年12月拟投资4.08亿元在浙江海宁生产集成电路用高纯铜靶材、环件、铜阳极等产品,预计2023年底建成投产,达产后高纯铜靶材产能将提升至1.9万块/年。

(二)北京有研新材

北京有研新材成立于1999年,主要从事稀土材料、微光电子用薄膜材料、生物医用材料、稀有金属及贵金属、红外光学及光电材料等新材料的研发与生产。2000年,有研新材通过子公司有研亿金布局集成电路超高纯溅射靶材。

目前,有研亿金已研发出极大规模集成电路用12英寸超高纯铜靶材,通过电解提纯和熔炼获得纯度≥6N的超高纯铜铸锭,公司客户覆盖中芯国际、英特尔、台积电、联电、北方华创等芯片制造和设备企业。

目前有研新材拥有半导体靶材产能1.97万块/年,其中高纯铜靶材产能4000块/年。2022年3月拟投资6.46亿元新建山东德州基地和改扩建北京昌平基地,用于生产铜靶、铝靶、钛靶等半导体靶材,预计2025年底达产,届时半导体靶材产能将提升至7万块/年。

(三)福建阿石创

福建阿石创成立于2002年,是集薄膜材料生产、研发、销售于一体的高新技术企业,拥有溅射靶材、蒸镀材料与镀膜配件三大产品线,在平板显示、光学元器件、节能玻璃等领域得到广泛应用。

阿石创依靠技术、产品和服务优势积累大批优质客户资源,已与京东方、友达、群创、蓝思科技等企业建立合作关系。

2021年11月阿石创福州超高清显示用铜靶材产业化项目正式开工,总投资2.45亿元,占地15亩,预计2023年11月底建成投产,达产后每年可生产超高清显示铜靶材2000吨。