賣水是一個回報很高的行業(yè),毛利率一度達(dá)到 60%,而賣氣,或許也是一個好生意。作為最大的工業(yè)氣體供應(yīng)商,法國液化空氣集團(tuán)近年毛利率持續(xù)保持在 60% 以上,近 12 個月毛利率也達(dá) 55%。
硬科技領(lǐng)域,氣體極少會被談及,但它比想象中要重要得多。去年,地緣政治摩擦導(dǎo)致氖氣價格飆升 20 倍,即便是如此天價,依然賣到搶手。這是因?yàn)殡娮託怏w對現(xiàn)代智能制造來說,就相當(dāng)于是人與空氣的關(guān)系,沒有它一切生產(chǎn)也將會隨之停擺。
時間來到現(xiàn)在,在國產(chǎn)電子氣體逐漸加大產(chǎn)能之下,氖氣價格已經(jīng)出現(xiàn)明顯下跌 [1],那么國產(chǎn)現(xiàn)在究竟發(fā)展到哪一步了?
付斌 | 作者
李拓 | 編輯
幾十種口糧喂出來的產(chǎn)品
任何電子產(chǎn)品都逃不開電子氣體,它是重要的基礎(chǔ)性原材料,被喻為工業(yè)制造的“血液“或”糧食”。
廣義上,任何用于電子工業(yè)生產(chǎn)的氣體,都?xì)w屬于電子氣體范疇,而在狹義上,電子氣體又特指半導(dǎo)體行業(yè)所用電子特種氣體。[2]
行業(yè)中,更偏向于廣義的解釋。在《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類 (2018)》中,電子專用材料制造重點(diǎn)產(chǎn)品部分將電子氣體分為電子特種氣體和電子大宗氣體兩大類 [3],二者對制造都極為重要。
電子大宗氣體與特種氣體應(yīng)用廣泛,涉及集成電路制造、光伏制造、顯示面板制造等領(lǐng)域,不同領(lǐng)域間所用氣體存在一定交集:
電子大宗氣體多充當(dāng)環(huán)境氣、保護(hù)氣、載氣,用于高溫?zé)嵬嘶?、保護(hù)氣體、清洗氣體等環(huán)節(jié),常見氣體包括氮?dú)猓∟2)、氫氣(H2)、氧氣(O2)、氬氣(Ar)、氦氣(He);
電子特種氣體貫穿半導(dǎo)體和微電子工業(yè)各個工藝流程,如清洗、沉積、光刻、刻蝕、離子注入、成膜、摻雜等環(huán)節(jié),常見氣體包括硅烷(SiH4)、鍺烷(GeH4)、溴化氫(HBr)、磷化氫(PH3)、砷化氫(AsH3)、乙硼烷(B2H6)、一氧化二氮(N2O)、六氟化硫(SF6)、六氟化鎢 (WF6)、三氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)、三氯化硼(BCl3)、三氟化硼(BF3)、三氟甲烷 (CHF3)、六氟乙烷 (C2F6)、二氯二氫硅烷(Si2H2Cl)、四氟化硅 (SiF4)、正硅酸乙酯 [(C2H5O)4Si]、八氟丁烷 (C4F8)、高純氨氣(NH3)、高純氯氣(Cl2) 等。[7]
其中,三氟化氮(NF3)、硅烷(SiH4)和氨氣(NH3)是集成電路制造、光伏制造、顯示面板制造領(lǐng)域的三大主要?dú)怏w。
需要強(qiáng)調(diào)的是,電子氣體在薄膜沉積環(huán)節(jié)能夠發(fā)揮不可取代的作用,是形成薄膜的主要原材料之一,比如說,多晶硅便是由硅烷(SiH4)沉積所得。
打個比方來說,就像利用物理或化學(xué)的方法,將電子氣體變成固體,從空中均勻地撒下,最終形成一層薄如白紙的膜,隨后精細(xì)的電路都會繪制在這張白紙上。[8]
電子產(chǎn)品都是大胃王,一款產(chǎn)品需要幾十甚至上百種電子氣體。以集成電路為例,涉及電子氣體約 100 多種,核心工段約 40~50 種 [10]。雖然每種氣體用量并沒有很大,但種類繁多,整體用量就變大了。從全球市場占比來看,硅烷約為 22%,三氟化氮為 13%,離子注入氣為 10%,氟碳類為 6%,六氟化鎢為 4%,笑氣為 4%,鍺烷為 3%,高純氨為 3% 以及大量其它氣體。[11]
造不同的產(chǎn)品,對電子氣體的要求也不同,其中用于制造集成電路的電子氣體規(guī)格最高。通常,光伏能源、光纖光纜領(lǐng)域?qū)徍苏J(rèn)證周期為 0.5 年~1 年,顯示面板為 1 年~2 年,集成電路領(lǐng)域則需 2 年~3 年。[12]
以當(dāng)前電子氣體市場來看,集成電路市場最具活力、最先進(jìn)、最具競爭力,太陽能制造商則需要能夠同時提高產(chǎn)量、提高電池效率、降低制造成本的電子氣體供應(yīng)方法,平板顯示屏制造商需要大規(guī)模的超純氣體供應(yīng)。[13]
工業(yè)氣體本身是一個較為傳統(tǒng)行業(yè),加了一個前綴的電子氣體又有何不同?相比傳統(tǒng)的工業(yè)氣體,電子氣體要求更嚴(yán)格,技術(shù)難點(diǎn)更多,具體包括:
電子產(chǎn)品都是潔癖
電子氣體對純度的要求比其它行業(yè)要高得多。任何微小的氣體純凈度差異,如氧氣、水分、金屬、顆粒等雜質(zhì),都會導(dǎo)致產(chǎn)品性能降低甚至報廢。為保證成品質(zhì)量,電子氣體要同時滿足超純和超凈兩個要求。
純度是電子氣體質(zhì)量最重要的指標(biāo)。通常,行業(yè)會使用 N 來衡量純度,N 前面數(shù)字越大純度越高。電子氣體純度往往要達(dá)到 5N 以上級別,甚至需要達(dá)到 6N、7N 以上。此外,電子氣體還要將金屬元素雜質(zhì)含量凈化到 10-9 級~10-12 級。
對產(chǎn)品來說,電子氣體一定是越純越好。就拿集成電路來講,制程工藝已從 28nm、14nm、7nm、5nm 提升至 4nm / 3nm,這意味著任何肉眼不可見的細(xì)小差別都能對生產(chǎn)造成影響,更純的電子氣體才能保證生產(chǎn)的器件在性能、集成度、成品率等方面不會出現(xiàn)差錯。[15]
不過,看似只是在小數(shù)點(diǎn)后增加一位數(shù)字,實(shí)際會是一次技術(shù)大升級。越純的東西,越難造,電子氣體純度等級每提高 1N,意味著粒子、金屬雜質(zhì)含量濃度需要降低一個數(shù)量級。
為了追求更極致的純,電子氣體生產(chǎn)全流程都將迎來技術(shù)升級,涉及氣體合成、分離與提純、混配(如為混合氣)、容器處理、充裝、分析檢測等工序,相關(guān)技術(shù)包括氣體合成、深度純化、混合氣配置、ppm / ppb / ppt 級雜質(zhì)的分析檢測技術(shù)、配套器件及氣瓶和管路。
不同氣體特性千差萬別,任何環(huán)節(jié)都不能疏漏。簡單來說,氣體供應(yīng)商首先會對上游原料工業(yè)氣進(jìn)行全面分析,其次根據(jù)雜質(zhì)成分復(fù)雜程度設(shè)計生產(chǎn)工藝和設(shè)備,最后采用在線自動監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行高精度分析。 [12]
能造也得能運(yùn)
電子氣體的運(yùn)輸要求比傳統(tǒng)行業(yè)要高得多。首先,高純度氣體從出廠到實(shí)際生產(chǎn)的路途或許很近又或者很遠(yuǎn),中途都會有污染風(fēng)險,在電子氣體生產(chǎn)和運(yùn)輸中,需借助專業(yè)的包裝存儲容器、氣體輸送管線、閥門和接口,以保證氣體純度,并嚴(yán)格按照安全生產(chǎn)、安全運(yùn)輸?shù)纫?guī)程操作 [16];其次,一些電子氣體特性不穩(wěn)定,長時間運(yùn)輸還會帶來自發(fā)分解,亦或是強(qiáng)腐蝕性帶來的雜質(zhì)含量提高的問題;另外,許多電子氣體本身還是被人熟知的劇毒氣體,這種危險化學(xué)品的包裝、運(yùn)輸擁有嚴(yán)格的規(guī)定。
不得不說,種種難題必然會造成成本的提升。比如說,現(xiàn)階段我國的大部分高端氣體幾乎完全依賴進(jìn)口,進(jìn)口繁瑣的手續(xù)與長周期使得氣體價格比國產(chǎn)氣體貴 2~3 倍甚至更多。[17]
當(dāng)然,除了長距離運(yùn)輸,電子氣體行業(yè)也擁有一種 TGM(全面氣體及化學(xué)品運(yùn)維管理服務(wù))的供氣模式。簡單解釋,就是為客戶提供全流程的供氣服務(wù)。不過,該模式要求公司具備現(xiàn)場制氣經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)性和安全管控能力 [18],并不是想做就能做。
用完可別扔
當(dāng)電子氣體竭盡一生,并不意味著終點(diǎn),必然要面對尾氣處理問題。直接排放沒有經(jīng)過完全處理的尾氣會對環(huán)境造成極大影響,同時也是一種資源浪費(fèi),經(jīng)過回收提純,電子氣體又將重新投入生產(chǎn)中。
比較典型的氣體包括:二氧化碳與氧化亞氮是典型的溫室氣體,經(jīng)回收提純后可用于半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥、食品加工等行業(yè)生產(chǎn);氫氣和天然氣經(jīng)回收提純后是很好的清潔能源,可用于半導(dǎo)體生產(chǎn);氯化氫和氯氣具有較強(qiáng)的腐蝕性和毒性,經(jīng)回收提純可應(yīng)用于半導(dǎo)體蝕刻、外延、晶體生產(chǎn)等多個環(huán)節(jié)。[10]
在節(jié)能減排與碳中和要求下,亦對尾氣處理與回收技術(shù)提出了更高的技術(shù)要求。
壟斷市場中找生意
電子氣體是賺錢生意。雖然企業(yè)間產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)、下游用氣細(xì)分市場、供氣方式存在差異,且整體利潤率與原材料價格、能源供應(yīng)、電價、市場需求與市場競爭直接掛鉤,但行業(yè)整體毛利率較高。
從生產(chǎn)總成本上來看,電子氣體的占比很低,但它能撬動較為穩(wěn)定的市場。比如說,電子氣體僅占芯片總成本的 5%~6%[19],但下游廠商對電子氣體的需求具有剛性和穩(wěn)定性,導(dǎo)致對價格的敏感度較低,從而使電子氣體擁有較強(qiáng)的成本轉(zhuǎn)嫁能力。
不僅如此,電子大宗氣體與電子特種氣體在整個市場上都有穩(wěn)定的市場。
數(shù)據(jù)顯示,我國電子大宗氣體 2020 年市場規(guī)模為 1632 億元,同比增長 10.49%,預(yù)計 2023 年有望突破 2000 億元,達(dá)到 2172.2 億元,由于細(xì)分行業(yè)壁壘高,目前國產(chǎn)化率較低 [20];2021 年中國特種氣體市場規(guī)模預(yù)計達(dá) 342 億元,其中電子特氣預(yù)計達(dá) 216 億元,電子特氣占特種氣體接近 6 成。[21]
不過,想要拿走這份錢,沒有想象中那樣容易??v觀整個電子氣體的發(fā)展史,遵循著由低純度向高純度、由百花齊放向整合并購的路線發(fā)展,至今已成為技術(shù)密集型行業(yè),具備較高行業(yè)壁壘,對氣源及供應(yīng)系統(tǒng)有著嚴(yán)苛要求 [22]。我國電子氣體行業(yè)萌芽于上世紀(jì) 80 年代,起步較晚,始終與國際先進(jìn)產(chǎn)品存在代差。
自 21 世紀(jì)初至今,全球電子氣體市場持續(xù)保持較高的集中度,目前,美國空氣化工、德國林德集團(tuán)、法國液化空氣、日本大陽日酸四家海外巨頭占據(jù)了全球約九成市場。[21]
我國所使用的電子氣體也以外資為主,雖然國內(nèi)部分企業(yè)已具備生產(chǎn)高純電子氣體的能力,卻很難進(jìn)入集成電路領(lǐng)域 [23],集成電路所用的電子特氣我國僅能生產(chǎn)約 20% 品種 [24],國產(chǎn)化率不足 15%[25]。與此同時,國內(nèi)高端電子特氣幾乎全部依賴進(jìn)口。[26]
雖然前路困難,但發(fā)展勢在必行,僅從價格上來說,國內(nèi)高純電子氣體的平均價格便能達(dá)到國際的 60% 左右。[27]
國產(chǎn)的錢途在哪里
迄今為止,國內(nèi)電子氣體玩家分為三類:
第一類是以工業(yè)氣體為主營業(yè)務(wù),產(chǎn)品覆蓋到部分品種電子氣體,代表公司有華特氣體、金宏氣體;
第二類是專注深耕電子特氣的公司,代表公司有派瑞特氣、昊華科技、華宇同方;
第三類是電子材料平臺型公司,除電子氣體外,業(yè)務(wù)還涉及其它電子材料,代表公司有雅克科技、南大光電。[28]
對比國內(nèi)外發(fā)展情況,國際廠商供應(yīng)客戶均為尖端制造廠商,產(chǎn)品品種覆蓋面更廣,供氣模式也更豐富,大部分可提供 TGM 供氣模式。國內(nèi)則缺乏高端氣體技術(shù),同時僅少部分公司擁有 TGM 模式。
從技術(shù)角度來看,雖然我國已在氣體提純技術(shù)、容器處理技術(shù)、氣體充裝技術(shù)和檢測技術(shù)上達(dá)到國際通行標(biāo)準(zhǔn) [30],但整體水平仍與國際存在差距:
大宗氣體生產(chǎn)方面,我國在凈化材料核心技術(shù)上與國際有差距;
特種氣體生產(chǎn)方面,我國整體技術(shù)不過關(guān),并呈供應(yīng)短缺狀態(tài);
管路、閥門及包裝物等金屬表面處理方面,我國內(nèi)在制造材料和包裝
內(nèi)部處理技術(shù)與國際有明顯差距,此外超高純氣用容器和管道以進(jìn)口為主;
尾氣處理與回收技術(shù)方面,市場基本被外資壟斷;
氣體檢測技術(shù)方面,我國已掌握基礎(chǔ)的氣相色譜法和化學(xué)分析法,部分超痕微量分析檢測技術(shù)與國際差距大。[31]
從投融資市場上來看,電子氣體的熱度并不是很高,近兩年內(nèi)相關(guān)事件屈指可數(shù),同時新晉公司業(yè)務(wù)普遍以單一幾種氣體為主要業(yè)務(wù)和市場切入點(diǎn)。
對于國內(nèi)氣體發(fā)展情況,果殼硬科技團(tuán)隊認(rèn)為:
原料供應(yīng)是不得不考慮的問題,事實(shí)上,部分氣體地理分布極度不均勻,比如說,截至 2021 年底,美國已探明氦氣總資源量占全球的 35.33%[32],而美國也掌握了全球 43.6% 的氦氣產(chǎn)量 [33],國內(nèi)應(yīng)注意特定氣體原料供應(yīng),同時也應(yīng)盡可能地建立多種供應(yīng)渠道;
電子大宗氣體與電子特種氣體在需求量上相當(dāng),兩條產(chǎn)線都值得關(guān)注,目前國內(nèi)經(jīng)營較為分散,國際龍頭企業(yè)則在氣體供應(yīng)品種上極為全面,相關(guān)能力是由并購整合而成,同時持續(xù)鯨吞中小型企業(yè)或其它公司業(yè)務(wù),可以預(yù)見的是,未來國內(nèi)也避免不了整合的大趨勢,彼時馬太效應(yīng)或會逐步加重;
大宗氣體方面,由于自建供氣裝置前期投入大,供給應(yīng)由自建向外包轉(zhuǎn)型,數(shù)據(jù)顯示,2019 年中國工業(yè)氣體外包率約 55%,同期發(fā)達(dá)國家外包率則為 80%;[29]
特種氣體方面,國際廠商基本均采用 TGM 供氣的商業(yè)模式,且較為壟斷,雖然國內(nèi)已有少部分廠商已有 TGM 模式,但仍需進(jìn)一步靠攏;
電子氣體屬于技術(shù)密集型行業(yè),研發(fā)難度大,專家建議與高等院校及科研機(jī)構(gòu)加強(qiáng)合作,探索建立電子氣體技術(shù)創(chuàng)新中心,此外,氣體供應(yīng)商可與電子元器件、軟件、整機(jī)企業(yè)合作聯(lián)動,通過戰(zhàn)略聯(lián)盟、資本合作、技術(shù)聯(lián)動的方式實(shí)現(xiàn)群體躍升;[22]
電子氣體標(biāo)準(zhǔn)化有助于行業(yè)統(tǒng)一發(fā)展,目前我國已制定三氟化氮、三氯化硼、六氟丁二烯和氟甲烷相關(guān)新標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)將很快實(shí)施;[30]
政策為市場創(chuàng)造了更多機(jī)會,比如說,在工信部發(fā)布的《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄 (2019 版)》中,高純氯氣、三氯氫硅、氯化氫、氧化亞氮等已被列為重點(diǎn)新材料。[28]
總結(jié)來說,國產(chǎn)電子氣體整體在高端氣體上存在缺口,且在充裝技術(shù)、尾氣處理與回收、檢測技術(shù)、供應(yīng)模式上還有突破空間。
而通過多年與外資企業(yè)交往,國內(nèi)企業(yè)已普遍認(rèn)為,外資企業(yè)可通過交貨期限拖延及定價限制國產(chǎn) [34]?,F(xiàn)如今,打破壟斷已成共識,而行業(yè)也不應(yīng)該被一口氣扼住喉嚨。
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