溅射靶材和环氧塑封料EMC：国产HBM突破AI算力的内存瓶颈的关键材料列举 | 多维研究

研究团队|多维资本新能源新材料团队

随着AI算力不断提升，对高性能存储器需求不断上涨，传统带宽的标准类DDR DRAM和移动类LPDDR DRAM已无法满足AI芯片的需求，而HBM（High Bandwidth Memory）作为高性能DRAM（通过3D堆叠工艺和TSV（Through-Silicon Via）技术实现，将多个DRAM die堆叠在一起，并通过垂直贯通的电极连接上下芯片，从而大幅提高内存容量和数据传输速率）相对普通的内存带宽可以提升数倍、功耗更低，完美契合大模型的要求。

HBM价量齐升：AI服务器出货量的快速提升也带动HBM加速渗透，美光、三星、SK海力士三大HBM巨头纷纷提出扩产。三星和SK海力士已经将超过20%的DRAM生产线转换成HBM生产线。根据Trendforce的最新预测，HBM市场将迎来强劲增长，预计2025年HBM价格将上涨5-10%，HBM的产量预计从2024年占整个DRAM市场的5%提升至2025年超过10%，价值量占比从2024年21%提升到2025年超30%。

HBM的加速发展对先进封装技术提出更高需求，目前技术核心主要还是在TSV。

硅通孔（TSV） 是当前技术先进性最高的封装互连技术之一。基于 TSV 封装的核心工艺包括 TSV 制造、RDL/微凸点加工、衬底减薄、圆片键合与薄圆片拿持等。TSV 制造可以分为两种类型，类型I是孔底部不需要直接导电连接的制造类型，类型II是孔底部需要直接导电连接的制造类型。TSV 制造的主要工艺步骤包括孔刻蚀、绝缘层沉积、扩散阻挡层/种子层沉积、导电材料填充及表面平坦化等。对靶材各维度性能提出更高要求。

随着HBM堆叠层数增加，以及HBM对速率、散热等性能要求的提高，对封装工艺及材料的要求也不断提升，为GMC（颗粒状环氧塑封料，Granular Molding Compound）、LMC（液态塑封料，Liquid Molding Compound）等先进封装用环氧塑封料带来了新的机遇。当前运用 TSV 技术的场景主要在 2.5D/3D 封装，其中 3D TSV 的特点在于通过垂直叠构的方式缩短了芯片间通信距离，相较于传统水平排布的方式，外围用于塑封的 EMC 及内部填料料也需要相应的升级，垂直叠构导致塑封的高度显著高于传统单芯片的塑封高度，较高的高度要求外围塑封料要有充分的分散性，则 EMC 就要从传统注塑饼状变为撒粉颗粒状的GMC和LMC，对于 EMC 厂商，这样的升级需要在配方中同时兼顾分散性和绝缘性，配方难度较大。

环氧塑封料（EMC，Epoxy Molding Compound）是用于半导体封装的一种热固性化学材料，是由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉等为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料，为后道封装的主要原材料之一，目前95%以上的微电子器件都是环氧塑封器件。环氧塑封料具有保护芯片不受外界环境的影响，抵抗外部溶剂、湿气、冲击，保证芯片与外界环境电绝缘等功能。

环氧塑封料的主要组成成分可分为聚合物、填料、添加剂三类。聚合物主要包括环氧树脂、偶联剂、硬化剂等；填料主要由硅微粉和氧化铝充当；添加剂则主要包括脱模剂、染色剂、阻燃剂、应力添加剂、粘结剂等。各种成分中占比最大的两种为填料以及环氧树脂。

环氧塑封料在封装成型中常见问题包括充填不良、气孔、麻点、溢料、流痕、黏模、开裂、冲线、分层等。塑封成型的常见问题很多，发生的几率和位置有很大差异，产生的原因也比较复杂，并经常互相牵连，互相影响。

2.1 EMC核心壁垒：

EMC主要壁垒是配方技术，配方技术涉及的化合物繁多，不同种类的化合物因其特性各异，混合后内部的反应复杂，各组分相互间存在着各种各样的交叉反应或者影响，既可能相互促进，又可能相互抑制，任何一个物料类型或添加比例的变化，都可能影响产品性能，因此配方的开发非常复杂，需要丰富的经验积累和人力物力的投入，一款较为完善的全新配方一般需要1-3年左右的开发周期。

就全球的封测厂分布来看，EMC厂商主要分布在美洲、澳洲、东南亚、日本等地。目前，国内主要集中在传统封装中较低端的部分，较为高端的封装领域国內占据部分份额。高性能封装和先进封装领域主要份额被日本EMC厂商占据。下游封测厂一般只会找份额最大的日系厂合作开发。

在国内EMC行业中，最开始的研发国内厂商就没有占到优势，很多前端和客户的研究都是被海外大厂占据，目前国内能够量产的最高端的产品仅为海外大厂几十年前的水平。

从2020年往前看10年，国内的EMC厂商都是靠自己，发展的很艰难和缓慢，EMC行业的发展很难赶得上封装行业的发展。但近两年国内厂商的发展逐步向好，因为近两年不仅EMC厂商自己想发展，国内的封测厂商也帮忙在推，给了相应的机会的合作，行业的发展更容易了。

国内EMC厂商参与原始开发的并不多，目前国内的封测厂虽然很大，但是他们原创的并不多，他们做的封装国外很多年前就有了，因此国内厂商的机会很少，但2021年开始，后期合作开发的项目很多。

2.2 EMC市场规模：

根据市场研究机构Mordor Intelligence的数据，2021年全球环氧塑封料市场规模约为74亿美元，预计到2027年有望增长至99亿美元，年均复合增长率5.0%。

随着 AI 不断渗透云端/电商服务、智能制造、金融保险、智慧医疗及智能驾驶辅助等行业，AI 服务器与高端 GPU 需求不断上涨，持续推动 HBM需求的增加。由于 HBM 中对 EMC 和填料的要求较高、价值量相对普通产品更高，因此若假设 HBM 中“EMC 市场价值/半导体市场价值”和“填料市场价值/半导体市场价值”比例提升 10 倍和 30 倍至 3%和 1.2%%，则根据集邦咨询预估 2024 年全球 HBM 市场价值为 89 亿美金，计算可得 2024 年 HBM所用 EMC价值空间为 2.6 亿美元、所用填料价值空间为 1.1 亿美金，作为材料单品而言是相对较大、利润较丰厚的市场。

2.3 竞争格局：

海外厂商规模大且占据高端市场，先进封装国产化率几乎为 0。在全球 EMC 市场竞争中，海外厂商（主要是日系厂商）目前仍然处于主导地位，主要体现在两个方面：一方面，日系厂商占据主要产能，全球主要两大具有垄断性地位的EMC厂商住友电木和Resonac合计产能超过 10 万吨，占据全球 EMC 市场主要产能；另一方面，海外厂商把持高端市场，从产品结构上来看，全球EMC龙头住友电木的产品覆盖全面，目前全球高端 EMC 市场仍然被海外厂商垄断。

从产能上來看，国内上规模的EMC厂商仅衡所华威、华海诚科、瑞联新材、飞凯材料等有布局。从产品结构上来看，华海诚科尚未有先进封装类 EMC 的批量产品供应。

综合来看，全球 EMC 市场竞争中，海外厂商无论是在产能规模（量能）还是在产品结构（价能）上，相较大陆厂商更有竞争优势，特别是在先进封装领域，国产产品在全球 EMC 市场仍然任重而道远。

2.4 国内标的：

衡所华威：公司1983年开始涉足环氧模塑料（EMC）业务，现有生产线12条，拥有Hysol品牌及KL、GR、MG系列等一百多个型号的产品，为德州仪器（TI）、英飞凌（Infineon）、安森美（Onsemi）、安世半导体（Nexperia）、长电、华天、通富微电、士兰微等国内外知名半导体集成设备制造商及龙头封测企业提供专业化产品及服务，在环氧模塑料行业按出货量居全球第四、中国第一。公司2021年全资收购韩国ESMO Materials并更名为Hysol EM，主要产品包括用于半导体封装的黑色环氧模塑料，用于光电器件封装的白色及透明环氧模塑料，用于LCD电视和手机的底部填充及高导热涂层材料，以及用于FOWLP的液态EMC。Hysol EM主要客户包括SK海力士，LG化学，韩国电子（KEC）, LUMENS等。公司研发力量雄厚，拥有发明专利30余项，其中获得授权9项（含台湾专利1项），承担完成多项国家、省市重大科技项目，与中国科学院物化所建有联合实验室。

华海诚科：公司研发了应用于QFN、BGA、FC、SiP以及FOWLP/FOPLP等封装形式的封装材料，其中应用于QFN的产品已实现小批量生产与销售，颗粒状环氧塑封料（GMC）以及FC底填胶等应用于先进封装的材料已通过客户验证，液态塑封材料（LMC）正在客户验证过程中，上述应用于先进封装的产品有望逐步实现产业化并打破外资厂商的垄断地位。

道宜半导体：公司专业从事于半导体、集成电路、功率模块等电子器件封装用环氧模塑料产品，公司应用于SOT、SOP、QFN的产品已经实现量产，MUF已通过客户考核，SIC、SIP客户考核中。

PVD 技术已成为目前主流镀膜方法，主要包括溅射镀膜和真空蒸发镀膜。用于制备薄膜材料的物质，统称为PVD 镀膜材料。PVD（物理薄膜沉积法），是将某种物质表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基板材料表面沉积具有某种特殊功能的薄膜材料的技术。

溅射镀膜是指利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度的离子束流，轰击固体表面，离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材料表面的技术。被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜材料的原材料，称为溅射靶材。

高纯溅射靶材主要由靶坯、背板（或背管）等部分构成，靶坯是高速离子束流轰击的目标材料，属于溅射靶材的核心部分。

靶材产业链可以分为金属提纯、靶材制造、镀膜和终端应用四个环节。第一环节是金属提纯，原材料铝、铜、钽、钛等金属以金属提纯方式形成高纯金属，作为靶材制造的原材料；第二环节是靶材制造，将高纯金属通过加工形成溅射靶材，制造好的靶材包括靶坯和背板两部分，靶坯是溅射靶材的主体，背板起固定靶坯的作用；第三个环节是镀膜，以溅射镀膜为例，以高速离子束流轰击靶坯，溅射出靶坯表面原子，沉积于基板从而制成电子薄膜，电子薄膜按照应用不同有不同分类；最后将薄膜材料应用于半导体芯片、平板显示器、信息存储、光学元器件、薄膜太阳能等不同领域。而金属提纯作为最为关键的工序，国内可实现完全自主可控的企业寥寥无几。

3.1 半导体靶材壁垒：

关键高纯原材料依赖进口：关键原材料如高纯铝、钛、钽、锰、钒等在杂质元素与缺陷控制上难以满足高端应用需求，进口依赖度依然较高。

前沿材料验证机会少：集成电路先进制程落后于国际约两代水平，先进制程以及新型器件所需的关键靶材缺乏验证机会。

客户认证周期长：下游客户对溅射靶材供应商的认证过程较为苛刻，新进入者需在技术水平、产品质量、后续服务和供应价格等方面显著超过原有供应商，才有获取业务合作机会的可能性，一般至少需要2-3年的测试和导入时间。

3.2 全球及中国溅射靶材市场规模：

随着溅射靶材市场下游应用需求的快速增长以及溅射靶材材料技术的不断进步，全球溅射靶材市场得到了迅猛发展。从2018年到2022年，全球溅靶材市场规模从821亿元增长至1,163亿元，期间年复合增长率为9.1%。在预测期内，全球溅射靶材市场规模预计将从2023年的1,293亿元增长至2027年的1,945亿元，预计年复合增长率将达到10.7%。

从2018年到2022年，中国半导体行业溅射靶材的市场规模从16亿元增长到27亿元，期间年复合增长率为14.4%。预测期内，中国半导体行业溅射靶材市场的市场规模预计将从2023年的32亿元增长到2027年的57亿元，预计年复合增长率将达15.8%。中国晶圆制造溅射靶材市场从10亿元增长到19亿元，期间年复合增长率为15.6%。预测期内，中国晶圆制造溅射靶材市场预计将从2023年的22亿元人民币增长到2027年的41亿元人民币，预计年复合增长率将达到16.7%。

3.3 竞争格局：

全球溅射靶材行业发展概况：

由于溅射镀膜工艺起源于国外，所需要的溅射靶材产品性能要求高、专业应用性强，因此，长期以来全球溅射靶材研制和生产主要集中在美国、日本少数几家公司，产业集中度相当高。以霍尼韦尔（美国）、日矿金属（日本）、东曹（日本）等跨国集团为代表的溅射靶材生产商较早涉足该领域，经过几十年的技术积淀，凭借其雄厚的技术力量、精细的生产控制和过硬的产品质量居于全球溅射靶材市场的主导地位，占据绝大部分市场份额。这些企业在掌握溅射靶材生产的核心技术以后，实施极其严格的保密措施，限制技术扩散，同时不断进行横向扩张和垂直整合，将业务触角积极扩展到溅射镀膜的各个应用领域，牢牢把握着全球溅射靶材市场的主动权，并引领着全球溅射靶材行业的技术进步。

中国溅射靶材行业发展概况：

近年来，受益于国家从战略高度持续地支持电子材料行业的发展及应用推广，我国国内开始出现少量专业从事高纯溅射靶材研发和生产的企业，并成功开发出一批能适应高端应用领域的溅射靶材，为高纯溅射靶材大规模产业化提供了良好的研发基础和市场化条件。目前，江丰电子、有研新材、最成半导体等国内企业已经掌握了高纯溅射靶材生产的关键技术，积累了较为丰富的产业经验，拥有了一定的市场知名度，获得了全球知名客户的认可。目前国内半导体靶材仍处于寡头竞争格局，且多数高端靶材品种需求旺盛，供不应求。

3.4 国内标的：

江丰电子：公司主要产品为高纯溅射靶材和半导体精密零部件，公司为国产溅射靶材龙头供应商。江丰电子客户涵盖国内外知名公司，台积电、海力士、中芯国际、京东方、华星光电等全球知名半导体及面板厂商供应商等。目前公司超纯金属溅射靶材产品包括铝、钛、钽、铜靶等，已应用于半导体厂商最先端制造工艺，在7nm技术节点实现批量供应，并进入先端的5nm技术节点。

有研新材：公司主营业务分布在高端金属靶材、先进稀土材料、红外光学材料、生物医用材料等多个领域。公司子公司有研亿金为国内靶材生产领先企业，先进封装用靶材部分产品已实现量产。核心铜系靶在中芯国际、长江存储等客户全面上量，占比持续提升。先进封装方面，子公司有研亿金《先进封装用高纯金属及其合金靶材关键技术与产业化》荣获中国有色金属工业科学技术一等奖 4 项，先进封装行业用靶材均可提供，部分产品已实现量产。

最成半导体：公司主营半导体级高纯金属靶材、高纯材料、半导体零部件等领域，为国际溅射靶材供应商。目前公司的超纯金属溅射靶材产品包括铝、钛、钽、铜、钴靶等，已应用于全球HBM技术领先半导体厂商的尖端制造工艺，自主提纯的高纯金属铝、银等金属材料也实现量产。