一文了解薄膜電路的制造過程，薄膜沉積設備國產替代空間有多大

薄膜電路是采用半導體薄膜工藝及薄膜集成技術在藍寶石、石英玻璃、鐵氧體、陶瓷基片上制作電子元器件及連接線形成的電路，該電路產品具有工作頻率高、元件精度高、溫度頻率特性好、集成度高、尺寸小等優點，同時集成的薄膜分立型無源元件產品精度高、穩定性能好，廣泛應用于國防軍工、光通信等領域，尤其是軍用雷達、電子對抗、精確制導、衛星通信等國防軍工領域。

薄膜電路產品具有小批量、多品種、多批次等特點，據不完全統計，薄膜電路型號種類超過1.8萬種，涉及6600余種不同的面積，共涉及數十種不同工藝，不同型號應客戶需求存在多種工藝的組合。因此，薄膜電路產品定制化程度高，需要根據客戶的性能要求、設計理念、使用頻段等因素進行設計，主要難點在于企業如何對客戶的圖紙進行優化以及各關鍵工序（濺射、光刻等）如何設置工藝參數以實現產品性能要求。因此，不同薄膜電路企業在薄膜電路的工藝上各有側重，線條精度、尺寸公差、熱烘、附著強度、金絲鍵合等工藝指標也差異較大。

由于國內薄膜電路發展較晚，歐美廠商占據國內市場絕大部分份額。受國際政治經濟形勢的變化的影響，國內下游企業特別是國防軍工領域的相關單位認識到國產自主可控的重要性，開始積極尋求國內薄膜電路供應商，目前我國僅有宏達恒芯、廣州天極電子等部分企業和少數科研院所具有薄膜電路的生產能力。

薄膜集成電路的制造過程

①根據電路圖，首先劃分多個功能部件圖，然后通過平面布置法將其轉換為基板上的平面電路布置圖，然后通過攝影板法制作用于絲網印刷的厚膜網模板。

②在基片上制造厚膜網的主要工藝是印刷、燒結和調阻。絲網印刷是一種常見的印刷方法。

③在燒結過程中，有機粘合劑完全分解和揮發，固體粉末熔化、分解復合，形成致密、堅實的厚膜。厚膜的質量和性能與燒結過程和環境氣氛密切相關，加熱速度應緩慢，確保玻璃流動前有機物完全消除；燒結時間和峰值溫度取決于所使用的漿液和膜結構。為防止厚膜開裂，還應控制冷卻速度。常用的燒結爐是隧道窯。

④為了使厚膜網達到最佳性能，應在電阻燃燒后調整電阻。常用的調阻方法有噴砂、激光和電壓脈沖調節等。


全球薄膜沉積設備市場持續增長，國內市場本土化需求迫切

薄膜沉積設備是晶圓制造三大主設備之一，在設備投資中占比約25%。應用于集成 電路領域的設備通常可分為前道工藝設備（晶圓制造）和后道工藝設備（封裝測試） 兩大類。據公司招股書引用的SEMI數據，在新建晶圓廠設備投資中，晶圓制造相關 設備投資額占比約為總體設備投資的 80%，薄膜沉積設備作為晶圓制造的核心設備 之一，在晶圓制造環節設備投資占比僅次于刻蝕設備，約占25%，穩居半導體設備 市場的前三大細分賽道。

PECVD、濺射PVD和ALD是薄膜沉積設備的主要類型。根據應用的不同，薄膜沉積 演化出了PECVD、濺射PVD、ALD和LPCVD等不同的工藝。目前，據公司招股書 引用的Gartner數據，在全球薄膜沉積設備中，PECVD 是占比最高的設備類型，占 整體薄膜沉積設備市場的 33%；其次為濺射 PVD設備，占比19%；ALD 設備是第 三大細分市場，占據薄膜沉積設備市場的 11%。SACVD 是新興的設備類型，屬于 其他薄膜沉積設備類目下的產品，占比較小。

受益于下游終端需求增長和晶圓廠擴產增效，全球半導體設備市場規模持續擴大。 終端需求是推動半導體設備市場成長的主要動力。伴隨全球信息化、網絡化和知識 經濟的迅速發展，特別是以物聯網、人工智能、汽車電子、智能手機、智能穿戴、 云計算、大數據和安防電子等為主的新興應用領域的強勁增長，全球半導體行業正 迎來市場快速增長期，芯片需求量不斷增加，帶動晶圓制造、封裝測試的需求提升， 推動相關產業環節的產能穩步擴張，進而驅動半導體設備市場規模穩步提升。

先進產線下的沉積工序增多，對薄膜沉積設備需求量陡增。在邏輯芯片領域，元器 件集成度的大幅提高要求集成電路線寬不斷縮小，尤其當線寬向 7 納米及以下制程 發展，需要重復多次薄膜沉積和刻蝕工序以實現更小的線寬，使得薄膜沉積次數顯 著增加。在存儲芯片領域，隨著 3D NAND FLASH 芯片內部疊堆層數逐步向 128/196 層發展，每層均需經過薄膜沉積工藝步驟，對于薄膜沉積設備需求提升的 趨勢亦將延續。

芯片工藝進步及結構復雜化，對高性能的薄膜設備依賴度增強。在晶圓制造過程中， 薄膜起到產生導電層或絕緣層、阻擋污染物和雜質滲透、提高吸光率、臨時阻擋刻 蝕等重要作用。隨著集成電路的持續發展，晶圓制造工藝不斷精密化、芯片結構持續復雜化，在薄膜性能方面，先進制程的前段工藝對薄膜均勻性、顆粒數量控制、 金屬污染控制的要求逐步提高；在設備種類方面，臺階覆蓋能力強、薄膜厚度控制 精準的ALD設備和高深寬比溝槽孔洞填充能力強、沉積速度快的SACVD等新設備被 引入產線。這都對薄膜沉積設備產生了更高的技術要求，市場對于高性能薄膜設備 的依賴逐漸增強。

綜上，集成電路尺寸及線寬的縮小、產品結構的立體化及生產工藝的復雜化等因素 都對薄膜沉積設備行業提出了更多的需求和更高的要求，全球半導體薄膜沉積設備 市場規模正穩步提升。根據前瞻產業研究院引用的 Maximize Market Research 數 據統計，2020年全球半導體薄膜沉積設備市場規模約172億美元，預計2025年達到 340億美元，年復合增長率為14.6%。

中國大陸正逐漸成為全球半導體產能重心，制造環節占比穩步提升。作為全球最大 的半導體消費市場，我國對半導體器件產品的需求旺盛，中國半導體市場規模持續 擴大，2010年—2020年年均復合增長率為19.91%。市場需求帶動了全球產能中心 向中國大陸轉移，中國大陸半導體產業鏈的制造環節重要性日益凸顯，大陸地區晶 圓廠不斷新建和擴產，為我國半導體設備行業提供了巨大的市場空間，2020 年中國 大陸地區半導體設備銷售額為187.2億美元，首次成為全球規模最大的半導體設備市 場。

在大陸產線持續建設的驅動下，國內薄膜沉積設備行業將保持高成長性。2019 年 以來，華虹半導體(無錫)項目、廣州粵芯半導體項目、長鑫存儲 DRAM 項目正式投 產。2020 年以來，長江存儲、廣州粵芯、上海積塔、中芯南方、士蘭微(廈門)、廣 東海芯項目等產線也取得新進展。國內下游晶圓廠的擴產給國產薄膜沉積設備銷量 的增長提供了良好契機。根據2020年國內半導體設備市場占全球市場 26.29%的比 例和全球薄膜沉積設備172億美元市場規模測算，2020年國內薄膜沉積設備市場規 模約為 45.22 億美元，PECVD 市場規模約為 14.92 億美元，ALD 市場規模約為 4.97 億美元，且未來市場規模有望持續擴大。

綜觀全球，全球半導體設備購買額約占到全球半導體資本支出的60%。中國大陸前三家半導體晶圓廠的資本支出則占全球資本支出的12%。從國際市場來看，中國大陸代工廠產能占全球第二，在代工中，產能占比25.8%的先進工藝貢獻了53.8%的營業額，設備投資額遠超50%。

半導體投資的增長令設備需求大增，這其中，薄膜設備市場將從2020年的139億美金增長到2025年186億美元。其中，市占率最高的是VCD\PVD\ALD，將分別增長約1.34倍。至于中國國內市場，如果每年擴充12吋25萬片產能計算，保守估計當年需要增加840至1000臺薄膜沉積設備。具體到12吋薄膜設備市場，預估未來三至五年，進口設備的占有率將逐步降低，國產替代能力逐步增強，有望在2026年達到85%左右，國產替代空間巨大。

但即便如此，當前薄膜設備領域國產替代的挑戰在于：先進和成熟制程的完全替代、供給設備產能的完全釋放、以及技術滿意度的完全超越。這需要國內廠商一一去克服。