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2021年全球范圍內都出現(xiàn)了芯片短缺的問題，杰哥在前面的文章中都有過詳解（《第三次“世界大戰(zhàn)”——芯片保衛(wèi)戰(zhàn)，無煙的戰(zhàn)場！》）。
芯片短缺問題由下游應用市場反饋到芯片設計公司，再由芯片設計公司傳導至一級供應商——芯片制造企業(yè)，如晶圓廠和封測廠等，造成芯片制造企業(yè)產(chǎn)能爆滿。
2022年芯片制造企業(yè)產(chǎn)能繼續(xù)吃緊，各大晶圓廠與封測廠紛紛擴充產(chǎn)能，用于晶圓制造以及芯片封裝的材料需求持續(xù)增長，半導體材料全面告急！芯片短缺問題，再由一級供應商芯片制造企業(yè)蔓延至二級供應商半導體材料企業(yè)。
就芯片封裝來說，目前國內外各大封裝廠的產(chǎn)能基本都達到滿載狀態(tài)，優(yōu)先滿足大客戶的需求，很多小型的芯片設計公司連產(chǎn)能都拿不到。
基板廠就更夸張了，產(chǎn)能比封裝廠還緊張。拿到產(chǎn)能的情況下交期也要長達半年左右，而且各大基板廠FCBGA封裝基板的訂單已經(jīng)排到了2023年。
杰哥負責封裝的同事每次都抱怨說，現(xiàn)在是丙方（基板廠）市場，甲方（設計公司）得求著乙方（封裝廠）干活，乙方還不見得有時間。然而背后真正的大佬是丙方，一言不合直接給你斷供，你就得歇菜。
半導體材料的供應現(xiàn)狀
半導體材料是用來生產(chǎn)芯片的直接或者間接輔助原料，種類非常多。這里我們主要介紹下用于晶圓制造的硅片、電子氣體、光刻膠以及用于芯片封裝的引線框架、基板、鍵合絲等。
1硅片(wafer)
硅片是晶圓廠最重要的原材料。杰哥在《鳳姐如何變冰冰？》這篇文章里講過，晶圓廠通常不生產(chǎn)硅片，都是從材料供應商那里直接購買。做芯片用的硅片是制造技術門檻極高的尖端高科技產(chǎn)品，全球只有十幾家企業(yè)有能力做。
排名前五的硅片廠商全球市場占有率超過90%，其中日本信越半導體與日本盛高科技分別以28%和22%的市場占有率排名前兩位，兩家企業(yè)加起來占據(jù)市場的半壁江山。如果只看200mm(8寸)和300mm(12寸)硅片市場，兩家日本企業(yè)的市場占有率甚至超過70%，可見日本在半導體材料領域的壟斷地位[1]。
2021年第四季度，日本盛高科技對外宣稱，目前公司接到的長期訂單已經(jīng)覆蓋未來五年內300mm硅片的全部產(chǎn)能。至于150mm(6寸)和200mm的硅片，雖然沒有接受這么長期的訂單，但未來幾年需求也會持續(xù)超過供應[2]。
據(jù)SEMI統(tǒng)計，2021年全球共有19座新的高產(chǎn)能晶圓廠開工建設，2022年預計還會再開工建設10座。以200mm硅片等效計算，這29家晶圓廠每月硅片需求約260萬片。根據(jù)各大晶圓廠擴產(chǎn)計劃，大量新增產(chǎn)能將在2022年下半年到2023年釋放，屆時需要更多的原材料硅片，那么全球大尺寸硅片將面臨短缺。
2電子氣體(electron gas)
電子氣體在晶圓制造過程中被廣泛應用于光刻、離子注入、刻蝕、氣相沉積、參雜等工藝，被稱為芯片制造的“血液”。
根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，由于電子氣體在晶圓制造過程中使用的步驟較多，消耗量遠高于其他材料，占比約14%。電子氣體作為半導體制造的核心原料，是除硅片外的第一大材料。
目前全球半導體所需的電子氣體主要被發(fā)達國家的幾個龍頭企業(yè)壟斷。排名前四的電子氣體企業(yè)，美國空氣化工、德國林德-普萊克斯、法國液化空氣和日本太陽日酸加起來，全球市場占有率超過90%[3]。
烏克蘭與俄羅斯也是電子氣體的主要供應國。其中烏克蘭主要生產(chǎn)氖氣、氪氣和氙氣，它們是晶圓制造過程中曝光和蝕刻工藝的關鍵材料。據(jù)統(tǒng)計，全球70%的氖氣、40%的氪氣以及30%的氙氣市場由烏克蘭供應。而烏克蘭生產(chǎn)氖氣的原材料剛好是俄羅斯制造鋼鐵的副產(chǎn)品。氖氣的供應，俄羅斯與烏克蘭兩者缺一不可。
杰哥在《第三次“世界大戰(zhàn)”——芯片保衛(wèi)戰(zhàn)，無煙的戰(zhàn)場！》這篇文章中講過，俄烏局勢持續(xù)緊張可能會對芯片的關鍵原材料供應產(chǎn)生影響，這個關鍵原材料指的就是電子氣體。誰成想還沒過幾天，俄羅斯與烏克蘭就打起來了。如果俄烏戰(zhàn)爭持續(xù)升級導致氖氣供應短缺，可能會對芯片制造產(chǎn)生影響，從而導致全球缺芯問題更加嚴重。
3光刻膠(photo resist)
光刻膠是晶圓制造過程中光刻工藝的關鍵材料。光刻膠是一種有機化合物，受特定波長光線照射后其化學結構會發(fā)生改變，在顯影液中的溶解度也會發(fā)生變化。正膠在曝光后可以被顯影液溶解，留下的薄膜圖形與掩膜版相同；而負膠經(jīng)過曝光后變成不可溶物質，非曝光部分被溶解，獲得的圖形與掩膜版相反。
在全球半導體光刻膠市場中，日本企業(yè)牢牢占據(jù)龍頭地位。據(jù)統(tǒng)計，2020年日本企業(yè)在全球光刻膠市場的占有率達到60%以上，其中東京應化以25.6%的市場占有率排名第一。
而在高端的EUV光刻膠市場，東京應化、信越化學和JSR三家日本企業(yè)的市場占有率加起來超過99%，處于絕對的壟斷地位。這也是日本政府敢于在2019年日韓關系緊張時，用光刻膠等半導體材料制裁韓國的原因。
受全球各大晶圓廠擴產(chǎn)影響，預計到2022年下半年開始，光刻膠也會出現(xiàn)供應緊張的問題。
4基板(substraste)
基板是芯片封裝的載體，可以為芯片提供電氣連接、保護、支撐、散熱、組裝等功效。
像BGA、CSP、MCM等主流封裝類型都需要用到基板。基板是封裝市場占比最大的原材料，基板占封裝材料比重高達40%。
從市場占有率來看，全球前十大封裝基板企業(yè)掌握了80%以上的市場份額，其中前三大企業(yè)為中國臺灣欣興(Unimicron)、日本Ibiden、韓國SEMCO，分別占據(jù)15%、11%、10%的市場份額。
正如杰哥在文章開頭說的，2021年整個芯片行業(yè)最缺的其實是封裝基板，很多芯片公司都因為基板短缺而不得不限制出貨量，這也是2021年全球芯片短缺問題的重要原因之一。
目前基板短缺問題還沒有明顯改善，全球各大基板廠產(chǎn)能處于滿載狀態(tài)，基板供貨周期需要長達半年時間，像FCBGA這種主流封裝類型的基板訂單已經(jīng)排到了2023年。雖然各大基板廠已經(jīng)紛紛擴充了產(chǎn)能，但是基板短缺問題預計要到2022年底才會有所改善。
5引線框架(leadframe)
引線框架也是芯片封裝的載體，它需要借助于鍵合材料（金線、鋁線、銅線）實現(xiàn)芯片內部到外部引腳的電氣連接，起到和外部導線連接的橋梁作用。
像DIP、SOP、TSSOP、QFP等主流封裝類型都需要用到引線框架。引線框架占封裝材料的比重大約15%，僅次于基板。
從市場占有率來看，全球前八大引線框架企業(yè)占據(jù)了62%左右的市場份額，其中日本三井高科技和日本新光作為該領域的傳統(tǒng)強者，分別占據(jù)12%和9%的市場份額。
2021年由于疫情限工、上游產(chǎn)能緊缺、銅價暴漲等原因，引線框架產(chǎn)品價格已經(jīng)出現(xiàn)多次上漲。特別是蝕刻引線框架供不應求，目前日本中國臺灣等供貨商訂單已全部排滿，交期超過半年，引線框架供不應求的狀況將會持續(xù)到今年年底。
6鍵合絲(bouding wires)
鍵合絲是指封裝打線(wire bonding)用到的金屬線，通常包括金線、鋁線、銅線等，起到連接芯片內部與引線框架的作用。通常用到引線框架的封裝類型都需要用到鍵合絲。引線框架占封裝材料的比重接近15%，僅次于基板和引線框架。
中國是全球半導體鍵合絲產(chǎn)品的生產(chǎn)大國，無論是外資品牌還是國內民族品牌，總共有20多家鍵合絲專業(yè)生產(chǎn)廠。然而從企業(yè)規(guī)模、發(fā)展歷程和市場輻射能力來看，外資品牌廠商仍然占據(jù)大部分的市場份額。這些外資品牌在國內主要還是以半成品材料加工為主，其核心制造技術并未放在國內。
2021年受疫情和銅價暴漲影響，鍵合絲也出現(xiàn)了缺貨、停止接單、訂單交期拉長、漲價等現(xiàn)象。
到目前為止，芯片封裝材料的產(chǎn)能危機還并未解除，產(chǎn)能緊缺問題已經(jīng)由封裝廠蔓延至材料供應商。
未完待續(xù)…...
