石英材料制品行业产业链结构及细分市场应用情况

 

1、石英材料制品行业产业链结构分析

 

石英材料性能优越、终端应用广泛。石英制品行业的周期性与下游密不可分，涉及半导体、光伏、砷化镓、化工、航空航天、军工等众多领域，进而导致行业整体周期性特征并不明显，发展比较稳定。石英制品的种类多，是半导体制造工序的重要材料，其应用几乎贯穿半导体晶圆制造的整个过程。目前，半导体用石英材料国产化率低，市场几乎被国外公司垄断。

 

我国石英制品工业起步较晚，基础薄弱，产品主要作为工业用基础性材料，随着电子信息、半导体等高科技领域对材料性能要求的提升，石英材料及制品行业迎来了新的发展空间和机遇。伴随着国外先进设备的引进以及核心技术的自主研发，我国石英玻璃材料及制品行业在石英制品工艺、设备制造方面均得到大幅提升，正逐渐从能源和劳动密集型行业向技术密集型、资金密集型方向转变。近年来，国家对石英制品下游行业的重视程度持续增加，陆续出台了关于半导体、光伏产业升级及配套优惠政策。受益于下游半导体产能转移、5G 光纤需求增长、光伏产业持续发展，石英材料行业有望加速进口替代，进入快速上行趋势。

 

产业链上游主要包括石英砂、石英材料，中游主要为各规格及型号不同的石英制品，行业下游主要对接半导体、光伏、电光源、航空航天等应用领域。

 

在上游石英砂产业中，高纯石英砂生产与高品质矿源密切相关，低品质矿源提纯较为困难。工业上石英砂一般可分为普通石英砂、精制石英砂、高纯石英砂、熔融石英砂等，其中高纯石英砂通常要求二氧化硅≥99.998%，铁元素≤1ppm，且具有耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀以及独特的光学特性。从市场情况看，国内高纯石英砂呈现高度垄断的态势。石英玻璃具备良好的物理、化学性能，主要分为透明和不透明两大类，其原材料大多取自纯度在 99.5%以上的精制石英砂。石英玻璃制品有各种规格，按照产品形状可分为管材、棒材、板材等。从特殊功能方面还有低膨胀石英玻璃、耐辐照石英玻璃、透紫外线或红外线石英玻璃、滤紫外线石英玻璃等。

 

中游石英制品产业，尤其是给半导体集成电路生产线配套的石英制品产业门槛较高，石英制品供应商提供的不同规格的产品通常需要单独通过半导体设备厂商或芯片制造厂商的测试，产品试验合格才可以供货。供应商通常需要通过客户的现场检验等工作，才能顺利进入供应商名单。行业内具备高纯度、大尺寸石英制品供应能力的企业较少。在石英玻璃制品的加工方面，国内的加工能力相比国际领先水平还有一定的差距，主要表现为材料纯度水平不高、产品质量不够稳定、先进产品不具备自主生产技术等。而行业的中低端产品厂商基础差别较小，竞争激烈，毛利率也较低。

 

产业链下游主要集中在半导体、光纤、光学、光伏和电光源等细分领域，在石英制品的终端应用中，半导体、光纤、光学、光伏和电光源行业的占比分别为 65%、14%、10%、7%和 4%，其中，光纤、光伏和半导体是增长较快的领域，将成为石英制品行业发展的助推器。

 

石英制品在下游应用广泛，产品贯穿集成电路产业的各个环节，以石英砂到芯片的生产过程为例，生产过程将使用到石英坩埚、石英钟罩、石英扩散管、石英舟、石英玻璃基片等不同类型的产品。

 

石英材料制品行业产业链结构图

 

 

资料来源：普华有策

 

2、下游细分市场应用分析及前景分析

 

（1）半导体行业生产加工各环节所需的主要石英制品类型及功能

 

我国半导体工业发展较晚，国内半导体市场 8-12 英寸生产线使用的石英制品一直依赖进口，虽然国外石英加工技术领先，但对于国内同行业实行技术封锁，国内企业只能依靠自主创新，占领中低端石英制品市场。虽然，近几年国家对集成电路产业出台了若干鼓励政策，我国的集成电路产业有了突飞猛进的发展。但我国与发达国家石英制品的生产规模、技术水平差距仍然很大。

 

半导体领域加工环节在芯片设计流程后，可分为三个阶段：单晶硅片制造、晶圆制造和封装测试。石英材料在半导体产业的应用主要在单晶硅片制造和晶圆制造两个环节。石英舟、石英管、石英仪器是半导体芯片加工过程清洗、氧化、光刻、刻蚀、扩散等环节中所需要的材料。

 

石英制品在各个阶段的应用

 

资料来源：普华有策

 

半导体工艺制程中，需要用到大量的石英制品，按照工作环境温度的不同，分为高温工艺和低温工艺两大类，高温工艺包括扩散、氧化等，低温工艺包括刻蚀、封装、光刻、清洗等。

 

电子行业的快速发展使半导体行业对高性能石英玻璃制品需求增加，直接带动高性能石英玻璃制品行业的快速发展。

 

（2）光伏领域生产加工各环节所需的主要石英制品类型及功能

 

石英坩埚是硅棒/锭生产过程中，多晶硅铸锭炉的关键元器件，用于盛装熔融硅并制成后续所需硅锭的一次性消耗品。石英舟、管、瓶、清洗槽等器件，应用于电池片生产过程中扩散、清洗等环节，主要是承载功能。光伏生产工艺属于低温工艺，对石英制品性能的要求主要是耐腐蚀、透光性好、杂质含量低，对羟基无要求。

 

3、石英材料制品行业发展趋势

 

随着半导体行业硅片尺寸的不断升级，并根据摩尔定律：约每隔 18 个月芯片的制程就会发生一次变化，下游行业对石英制品的尺寸、纯度、精度的要求会越来越高，行业迫使产业链的企业不断提升研发大尺寸、高规格产品，以满足下游行业的需要。

 

从技术路线上看，未来电熔法和合成石英玻璃需求量较大。相比于传统的气炼法，电熔法成本更高，成品羟基含量更低，更符合未来高端石英玻璃材料的需要。光掩膜基板、芯棒等的制造主要是合成石英玻璃，随着物联网和 5G 的快速发展，高性能合成石英玻璃需求将会越来越大。越来越多的石英玻璃材料高端制造厂家均已布局合成石英玻璃生产。

 

从材料本身性能来看，制造厂家已不满足于单纯提高石英玻璃纯度和减少杂质，还通过添加其他化学元素增强石英材料性能，满足产品的个性化需要。目前已经研制出具有超低膨胀系数（零膨胀）的含二氧化锑石英玻璃、耐辐射石英玻璃、掺稀土或过渡金属元素的发光和滤光石英玻璃、掺锇石英玻璃光纤放大器（EDFA）、光纤陀螺仪（FOG）、光线光栅滤波器、光栅光纤激光器、平面光波导、智能光学传感器等。

 

从下游应用领域的扩展来看，移动智能终端及芯片呈爆发式增长，云计算、物联网、大数据等新业态快速发展，石英材料作为高端制造的重要辅材的石英产业也将持续增长。5G 基站的建设推动光纤需求增长，为光纤领域提供配套产品的石英企业或迎来新的增长点。此外，石英纤维在光纤、汽车、医学等非军工领域应用良好。

 

石英玻璃产品正逐渐向“纯、精、净、大、专”方向发展，基础材料的纯度更高，器件产品的加工精度更高，产品生产和应用环境洁净度更高，产品器型尺寸更大，产品对各种专门应用场合的适应性更强。未来石英产业可以更好服务于半导体、光纤、航空航天等尖端领域，向高性能、高技术含量、高附加值发展。

 

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