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PVD(Physical Vapor Deposition)技术,其实是制备薄膜材料的主要技术之一。用于制备薄膜材料的物质被称为PVD镀膜材料。经过多年发展,PVD 镀膜技术被广泛用于应用于电子、光学、机械、建筑、材料等领域。

PVD基本方法包括真空蒸发、溅射、离子镀,其中,溅射镀膜和真空蒸发镀膜是最主流的两种PVD镀膜方式。

溅射镀膜

溅射(Sputtering)镀膜技术利用离子源产生的离子,在高真空中经过加速聚集,而形成高速度能的离子束流,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底表面而形成薄膜材料。

被轰击的固体原料是用溅射法沉积薄膜的原材料,称为溅射靶材。

溅射靶材广泛应用于半导体芯片、平面显示器、太阳能电池、信息存储、工具改性、电子器件等领域。

溅射靶材制造所涉及的工序精细且繁多,工序流程管理及制造工艺水平将直接影响到溅射靶材的质量和良品率。此环节是在溅射靶材产业链条中对生产设备及技术工艺要求最高的环节,溅射薄膜的品质对下游产品的质量具有重要影响。

在溅射镀膜过程中,溅射靶材需要安装在机台中完成溅射反应,溅射机台专用性强、精密度高,市场长期被美国、日本跨国集团垄断,主要设备提供商包括AMAT(美国)、ULVAC(日本)、ANELVA(日本)、Varian(美国)、ULVAC(日本)等行业内知名企业。

真空蒸发镀膜和蒸镀材料

真空蒸发镀膜是指在真空条件下,通过蒸发源加热蒸发某种物质使其沉积在基板材料表面来获得薄膜的一种技术,被蒸发的物质被称为蒸镀材料。

真空蒸发镀膜技术,也是应用广泛的镀膜技术,主要应用于光学元器件、LED、平板显示和半导体分立器的镀膜。

两相比较

蒸发镀膜简单便利、操作方便、成膜速度快。从工艺制造角度上来看,蒸镀材料的制造复杂度要远远低于溅射靶材,但蒸发镀膜常用于小尺寸基板材料的镀膜。

溅射镀膜工艺可重复性好、膜厚可控制,可在大面积基板材料上获得厚度均匀的薄膜,所制备的薄膜具有纯度高、致密性好、与基板材料的结合力强等优点。

市场对溅射靶材这一具有高附加值的功能材料需求逐年增加,溅射靶材亦已成为目前市场应用量最大的PVD镀膜材料。

美、日垄断,中国崛起

高纯溅射靶材是伴随着半导体工业的发展而兴起的,属于典型的技术密集型产业,产品技术含量高,研发生产设备专用性强。美国、日本的半导体工业相继催生了一批高纯溅射靶材生产厂商,如日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯、住友化学,并于当前居于全球市场的主导地位。

大陆OLED 产线如雨后春笋,蒸镀设备一机难求

OLED(有机发光二极管)显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点,因此被广泛应用于手机、数码摄像机、笔记本电脑、电视等。

三星是最早引领手机OLED显示屏发展的企业,国内厂商如京东方、和辉光电、华星光电、信利以及深天马等企业纷纷加速 OLED 技术研发,布局 OLED 产线。

Sunic OLED 蒸镀设备 

OLED 工艺技术壁垒极高,关键设备几乎被日本、韩国和美国所垄断,且设备价格昂贵,目前市场上企业格局为“一超多强”。

由于稳定量产与技术成熟方面的优势,目前全球蒸镀机生产几乎被日本Canon Tokki垄断。对于国内很多 OLED 产线来说,蒸镀设备真的是“一机难求”。

目前,Canon Tokki一年生产出的7台蒸镀机中,有5台给了三星,LGD和京东方各占一台,Canon Tokki也在积极扩充产线。

日本的ULVAC,韩国的SFA和SNU紧追不舍,虽然与Canon Tokki这种垄断巨头相比还有不小的差距,但是也在大力研发,积极创新。

国内厂商有望松动垄断格局

经过数年的科技攻关和生产试验,国内高纯溅射靶材生产企业已经逐渐突破关键技术门槛,整体实力不断增强,形成了以江丰电子、阿石创、有研亿金、隆华节能等为代表的专业从事高纯溅射靶材的生产商。这些企业研发实力雄厚、管理体制健全、上升前景广阔,将有望打破溅射靶材核心技术由国外垄断的不利局面。

溅射靶材产业链各环节参与企业数量基本呈金字塔型分布

全球范围内,溅射靶材产业链各环节参与企业数量基本呈金字塔型分布,高纯溅射靶材制造环节技术门槛高、设备投资大,是典型的技术密集型和资本密集型产业。具有规模化生产能力的少数企业分布在美、日等国,这些企业高居金字塔顶端,对溅射靶材下游产业有很强的议价能力。

大部分溅射靶材最高端的应用是在超大规模集成电路芯片制造领域,这个领域只有美国和日本的少数公司如日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯等从事相关业务,是一个被跨国公司垄断的行业。

作为溅射靶材客户端的溅射镀膜环节具有规模化生产能力的企业数量相对较多,但质量参差不齐。美、欧、日、韩等国知名企业居于技术领先地位,品牌知名度高、市场影响力大,通常会将产业链扩展至下游应用领域,如IBM、飞利浦、东芝、三星等。 

终端应用环节是整个产业链中规模最大的领域,其产品的开发与生产分散在各个行业领域,同时,此环节具有突出的劳动密集性特点,参与企业数量最多,机器设备投资一般,主要分布在日本、中国台湾和中国大陆等。

目前国内消费电子行业快速发展,PVD镀膜市场容量不断增加,加上国家政策对国产企业的大力扶持,预计PVD镀膜市场未来会有很光明的前景。


2020年06月11日

PVD行业现状

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