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薄膜沉积设备国产化破局:新工艺驱动下的战略突围与投资展望(附85页PPT)
材料汇· 2025-09-28 14:29
行业背景与市场格局 - 美国BIS在2024年12月修订出口管制条例,针对高深宽比结构和新金属材料(如钌、钼)的尖端薄膜沉积设备实施新管控,将中国半导体产业链锁定在中低端环节 [2] - 芯片结构根本性变革重塑薄膜沉积设备市场格局,为国产厂商提供换道超车窗口 [3] - 薄膜沉积设备占芯片制造设备资本开支70%-80%,其重要性随制程先进化呈指数级增长:90nm工艺需约40道工序,3nm工艺激增至超100道工序,薄膜材料从6种增至近20种,薄膜颗粒控制要求从微米级跃升至纳米级(≤5nm) [3] - 2023年中国薄膜沉积设备市场规模达479亿元,但国产化率仍低于25% [6][7] - 中国大陆连续五年成为全球最大半导体设备市场,2024年销售额达495.5亿美元,占比42% [55][62] 薄膜沉积设备国产化现状 - 国内薄膜沉积设备主要厂商包括北方华创、拓荆科技、中微公司、盛美上海、微导纳米、晶盛机电 [7][58] - 其他设备国产化率:光刻机<1%、刻蚀设备>25%、量测设备<5%、清洗设备>30%、CMP设备>30%、离子注入机<10% [7][58] - 全球薄膜沉积设备市场高度垄断,应用材料、泛林集团、TEL等国际巨头占据主导地位:CVD市场CR3达70%,PVD市场应用材料占比85%,ALD市场ASMI和TEL合计占比75% [72][76] 技术演进与创新方向 - 芯片制造从2D平面走向3D立体,驱动薄膜沉积设备技术重心与市场结构变革 [9] - PVD技术通过离子化升级应对高深宽比结构,国产PVD设备已实现逻辑/存储芯片金属化制程28nm至3nm节点全覆盖,并在钨栓塞黏附层(钛离子PVD)和隔离层(氮化钛CVD)等关键工艺批量应用 [10][11] - PECVD占薄膜沉积设备市场33%,因其低温沉积(400℃ vs LPCVD 700℃)特性适配28nm以下节点介质薄膜要求 [13][87] - 专用CVD成为突破利器:HDPCVD通过"沉积-刻蚀-沉积"循环实现高深宽比(<5:1)沟槽无孔洞填充,是3D NAND层数突破关键;SACVD在次常压环境下通过臭氧/TEOS反应实现<7:1深宽比填充,是45nm以下逻辑电路制造关键 [15][16] - ALD需求受三大引擎驱动:逻辑芯片GAA结构需要沉积High-K栅介质(如HfO₂)、金属栅极(如TiN)及内侧墙Low-K介质;DRAM电容深宽比达100:1,需均匀填充ZAZ电介质叠层;3D NAND千层堆叠使ALD设备需求增长7倍以上 [19][20][22][26] - 国产ALD设备已在28nm产线实现High-K介质沉积,并在存储芯片钨填充、DRAM电容结构等细分领域批量应用 [24] 国产厂商发展策略 - 采用差异化切入策略:在巨头垄断的通用型PECVD市场,从3D NAND所需HDPCVD、SACVD等专用设备切入;在逻辑芯片金属栅极竞争红海,聚焦存储芯片钨沉积应用 [25] - 技术卡位下一代工艺节点:提前布局PEALD和Thermal ALD,在GAA、3D DRAM等新兴结构研发中与晶圆厂共同开发工艺 [27] - 平台化延伸提升客户粘性:从单一PVD或CVD设备向PVD/CVD/ALD/外延/电镀全产品线扩展,提供一站式解决方案 [27] - 产业链协同创新:设备厂商与上游材料、零部件企业(靶材、前驱体、射频电源)联合攻关,实现整体解决方案性能提升 [27] 投资逻辑与关键赛道 - 投资核心逻辑是寻找能在特定先进工艺窗口实现闭环而不仅是单机替代的公司 [28] - 关键赛道包括:ALD集成商(具备PEALD与Thermal ALD双线能力并能提供工艺配方)、专用CVD专家(在HDPCVD、FCVD等填充工艺具有know-how积累)、前驱体与材料伙伴(共同开发新型High-K材料、金属有机前驱体) [29][30][31] - 延伸投资机会:量测与过程控制设备(晶圆缺陷检测、薄膜量测)、集成式解决方案(沉积+刻蚀+退火多工艺集成)、技术可迁移性(从光伏、显示、功率器件向集成电路迁移) [32] - 核心零部件卡脖子环节:等离子体源/射频电源(技术壁垒极高)、真空系统与部件、精密陶瓷件(静电吸盘、气体分配盘) [34][35][36] - 零部件投资视角:验证壁垒形成护城河、平台型零部件公司(横跨沉积/刻蚀/离子注入等多类设备)、材料-部件一体化公司(掌握特种陶瓷材料到精密加工全流程) [36][37] 产能与需求增长驱动 - 全球晶圆厂产能稳步增长,25Q1产能达4270万片/季度(约当12英寸),半导体Capex在24Q3反弹后预计25Q1同比增长16%,其中WFE季度支出达260亿美元 [51][62] - 2018-2025年全球新建晶圆厂项目171座,中国大陆占74座(43%),其中53座为12英寸项目 [68] - 以中芯国际产线为例,薄膜沉积设备数量占比约20%,12寸产线占比更高(23.74%) [66][67][69] - 工艺进步驱动设备需求:3D NAND层数从128层向1000+层迈进,薄膜沉积设备占产线资本开支比例从2D时代18%增长至3D时代26% [81][86]
碳陶制动盘在小米SU 7和BYD仰望U7的应用:下一个汽车“标配”?
材料汇· 2025-09-28 14:29
碳陶制动盘发展趋势 - 碳陶制动盘向轻量化、耐高温化、高性能化方向发展,满足新能源车对制动系统升级的需求 [3] - 新能源车加速电动化、智能化与高端化演进,高性能车型需求从动力输出转向全维度驾控体验升级 [7] - 制动盘作为制动系统核心部件,通过摩擦力将动能转为热能实现制动,碳陶材料解决传统材料热衰退痛点 [13][19] - 碳陶制动盘以碳纤维为增强体、碳化硅陶瓷为基体,比重不到钢的1/4,抗拉强度为钢的7-9倍,可耐受1650℃高温,使用寿命达50-100万公里 [19] - 簧下减重优势显著,一对380mm碳陶制动盘重量12kg,较灰铸铁制动盘32kg等效减重100kg,提升新能源车续航25km [20] - 碳陶制动盘分为短纤盘和长纤盘,短纤盘成本低制备快但韧性有限,长纤盘强度高但成本高制备周期长 [22][23] 产业链分析 - 产业链分为上游原材料供应与设备、中游制造加工、下游应用三个环节,覆盖航空航天、汽车、轨道交通等领域 [29] - 上游原材料成本占比超40%,碳纤维为最大单项成本,高纯度碳化硅占原材料成本约40% [32] - 中游制造工艺中高温处理环节成本占比50%以上,高能耗设备推升电费与维护费用 [32] - 碳纤维行业处于成长期向成熟期过渡阶段,2024年中国碳纤维运行产能150,130吨,全球占比48.6%,T300级价格从2015年200万元/吨降至2023年80-100万元/吨 [36] - 碳纤维需求从2017年不足3万吨提升至2024年8万吨,7年总增长率超160%,2024年国产化率升至80.46% [38] - 中游国际厂商如Brembo、Surface Transforms主导,中国四类公司加速切入:专业碳基材料制造商、航空技术转化企业、传统制动系统供应商、多元化材料集团 [44] 市场空间预测 - 预计2026年中国新能源车碳陶制动盘市场空间73-115亿元,其中30-40万车型渗透率20-30%,40万以上车型渗透率30-40% [54] - 预计2030年全球飞机碳陶制动盘市场空间约20.3亿美元,2024年价值14.5亿美元,年复合增长率5.7% [55][57] - 波音公司预测未来20年中国需要6,810架新飞机,总价值1.025万亿美元,2035年民航碳陶制动盘新增总需求约24.0万盘 [60][61] - 飞行汽车(eVTOL)标配碳陶制动盘,中国低空经济规模2030年有望达2万亿元,飞行汽车规模约5000-6000亿元 [68] 国产替代进程 - 中国厂商复用碳碳复合材料技术链实现弯道超车,长纤维工艺材料性能优于海外主流方案 [72] - 深度降本策略通过原材料国产化、高效致密化工艺、自动化生产与供应链垂直整合实现 [78] - 技术标准化与法规加速碳陶制动盘放量,欧盟"绿色协议"和美国IRA法案对汽车减排提出更高要求,中国"双碳"战略推动轻量化发展 [86][87] - 欧7标准首次将制动颗粒物纳入监管,碳陶制动盘凭借粉尘排放减少90%的优势成为合规方案 [87] 投资标的分析 - Brembo为全球碳陶制动系统龙头,市占率超60%,技术壁垒源自航空航天碳陶制动技术,2024年亚洲市场增长强劲,中国销售额增长7.7% [89][90][101] - 金博股份是中国领先碳陶制动盘供应商,光伏热场市占率超50%,建成全球首个年产40万盘自动化生产线,产品应用于小米SU7 Ultra [103][104] - 天宜新材是中国高铁制动材料龙头,独创针刺-熔渗复合工艺,产品孔隙率控制在5%以下,获得头部新能源车企3个重点车型定点 [110][111] - 金麒麟专注摩擦材料及制动产品,2022年与布雷博成立合资公司,2024年海外营收占比87.12%,覆盖欧美70余国 [117]
【重磅】院士战略思考:迈向电子陶瓷强国,我们缺什么?怎么干?(划重点)
材料汇· 2025-09-27 15:57
国际电子陶瓷产业技术发展现状与趋势 - 日本和美国处于全球电子陶瓷产业领先地位 日本占据世界电子陶瓷市场50%以上份额 美国在基础研究和军事应用领域优势显著[4] - 多层陶瓷电容器(MLCC)全球市场规模达百亿美元 年增长率10%-15% 日本村田、京瓷、太阳诱电及韩国三星电机为全球主要生产企业[6] - MLCC技术向小型化、大容量、薄层化发展 日本企业已实现单层厚度1μm 顶级企业研发水平达0.3μm 主晶相钛酸钡颗粒尺寸需细化至80-150nm[7][8][9] - 片式电感器全球年需求量约10000亿只 年增10%以上 日本产量占全球70% TDK-EPC、村田和太阳诱电合计占全球市场60%[10] - 微波介质陶瓷领域日本占据优势地位 美国重点发展非线性及高介电常数材料 欧洲侧重固定频率谐振器材料[14] - 半导体陶瓷中热敏和压敏陶瓷产值最高 日本村田、美国威世、德国爱普科斯等企业年产量合计占全球60%-80%[15] 中国电子陶瓷产业发展现状 - 中国为无源电子元件产量大国占全球40%以上 但产值不足全球25% 高端元件依赖进口[2] - 高端电子陶瓷材料市场被日本企业垄断 国内材料多用于中低端产品 科研成果转化存在原材料、装备及稳定性瓶颈[17] - MLCC产量一半以上由外资和合资企业占据 高性能陶瓷粉体、电极浆料及生产设备依赖进口 中国占全球MLCC消费量一半以上[19][20] - 片式电感器产量约占全球20% 深圳顺络电子具国际竞争力 但通信和汽车电子领域元件被日韩及台湾企业垄断[21][22] - 压电陶瓷企业以中小企业为主 产品结构低端 产业技术水平和竞争力待提升[24] - 微波介质陶瓷企业包括武汉凡谷、大富科技等 但与国际企业在技术、品种和规模上存在差距[25] - 半导体陶瓷以外资和民营企业为主体 外资主导高端市场 民营企业工艺落后且产品线单一[26] 电子陶瓷材料技术需求 - 电子陶瓷需满足宽带化、小型化、集成化发展趋势 材料需实现细晶化、功能多样化及电磁特性高频低损耗化[28][29] - 亟需发展纳米晶材料制备技术、超薄陶瓷膜成型工艺等小型化/微型化关键技术[30][31] - 5G/6G技术推动通信频段向毫米波演进 需发展适应更高频段的超低损耗介质陶瓷材料[32] - 无源集成技术依赖LTCC平台 需突破各类功能陶瓷材料及其共烧技术瓶颈[33][34] - 需开发具有电、磁、光、热耦合行为的多功能陶瓷材料系统及极端环境稳定材料[35][36] - 能源领域需突破固体燃料电池等电子陶瓷材料 物联网发展催生新型敏感陶瓷材料需求[37] 产业发展问题与战略路径 - 社会重视程度不足 缺乏政策支持与高水平人才 研发力量薄弱[40] - 研究成果转化机制不完善 材料、工艺、元器件研究脱节 产学研协作不足[41][42] - 产业链支撑不完善 工艺设备及技术标准依赖国外 原材料稳定性与国外存在差距[43] - 高端工艺装备以进口为主 龙头企业技术水平与国际知名企业存在较大差距[44] - 战略目标为2025年技术水平接近美日 2035年成为全球高端电子陶瓷主要来源地[47] - 重点发展MLCC材料与元件、片式感性元件、敏感元件、压电陶瓷及微波介质陶瓷等领域[49][50][51][52][53][54] - 无源集成以LTCC技术为主 需突破系列化电磁介质材料、关键制备工艺及模块设计测试方法[55][56][58][59][60] 政策建议 - 将无源元件及电子陶瓷材料纳入国家半导体产业发展战略 设立专项研发计划并扩展优惠政策[63] - 增加研发投入 建立产学研结合机制 强化材料研究与器件应用研究的协同[63] - 统筹规划产业链 强化高稳定性原材料供应链 开展高端装备研发与标准建设[63]
未来航母对新材料的需求
材料汇· 2025-09-27 15:57
点击 最 下方 关注《材料汇》 , 点击"❤"和" "并分享 添加 小编微信 ,寻 志同道合 的你 正文 9月25日下午,国防部举行例行记者会,国防部新闻发言人张晓刚大校答记者问时表示,近日,歼-15T、歼-35和空警-600舰载机在福建舰上成功 实施弹射起飞和着舰训练,标志着福建舰具备了电磁弹射和回收能力,为后续各型舰载机融入航母编队体系打下良好基础,在我国航母建设发展历 程中具有里程碑意义。 未来航母作为海上作战平台的核心装备,对材料性能的要求将呈现多维度、高标准的特征,主要体现在以下几个方面: 1. 轻量化与高强度 碳纤维复合材料: 因其强度比钢大、密度比铝小,且耐腐蚀、耐高温,将成为航母甲板、舰体结构的关键材料。例如F-35战机通过35%的碳纤维 复合材料实现减重。 金属3D打印拓扑优化: 通过拓扑优化设计实现部件轻量化,同时保持结构强度。美国陆军已用该技术制造坦克车体,成本降低且性能提升。 金属玻璃(非晶合金) : 具有极高的强度和弹性极限,耐磨耐腐蚀, 非常适合制造对疲劳寿命和精度要求极高的部件,如 高性能弹簧、紧固件和轴承 ,能在减重的同时显著提升设备的可靠性和寿命。 。 连续纤维增强热塑性复合 ...
国内材料巨头入主掩模版,空白掩模有望国产化(附投资逻辑)
材料汇· 2025-09-26 13:03
文章核心观点 - 聚和材料以3.5亿人民币收购SKE空白掩模业务,进军半导体核心材料领域,提升国产化能力 [2][13] - 空白掩模是光刻工艺关键材料,目前国产化率极低,市场由日韩企业垄断 [2][4] - 国内半导体材料市场空间达135亿美元,掩模版占比12%,空白掩模细分市场约14-15亿人民币 [7][9][11] - 收购标的SKE专注于DUV高端空白掩模产品,已通过多家掩模厂验证,覆盖韩国、中国大陆及中国台湾市场 [16] - 聚和材料计划通过技术吸收、产能扩张和客户拓展实现国产化与全球化布局 [14] 空白掩模产品与市场 - 空白掩模是光掩模版的原材料,用于半导体光刻工艺,直接影响下游制品优品率 [3] - 全球空白掩模市场被日韩企业垄断,日本Hoya、雷越和韩国S&S Tech、SKC为主要参与者 [4] - 2024年中国光掩模版市场空间约72亿人民币,空白掩模细分市场约14-15亿人民币 [9][11] - 空白掩模在掩模版成本结构中占比60%,掩模版毛利率约40% [11] 半导体材料市场空间 - 2024年全球半导体材料市场约675亿美元,中国大陆占比20%达135亿美元 [7] - 晶圆制造材料占半导体材料的63.6%,光掩模版在晶圆制造材料中占比12% [7][9] - 中国大陆半导体材料规模从2019年87亿美元增长至2021年119亿美元,年复合增长率16.95% [53] 收购细节与战略规划 - 聚和材料出资680亿韩元(约3.5亿人民币)收购SKE空白掩模业务,包含土地、厂房、专利等资产 [13] - 收购后公司将通过激励措施绑定韩国核心技术人员,并计划在中国大陆扩大产能 [14] - SKE产品覆盖DUV-ArF和DUV-KrF光刻节点,适用于130nm-65nm制程工艺 [16][17] - 聚和材料资金储备充裕,2025年上半年货币资金及交易性金融资产约20亿元 [17] 掩模版行业技术格局 - 半导体掩模版中晶圆厂/IDM厂自供占比65%,第三方厂商以日本Toppan(31%)、美国Photronic(29%)、日本DNP(23%)为主 [4] - 掩模版制造需光刻、显影、蚀刻等复杂工艺,130nm以下制程需电子束光刻技术 [28][50] - 关键参数包括最小线宽(≤0.5μm)、CD精度(≤0.02μm)和套刻精度,直接影响产品良率 [31] - 国产掩模版企业目前集中于350-130nm成熟制程,高端产品依赖进口 [87][89] 国产化进展与挑战 - 中国半导体光掩模版国产化率约10%,高端产品国产化率仅3% [89] - 掩模版核心原材料石英基板和光学膜国产化率低(石英5%,光学膜0%),依赖日本、韩国进口 [39] - 美国出口限制将250nm及以下制程掩模版纳入清单,推动国产替代加速 [66] - 国内企业如路维光电、清溢光电已实现180nm制程量产,并规划向28nm先进制程突破 [87][116]
光刻技术与光刻胶材料的进展与未来趋势(附72页报告)
材料汇· 2025-09-25 13:47
点击 最 下方 "在看"和" "并分享,"关注"材料汇 添加 小编微信 ,遇见 志同道合 的你 正文 内容摘要 综述了光刻技术从 20 世纪 50 年代平面工艺到 21 世纪 极紫外光刻( EUVL ) 的发展历程 重点 解析了 深紫外光刻( DUVL ) 、 电子束光刻( EBL ) 、 纳米压印光刻( NIL ) 等传统与新型技术的核心参数 (如 EUVL 的 13.5nm 波长、 5nm 及以下工艺节点) 详解了 光刻胶的核心成分(成膜树脂、光引发剂等)、分类(正性 / 负性、化学放大 / 非化学放大) 及 分子玻璃光刻胶 、 量子点光刻胶 等特殊类型 , 分析了 光刻技术与光刻胶的性能优化策略(如提高分辨率、机械性能) ,指出当前 面临的分辨率极限、成本高昂及环境影响 三大挑战, 并展望了 跨学科合作 、 智能化光刻 和 多功能集成 的未来方向,其中 EUVL 已在 2019 年实现大规模应用,成为先进半导体制造的核心技术。 文章思维导图 (旋转 90 °阅读) | :4 农需员芯翁型高主勤IA 网郑w | | | --- | --- | | :星际本 ○ 木克に天子 备到基 | 翅去一郎ぼ←共同←湯 ...
先进制造:产业图谱、成长底层逻辑与主要赛道(附163页PPT)
材料汇· 2025-09-23 14:18
点击 最 下方 "在看"和" "并分享,"关注"材料汇 添加 小编微信 ,遇见 志同道合 的你 正文 一. 先进制造:行业图谱与成长逻辑 1. 新一轮科技革命和产业变革加速:聚焦先进制造 中国制造业的地位:规模和增速全球领先 ● 统计数据显示:我国制造业的总产出规模、产出增速和GDP占比在全球主要国家中第一 中国:在2020-2023年的三年,制造业复合年均增速约是5. 4%; 美国:在2020-2022年的两年,制造业年均复合增速约是5.0%,数据亦全线回升。 中美日GDP制造业规模 中美日GDP结构占比:制造业 GDP:第二产业 三社川源: 名 一起思想观看他一 建筑业 GDP:制造业(右轴) 30.09 35.0 200.0 180.0 25.0% 30.0 160.0 03 6 25.0 20.0% 140.0 万亿人民币 120.0 20.0 15.0% 100.0 8% 10. 1% 10. 15.0 80.0 10.09 60.0 10.0 6.4 5.0% 40.0 5.0 20.0 0.0% 0.0 0.0 2017 2020 2023 2020 2017 2020 2022 2017 20 ...
缺货!从LowDK到Q布:揭秘特种电子布三大升级路径,谁将卡位下一代PCB材料?
材料汇· 2025-09-23 14:18
核心观点 - AI服务器与高端智能手机升级驱动特种电子布需求爆发 高端产品如LowCTE、LowDK-2和石英纤维布(Q布)因技术壁垒高和供给瓶颈 预计紧缺态势将持续至2026年 [2][3][8] - 2026年低介电电子布总需求预计达1.68亿米 其中Q布需求1685万米 对应市场规模约40亿元 LowCTE需求2640万米 市场规模亦有望超40亿元 [3][11][46] - 国产厂商如中材科技、菲利华、宏和科技等正加速技术突破和产能扩张 有望在供需错配期抢占市场份额 但高端织布机依赖进口(如日本JAT910型)和原材料配方仍是扩产瓶颈 [3][6][7] 产品升级路径 - 行业从LowDK-1向LowDK-2升级:LowDK-2介电常数降至4.2-4.3(低于LowDK-1的4.8) 介电损耗因子≤0.002 满足更高信号传输需求 [3][30][36] - 低热膨胀系数(LowCTE)布需求迫切:用于解决芯片封装翘曲问题 热膨胀系数降至2.8x10^-6(普通E-glass为5.4x10^-6) 智能手机渗透率提升将驱动需求 [3][31][36] - 石英纤维布(Q布)成为终极解决方案:介电常数3.7以下 介电损耗≤0.001 适用于1.6T交换机和英伟达Rubin架构 是超高速应用的关键材料 [3][32][36] 市场需求测算 - 算力GPU驱动低介电电子布需求:2025-2027年需求分别为9349万米、16848万米、23960万米 其中Q布需求从0增至7188万米 [11][43][45] - 交换机市场贡献增量:800G及以上交换机2025-2027年需求分别为2492万米、2848万米、3560万米 1.6T交换机采用Q布方案 [40][44][45] - LowCTE需求增长来自智能手机:假设苹果手机单台使用量从0.025米提升至0.1米 2026年LowCTE总需求达2640万米 [46][47] 供给端瓶颈 - 原材料配方壁垒高:LowDK系列需调整氧化物(如B2O3含量提升)和碱土金属比例 石英纤维需99.95%纯度石英砂 生产1亿米Q布需1万吨高纯石英砂 [6][48][85] - 生产工艺难度大:低介电电子纱融化温度比普通E-glass高100-150°C 石英纤维拉丝易断裂 织布需进口日本JAT910型织布机 单台月产仅0.7万米 [6][55][71] - 产能扩张受限:国内厂商截至2025年8月月产能超600万米 但LowDK-2和LowCTE 2026年预计仍存在供给缺口(LowDK-2缺574万米 LowCTE缺124万米) [7][8][86] 国产替代进展 - 中材科技:2025H1销售特种纤维布895万米 覆盖全品类 拟投资53.6亿元扩产9400万米产能 2026-2027年产能持续增长 [7][13][75] - 菲利华:具备石英纤维全产业链能力 是全球少数批量生产石英纤维的企业 若Q布需求放量 公司有望受益 [7][81][85] - 其他厂商:宏和科技定增扩产高性能电子纱 光远新材计划2026年量产LowCTE和Q布 国际复材已实现LDK二代产品量产 [77][78][79] 技术路线与竞争格局 - 海外厂商领先:日东纺NE-glass系列主导高端市场 技术覆盖LowDK至Q布 国内厂商正加速认证和量产 [30][74][36] - Q布依赖英伟达Rubin架构:2026年Rubin Ultra采用正交背板设计 预计带动Q布需求放量 但技术路线尚未完全确定 [38][43][86] - 价格趋势:2026年LowDK-2和LowCTE价格预计高于2025年(LowDK-2从150元/米升至160元/米 LowCTE从150元/米升至170元/米) [45][47][87]
固态电池负极行业深度:材料体系、技术路线与市场前景
材料汇· 2025-09-22 15:07
文章核心观点 - 固态电池凭借高安全性、显著提升的能量密度和快充潜力,成为全球电池技术前沿热点和关键突破方向,负极材料作为核心组成部分直接决定电池整体表现 [2] - 传统液态锂电池受限于能量密度、安全性和快充瓶颈,固态电池以固态电解质替代液态电解质,从根本上解决易燃易泄露隐患,为能量密度提升开辟新路径 [2] - 短期石墨与硅碳负极凭借成熟技术占据主流,硅基负极因理论比容量远高于石墨成为重要发展方向,锂金属负极拥有极高理论比容量和最低电化学势,能实现能量密度质的飞跃 [2] - 固态电池行业受政策与市场需求双重驱动,技术落地势在必得,半固态电池已量产,产业正向全固态推进 [22][30] 行业背景 - 传统液态锂电池存在三大痛点:能量密度局限影响续航,当前能量密度逐步逼近上限,优化路径包括提升电极比容量和优化电池结构 [8][9] - 安全性痛点凸显,液态电解质体系成风险根源,电解液主要成分为可燃有机物碳酸酯类,燃点低于200℃,易发生热失控 [10] - 快充性能不足影响使用效率,电池内部阻抗对快充性能起决定作用,快充时锂离子迁移速率受电解液扩散阻抗和电极界面阻抗限制 [14] - 固态电池安全性优势突出,采用固态电解质可从根本上解决电解液带来的安全性问题,能量密度可超500Wh/kg,远超液态电池300Wh/kg极限 [16][19] - 政策驱动明显,GB38031-2025新国标将"不起火、不爆炸"设为强制要求,工信部和财政部或投入60亿元鼓励全固态电池技术研发 [21][22] - 动力电池市场快速攀升,2024年全球锂离子电池出货达1545.1GWh,其中动力电池1051.2GWh,2025年第一季度中国新能源车产销同比增长超47% [22] - 低空经济发展带动固态电池需求,对能量密度和安全性要求进一步提升,人形机器人发展助推固态电池需求,预计2035年锂电池出货量达72GWh,市场规模360亿元 [24][28] - 半固态电池已量产,液体含量5-10wt%,全固态是终极目标,技术瓶颈包括离子电导率低和固-固接触界面性能较差 [30][32] 负极材料主要体系 - 负极材料直接影响电池容量、首效、循环等性能,在动力电池成本中占比不超过15% [35][38] - 固态电池负极短期以石墨和硅碳为主,长期预计使用金属锂,碳族负极技术成熟但理论容量低,氧化物负极可能造成巨大容量损失和体积变化 [39][40] - 硅基负极理论比容量高达4200mAh/g,约为石墨10倍,主要问题是体积膨胀,碳包覆和金属氧化物包覆是优化策略,惨硅比例有望从当前5-10%提升 [41][43] - 锂金属负极理论比容量3860mAh/g,远高于石墨负极372mAh/g,拥有最低电化学势-3.04V,可使电池能量密度进一步提升,但存在体积膨胀、锂枝晶生长等问题 [45][46] - 技术迭代路径清晰:2025-2027年石墨/低硅负极+高镍正极体系,目标能量密度200-300Wh/kg;2027-2030年高硅负极+高镍正极,目标400Wh/kg;2030年后复合锂负极+高比容正极,目标500Wh/kg [48][49] 锂金属负极的制备方法 - 挤压/压延法是最成熟工艺,可将锂金属加工到250-400μm,辊压工艺可降低至20μm,但制备超薄锂带存在难度,厚度不均、断带和起皱等缺陷 [54][55] - 电沉积方法可通过调控反应动力学控制超薄锂负极厚度,具有厚度可控、镀层均匀优点,但尚未成熟 [57][58] - 液相法(熔融法)将锂熔融后涂覆在集流体上,能将锂箔厚度控制在10-50μm,关键问题在于锂金属与铜集流体浸润性较差 [59][60] - 气相沉积法中蒸发镀最具前景,可制备超薄锂层,厚度范围从纳米到几十微米,已用于生产薄膜电池锂金属负极,沉积速度超过100纳米/秒 [62][67] - 无负极技术具有高能量密度650Wh/kg和体积能量密度1300Wh/L优势,对金属锂需求减少,制备流程简化,有效降低电池成本 [69] - 压延法率先实现规模化落地,长期关注蒸发镀、液相法,5-6μm是理想锂层厚度,压延法可制备20μm锂箔,但向超薄突破有难度 [71][76] 锂金属负极改性方案 - 电解液体系优化包括选择合适的溶剂、锂盐和添加剂,高浓度电解液与多盐协同作用形成更稳定SEI层,固体电解质可抑制锂枝晶生长 [82] - 3D结构化设计为金属锂构建三维导电骨架,引导锂离子均匀沉积,采用结构化基底作为稳定锂沉积宿主是解决锂枝晶问题的有效途径 [85][86] - 电解质/负极界面改性通过人工涂层增强固-固接触,降低界面电阻,如在锂金属表面预先构建含氟、氮等元素的稳定界面,提升锂金属稳定性 [87] 负极路线进展与格局 - 海外企业LG、SKOn、Solid Power、Factorial Energy均采用锂金属负极路线,国内大多数企业仍以硅碳负极为主,头部厂商宁德时代、清陶能源等采用锂金属负极 [89] - Solid Power第二代锂金属全固态电池重量比能量密度可达440Wh/kg,体积比能量密度930Wh/L,Factorial Energy与梅赛德斯-奔驰联合开发全固态电池Solstice,能量密度达450Wh/kg [89][92] - 形成锂企驱动、负极厂布局、箔材厂切入的多方竞合格局,锂企如赣锋锂业、天齐锂业拥有原材料优势,负极厂如璞泰来、贝特瑞拓展锂金属负极领域,箔材厂如英联股份、中一科技延伸精密箔材加工技术 [96][97] 相关公司 - 天铁科技主营轨道减震产品,锂化物产品通过昌吉利和安徽天铁研发生产,年产5.3万吨锂电池用化学品及配套产品项目2024年10月投产,与欣界能源合作压延法锂金属负极,年采购量不低于100吨 [100][102] - 赣锋锂业拥有五大类逾40种锂化合物及金属锂产品生产能力,金属锂产能排名全球第一,已实现300mm宽度超宽幅超薄锂带量产,铜锂复合带中锂箔厚度达3微米,布局固态电池技术 [105][107] - 英联股份是消费品金属包装产品提供商,跨界布局复合集流体和锂金属负极,依托溅射工艺技术储备研发锂金属/复合集流体负极一体化材料 [110] 市场规模预测 - 动力电池市场规模逐年快速攀升,2024年全球锂离子电池出货达1545.1GWh,其中动力电池1051.2GWh [22] - 人形机器人用锂电池市场规模2025年将超过1亿元,2035年出货量达72GWh,市场规模360亿元 [28] - 低空经济发展明显带动固态电池需求,全国超20省份或地市发布低空经济三年行动方案 [24]
算力竞赛的下一个隘口:AI芯片封测设备的国产替代现状(附66页PPT)
材料汇· 2025-09-22 15:07
点击 最 下方 关注《材料汇》 , 点击"❤"和" "并分享 添加 小编微信 ,寻 志同道合 的你 正文 AI芯片快速发展,带来封测设备新需求。 (1)测试机: SoC芯片作为硬件设备的"大脑",承担着AI运算控制等核心功能,对计算性能和能耗的要求极高,这使得芯片设计和制造的复杂性大幅增加,先进存储 芯片为AI算力芯片提供高带宽的数据存储和传输支持,其容量和带宽的不断提升也进一步增加了芯片的复杂性,因此 SoC芯片和先进存储芯片的复杂性提升共同推 动了对高性能测试机需求的显著增长 ; (2)封装设备: HBM显存的高带宽突破了加速卡的显存容量限制;COWOS封装技术作为一种2.5D技术,是GPU与HBM高速互联的关键支撑。 2.5D和3D封装技术需 要先进的封装设备的支撑,进一步推动了对先进封装设备的需求增长 。 后道测试:AI测试要求提升,关注国产测试机双龙头。 我们预估2025年半导体测试设备市场空间有望突破138亿美元,SoC与存储测试机分别合计达48/24亿美元。 (1)SoC测试机: AIHPC芯片的高集成度、高稳定性要求以及先进制程特性,导致测试量与测试时间显著增加,从而推动了对SoC测试机的需求 ...