薄膜晶體管液晶顯示面板(TFT-LCD)是當(dāng)前的主流平面顯示技術(shù)，而金屬濺射靶材是制造TFT-LCD過(guò)程中最關(guān)鍵的材料之一。薄膜晶體管陣列的制作原理，是在真空條件下，利用離子束流去轟擊固體，使固體表面的原子電離后沉積在玻璃基板上，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的“沉積+刻蝕”，一層層(一般為7-12層)地堆積制作出薄膜晶體管陣列。這種被轟擊的固體，即用濺射法沉積薄膜的原材料,就被稱作濺射靶材[2-3]。
1、靶材分類
用于制作薄膜晶體管液晶顯示面板的金屬靶材，以鋁靶、銅靶、鉬靶和鉬鈮合金靶為主，部分平板顯示企業(yè)也會(huì)用到鈦靶、鉭靶、鈮靶、鉻靶以及銀靶等。但由于各家企業(yè)所采用的濺射工藝不同，其所選的濺射靶材也有區(qū)別，例如，京東方用銅靶、鋁靶、鉬靶和鉬鈮靶，韓國(guó)三星用鉭靶、鈦靶，但不用鉬鈮靶，中電熊貓用鈦靶，但不用鉬靶、鉭靶等。本文主要以鋁靶、銅靶、鉬靶以及鉬鈮合金靶為主要研究討論對(duì)象。
2、供應(yīng)格局
(1)鋁靶:目前國(guó)內(nèi)液晶顯示行業(yè)用鋁靶材主要被日資企業(yè)主導(dǎo)。
外企方面:愛(ài)發(fā)科電子材料(蘇州)有限公司大約占據(jù)國(guó)內(nèi)50%左右的市場(chǎng)份額。其次，住友化學(xué)也占有一部分市場(chǎng)份額。
國(guó)產(chǎn)方面:江豐電子從2013年左右開(kāi)始介入鋁靶材，目前已大批量供貨，是國(guó)產(chǎn)化鋁靶材的龍頭企業(yè)。另外，南山鋁業(yè)、新疆眾和等企業(yè)也具備高純鋁的生產(chǎn)能力。
(2)銅靶:從濺射工藝的發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)講，對(duì)銅靶材的需求比例一直在逐步增加，加之，近幾年國(guó)內(nèi)液晶顯示行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模一直在不斷擴(kuò)大，因此，平板顯示行業(yè)對(duì)銅靶材的需求量將繼續(xù)呈上升趨勢(shì)。
外企方面:愛(ài)發(fā)科電子材料(蘇州)有限公司幾乎壟斷著國(guó)內(nèi)銅靶材市場(chǎng),市場(chǎng)占有率在80%以上，且該公司近幾年?duì)I收的增加額，主要來(lái)自于銅靶材銷量的增加。
國(guó)產(chǎn)方面:有研新材具備高純銅原料生產(chǎn)能力，但沒(méi)有液晶顯示行業(yè)用的條形靶材生產(chǎn)線，目前主要致力于半導(dǎo)體行業(yè)用圓形靶材生產(chǎn);洛銅集團(tuán)具備高純銅生產(chǎn)能力但不生產(chǎn)靶材，且高純銅原料價(jià)格和進(jìn)口原料相比，在價(jià)格方面無(wú)明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);江豐電子引進(jìn)海外高端人才，致力于開(kāi)發(fā)高純銅原料和銅靶材，即將批量生產(chǎn)。
(3)鉬靶:鉬靶具體又分為條靶、寬靶和管靶3種，其中，4.5代、5.5代和6代線一般使用寬幅鉬靶，而8.5代及以上世代線用使用組合條靶或管靶。
組合條靶:
外企方面:國(guó)外的奧地利攀時(shí)、德國(guó)世泰科、日本愛(ài)發(fā)科等企業(yè)已基本退出了這部分市場(chǎng)。
國(guó)產(chǎn)方面:國(guó)內(nèi)鉬靶材企業(yè)主要集中在洛陽(yáng)地區(qū),其中,隆華節(jié)能下屬的洛陽(yáng)高新四豐電子材料有限公司占據(jù)了國(guó)內(nèi)60%多的市場(chǎng)份額，另外，洛陽(yáng)高科鉬鎢材料有限公司占據(jù)了國(guó)內(nèi)大約10%左右的市場(chǎng)份額。
寬幅鉬靶:
外企方面:國(guó)外的攀石、世泰科等企業(yè)基本壟斷著國(guó)內(nèi)寬幅鉬靶材市場(chǎng)。
國(guó)產(chǎn)方面:截止2017年底，國(guó)產(chǎn)化的寬幅鉬靶材尚未在液晶顯示面板生產(chǎn)中獲得實(shí)際應(yīng)用。但國(guó)內(nèi)多家企業(yè)正在積極試制和驗(yàn)證,預(yù)計(jì)2018年應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用。
其中，洛陽(yáng)高新四豐電子材料有限公司已于2017年3月31日召開(kāi)寬靶技術(shù)鑒定會(huì)，但尚未在下游企業(yè)取得正式批量應(yīng)用;西安格美金屬材料有限公司也在積極研制寬幅靶材,并大力拓展下游企業(yè)應(yīng)用;阿石創(chuàng)和金鉬股份這兩家上市公司利用各自在寬幅靶材軋制和靶材加工及銷售方面的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展緊密合作，金鉬股份向阿石創(chuàng)銷售寬幅鉬靶坯和條形鉬靶坯(條形靶坯由寬幅靶坯切割而成),阿石創(chuàng)負(fù)責(zé)后續(xù)綁定等工序和成品銷售工作。
鉬管靶:
8.5代線[4]用的鉬管靶，每套包含12根，每根單重約為300kg，每套重量約為3600kg。由于鉬管靶的實(shí)際利用率約為70%，因此，每套鉬管靶的成膜重量約為2500kg。每條8.5代線對(duì)鉬管靶的需求量約為30x103kg/年。
另外，鉬管靶的供應(yīng)商，除了要通過(guò)其面板生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)證外,還要通過(guò)鉬管靶濺射設(shè)備生產(chǎn)商美國(guó)AKT公司的認(rèn)證,并且要被收取鉬管靶售價(jià)約5%的認(rèn)證費(fèi)。目前,國(guó)內(nèi)采用管靶濺射設(shè)備的生產(chǎn)線只有1條,而且業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為鉬管靶的發(fā)展空間并不大。
(4)鉬鈮10合金靶:
鉬鈮10合金作為薄膜晶體管的擴(kuò)散阻隔層鉬-鋁-鉬的重要替代材料,市場(chǎng)需求前景較好。但由于鉬原子與鈮原子的互擴(kuò)散系數(shù)差別很大，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)后鈮顆粒的位置會(huì)產(chǎn)生大孔洞，燒結(jié)致密度難以提高，此外，鉬原子與鈮原子充分?jǐn)U散后會(huì)形成很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化，導(dǎo)致其壓延性能惡化。
西部金屬材料股份有限公司下屬西安瑞福萊鎢鉬有限公司,和愛(ài)發(fā)科電子材料(蘇州)有限公司合作,經(jīng)多次試驗(yàn)攻關(guān),已于2017年成功軋制出了氧含量小于1000x10-6,致密度達(dá)99.3%的Mo-Nb合金靶坯。
3、需求規(guī)模
8.5代液晶顯示面板生產(chǎn)線所使用的條形靶材,1套包含12塊條靶,每塊條靶的尺寸約為2650 mmx210mmx18mm,表1列出了1條8.5代線每年大致消耗的靶材重量。
表1 1條8.5代線每年靶材的大致消耗量
| 產(chǎn)品世代 | 密度 /kg/m3 | 每套靶材 重量/kg | 年消耗 套數(shù) | 年消耗 重量/kg |
| 鋁靶 | 2.70x103 | 325 | 120 | 39x103 |
| 銅靶 | 8.96x103 | 1077 | 110 | 119x103 |
| 鉬靶 | 10.20x103 | 1226 | 60 | 74x103 |
| 鉬鈮10靶 | 9.70x103 | 1166 | 5 | 6x103 |
截止2017年底，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的8.5代線中，除了京東方的4條以外，華星光電有2條，中電熊貓、LG有1條、三星和龍飛各有1條，合計(jì)共有10條8.5代線，這10條8.5代線占據(jù)了國(guó)內(nèi)約80%的產(chǎn)能，因此，本文就以12條8.5代線的靶材消耗量來(lái)估算全國(guó)TFT-LCD行業(yè)用靶材消耗量。
4、認(rèn)證周期
液晶面板行業(yè)對(duì)濺射靶材的品質(zhì)和穩(wěn)定性要求很高,對(duì)供應(yīng)商資格認(rèn)證壁壘較高,認(rèn)證周期很長(zhǎng)。
一般情況下,在1條8.5代生產(chǎn)線上完成靶材的認(rèn)證,大約需要1年時(shí)間,如果一家用戶單位擁有多條生產(chǎn)線的,則必須在上一條生產(chǎn)線完成認(rèn)證后,才能開(kāi)始在下一條生產(chǎn)線上開(kāi)展認(rèn)證。因此,認(rèn)證過(guò)程中投入的資金和時(shí)間成本,對(duì)多數(shù)小型企業(yè)來(lái)說(shuō)是難以承受的。
表2 全國(guó)薄膜晶體管液晶顯示面板行業(yè)靶材年需求量(估算值)
| 分類 | 條8.5代線靶材年消耗量/kg | 全國(guó)液晶顯示面板行業(yè)靶材年消耗量/kg | 估算依據(jù) |
| 鋁靶 | 39x103 | 468x103 | 按12條8.5代線估算 |
| 銅靶 | 119x103 | 1428x103 | 按12條8.5代線估算 |
| 鉬靶 | 74x103 | 814x103 | 按11條8.5代線估算,中電熊貓不用 |
| 鉬鈮10靶 | 6x103 | 54x103 | 按9條8.5代線估算,三星、華星光電不用 |
5、結(jié)論
(1)TFT-LCD是當(dāng)今主流的平面顯示技術(shù)，大約占80%以上的顯示面板市場(chǎng)份額。
(2)用于制作薄膜晶體管液晶顯示面板的金屬靶材，包括以鋁靶、銅靶、鉬靶、鉬鈮合金、鈦靶、鉭靶、鈮靶、鉻靶以及銀靶等，其中以鋁靶、銅靶、鉬靶和鉬鈮合金靶為主。
(3)鋁靶材市場(chǎng)主要被日資企業(yè)愛(ài)發(fā)科和住友化學(xué)占據(jù)，國(guó)產(chǎn)化方面的龍頭企業(yè)是江豐電子;
(4)銅靶材的市場(chǎng)需求規(guī)模大且呈上升趨勢(shì)，日資企業(yè)愛(ài)發(fā)科幾乎壟斷著國(guó)內(nèi)銅靶材市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化方面，江豐電子即將量產(chǎn)，有研新材具備高純銅原料生產(chǎn)能力,但沒(méi)有液晶顯示行業(yè)用的條形靶材生產(chǎn)線，洛銅集團(tuán)具備高純銅生產(chǎn)能力但價(jià)格與進(jìn)口相比無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，且沒(méi)有靶材生產(chǎn)線。
(5)鉬靶材具體分為條靶、寬靶和管靶3種，其中，條靶方面，國(guó)內(nèi)的洛陽(yáng)四豐已占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，洛陽(yáng)高科次之;寬靶方面,基本被攀石、世泰科外企壟斷，但洛陽(yáng)四豐、西安格美以及阿石創(chuàng)等正在積極進(jìn)軍該市場(chǎng);管靶的主要特點(diǎn)是材料利用率高，但需要通過(guò)濺射設(shè)備廠家認(rèn)證且要在銷售過(guò)程中長(zhǎng)期收取管理費(fèi)，其市場(chǎng)份額小，發(fā)展空間有限。
(6)鉬鈮合金靶的加工難度極大，產(chǎn)品附加值較高,市場(chǎng)需求前景也比較好。但目前主要為日立和世泰科等外企壟斷,但國(guó)內(nèi)西部材料已與日本愛(ài)發(fā)科合作，成功軋制出了氧含量小于1000x10-6，致密度達(dá)99.3%,各項(xiàng)性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的鉬鈮合金靶坯。
(7)8.5代液晶顯示面板生產(chǎn)線所使用的1套靶材包含12塊條靶，每塊條靶的尺寸約為:2650 mmx210mmx18mm,1條8.5代線對(duì)靶材的消耗量,鋁靶約為39x103kg/年,銅靶約為119x103 kg/年,鉬靶約為74x103kg/年,鉬鈮合金靶約為6 x103kg/年。
(8)液晶面板生產(chǎn)企業(yè)對(duì)濺射靶材的認(rèn)證程序比較復(fù)雜，認(rèn)證周期比較漫長(zhǎng)，因此，作為新進(jìn)入的企業(yè),必須承受較大的資金壓力和時(shí)間成本。
參考文獻(xiàn)
[1]劉曉偉，田明，李梁梁，等.大尺寸薄膜晶體管液晶顯示器的一種條狀顯示不均的分析和改善研究[J].液晶與顯示,2016,31(11):1033-1037
[2]段樹銘，任曉辰，張小濤，等.絲網(wǎng)印刷柔性電子器件[J].化學(xué)進(jìn)展，2018,30(04):429-438
[3]賈國(guó)斌,馮寅楠,賈英,等.磁控濺射用難熔金屬靶材制作、應(yīng)用與發(fā)展[J].金屬功能材料,2016,23(06):48-52
[4]焦俊娟,張勝良,陸靜文,等.重慶京東方8.5代線項(xiàng)目快速精密施工測(cè)量技術(shù)研究[J].測(cè)繪通報(bào),2016,S2:144-145+166
（注，原文標(biāo)題：平板顯示行業(yè)用金屬濺射靶材的市場(chǎng)需求分析）
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