中國半導體，要被“氣”死了？

今天小編分享的科技經驗：中國半導體，要被“氣”死了？，歡迎閱讀。

如果我告訴你，全世界每年為了看不見摸不着的"氣體"，每年要花1萬億人民币，你相信嗎？

事實上，這是一個長期被人忽視的工業領網域——工業氣體。

不管你現在身處何處，環顧四周，你身邊用到的東西，生產的時候很多都要用到工業氣體。

最簡單的，比方說我們平時吃的速凍水餃、膨化食品，裡面都會充氮氣。

再比如為了給我們家裡的電視做液晶面板，廠商也需要用大量的氮氣，還有氦氣、氫氣、氧氣等等。

最復雜的，手機裡面的芯片，生產過程中也需要用到工業氣體。

大工業生產當中，有很多環節是不能暴露在空氣環境中進行生產的，還有很多環節需要一些特殊氣體參與反應。

工業氣體是現代工業的重要基礎原材料，廣泛應用于各個產業中，如金屬冶煉、石油化學工業、機械工業、食品加工、電子及半導體、環保、醫療等、新能源、新材料等，對國民經濟的發展有着戰略性的支持作用，所以也被稱為"工業的血液"。

就是在這個非常冷門的領網域裡，有一家市值超過1萬億人民币的公司，就是德國的林德，是全球最大的工業氣體供應商。

一個會讓國人感到垂頭喪氣的消息是：我們在這個領網域的國際競争中，基本上還是個"小弟"的狀态。

這個領網域中越容易做的氣體，我們做得越多、做得越好；

但是越難做的，我們要麼沒有，要麼很少。

幾乎就是"卡脖子"的字面意思——差口"氣"。

所有人都知道，這幾年國内芯片制造工廠如雨後春筍一般冒了出來。

但是這其中很多工廠，他們要用到的很多種工業氣體，主要依賴進口。

沒有這些氣體，你根本做不出芯片來。

這些氣體叫做"電子特氣"。

工業氣體首先可以抽成大宗氣體（比如氧氣、氮氣）和特種氣體，其次又可以抽成電子氣體和非電子氣體。

電子特氣，就是電子特種氣體。

生產一枚芯片，需要100多種電子特氣。

事實上，在半導體晶圓制造過程中，成本占比最大的是矽片，第二大的就是電子特氣了。

根據中國工業氣體工業協會數據，現階段集成電路所用的電子特氣中，我國僅能生產約20%的品種，其餘品種均依賴進口。

一些高端氣體100%依賴進口，比如離子注入氣、光刻激光氣等。

有的進口電子特種氣體1公斤就要賣幾萬塊錢。

現在全球電子特氣的市場份額，四家外國巨頭占比超過了90%。

看一看這四大家的營收和淨利增長勢頭，就知道這個行業是一個怎樣的朝陽產業了。

具體到中國市場，我們的國產化率只有15%。

以稀有氣體，也就是氦氖氩氪氙為例，中國的出口量跟進口量完全不在一個數量級上。

但越是這樣，國產化的機會越大，相關企業的增長空間也越大。

工業氣體這個行業有一個很有意思的特點，就是很多企業都是走了一條"先易後難"的道路。

他們先從大宗氣體入手，站穩腳跟，再去攻克特種氣體，尤其是電子特氣。

其中一個原因是研發電子特氣的大規模量產需要投入大量資金.

另一個原因是，很多電子特氣的制造過程中，本身就需要用到大宗氣體作為原料氣。

趕上了這幾年半導體國產替代炒得火熱，這些原來做大宗工業氣體的中國企業也被寄予了厚望。

接下來我們就簡單介紹幾家氣體"小巨人"。

首先是中國工業氣體的龍頭——杭氧股份。

杭氧股份是中國唯一一家在本土工業氣體市場規模上，能與國際四大家裡比較弱小的兩家掰掰手腕的。

1950年，這家企業就成立了，最早是做制氧機的，後來他們就開始做空氣分離設備（簡稱"空分設備"），這種設備利用深冷方法将空氣中的氧氣、氮氣和氩氣等實現分離，得到純度較高的氧氣、氮氣和氩氣、液氧、液氮及液氩等產品。

空分設備在冶金、石油化工、煤化工、電子、航空航天、環保及醫療等行業應用廣泛。

換句話說他們很長一段時間也不是做氣體的，是做氣體設備的。

2009年，杭氧把32000立方米/小時的空分設備賣到了德國，這是中國第一次把大型成套的空分出口到空分設備的發源地。

杭氧最揚眉吐氣的一次，是神華寧煤的一個大項目，當時對方要采購12套十萬等級的空分設備，也就是每套設備每小時能生產10萬立方米的氧氣。

一開始對方要采購10套國外的，只給杭氧留兩套試試，這樣國產的一旦出問題，也不會造成太大影響。

結果杭氧人不幹了，要做就做6套，跟外國人一較高下。

而這個外方，正是空分設備的全球老大，也是工業氣體的全球老大林德。

當時中國人從來沒做過十萬等級，但杭氧人憑着數年畢其功于一役的勁頭，拿下了這6套十萬等級設備。

2017年3月，杭氧第一套十萬等級空抽成功出氧，氧純度達到99.87%，超過行業标準的99.6%，氮純度達到99.999%，且系統運行穩定。

這個項目的成功給杭氧帶來了極大的信心，他們随後提出了從"賣奶牛"到"牽着奶牛賣牛奶"的戰略轉型，不僅提供設備，還要建造氣體工廠，給客戶提供工業氣體。

時至今日，氣體業務已經反超空分設備，成為杭氧的第一大收入來源。

杭氧的大宗工業集體供應量國内領先，為特氣產業的發展提供了豐富的原料氣來源。

杭氧科技旗下的杭氧特氣成功開發了電子級超高純氦、氖、氪、氙及混配氣、同位素等系列產品。

現在杭氧已經為全球稀有氣體生產規模最大的特氣供應商，并不斷向其他特種氣體進發。

與杭氧不同的是，湖南的凱美特氣走了另一條路切入工業氣體領網域。

一開始，他們做的是石油化工尾氣、廢氣的回收綜合利用。

化工廠排放的廢氣、熊熊燃燒的火炬就是他們的原料。

後來他們就借這個機會切入了二氧化碳回收，現在是可口可樂在中國最大的二氧化碳供應商。

再然後，他們就切入了氧、氮、氩、氫這些工業氣體領網域。

凱美特氣控股子公司嶽陽凱美特光刻氣產品已經獲得了頭部大廠合格供應商的認證函，公司氖、氪、氙等光刻氣產品有望加速導入國内半導體大廠放量。

此外，凱美特氣建設的巴陵石化9萬空分項目，等稀有氣體提取裝置完成後，可以解決氦、氖、氪、氙粗制原料氣自給。

與杭氧和凱美特氣不同，位于佛山的華特氣體從創立伊始就從稀有氣體——氩氣切入了這個領網域。

華特氣體的董事長石平湘原來在佛山市二氧化碳研究所和科委工作。

上世紀90年代，有一次科技部調查小組到佛山考察集成電路產業情況，但是當時國内用于集成電路封裝的特種氣體幾乎全部依賴進口。

調查組的一位工程師得知以後，一拳砸到桌子上："中國的化工人都是吃素的嗎？"石平湘在一旁，認為随着國内制造業水平提高，特種氣體和工業氣體需求量肯定會與日俱增。

1993年，他抛下鐵飯碗，創立了廣東華南特種氣體研究所，即華特氣體的前身。

由于資金、設備、人手有限，他決定先從門檻比較低的工業氣體門類入手，第一年就開發出了用于焊接的氩氣制備技術。雖然氩氣是一種稀有氣體，但是在大氣中的體積占比達到了0.934%，是地球大氣層第三多的氣體，所以也是一種大宗工業氣體。

可是當時焊接普遍還在用鉛焊，氩弧焊還沒普及。

于是他們挨家工廠推廣氩弧焊，其中有一家國有的摩托車廠當場就拒絕了他們。

結果幾個月後，這個廠又主動找到石平湘，上門來買氩氣。

原來他們去巴黎參加車展，看到國際同行都在用氩弧焊，不僅能省鋼材，還能把車架賣出2倍的價格。

氩氣打開銷售局面以後，華特氣體下大力氣開發焊接保護氣。

随着在大宗工業氣體門類站穩腳跟，2000年，華特氣體開始往特種氣體領網域發起突破瓶頸。

這是一個小眾市場——品種多，批量小，批次多。

比如半導體用的電子特氣，其中單元特種氣體就有260多種，能配制成25000多種混合氣體。

華特一開始先是切入了醫療特種氣體領網域，比如眼科準分子激光器技術所用的特種氣體。

随着飛秒技術在眼科替代了這種技術，他們就把目光轉向了集成電路領網域的"光刻氣"（稀有氣體和氟氣等的混合氣，氩/氖/氙、氪/氖、氟/氪/氖、氟/氩/氖等）。

因為這兩個領網域所用的兩種氣體都含有微量的氟，工藝基礎是相同的。

有了相關的技術積累，華特氣體成功研發出光刻氣，不僅成本低，可靠性還高。

現在全球只有4家氣體公司的光刻氣通過了荷蘭光刻機巨頭阿斯麥（ASML）的驗證，而華特氣體是唯一一家中國公司。

對國内12寸集成電路制造廠商，華特已經實現了超過85%的客戶覆蓋率，解決了長江存儲、中芯國際、華虹宏力、華潤微電子、士蘭微、英諾賽科、合肥長鑫等客戶多種氣體材料的進口制約，還進入了英特爾、格芯、德州儀器、台積電、SK 海力士、三星等全球領先的半導體企業供應鏈體系。

半導體集成電路工藝流程及所需的部分電子特氣

華特已經有不少于15個產品已經批量供應14納米先進工藝，不少于10個產品供應到7納米先進工藝，2個產品進入到5納米先進工藝。

作為高技術壁壘的高附加值產品，特種氣體業務的利潤也是更為可觀的，比如2022年，華特氣體特種氣體毛利率達到30.89%。

而這部分業務已經取代過去的大宗氣體，成為華特主要的營收來源。

為什麼攻克一種又一種電子特氣，這碗飯得一口一口吃？

因為它對整個生產、運輸過程的要求遠遠超過普通大宗氣體的工業标準，達到了半導體級别的嚴苛和變态。

普通工業生產，大宗氣體純度只要達到99.99%以上就可以了；而電子特氣純度要求達到99.999%，高端制程芯片的氣體純度甚至要達到99.999999%。

有的人覺得後面多幾個9沒什麼難的，但這事要從"雜質"的角度去考慮，你需要把原本含量已經很少的雜質，再縮減到百分之一、萬分之一……

因為特氣中的雜質會導致半導體芯片中的致命缺陷，會嚴重影響芯片良率，降低芯片產量。

所以氣體純化過程也是一個要求很高、技術門檻很高的環節。

西方的工業氣體巨頭有的已經有100多年的歷史了，他們已經走完了這個過程——從大宗氣體邁入特種氣體領網域并掌握先發優勢。

而今天中國工業氣體的很多龍頭企業，或者說"小巨人"們，大多是在20世紀末~21世紀初才成立的，所以我們這個過程才剛剛展開不久。

我們不說氣體，就說一個東西，大家就能感受到這個"追趕"巨頭的難度。

鋼瓶。

電子特氣生產出來，得裝到鋼瓶裡，這個瓶子裡面得超級幹淨。

具體來說，鋼瓶要依次經内表面清洗及抛光後鋼瓶中的水分使用熱氮氣吹掃，吹掃後裝瓶閥、檢漏，合格後将鋼瓶放入烘箱進行真空幹燥。

經幹燥的鋼瓶再做水分含量的檢測，檢測合格後将鋼瓶從烘箱中移出，進行外表面處理和檢查，檢查合格後鋼瓶登記入庫。

就是這樣一個"容器"，讓凱美特氣董事長的祝恩福講出了這樣一個故事：

當時我們引進設備的時候，老外說要禁這個禁那個，其中一個是鋼瓶，醫院用的鋼瓶。

中國是全球最大的鋼瓶生產國和出口國，我們訂鋼瓶的時候和鋼瓶廠商量能否給我們處理一下鋼瓶。

鋼瓶廠信誓旦旦說，沒問題，你買我的鋼瓶，只要你給錢，我按你說的來做，我們節省了2000多萬。

但是把鋼瓶買回來後，你可以裝氣了，當我們把氣體裝進去，抽出來檢測不合格。

我們說鋼瓶廠沒把鋼瓶清洗幹淨，最後他說我們達不到這個标準。

不得已我們從美國進了一套鋼瓶處理設備。單一的氣體裝進單一的瓶子裡，這件事我們也做不到。

林德等跨國巨頭都獨立開發了特種氣體配套使用的氣體閥門、管線和标準接口，避免了二次污染，大大提高產品的純淨程度和高純氣體的產量。

而中國企業的内在制造材料和包裝物内部處理技術與國外存在差距，高端的表面處理需求仍然無法解決，超高純氣體用的容器和管道仍以進口為主。

所以說，把最高端的工業氣體做好，做到世界頂尖，我們還有很多工作要做。

而且即便你好不容易做出來幾批合格產品，你還要過一道難關：就是經歷漫長的客戶認證。

我們經常會在媒體上看到消息，某某裝置、某某零部件實現了國產化突破。

這個意思是把東西做出來了。

但把東西做出來，跟成功的國產替代是兩碼事。

尤其在半導體這樣的領網域，任何原材料、設備的國產替代都還要過客戶這一關。

這裡壞處是很慢，一般半導體客戶審核認證，确認你這東西好用、沒問題，需要2-3年的時間，才能進入他的供貨"名單"。

好處是一旦雙方建立合作關系，客戶就不會輕易更換氣體供應商，客戶黏性很強。

現在國内電子特氣生產企業已經在部分細分領網域實現國產替代。

但具體多少種氣體能進入客戶的供應體系名單，又有多少氣體真的在出貨供應，這個過程只能一點一點向前推進。

日拱一卒無有盡，功不唐捐終入海。

比起20世紀慢慢成長起來的國際工業氣體巨頭，我們今天的中國企業面對的環境已經有了極大的改善。

因為21世紀發展成熟的工業門類很多，尤其是在中國，半導體產業如火如荼地發展着。而在20世紀，很多工業氣體做出來了，甚至都找不到買家。

比如說全球最大的林德，最早是做冰箱和制冷機的，在20世紀末就很自然地開始涉足低溫工程領網域，也就是氣體液化的業務。

卡爾·馮林德

做這個是因為1892年，都柏林的一家啤酒廠向林德訂購了二氧化碳液化裝置，但這是林德第一次做這種裝置。

從二氧化碳液化裝置開始，林德逐漸進入氣體液化領網域，實現了氧氣和氮氣的分離。

就在同一時期，新的火焰切割和焊接技術出現了，液氧正好迎來了新的市場需求。

随後他們又嘗試從水煤氣當中提取氧氣、氫氣、一氧化碳等氣體，還為氫氣找到了第一個客戶——人造黃油工廠，他們用氫氣來固化脂肪。而從水煤氣中提取出來的氩氣，一開始的用途是生產白熾燈。

水煤氣成功分離，推動他們繼續分離焦爐煤氣，作為一種成分非常多的混合氣（而且是廢氣），通過低溫分離能提取出很多有價值的部分，比如甲烷、乙烯、氫氣，随後他們就掌握了類似焦爐煤氣分離器的乙烯裝置，打造成了二戰後非常暢銷的產品，這樣他們就等于給聚乙烯材料提供了"前體"（乙烯變成聚乙烯），而聚乙烯打開了塑料時代的大門。

随後在21世紀初，由于美國工業的發展，氧氣、氮氣需求旺盛，林德大舉進入美國低溫工程領網域市場，美國制氧工廠的幾乎所有設備，從空氣液化器到精餾塔，都是從德國運過去的。