電子特氣核心指標、生產工藝及壁壘分析

電子特氣的工藝技術壁壘和認證壁壘高。

電子特氣有純度和混配精度兩個核心指標。電子特種氣體與傳統工業氣體的區別在于純度更高（如高純氣體）或者具 有特殊用途（如參與化學反應），通常電子特氣的純度要求必須達到 5N 及以上級別（N 代表純度百分比中 9 的個數）， 晶圓制造對電子特氣的純度要求極為嚴格，一般大于 6N，例如在晶圓制造過程中沉積成膜工段的硅烷特種氣體純度 要求達到 8N 及以上。配比精度是針對混配氣體的核心參數，即精準控制不同氣體的混配比額，行業內一般以 ppm（百 萬分之一，10-6）、ppb（十億分之一，10-9）、ppt（萬億分之一，10-12）、以及百分數來表示組分配比。在晶圓制 造過程中，特定核心工段涉及的特種氣體往往不是唯一組分，例如，對于光刻工段使用的特種氣體，通常涉及氬-氟氖混合氣、氪-氖混合氣、氬-氖混合氣、氪-氟-氖混合氣等。

（1）電子特氣的純度直接影響晶圓和電子元器件的各項指標。電子特氣的純度會影響晶圓和電子元器件的質量、性 能、集成度、技術指標和成品率等指標，如果雜質含量過高，輕則導致下游相關批次產品質量不達標，重則擴散污染 整條生產線，造成高額損失。近年來，芯片制程已從 2010 年的 32nm 發展到目前先進的 3nm，對應電子特氣中的污 染粒子體積也要縮小 11 倍以上，才能確保晶圓不受污染，保持輸出產品的良品率，如果芯片制程再次下降，晶圓制 造將進一步邁向原子尺度的“施工”等級，此時硅片的膜層已經非常薄，對雜質及副反應更加敏感，對特種氣體的潔凈 度要求會越來越嚴格，高純度是企業進入國際主流晶圓廠供應商行列的敲門磚。

（2）電子特氣的高精度混配能夠進一步打開企業的盈利空間。相對于純凈氣，混配氣的售價及毛利普遍更高，例如 法國液化空氣生產的 40L 裝 5N 純度的一氧化碳純凈氣售價為 500 元；40L 裝 5N 純度的氮氣純凈氣售價為 165 元， 而 40L 裝一氧化碳濃度為 1~2ppm 的一氧化碳-氮氣混配氣，售價為 1640 元。氣體混配工藝通常采用重量法、分壓 法、動態體積法將兩種及兩種以上組分的氣體按照不同比例混合，對配制過程的累計誤差控制、配置精度、配置過程 的雜質控制和混配設備都有極高的要求。混配過程難度一般隨著產品組分的增加、配比精度的提升、以及溶質氣體目 標濃度的降低而顯著增加。目前晶圓廠普遍要求 ppm 甚至 ppb 級別濃度的組分進行精確操作，其配置難度與銷售價 均呈指數性增長，因此若能打通高精度混配工藝生產線，將為企業帶來更高的盈利空間。

從生產技術角度看，電子特氣是一個典型的技術密集型行業。為了滿足純度和混配精度這兩個核心指標，電子特氣不 僅對上游采購的原料氣源和供應系統有著嚴苛的檢測要求，其主要的生產工藝也有極高的技術壁壘。電子特氣的生產 工藝通常包括：氣體純化、氣體合成、空氣分離、氣體充裝、氣體混配、氣體檢測、鋼瓶處理七大板塊。

（1）氣體純化：是電子特氣生產流程中的核心環節，是指通過精餾、吸附等方式將低純度原料氣精制成更高純度的 氣體產品。在此環節中，低純度的原料氣充入原料儲罐，通過增壓器加壓使之成為液體后，依次送入洗滌塔、干燥塔 和吸附塔進行預處理，去除顆粒物水分等雜質后，再送入精餾塔。精餾塔是氣體純化步驟的的核心設備，在此去除輕 重雜質組分和金屬離子后即得到高純氣體，高純氣體經低溫液體泵泵入充裝系統，再進入不同的壓力容器儲存。

（2）氣體合成：指原材料在特定壓力、溫度、催化劑等條件下，通過化學反應得到氣體產品，需要根據原料組成波 動定制或及時調整工藝。

（3）氣體充裝：電子特氣全工藝流程中最基礎的一環，該過程主要依賴低溫泵和膜壓機等設備，將產品氣體充填進 氣瓶、長管拖車、管束式集裝箱等壓力容器中，若特氣產品物理狀態為低溫液體，則使用低溫泵泵入汽化器內汽化后 進行充裝到終端壓力設備比如鋼瓶；若特氣產品物理狀態為氣體，則使用膜壓機進行增壓后進行充裝。因該過程具有 移動性和重復充裝的特點而具有一定危險性，保證充裝過程氣路清潔、產品不被污染是最關鍵問題。

（4）空氣分離：使用空分設備生產氮氣、氧氣等空分氣體，空氣經過濾器除去顆粒物后，再經過變溫吸附器除去烴 類、水分及酸性氣體，然后在精餾塔內分離出氮和氧后，分別以液體狀態充裝入壓力設備內。

（5）氣體檢測：使用分析儀器對原料氣或產品氣體成分進行定性與定量分析，原料氣在入場前必須進行高精度雜質 氣成分分析，才能制定精準的提純工藝流程。特氣出廠前必須要進行組分分析、水分分析、金屬離子分析和顆粒度分 析四項檢測，達標后才可外銷。檢測結果將決定生產工藝與設備，通常需要使用高靈敏度和高精度的儀器來進行檢測。

（6）鋼瓶處理：根據盛放氣體性質及需求的不同，對氣瓶內部、內壁表面及外觀進行處理的過程，以保證氣體存儲、 運輸過程中設備的安全與產品的穩定。電子特氣屬于危險化學品，因此需要使用專業儲運設備和嚴格的儲運管理。一 般維護工作包括：鋼瓶余氣處理系統、置換閥門、表面清洗、研磨、拋光、鈍化，裝閥檢漏和真空干燥幾部分，目前 國內對鋼瓶設備材料及耐腐蝕、耐吸附等工藝技術缺乏系統研究，需要企業長期探索與經驗積累。

（7）氣體混配：使兩種及兩種以上組分氣在分析合格后經管道進入氣體混配裝置，根據客戶需求的混配比例，調節 各組分氣及平衡氣的比例進行均勻混合。氣體混配是核心工段之一，目前主要有重量法、壓力比法、質量流量比法、 靜態容量法和滲透管法五種混配工藝，該工段的核心在于調控組分濃度配比高度精確的氣體產品。

特種氣體具有較高的技術壁壘、客戶認證壁壘、營銷網絡與服務壁壘和資質壁壘。以上工藝體現出本行業極度依賴大 型化工裝置、專業且特殊的檢測設備、專業技術與經驗積累，非專業從事氣體生產的公司，需要另外購買大批量先進 的生產設備，從零積累氣體純化、混配、充裝、鋼瓶處理與分析檢測等技術經驗，這需要付出高昂的成本。

（1）技術壁壘：特種氣體在其生產過程中涉及合成、純化、混合氣配制、充裝、分析檢測、氣瓶處理等多項工藝技 術，以及客戶對純度、精度等的高要求，對行業的擬進入者形成了較高的技術壁壘；

（2）客戶認證壁壘：作為關鍵性材料，特種氣體的產品質量對下游產業的正常生產影響巨大，因此對極大規模集成 電路、新型顯示面板等精密化程度非常高的下游產業客戶而言，對氣體供應商的選擇極為審慎、嚴格，形成了客戶認 證壁壘，其中顯示面板行業用特種氣認證長達 1-2 年，集成電路領域用特種氣認證長達 2-3 年。電子特氣的質量將決 定半導體產品質量，因此客戶選擇電子特氣供應商必須經過審廠和產品認證兩輪嚴格的審核認證才能獲得認可；

（3）營銷網絡與服務壁壘：客戶對氣體種類、響應速度、服務質量的高要求都使得營銷網絡在氣體企業的經營中處 于重要地位，其次客戶對工業氣體產品的種類需求豐富，對氣體公司的綜合服務能力要求較高，因此形成了營銷網絡 與服務壁壘；

（4）資質壁壘：工業氣體屬于危險化學品，在其生產、儲存、運輸、銷售等環節均需通過嚴格的資質認證，這對行 業新進入者形成了較高的資質壁壘。

電子特氣主要采用瓶裝供氣和儲槽供氣兩種方式。電子大宗氣體主要以現場制氣為主。由于電子特氣具有超高純度的 指標要求，且具有品類多、批量小、高頻次的應用特點，采用瓶裝供氣模式是電子特氣行業的主流銷售模式，此外對 一些需求量較大的電子特氣還會采用長管拖車（魚雷車）的運輸方式，因此配送能力和交付能力也是重要的競爭優勢。 不同氣體供應商之間的服務差異較大，一站式綜合服務可以增加客戶粘性，比如額外提供容器檢測、維修，供氣系統 的設計和安裝等配套服務，從而構成了電子特氣行業的客戶服務壁壘。