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    • 01、LED芯片厂商“挖金矿”
    • 02、SiC厂商化身“钻石”专业户
    • 03、材料厂商从3C垃圾里找“珠宝”
    • 04、半导体厂商用“钻石”造芯片
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芯片厂商卖珠宝,年赚12个亿!

02/23 10:40
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“跨界造芯”这个词,业内人士可能都听腻了。从手机大厂、互联网巨头到汽车公司,甚至百货大佬、地产老兵、水泥界、服饰品牌,一股脑地涌向半导体。有芯片人就吐槽:“全都来抢活,那我们赚什么呢?”

有些芯片公司就很天才,“那咱也跨界啊!去卖珠宝,赚珠宝商的钱!”

是的,你没有听错。继各大行业跨界造芯后,芯片公司也不甘示弱地跨界卖珠宝了。而且生意还挺好,比如LED芯片厂商聚灿光电,2023年卖黄金就赚了12.18亿元;中电科二所、Wolfspeed甚至成立了珠宝品牌,成了钻石专业户。

今天,咱们就来聊聊芯片与珠宝的不解之缘。

01、LED芯片厂商“挖金矿”

“黄金”电子设备制造领域的常见材料,也是芯片厂商卖珠宝的第一桶金。

黄金具有非常好的导电性能,导电率在金属中位居第三位,电阻率仅为2.44×10^-8Ω·m,且化学性质十分稳定,具有优异的延展性、耐腐蚀性和耐氧化性。得益于上述特性,黄金被广泛用于制造电路板和各种高端电子器件。

在半导体领域,黄金常用于制作连接器电极电镀涂层,以及半导体封装内的金键合线。此外,高纯金溅射靶材还是电子工业领域各类芯片及集成电路中电极薄膜层制备的关键源材料。

以LED芯片生产为例,企业会采用蒸镀工艺在芯片上焊接电极,并通过蒸镀金属加大芯片的电流导电面积。这个过程中,黄金会四处乱飞,没有落在芯片上的黄金便成为废料落在炉底,而这部分黄金废料占到整个生产流水线的绝大部分。

据了解,在LED芯片的蒸镀环节,每生产1.6亿颗芯片就需要消耗黄金10公斤左右,又因生产工艺和规格的不同,黄金消耗量相差可能达到1倍左右,大概为5-10公斤。而每消耗10公斤黄金,通过提纯后便有8公斤左右可以回收循环利用。

因此,部分芯片厂商就会将这些工艺过程中产生的黄金废料,参考黄金市场价格将其交付予专业黄金回收公司进行回收,比如开头提到的聚灿光电。

据聚灿光电的2023年年度报告披露,该公司2023年营收24.80亿元,其中黄金废料回收业务2023年营收12.18亿元,占比49.13%,与主营的LED芯片业务营收近乎持平。

图源:聚灿光电2023年年报

同样以黄金等贵金属废料销售盈利的,还有LED芯片龙头三安光电。据观察者网报道,早在2012年,废料销售就成为该公司的第三项主营业务,营收从2008年的594万元增加到2012年的2.3亿元;同时也是其重要的利润来源,2012年贡献公司高达26.4%的主营业务毛利。

而到了2022年,据三安光电财报,其材料、废料销售业务2022年营收32.16亿元,占比24.32%,在公司四大营收业务中排行第二。不过,该业务的毛利率仅为2.66%。

图源:三安光电2022年财报

02、SiC厂商化身“钻石”专业户

除了黄金,“钻石”也备受芯片厂商青睐,尤其是碳化硅(SiC)晶片厂商和SiC衬底厂商。与LED芯片厂商相似,SiC厂商卖的珠宝也是来自废料,不过大都是“不合格”的芯片废料。

相较于传统的硅,碳化硅衬底制造的工艺难度大幅增加,其中晶体生长是最核心的工艺环节,也是核心技术瓶颈,决定了碳化硅衬底的电学性质。所谓晶体生长,就是以高纯碳粉、高纯硅粉为原料合成碳化硅粉,在特殊温场下生长不同尺寸的碳化硅晶锭。

但碳化硅晶体的生长温度在2300℃以上,对温度和压力的控制要求高;此外,碳化硅有250多种同分异构体,只有少数几种晶体结构才可作为半导体材料,需要严格控制硅碳比、生长温度梯度及气流气压等参数才能生长出理想晶体。难度可想而知。

也正因如此,SiC晶体的良率普遍偏低,厂商们总会生产出许多无法达到半导体级要求的晶棒。那这些“残次品”“废品”怎么办呢?

巧了!这些半成品晶体只需要打磨打磨,就能摇身一变成为碳化硅合成宝石——莫桑钻。而莫桑钻的外观和内部结晶体跟钻石极为相似,且价格仅为传统钻石的十分之一,逐渐成为了珠宝首饰行业的新宠,受到广大消费者的喜爱。

随着近年来莫桑钻饰品市场的火热,许多SiC厂商就将达不到半导体参数指标的晶体,按克重对外销售,下游可用于加工成人造宝石饰品(莫桑钻)。另一方面,由于生长碳化硅晶体具有较高难度,国内外莫桑钻饰品加工商一般也不自己做,正好就向SiC厂商采购宝石晶体作为原材料。

久而久之,碳化硅晶片生产企业和碳化硅衬底厂商销售宝石晶体就成为了行业普遍情况。最典型的案例就是天岳先进和天科合达。

据天岳先进的招股书透露,该公司2018年至2020年的前五大客户里,珠宝商占了三个。按比例来看,天岳先进的晶棒销售业务也是重要营收来源之一,2018年营收4342万元,占比31.89%;2019年7419.47万元,占比27.63%;2020年6431.06万元,占比15.14%。

另一家企业天科合达2020年申请科创板上市时,由于钻石业务的营收和毛利率占比太高,被质疑科创属性,最后撤回了IPO申请。据招股书,从2017年至2020年Q1,其“碳化硅宝石晶体”业务营收占比在26.71%-31.73%,毛利率在27.01-31.85%,高于主营业务“碳化硅晶体”。

数据来源:天科合达招股书

甚至还有碳化硅厂商选择创建珠宝品牌,而且都打造出了一定的知名度。

海外代表就是Wolfspeed的前身Cree。该公司一位负责人成立了珠宝公司C3(后更名为Charles & Colvard,简称C&C),并于2014年与Wolfspeed签订独家供应协议。根据供应协议,C&C预计2025年6月前每年至少向Wolfspeed采购400万至1000万美元碳化硅宝石晶体。

国内代表则是中国电子科技集团公司第二研究所(中电科二所)。他们从2007年开始碳化硅单晶材料的研究,在相关部委的支持下,历时8年全面掌握了高纯碳化硅粉料制备工艺。并于2015年创立珠宝品牌UNIMOSS,将SiC材料成功应用于民用珠宝领域,批量提供高品质的莫桑裸石、莫桑珠宝饰品等,已经拥有了10万克拉的生产能力。

03、材料厂商从3C垃圾里找“珠宝”

一心一意搞“珠宝”的,还有半导体材料厂商。他们另辟蹊径,从3C垃圾里提炼出各类贵稀金属原料。

联合国发布的《2020年全球电子废物监测》报告显示,2019年全球共产生了5360万吨电子垃圾,原材料价值约为570亿美元,其中铁、铜、铝和黄金的价值贡献最大,按17.4%的官方统计回收率算,全球电子垃圾每年可回收价值约100亿美元、超过400万吨的各类原材料。

业内人士指出,一吨旧手机(大约6000部)中含有价值1.5万美元的金属,约包含3.5千克银、340克金、130克钯、130千克铜。这些藏在电子废弃物里的宝藏被喻为“城市矿山”,既吸引了苹果、戴尔、三星、宏基、华硕、鸿海等终端厂商设置旧机回收据点循环利用,也成为了部分半导体材料厂商的原料来源。

比如PCB制程应用电解设备及耗材厂“卫司特”,就通过回收3C垃圾和废铜液,精炼出贵金属用在半导体封装、LCD光电面板与PCB制造产业,实现资源回收再利用。

还有全球规模最大的存储介质薄膜溅镀靶材商“光洋科”,就从电子废弃物中提炼出黄金、银、铂、钯、钌、铟、镓、钽等贵稀金属,从而提供溅镀靶材、蒸镀材料、贵金属化学品与材料等。

以废铜液为例,光洋科回收台积电生产中的硫酸铜液,经过多重处理后做成再生铜管,再将铜管制成晶圆制程可以用的阳极铜靶材,用来供应半导体前段制程的靶材。

04、半导体厂商用“钻石”造芯片

同样是搞“珠宝”,有的半导体厂商脑回路就很清奇,他们不打算赚卖珠宝的钱,反而打算用“钻石”造芯片,也就是金刚石半导体。一旦成功了,就可以赚更多的钱。

这条路起源于20世纪70年代,美国科学家开发出利用高温高压法(HPHT)生长小块状金刚石单晶,在科学界掀起了研究金刚石半导体的热潮。

金刚石具有高达5.5eV的禁带宽度、更高的载流子迁移率(空穴:3800 cm2•V-1•s-1,电子:4500 cm 2•V-1•s-1) 、更高的击穿电场(>10 MV•cm-1 )、更大的热导率( 22 W•K-1•cm-1),更适合应用于高温、高辐射、高电压等极端环境。

据粗略估计,金刚石作为半导体的性能比硅高出23000倍,比氮化镓GaN)高120倍,比碳化硅(SiC)高出40倍。因此,金刚石被认为是第四代半导体技术关键材料,也被誉为“终极功率半导体”。

据悉,美国Akhan公司、英国Element Six公司、日本NTT公司、日本产业技术综合研究所(AIST)、日本物质材料研究所(NIMS)、美国地球物理实验室卡耐基研究院、美国阿贡国家实验室等均在力推金刚石半导体产业化。

由于基础研究、材料、器件等方面尚有大量问题未攻克,金刚石半导体也一度销声匿迹。到近年来后摩尔时代的来临,业界不断投入研发新材料领域,也加速了金刚石等超宽禁带半导体材料的开发,并在2023年迎来了又一波“钻石芯片”热潮。

2023年初,日本佐贺大学与日本精密零部件公司Orbray共同合作开发了一个金刚石制成的功率半导体。10月,美国公司Diamond Foundry培育出了世界上第一个单晶金刚石晶片,直径100毫米、重量100克拉。

2023年10月27日,华为和哈尔滨工业大学联合申请的专利《一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混合键合方法》被公开,引起了广泛关注,甚至一度上演“疯狂的石头”剧情,引发培育钻石概念股上涨超16%。

目前来说,金刚石在半导体中既可以充当衬底,也可以充当外延(在切、磨、抛等加工后的单晶衬底上生长一层新单晶的过程),单晶和多晶也均有不同用途。

但由于掺杂、尺寸及价格成本等问题,金刚石离正式进入半导体产业还有一段很遥远的路要走。至于“钻石芯片”何时能开始挣钱?让我们共同期待。

参考资料:

有不少芯片厂,正在靠做珠宝赚钱;差评

3C垃圾挖金矿,鸿海插旗「手机回收」抢循环经济;镜周刊

从旧手机里提取黄金:只要5美元成本,这种新型聚合物就能回收64美元的黄金;DeepTech深科技

金刚石能揽芯片活吗;果壳硬科技

https://www.guancha.cn/Industry/2013_04_01_135743.shtml

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