全球半导体产业陷入材料资源困局

本文来自：半导体产业纵横，作者：鹏程，题图来自：AI生成半导体是现代电子设备的“大脑”，从智能手机、数据中心到电动汽车、人工智能，乃至国防军工，几乎所有高附加值、高成长性的赛道，都建立在指甲盖大小、却集成数百亿颗晶体管的芯片之上。然而，当全球目光聚焦于EUV光刻机、3nm制程、GAA（环绕栅极）晶体管等“塔尖”突破时，却鲜有人意识到：真正可能让万亿级半导体产业“窒息”的，并非尖端设备，而是那些看似“不起眼”的原材料——高纯硅、镓、铟、锗、钨、稀有气体、特种化学品……它们就像空气和水，平日无人喝彩，一旦“断供”，再先进的晶圆厂也会在顷刻间沦为“沉默的巨兽”。随着科技博弈持续升级、地缘冲突此起彼伏、AI算力需求呈指数级爆发，半导体原材料“黑天鹅”成群而至：镓价暴涨，锗刷新14年价格纪录，磷化铟“一片难求”，六氟化钨（WF6）即将涨价，ABF载板关键玻纤布供给短缺……“缺芯”尚未完全缓解，“缺料”又接踵而至。随着半导体需求激增（麦肯锡预测该产业到2030年将达到万亿美元规模），材料采购已从后台任务转变为国家安全和竞争力的关键部分。当前，全球半导体产业正面临多品类原材料短缺的集体困境，供需失衡、政策调控与技术壁垒交织，不仅推高产业链成本，更重塑着全球半导体供应链的格局。核心半导体材料的供需困局：多品类齐陷短缺1. 美国面临“缺镓”困境近日，美国“大西洋理事会”发布报告指出，在中国宣布对金属镓及相关物项实施出口管制后，美国正面临“缺镓”困境，目前其试图通过“废物制镓”技术，回收美国国内工业体系中已流通的镓以缓解短缺。镓的砷化物、锑化物、磷化物等化合物具备优异半导体性能，是电子设备、激光器、微波发生器及场致发光器件等固体装置的关键材料。从产业链来看，镓的供应存在天然瓶颈。其一，镓无天然纯金属矿，需从铝土矿、锌矿冶炼副产品中提取，产能直接依赖上游铝、锌产业规模；其二，全球镓储量分布失衡，据美国地质调查局（USGS）数据，全球金属镓储量约27.93万吨，中国以19万吨（占比约68%）居首，而美国储量仅0.45万吨，不足中国的1/40；其三，中国凭借铝产业规模优势与成熟提取技术，贡献了全球绝大部分镓产量，也是目前唯一具备镓全产业链能力的国家。中国出口管制已对全球镓市场产生直接影响。欧洲市场镓现货价格已飙升40%以上，不仅导致交货周期延长，还迫使芯片晶圆厂缩减库存、优先保障关键项目生产。由于许可证获批前相关货物无法离境，卖家需等待审批，部分买家已开始动用现有库存。美国对中国镓的依赖度极高，其几乎所有低纯度镓、大部分高纯度镓均从中国进口。目前美国仅纽约一家工厂具备能力，可将进口原料及半导体废料升级为高纯度镓金属。该能力虽关键，但规模有限，无法保障战争物资供应链免受冲击；在中国实施出口许可证制度后，美国买家除消耗自身少量库存外，暂无其他后备供应渠道。2. AI粮草告急，磷化铟短缺冲击产业链铟是电子产品、太阳能电池、国防军事、航空航天、核工业及现代信息产业等众多领域不可或缺的关键材料。例如，铟是制造新一代铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池、电脑芯片和铟锡氧化物（ITO）的核心材料，极少的量便可极大地改善产品性能。当前，受AI高速运算对核心原材料磷化铟的需求爆发影响，磷化铟已出现严重短缺，下游买家甚至表示“有多少料就收多少，价格不是问题”。目前磷化铟库存已降至低位，部分厂商已进入减停产状态。英伟达在GTC 2025大会上重磅发布新一代交换机Quantum-X，该产品主打800G与1.6T高速数据传输场景，核心依赖先进硅光技术。而在硅光技术体系中，外置光源激光器是关键组件，磷化铟正是制造高速光芯片的核心材料，进一步加剧了其需求缺口。据全产业链研究分析，数据中心光模块正加速向1.6T/3.2T迭代，其带宽需求是现有800G模块的4倍，磷化铟调制器与接收器成为突破性能瓶颈的关键，直接引发市场抢购潮。从铟的分布看，全球铟资源整体储量较小，主要集中在中国、秘鲁、美国、加拿大和俄罗斯等国家，其中中国储量最高，而且我国是全球最大的铟生产国。中国自实施铟出口限制后，国际市场报价不断上涨。此外，磷化铟生产高度依赖日本住友、美国AXT等企业的技术专利，国内产能释放滞后。此外，磷化铟衬底扩产周期长达2—3年，而国内头部企业如云南锗业，当前磷化铟晶圆产能仅15万片/年（规格2—4英寸），远低于全球每年200万片的需求规模，缺口显著。3. 低轨卫星与AI算力驱动，锗价格创14年新高受中国关键金属出口限制、美国本土矿场封禁的供给端冲击，叠加红外军工、AI算力等领域的需求爆发，金属锗价格在2025年8月创下14年来新高，供需缺口持续扩大。2023年1月3日，锗锭均价为7950元/千克（约合1100美元/千克）。截至2025年8月25日，鹿特丹现货价格已涨至4999美元/千克，较2023年初涨幅超350%，且2025年年内涨幅达67%。一方面供给受限：中国锗出口管制导致全球流通量减少25%，美国封矿政策也减少了全球锗的供给。2024年下半年，美国为保障本土关键矿产安全，出台了《稀有金属战略储备法案》，明确暂停蒙大拿州伯克利矿、爱达荷州斯廷斯山矿等四座锗矿的开采许可，这些矿场此前每年贡献全球6%的锗产量，约9吨左右，减少了全球锗的供给。另一方面需求爆发：低轨卫星、AI算力、红外军工等领域对锗的需求增速超预期，而全球锗锭年产量仅150吨左右，供需缺口较大。4. 六氟化钨涨价70%—90%，冲击芯片制造环节钨的化合物六氟化钨（WF₆）是芯片制造的“连接剂”，在化学气相沉积（CVD）工艺中，六氟化钨在沉积腔室内与等离子体、氢气反应生成金属钨，用于覆盖晶圆通道的孔洞与缝隙，是逻辑芯片、DRAM及3D NAND生产的必需材料。当前，六氟化钨正面临“成本传导型涨价”。上游钨价翻倍：中国占据全球80%以上的钨开采与加工能力，2025年2月实施出口许可证政策后，钨价持续飙升，截至9月初，钨矿石价格较年初上涨95%至28万元/吨，APT（仲钨酸铵）价格上涨90%以上至40万元/吨。下游气体厂商提价：韩国SK Specialty、Foosung等气体生产商已通知三星、SK海力士等芯片厂商，2026年六氟化钨价格将上涨70%—90%；日本厂商更以汇率不利为由，提价幅度达90%。行业人士指出，六氟化钨价格上涨并非暂时的冲击，而是表明供应链发生了根本性变化。钨资源的战略属性提升，供应链安全优先于成本控制，未来价格或维持高位。5. PCB上游材料：AI服务器驱动，高端载板材料缺货持续全球AI基础设施需求暴增，不仅拉动芯片与服务器需求，更传导至PCB（印制电路板）上游，制造高端载板（如ABF载板，用于先进芯片封装）所需的T-Glass玻璃布、石英布、低膨胀系数（Low CTE）玻纤布供应紧张，成为电子业新的“缺货焦点”。缺货的原因在于“技术垄断+需求激增”。高端玻璃布、石英布等材料技术门槛高，主要由日韩台企业（如日本日东电工、台湾台玻）垄断，扩产周期长；AI服务器对高端载板的需求同比增幅超50%，而供给端短期难以匹配。欣兴董事长曾子章指出，目前高阶CCL（铜箔基板）缺料比较具有挑战，大约未来半年是缺料的高峰期，但自26Q3开始，缺口有望快速收敛；同时，随着产品不断创新，材料、工具、设备也会变革，其中载板所需的高阶玻璃布、石英布、LoW CTE等缺货预期还要一年左右。PCB龙头臻鼎集团营运长李定转表示，2026年上游材料对载板出货影响最为关键，同时预估2026年载板增长力度强，2027年将是高峰，高阶载板有望供不应求；而BT载板缺料将影响26Q1 BT载板出货，随着相关材料到位，26Q2 BT载板出货有望恢复放量。“缺料”背后原因何在？当前全球半导体材料短缺并非单一因素导致，而是政策调控、供应瓶颈与需求爆发三者交织的结果，形成“三重挤压”格局。政策端，各国将半导体材料纳入“国家安全资产”，通过出口管制、战略储备等政策限制流通，直接压缩全球供给。2024年12月，中国发布公告加强镓、锗等两用物项对美出口管制，2025年2月实施铟出口限制，3月进一步收紧镓管制（延长审批周期、建立全链条追溯系统），直接减少全球核心材料流通量；同时，《矿产资源法》禁止小矿乱采，八部门《有色金属行业稳增长工作方案》强化稀有金属战略定位，从源头控制产能。而美国出台《稀有金属战略储备法案》，暂停国内锗矿开采以储备资源；推动“废物制镓”回收技术，试图摆脱对中国镓的依赖，但回收量短期内难以填补缺口；日本、韩国等也在加强稀有金属储备，全球材料供应链从“全球化分工”转向“区域化自主”，进一步加剧短缺。供给端，镓、铟、锗等金属材料没有“独立矿”，全部寄生在铝、锌、铜的冶炼流程里；新建1万吨电解铝产能至少需要一年时间，配套镓产线再加12个月，而AI算力需求半年就能翻番。矿山、冶炼、提纯层层叠Buff，任何一级卡壳，整条链就“心跳骤停”。需求端，AI、5G、新能源汽车、低轨卫星、量子计算等新兴领域的“集体爆发”，对半导体材料的需求从“线性增长”转向“指数级增长”。1.6T/3.2T光模块迭代推动磷化铟需求激增，AI算力中心对锗基红外器件、钨基连接材料的需求同步扩张；全球5G基站建设年消耗大量镓材料；低轨卫星星座（如星链）、雷达系统对锗等材料的需求刚性，进一步加剧民用市场的短缺。缺货潮的连锁影响：从成本上涨到全球产业链重构半导体原材料短缺并非孤立事件，而是引发“多米诺骨牌效应”，从上游材料厂商传导至下游芯片、设备及终端产业，甚至影响全球科技竞争格局。首先是产业链成本飙升，终端产品涨价压力传导。原材料价格上涨直接推高芯片制造成本：六氟化钨涨价70%—90%将直接增加DRAM与3D NAND的生产成本；镓、铟价格上涨导致5G基站、光模块成本上升；PCB高端材料缺货则推高AI服务器价格。目前，三星、SK海力士等芯片厂商已开始接受材料涨价，未来成本大概率将传导至手机、电脑、新能源汽车等终端产品，最终由消费者承担。其次是下游产业受限，技术迭代节奏放缓。部分材料短缺已直接影响产能释放：磷化铟短缺导致部分光模块厂商减停产，拖累1.6T光模块量产进度，进而影响AI数据中心的扩容速度；高端玻璃布缺货导致ABF载板供应不足，制约先进芯片封装产能，延缓7nm以下芯片的商用进程。短期看，材料短缺可能使全球半导体产业的技术迭代周期延长。此外，全球供应链重构，区域化自主趋势加强。各国为保障供应链安全，加速推进“资源自主”与“区域化供应”。中国强化稀有金属产业链整合，推动高纯镓、磷化铟等技术突破，同时扩大国内回收体系建设；美国加大对本土锗矿、镓回收技术的投入，联合日本、韩国建立“半导体材料供应链联盟”，试图减少对中国的依赖；欧洲通过《芯片法案》资助本土半导体材料研发，推动锂、镓等资源的循环利用。这种“去全球化”趋势可能导致全球半导体供应链分裂为“中国主导的材料供应圈”与“欧美主导的技术应用圈”，进一步加剧国际科技博弈。最后会导致技术路线调整，替代材料与回收技术加速突破。短缺压力也在倒逼产业寻找破局之路。如企业开始探索硅基材料替代磷化铟（如硅光子芯片），但替代技术仍需一定的验证周期；美国推动“废物制镓”回收，中国加速锗、铟从废旧芯片中的提取技术。全球半导体材料困局的本质，是“有限资源”与“无限科技需求”的矛盾，也是“全球化分工”与“国家安全优先”的冲突。半导体原材料的“缺货”，并非简单的周期波动，而是资源禀赋、技术壁垒、资本周期、政策博弈、ESG约束多重力量共振下的结构性拐点。它标志着一个时代的终结——过去三十年，芯片产业遵循“摩尔定律”一路狂飙，原材料成本几乎可以忽略不计；未来十年，我们即将步入“后摩尔时代”，每提升1nm性能，都可能需要付出10×的原材料代价。但危机亦孕育新生。正如石油危机催生了核能、光伏、风电，半导体原材料的“卡脖子”也将倒逼回收技术、替代材料、工艺革新、国际合作与金融工具的百花齐放。对于国家而言，掌控原材料，就是掌控产业安全的“总开关”；对于企业而言，把“采购思维”升级为“生态链思维”，才能在暴涨暴跌中立于不败之地；对于投资者而言，在“资源+技术”双轮驱动的主赛道上，提前布局，方能分享这场“硬科技”长跑的红利。当“沙子”也能卡住世界经济的喉咙，人类便不得不重新审视：真正宝贵的，或许不是芯片里那数亿个晶体管，而是让晶体管得以诞生的、那些在地壳深处默默沉睡了亿万年的一克克金属。在“不确定”成为常态的未来，谁掌握了这些“微小而关键”的资源，谁就握住了数字文明的“火种”。