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半导体产业链全景图,一天吃透一条产业链:半导体设备&零部件

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产业链全景图

半导体产业链全景图

半导体设备作为半导体产业的基石,其技术高度直接决定芯片制造的精度与效率。而半导体设备关键零部件作为设备的核心构成,堪称整个产业的“底层密码”。从光刻机的精密光学镜头到刻蚀机的射频电源,从真空阀门到气体流量计,这些体积小巧的零部件,却掌控着设备性能的关键,对芯片制造的良率与产能起着决定性作用。

半导体设备&零部件简介

半导体零部件是指在材料、结构、工艺、品质和精度、可靠性及稳定性等性能方面达到了半导体设备及技术要求的零部件,如0型密封圈(0-Ring)、传送模块(EFEM)、射频电源(RFGen) 、静电吸盘(ESC)、硅(Si)环等结构件、真空泵(Pump)、气体流量计(MFC)、精密轴承、气体喷淋头(ShowerHead)等。

市场需求与分类体系

3.1 市场需求激增

SEMI《300mm晶圆厂2027年展望报告》显示,受内存市场复苏及高性能运算、汽车电子等需求推动,全球300mm晶圆厂前端设施设备支出将于2025年首次突破1000亿美元,2027年攀升至1370亿美元历史峰值。作为产能扩张的先行指标,设备资本开支的增长将直接带动半导体设备配套精密零部件需求爆发。

3.2 多维分类体系

1. 按工艺流程:分为电源和射频控制类、气体输送类、真空控制类、温度控制类、传送装置类5大类,覆盖光刻、刻蚀、清洗、薄膜沉积等核心环节。

2. 按材料与功能:细分为硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件等12大类,涵盖机械、电气、光学等多元属性。

3. 按服务对象:划分为精密机加件(定制化生产)与通用外购件(标准化产品)。

4. 按技术类型:分为机械类(占比20%-40%)、电气类(占比10%-20%)、机电一体类、气体/液体/真空系统类、仪器仪表类、光学类,其中电气类作为控制核心,技术突破难度最大。

半导体设备零部件分类及主要应用设备:

半导体产业链全景图

产业链结构与竞争格局

4.1 产业链上下游

上游:以铝合金、石英、陶瓷等金属与非金属原材料为主,提供基础材料支撑。

下游:对接半导体设备制造商(如ASML、北方华创)与晶圆制造厂(如台积电、中芯国际),产品应用于光刻、刻蚀等关键工序。

集成电路制造领域典型资本开支结构:

半导体产业链全景图

4.2 全球竞争格局

全球半导体零部件市场高度分散,头部企业多为欧美日厂商:

光学系统:蔡司、ASML垄断EUV光刻机镜头技术,国内科益虹源(DUV光源)、茂莱光学(透镜)逐步追赶。

射频电源:MKS、Advanced Energy(AE)占据全球90%份额,国产厂商英杰电气、恒运昌尚未通过先进制程验证。

真空系统:VAT、Edwards主导真空阀门与真空泵市场,国内新莱应材、沈阳科仪实现部分替代。

精密控制:Horiba(气体质量流量控制器)、Ichor(模块化气体输送系统)技术领先,北方华创旗下七星流量计处于国产替代初期。

核心零部件解析

5.1 机械类零部件:国产替代先行

功能:构建设备框架、保障反应环境,占比20%-40%。

国产化进展:富创精密(腔体结构件)、江丰电子(靶材)、靖江先锋(精密机加件)技术突破,国产化率较高。例如,富创精密的腔体组件已进入中芯国际、长江存储供应链。

半导体产业链全景图

5.2 机电一体类零部件:运动控制核心

功能:实现晶圆装载、传输与运动控制,价值量占比10%-25%。

代表企业:华卓精科(光刻机双工件台、超精密运动平台)、富创精密(模组化产品),其中华卓精科的双工件台技术打破ASML垄断,应用于国产28nm光刻机。

5.3 气体/液体/真空系统类:工艺环境保障

功能:控制特种气体传输与真空环境,对抗腐蚀性、真空度要求高。

国产化水平:新莱应材(高纯度气体管路)、正帆科技(气柜模组)实现中等程度替代,富创精密的真空腔体组件通过泛林半导体认证。

半导体产业链全景图

半导体产业链全景图

5.4 仪器仪表类:精密控制瓶颈

功能:监控流量、压力等参数,响应速度与精度要求极高。

技术挑战:国内七星流量计(北方华创)、Compart System(万业企业收购)逐步突破,但高端市场仍由Horiba、MKS主导,国产化率不足10%。

5.5 光学系统类:高端市场壁垒

功能:光刻机光学镜头与激光光源,决定制程精度。

竞争格局:蔡司、Cymer垄断EUV光学技术,国内北京国望光学(物镜组件)、科益虹源(193nm DUV光源)进入中芯国际测试环节,茂莱光学的光刻机透镜通过ASML供应商认证。

半导体产业链全景图

半导体设备零部件厂商及技术难度:

射频电源:

可以产生固定频率的正弦波、具有一定频率的高频电源,主要由射频信号源、射频功率放大器及阻抗匹配器组成,是等离子体配套电源,等离子体控制核心,MKS、AE垄断,国产产品尚未通过先进制程验证。在半导体领域,国内英杰电气和恒运昌等为该领域为头部玩家。

5.6其他关键零部件

石英器件:石英器件是以石英玻璃为材料制成的器件。石英玻璃的主要成分为二氧化硅,具有透光性高、耐高温膨胀系数低、化学稳定性强、纯度高、电绝缘性强等优越特性,广泛应用于航空航天、光纤、半导体等高端制造领域。石英器件的制造过程非常复杂:以石英砂为原料,先经过气炼熔融制作成石英键,然后经热改型和冷加工制成石英制品。

半导体领域加工环节在芯片设计流程后,可分为三个阶段:单晶硅片制造、晶圆制造和封装测试。石英材料在半导体产业的应用主要在单晶硅片制造和晶圆制造两个环节。石英舟、石英管、石英仪器是半导体芯片加工过程清洗、氧化、光刻、刻蚀、扩散等环节中所需要的石英制品。石英器件在各个阶段的应用如下:

菲利华(气熔石英玻璃)通过东京电子认证,全球市场份额约5%,但在12英寸晶圆用石英环等高端产品上仍依赖贺利氏。

陶瓷件:陶瓷件是使用氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等先进陶瓷材料经精密加工后制造的半导体设备零部件。先进陶瓷材料在强度、精度、电学性能和耐腐蚀性等方面的优异表现,能满足真空、高温等特殊环境下的半导体制造复杂性能要求。

在半导体设备制造中,精密陶瓷的价值约占16%。

精密陶瓷零部件广泛应用于光刻、刻蚀、薄膜沉积离子注入、CMP等多个半导体制造关键流程的核心设备中,如轴承、导轨、内衬、静电吸盘、机械搬运臂等。尤其是在设备腔体内部,发挥支撑、保护、导流等功能。目前国外在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面走在前列的公司有日本京瓷、美国CoorsTek、德国Berlinerglas等,其中,日本京瓷和美国CoorsTek公司占据了集成电路核心装备用高端精密陶瓷结构件市场份额的70%。

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真空阀门:半导体设备的真空系统与流体系统中的核心零部件,主要作用是开闭、控制流量/流向、调节压力等作用,应用于刻蚀机、离子注入机、CMP抛光设备等。竞争格局上,全球主要半导体阀门生产企业包括VAT、富士金、派克、世伟洛克等。新莱应材(半导体级球阀)打破VAT垄断,国产替代率约15%,应用于中微公司刻蚀机。

半导体设备关键零部件作为产业“卡脖子”环节,其国产化进程不仅关乎设备自主可控,更决定中国半导体产业的核心竞争力。未来五年,随着政策支持深化与技术迭代加速,国产零部件有望在机械类、真空系统等领域实现全面替代,并在光学、射频等高端环节取得突破,为“中国芯”崛起筑牢底层根基。

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