近年來(lái)，隨著中國(guó)泛半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，支撐顯示面板、化合物半導(dǎo)體、光伏、PCB、生物醫(yī)藥等行業(yè)的關(guān)鍵、核心國(guó)產(chǎn)高端制造裝備迎來(lái)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，使得滿足上述行業(yè)發(fā)展需求的國(guó)產(chǎn)高端制造裝備對(duì)上游供應(yīng)鏈的需求量也大幅提升，特別是今年以來(lái)尤為顯著。作為精密檢測(cè)類裝備中的核心子系統(tǒng)，精密/超精密運(yùn)動(dòng)模組的市場(chǎng)需求也出現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017-2020年上半年國(guó)內(nèi)地區(qū)對(duì)高端精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的需求量約為3.5-4.0億元/年，未來(lái)在國(guó)產(chǎn)化和下游需求的驅(qū)動(dòng)下，預(yù)計(jì)未來(lái)五年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到6億元/年。本文將集中聚焦國(guó)內(nèi)外精密/超精密運(yùn)動(dòng)模組進(jìn)行分析。

高端制造裝備的技術(shù)迭代，對(duì)精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的精度、速度、加速度提出了更高的要求。根據(jù)精度要求可分為低端、中端、高端和超高端精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，具體分類如下表所示。高端精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域國(guó)外進(jìn)口廠商主要包括美國(guó)Aerotech(成立于1969年)、美國(guó)Newport(成立于1970年)和德國(guó)PI等。中國(guó)高端精密運(yùn)動(dòng)模組市場(chǎng)主要由境外廠商主導(dǎo)，2020年度Aerotech、Newport和PI等國(guó)外廠商占據(jù)了接近70%的市場(chǎng)份額，中國(guó)廠商占有約30%的市場(chǎng)份額。

精密/超精密運(yùn)動(dòng)模組相關(guān)技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的功能

對(duì)于精密/超精密運(yùn)動(dòng)模組而言，定位精度和重復(fù)定位精度是評(píng)價(jià)其性能能力的主要指標(biāo)。另一方面，運(yùn)動(dòng)直線度、運(yùn)動(dòng)行程、運(yùn)動(dòng)自由度等數(shù)量指標(biāo)參數(shù)決定了系統(tǒng)的精密性、復(fù)雜性及難度，同時(shí)也是考量運(yùn)動(dòng)模組產(chǎn)品技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)。其中，直線度指標(biāo)決定了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中的準(zhǔn)直性，并直接影響系統(tǒng)平行性與正交性;對(duì)于大尺寸、大運(yùn)動(dòng)行程的精密運(yùn)動(dòng)模組而言，為了保證其結(jié)構(gòu)模態(tài)、直線度、平面度、正交性、穩(wěn)定性等性能，需要具有較高的設(shè)計(jì)技術(shù)與集成工藝技術(shù)。因此，通常情況下將精密/超精密運(yùn)動(dòng)模組的定位精度、重復(fù)定位精度、運(yùn)動(dòng)直線度作為對(duì)比參數(shù)。精密/超精密模塊的定位標(biāo)準(zhǔn)劃分如下：

上述四類產(chǎn)品適用的行業(yè)有所不同。通常情況下，低端精度運(yùn)動(dòng)模組主要應(yīng)用于3C行業(yè);中端精度運(yùn)動(dòng)模組主要應(yīng)用于激光加工行業(yè);高端精度運(yùn)動(dòng)模組主要應(yīng)用于顯示面板、PCB行業(yè)、半導(dǎo)體及生物基因檢測(cè)行業(yè)。

精密/超精密運(yùn)動(dòng)模組的發(fā)展歷史

精密運(yùn)動(dòng)模組的發(fā)展與大規(guī)模應(yīng)用離不開(kāi)市場(chǎng)的需求牽引。以直線電機(jī)為驅(qū)動(dòng)單元的精密模組、精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)的發(fā)展，與市場(chǎng)對(duì)精度等級(jí)、高速高加速的需求不斷升級(jí)密不可分。2012年之前，國(guó)內(nèi)諸如一類XY等多軸定位運(yùn)動(dòng)臺(tái)，主要以伺服或步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)單元，通過(guò)絲杠傳動(dòng)，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為載物臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，精度等級(jí)為幾十微米。

2013年，以蘋(píng)果手機(jī)的需求為牽引，馬達(dá)線、點(diǎn)膠機(jī)、玻璃制備、力控測(cè)試、HOME鍵測(cè)試、揚(yáng)聲器、視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別等細(xì)分市場(chǎng)，在長(zhǎng)三角與珠三角地區(qū)爆發(fā)。多年的市場(chǎng)錘煉造就了一大批優(yōu)秀的自動(dòng)化設(shè)備廠，上述廠商開(kāi)始逐漸使用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直線模組及精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)。此時(shí)，市場(chǎng)對(duì)直線模組的精度需求為10-20微米等級(jí)，屬于傳統(tǒng)絲杠傳動(dòng)精度的極限邊界。因此在這段時(shí)間，傳統(tǒng)絲杠傳動(dòng)模式與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式之間發(fā)生了強(qiáng)烈的博弈。

2015年，隨著激光器的逐漸成熟，大陸地區(qū)的激光切割、激光加工等細(xì)分市場(chǎng)突起，帶動(dòng)了諸如玻璃屏幕切割、手機(jī)殼激光毛化處理、后視鏡切割、激光打標(biāo)等細(xì)分市場(chǎng)的增長(zhǎng)，隨著激光器及其工藝的成熟發(fā)展，帶來(lái)了對(duì)精密直線模組精度需求的提高，對(duì)定位精度、重復(fù)定位精度、速度、加速度等指標(biāo)提升了一個(gè)等級(jí)，精度需求逐漸過(guò)渡到5-10微米左右的中端產(chǎn)品精度等級(jí)。因此，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密直線模組與精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)得以大規(guī)模、大批量應(yīng)用。在此背景下，涌現(xiàn)出一大批直線電機(jī)及其模組制造商，極大地加速了國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化裝備的發(fā)展。

2018年，中興事件的爆發(fā)加速了大陸地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，尤其是后道工藝制程設(shè)備。6/8/12英寸硅基晶圓AOI檢測(cè)、4/6英寸碳化硅晶圓AOI檢測(cè)、芯片分選機(jī)等半導(dǎo)體封裝、晶圓wafer隱性切割、檢測(cè)設(shè)備逐漸進(jìn)入國(guó)內(nèi)知名的半導(dǎo)體Fab廠，并得以批量應(yīng)用。由于半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)精度等級(jí)的要求較高，因此該細(xì)分市場(chǎng)帶動(dòng)了精密運(yùn)動(dòng)模組的精度等級(jí)的全面提升，半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備所需的定位精度小于5微米，使得半導(dǎo)體設(shè)備中精密定位系統(tǒng)幾乎全部采用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密運(yùn)動(dòng)模組，預(yù)計(jì)今年半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)直線電機(jī)模組及運(yùn)動(dòng)臺(tái)的需求量約為0.75億人民幣，并將以每年30%的增幅遞增。

同年，國(guó)產(chǎn)OLED屏幕在G5.5世代、G6.0世代、G8.5世代、G10.5世代面板顯示屏的高端制備中成為了大陸地區(qū)的Display事業(yè)發(fā)展中重要且不可或缺的中堅(jiān)力量。隨著面板顯示行業(yè)逐漸向大尺寸、高分辨率、高精度等方向發(fā)展，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密運(yùn)動(dòng)模組在該細(xì)分市場(chǎng)中逐漸勝出，淘汰傳統(tǒng)絲杠傳動(dòng)模式。目前該細(xì)分市場(chǎng)中的直線定位系統(tǒng)幾乎被直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密運(yùn)動(dòng)模組所壟斷，顯示面板制備設(shè)備中的精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所需的定位精度小于5微米。預(yù)計(jì)今年顯示面板設(shè)備對(duì)直線電機(jī)模組及運(yùn)動(dòng)臺(tái)的需求量約為0.85億人民幣，并將以每年25%的增幅遞增。

2019年，5G技術(shù)帶來(lái)了巨大的細(xì)分市場(chǎng)需求，包括線路板LDI曝光、銅板打孔、顯影、AOI檢測(cè)等等。在線路板制備工藝中，最為復(fù)雜的即為L(zhǎng)DI曝光，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，今年P(guān)CB板曝光LDI設(shè)備的國(guó)內(nèi)需求量為600臺(tái)左右，折合約12億人民幣。由于LDI曝光設(shè)備對(duì)精度要求比較高，精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所需的定位精度小于5微米，因此驅(qū)動(dòng)單元幾乎全部采用直線電機(jī)，預(yù)計(jì)今年LDI設(shè)備對(duì)直線電機(jī)模組及運(yùn)動(dòng)臺(tái)的需求量約為1.2億人民幣，并將以每年30%的增幅遞增。

今年，全球性芯片供給不足，先進(jìn)封裝、先進(jìn)制程等國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備需求量陡增，同時(shí)對(duì)精密運(yùn)動(dòng)模組的精度等性能要求也在相應(yīng)提高，此類半導(dǎo)體設(shè)備所需的精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)定位精度在1μm左右。預(yù)計(jì)今年此類半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)直線電機(jī)模組及運(yùn)動(dòng)臺(tái)的需求量約為0.5億人民幣，并將以每年30%的增幅遞增。

綜上，隨著國(guó)內(nèi)高端制造裝備需求的不斷提升，在國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷加速的趨勢(shì)下，精密/超精密運(yùn)動(dòng)模組具有巨大的市場(chǎng)空間。