射頻電源結(jié)構(gòu)及應(yīng)用分析

射頻電源是等離子體加工設(shè)備核心零部件

射頻電源是產(chǎn)生等離子體的核心零部件，對等離子體加工設(shè)備的加工能力和加工效果影響很大。主要影響領(lǐng)域包括半導(dǎo)體中刻蝕、薄膜沉積、離子注入、清洗去膠等環(huán)節(jié)和光伏中薄膜沉積環(huán)節(jié)，射頻電源的性能對形成的等離子體質(zhì)量和穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此對于輸出方式、輸出效率、輸出穩(wěn)定性等都有極高要求，是半導(dǎo)體零部件中高技術(shù)壁壘的零部件之一。

射頻電源價值約為設(shè)備成本12%，2022年射頻電源國內(nèi)市場空間約55億元

據(jù)SEMI統(tǒng)計，2022年全球刻蝕設(shè)備市場空間為184億美元，全球薄膜沉積設(shè)備市場空間為220億美元，射頻電源價值量約占等離子體加工設(shè)備12%，計算可得對應(yīng)射頻電源市場規(guī)模約為26億美元，考慮離子注入和清洗等環(huán)節(jié)，全球總空間約為30億美元。SEMI統(tǒng)計2021年半導(dǎo)體設(shè)備國內(nèi)銷售額約占全球28.9%，國內(nèi)市場空間約為60億元。

射頻電源主要被美商MKS、AE壟斷，國產(chǎn)化率幾乎為零

射頻電源由于自身高技術(shù)壁壘和研發(fā)難度，國內(nèi)市場長期被美商壟斷，主要企業(yè)為美國 MKS Instrument （萬國儀器）和Advanced Energy（先進(jìn)能源工業(yè)），2021年 MKS Instrument 半導(dǎo)體業(yè)務(wù)（包含其他產(chǎn)品）的營業(yè)收入為18.29億美元，Advanced Energy半導(dǎo)體業(yè)務(wù)（主要為射頻電源）的營業(yè)收入為7.1億美元。

中美貿(mào)易摩擦催化射頻電源國產(chǎn)替代，英杰電氣、恒運昌研發(fā)進(jìn)度領(lǐng)先

美國BIS于2022年10月7日出臺管制新規(guī)，管制措施適用于將美國設(shè)備或零部件出口到中國國內(nèi)的特定先進(jìn)邏輯或存儲芯片晶圓廠，國產(chǎn)射頻電源替代迫在眉睫。國內(nèi)設(shè)備商和電源企業(yè)陸續(xù)開始研發(fā)合作，其中英杰電氣和恒運昌的部分產(chǎn)品已經(jīng)取得了一定的驗證進(jìn)度，有望成為國產(chǎn)射頻電源的中流砥柱。

貿(mào)易摩擦加快設(shè)備國產(chǎn)替代，擴(kuò)容射頻電源市場

由于中美貿(mào)易摩擦，23-25年設(shè)備國產(chǎn)化率有望快速提升，國產(chǎn)射頻電源市場有望迅速擴(kuò)大。2022年國內(nèi)設(shè)備國產(chǎn)化率約25%，對應(yīng)國產(chǎn)射頻電源空間約14億元，我們預(yù)計，2025年設(shè)備國產(chǎn)化率有望超過50%，對應(yīng)國產(chǎn)射頻電源空間將超過30億元，驗證進(jìn)度領(lǐng)先的射頻電源企業(yè)有望率先受益。

相關(guān)企業(yè)

英杰電氣、恒運昌（未上市）、武漢凡谷、神舟半導(dǎo)體（未上市）等。

風(fēng)險提示

射頻電源需求不及預(yù)期，產(chǎn)業(yè)鏈驗證進(jìn)度不及預(yù)期。

射頻電源：等離子體加工設(shè)備的核心零部件

等離子體（Plasma）是等離子體加工設(shè)備的核心元素，是氣體分子或原子與外層電子分開的一種狀態(tài)，也稱為物質(zhì)的第四態(tài)。等離子體組成包含電子、離子、中性粒子及活性粒子、光子。形成方式包括強(qiáng)熱和電磁場兩種方式，存在形式通常也為兩種，一是完全電離形式，主要存在于核產(chǎn)業(yè)；另一種是局部電離形式，電離率通常只有0.001%，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體制造。

?

射頻電源（RF Generator）是等離子體加工設(shè)備的核心零部件。其工作原理是在密閉的真空壓力容器內(nèi)，利用真空泵獲得一定的真空度，然后射頻被饋入到真空室的兩個基板之間，在兩個極板之間產(chǎn)生一個變電場，氣體在電場中被電離，產(chǎn)生相對應(yīng)的離子，帶電粒子被加速不斷地碰撞氣體分子產(chǎn)生級聯(lián)效應(yīng)，從而產(chǎn)生了等離子體。

射頻電源主要應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域和光伏領(lǐng)域。射頻電源主要應(yīng)用于依賴等離子體進(jìn)行微觀精細(xì)加工的設(shè)備中，半導(dǎo)體中主要包括刻蝕（Etcher）、薄膜沉積設(shè)備（Thin film deposition）、離子注入設(shè)備（Ion implanter）和去膠機(jī)（Stripper）；光伏中主要應(yīng)用于Topcon、HJT和XBC等電池片生產(chǎn)中的鍍膜環(huán)節(jié)，光伏電池片產(chǎn)線中鍍膜設(shè)備價值占比達(dá)到了50%以上，對應(yīng)的射頻電源也有廣闊的市場空間。

射頻電源內(nèi)部通常分為五大模塊：AC-DC模塊、DC-DC模塊、DC-RF模塊、PA模塊和阻抗檢測模塊：AC-DC模塊是將市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡瑸殡娫磧?nèi)部控制線路板供電；DC-DC模塊調(diào)整直流電大小至適配使用；DC-RF模塊為晶體震蕩部分，產(chǎn)生正弦波信號，目前多用DDR數(shù)字模塊；功率放大模塊(Power Amplifier, PA)由固態(tài)晶體管組成，主要目的是把高頻信號，進(jìn)行功率放大，使得輸出功率達(dá)到輸出要求；阻抗檢測模塊主要為檢測控制電路，通過高頻測量電感檢測入射功率、反射功率，把該信號提供給主控制板（FPGA核心計算單元核）， 實現(xiàn)自動PID控制。此外還有射頻互鎖控制模塊(Interlock)：主要提供安全互鎖功能，比如射頻輸出線互鎖，高壓互鎖，射頻輸出互鎖，過溫互鎖等控制功能。

主流射頻電源頻率包括為400KHz、2MHz、13.56MHz、27.12MHz、40MHz和60MHz等。射頻電源由于應(yīng)用場景多樣，按照頻率和功率可分為不同型號。其中60MHz、40MHz和27.12MHz的射頻多作為刻蝕機(jī)的Source源；400KHz和2MHz多用于Bias源；13.56MHz既可以做Source源，也可以做Bias源，應(yīng)用范圍最廣。

射頻電源兩個主要應(yīng)用場景是刻蝕設(shè)備和薄膜沉積設(shè)備。其中刻蝕設(shè)備單腔通常應(yīng)用2-3臺射頻電源，1臺高頻電源作為Source源，用來產(chǎn)生等離子體；1-2臺低頻電源作為Bias源，用來給予偏壓電場，給離子加速。高頻電源作為Source源的好處在于能夠使等離子體中粒子發(fā)生更多次碰撞，從而獲得高密度粒子；低頻作為Bias源更易于給到粒子更高的速度和動能，使離子有更強(qiáng)的轟擊能力。

薄膜沉積設(shè)備是射頻電源的另一主要應(yīng)用。以PECVD為例，通常是將待沉積物質(zhì)在射頻作用下形成等離子體，再通過化學(xué)反應(yīng)在硅片表面完成沉積；PVD中同樣需要先形成等離子體，在反向電場的作用下加等離子體轟擊到腔體上方靶材上，擊落靶材粒子完成沉積；PEALD中同樣應(yīng)用等離子體來增強(qiáng)沉積能力。

射頻電源技術(shù)壁壘高，軟硬件研發(fā)均存在技術(shù)難點。由于刻蝕部分工藝需要射頻電源做脈沖模式輸出，既要求射頻電源極好的控制能力，還要保證輸出的穩(wěn)定性和精確性，主要包括大功率下對應(yīng)功率放大器的研發(fā)、應(yīng)用阻抗壓縮技術(shù)的寬頻段研發(fā)、阻抗匹配算法的研發(fā)以及去除過沖的相位控制技術(shù)等，預(yù)計完全突破仍然需要一定時間的研發(fā)與迭代，國產(chǎn)射頻電源任重而道遠(yuǎn)。

射頻電源設(shè)備價值占比約12%，國內(nèi)市場空間約60億人民幣

射頻電源市場空間廣闊。根據(jù)VLSI數(shù)據(jù)，薄膜沉積、刻蝕、離子注入機(jī)等等離子加工設(shè)備在整個生產(chǎn)線中價值占比超過50%，其中刻蝕設(shè)備和薄膜沉積設(shè)備價值均超過了20%。根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2022年全球半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備市場規(guī)模將達(dá)到184億美元，2022年全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到220億美元。

射頻電源在設(shè)備成本價值占比約12%，單價與功率大小成正比。射頻電源市場單價在10萬至50萬之間，高級電源如400k 50000W型號要百萬元以上，通常射頻電源在設(shè)備成本價值占比約12%，以此比例計算，刻蝕與薄膜沉積用射頻電源全球市場空間約為26億美元，結(jié)合離子注入和清洗，射頻電源全球市場空間約為30億美元。

?

國內(nèi)空間約60億人民幣，國產(chǎn)射頻空間隨設(shè)備國產(chǎn)化率提升而擴(kuò)容。據(jù)SEMI統(tǒng)計，2021年，半導(dǎo)體制造設(shè)備國內(nèi)市場約占全球28.9%，以此比例計算射頻電源國內(nèi)市場空間約為60億人民幣左右。2022年設(shè)備國產(chǎn)化率約為20%，對應(yīng)國產(chǎn)射頻空間為12億人民幣，預(yù)計2025年設(shè)備國產(chǎn)化率將達(dá)到50%，國產(chǎn)化射頻電源空間約30億人民幣以上。

射頻電源是實現(xiàn)自主可控的關(guān)鍵零部件，美國制裁新規(guī)刺激射頻電源國產(chǎn)替代需求。集成電路制造由于高精密性，對設(shè)備的尺寸精度控制能力、均勻性控制能力要求很高。我國集成電路制造起步較晚，在設(shè)備及關(guān)鍵零部件的研發(fā)程度上相較于國際一線設(shè)備廠商仍有差距，也成為了國外廠商制約我國芯片制造發(fā)展的一種手段。美國BIS于2022年10月7日出臺管制新規(guī)，管制措施適用于將美國設(shè)備或零部件出口到中國國內(nèi)的特定先進(jìn)邏輯或存儲芯片晶圓廠，主要是16/14nm以下節(jié)點的邏輯集成電路、128層以上的NAND存儲器集成電路、18nm及以下的DRAM集成電路。射頻電源也是“卡脖子”的關(guān)鍵零部件之一，是實現(xiàn)設(shè)備自主可控的必要條件，管制新規(guī)進(jìn)一步催化我國半導(dǎo)體設(shè)備及零部件國產(chǎn)化趨勢。

國產(chǎn)射頻電源進(jìn)展迅速，英杰電氣、恒運昌驗證領(lǐng)先。在中美貿(mào)易摩擦的背景下，我國等離子體加工設(shè)備商均面臨供應(yīng)鏈安全的“卡脖子”問題，國內(nèi)設(shè)備商和國產(chǎn)零部件企業(yè)陸續(xù)開始研發(fā)合作，射頻電源方面，國產(chǎn)電源廠商、英杰電氣和恒運昌的部分產(chǎn)品已經(jīng)取得了一定的驗證進(jìn)度，有望成為國產(chǎn)射頻電源的中流砥柱。

相關(guān)公司

英杰電氣（300820.SZ）：英杰電氣是國內(nèi)電源管理的龍頭企業(yè)，營收及凈利潤繼續(xù)保持高增長。公司成立于1996年，2020年創(chuàng)業(yè)板上市，為國內(nèi)中高端工業(yè)電源龍頭企業(yè)。公司下游覆蓋光伏（硅料、硅片電源）、泛半導(dǎo)體（集成電路、藍(lán)寶石、碳化硅）、玻纖冶金等多個領(lǐng)域。同時，公司也有新能源車充電樁及儲能領(lǐng)域布局。公司2022年營收12.83億元(YoY +94.34%)，歸母凈利潤3.39億元(YoY +115.47%)，營收及凈利潤繼續(xù)保持高增長，隨著半導(dǎo)體用射頻電源驗證進(jìn)度的逐漸落地，有望為公司打開第二成長空間。

?

恒運昌（未上市）：深圳恒運昌真空技術(shù)有限公司創(chuàng)立于2013年，是一家集等立體電源系統(tǒng)研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)制造、應(yīng)用維護(hù)、技術(shù)進(jìn)出口和國內(nèi)外貿(mào)易為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏設(shè)備、LCD設(shè)備、LED設(shè)備、生物工程設(shè)備、醫(yī)藥設(shè)備、玻璃深加工、卷繞鍍膜和先進(jìn)工業(yè)鍍膜等領(lǐng)域。

審核編輯：黃飛