半導(dǎo)體機(jī)器人行業(yè)前景如何

2月6日，國家工信部公布了最新的電子制造業(yè)數(shù)據(jù)，其中2024年我國集成電路(IC芯片)產(chǎn)量達(dá)到4514億塊，同比增長22.2%。據(jù)半導(dǎo)體咨詢公司TechInsights數(shù)據(jù)，2018年中國芯片自給率僅5%，到2023年芯片自給率已經(jīng)提升至25%。在中國芯片產(chǎn)量大增的背后，也少不了國產(chǎn)半導(dǎo)體機(jī)器人的身影。

自2017年中美貿(mào)易戰(zhàn)以來，國際地緣政治沖突加劇，技術(shù)和設(shè)備出口限制增加，過去許多依賴外資半導(dǎo)體設(shè)備的廠商，都開始尋求國產(chǎn)化替代方案，越來越多半導(dǎo)體制造企業(yè)對晶圓傳輸設(shè)備EFEM、Sorter、晶圓搬運(yùn)機(jī)器人等產(chǎn)品的國產(chǎn)化需求迫切。 在工業(yè)機(jī)器人行業(yè)日漸內(nèi)卷，各大廠商探索細(xì)分應(yīng)用市場的新周期下，半導(dǎo)體機(jī)器人會是個好生意嗎?

進(jìn)口近萬臺，國產(chǎn)份額不足10%

半導(dǎo)體機(jī)器人可以在晶圓轉(zhuǎn)移過程最大程度減少人類與敏感材料的接觸，在芯片加工過程提高出品的一致性，進(jìn)而提高芯片產(chǎn)量和產(chǎn)品良率。

目前半導(dǎo)體機(jī)器人產(chǎn)品主要有兩類，一類是以水平移動為主的晶圓搬運(yùn)機(jī)械手(SCARA機(jī)器人、R-θ型機(jī)器人)，一類是搭載機(jī)械臂與AGV組合的復(fù)合機(jī)器人，主要用于搬送、運(yùn)輸以及定位半導(dǎo)體晶圓，適用于半導(dǎo)體制造前端及后端工序，在磨削、拋光、刻蝕、擴(kuò)散、沉積、顯影、離子注入、裝配、包裝和測試等環(huán)節(jié)中均有應(yīng)用。

從市場參與者來看，半導(dǎo)體機(jī)器人外資品牌眾多，QYResearch數(shù)據(jù)顯示，包括布魯克斯(Brooks)、樂孜芯創(chuàng)(Rorze)、川崎機(jī)器人、安川電機(jī)、達(dá)誼恒(DAIHEN)、捷益爾(JEL)、三協(xié)(Nidec Sankyo)等在內(nèi)的美日歐韓外資企業(yè)壟斷了全球約九成市場，國產(chǎn)機(jī)器人所占份額不足10%。

目前實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)的國產(chǎn)企業(yè)較少，沈陽新松機(jī)器人、臺灣上銀科技、臺灣三和技研占有一定市場份額，近年也涌現(xiàn)了一批新進(jìn)入者，如京儀裝備、新時達(dá)眾為興、大族富創(chuàng)、果納半導(dǎo)體、翼菲機(jī)器人、昀智科技等企業(yè)正積極布局半導(dǎo)體機(jī)器人。

在先進(jìn)制程領(lǐng)域(28nm以下)，半導(dǎo)體設(shè)備和晶圓機(jī)器人對精度要求高，價格昂貴，外資市場占有率較高;而在成熟制程領(lǐng)域(28nm以上)國產(chǎn)廠商和外資廠商正展開激烈競爭。據(jù)美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，中國的成熟制程芯片產(chǎn)能在全球占比達(dá)到33%，復(fù)合年增長率為12.1%，國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在成熟制程芯片自動化生產(chǎn)中存在巨大的增量應(yīng)用空間。

據(jù)中國海關(guān)總署數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國芯片工廠專用自動搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)口量從2019年的3436臺，增加到2024年的9972臺，年復(fù)合增長率達(dá)23.7%。

盡管2024年進(jìn)口半導(dǎo)體機(jī)器人數(shù)量同比下滑了4個百分點(diǎn)，但體量規(guī)模仍保持在1萬臺左右，進(jìn)口金額達(dá)到32億元人民幣，半導(dǎo)體行業(yè)對晶圓搬運(yùn)機(jī)器人的需求仍然旺盛。

如果僅從市場空間來看，半導(dǎo)體芯片產(chǎn)量及行業(yè)規(guī)?！罢粽羧丈稀保雽?dǎo)體機(jī)器人需求旺盛，每3臺進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人中就有1臺是半導(dǎo)體機(jī)器人，國產(chǎn)品牌市場覆蓋率極低，半導(dǎo)體機(jī)器人似乎是一門“好生意”，但高工機(jī)器人在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體機(jī)器人行業(yè)的難度挑戰(zhàn)和其展現(xiàn)出的“蛋糕”誘惑不相上下。

首先在技術(shù)上，晶圓廠的生產(chǎn)車間對潔凈等級要求高，空間布局復(fù)雜，可部署空間有限，加上生產(chǎn)工序繁復(fù)，訂單需求柔性，難以形成快速有效的流水線生產(chǎn)。

晶圓搬運(yùn)機(jī)器人需要在狹小的空間中完成對晶圓的精準(zhǔn)定位和運(yùn)輸，并集成到半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中，通常采用緊湊的模塊化設(shè)計(jì)，其傳感器、視覺系統(tǒng)和驅(qū)動電機(jī)必須非常精確，精確到亞毫米級，要兼顧移動速度、工作精度、運(yùn)行穩(wěn)定性。

其次在需求端，國內(nèi)每年新建大型晶圓廠數(shù)量有限，大多通過半導(dǎo)體設(shè)備商“打包式”間接采購機(jī)器人，對半導(dǎo)體設(shè)備和機(jī)械手的采購量也較為固定，整體市場體量有限。一位業(yè)內(nèi)人士告訴高工機(jī)器人，按照國內(nèi)新增晶圓廠的發(fā)展規(guī)模，理想情況下每年半導(dǎo)體機(jī)器人新增的出貨量也就在2萬臺以內(nèi)，很難和新能源、汽車、3C電子等行業(yè)的機(jī)器人出貨體量相比。

在價格層面，國外半導(dǎo)體機(jī)器人行業(yè)伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展，積累了30年以上的成熟應(yīng)用，產(chǎn)品和技術(shù)經(jīng)過多次迭代。憑借技術(shù)優(yōu)勢，許多外資品牌一旦降價競爭，其出貨價格甚至?xí)陀趪a(chǎn)廠商的成本價。

根據(jù)海關(guān)總署公布的進(jìn)口數(shù)據(jù)，晶圓搬運(yùn)機(jī)器人的進(jìn)口平均單價已從2020年8.8萬美元/臺下降到2024年4.5萬美元/臺，4年內(nèi)降幅高達(dá)48%，市場的價格戰(zhàn)已經(jīng)打響。

打破壟斷的挑戰(zhàn)雖然艱巨，但隨著海外國家對半導(dǎo)體貿(mào)易的限制與制裁，國產(chǎn)化替代的潮流不可阻擋，從半導(dǎo)體的材料、零部件、制造設(shè)備、機(jī)器人等硬件，到編程算法、人工智能、機(jī)器視覺系統(tǒng)、底層操作系統(tǒng)等軟件層面，國產(chǎn)廠商都有大量機(jī)會。

國產(chǎn)廠商起步爬坡，發(fā)揮本土化差異化優(yōu)勢

當(dāng)前國產(chǎn)半導(dǎo)體機(jī)器人廠商大多在起步階段，產(chǎn)品多用于工廠實(shí)驗(yàn)、測試階段，只有少部分實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，能在國內(nèi)市場占有一席之地。而傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人本體廠商還較少涉及，新進(jìn)入者大多是半導(dǎo)體行業(yè)設(shè)備廠商，或者是原本就有半導(dǎo)體基因的初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)在研發(fā)。

新松機(jī)器人是國內(nèi)最早研發(fā)晶圓搬運(yùn)機(jī)器人的本土企業(yè)之一，2009年因承擔(dān)國家“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”項(xiàng)目(“02專項(xiàng)“)進(jìn)入半導(dǎo)體機(jī)器人領(lǐng)域，目前開發(fā)了Archer、PHOENIX、SM、SRB系列真空機(jī)械手、Blade系列大氣機(jī)械手等10余種半導(dǎo)體機(jī)器人，其新一代Centaur真空機(jī)械手的重復(fù)定位精度誤差小于0.02mm。

據(jù)上市公司報告披露，2024年上半年，新松機(jī)器人的半導(dǎo)體裝備業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了3.20億元的營收，5355萬的利潤，營收同比大幅增長246.26%。在去年5月份，新松機(jī)器人聯(lián)合8家國資一起為“新松半導(dǎo)體”注入了4億元投資，展示了其對半導(dǎo)體設(shè)備及機(jī)器人業(yè)務(wù)的看好，新松機(jī)器人表示，將進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高真空機(jī)械手的搬運(yùn)節(jié)拍速度和傳輸精度。

京儀裝備此前主要做半導(dǎo)體溫控設(shè)備，在2018年首次推出晶圓搬運(yùn)機(jī)器人，目前直線型、回轉(zhuǎn)型晶圓搬運(yùn)機(jī)器人有5個系列。據(jù)其財(cái)報披露，京儀裝備已與長江存儲、中芯國際、華虹集團(tuán)等合作交付，主要用于90nm到28nm邏輯芯片的晶圓下線、傳片、翻片、倒片、出廠。在2024年上半年，其晶圓傳片設(shè)備收入為855萬元。

新時達(dá)眾為興在2020年首次完成了晶圓搬運(yùn)機(jī)器人的開發(fā)，目前已經(jīng)推出了11個型號的晶圓搬運(yùn)機(jī)器人，包括單臂、雙臂、立式爐專用、片盒搬運(yùn)等系列，其產(chǎn)品最優(yōu)重復(fù)定位精度達(dá)±0.05mm，可以應(yīng)用在打磨、拋光、擴(kuò)散、退火、涂膠顯影、光刻、薄膜沉積等工藝和設(shè)備中，目前已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)模擬芯片、功率芯片、傳感器芯片的晶圓廠中。

此外值得一提的是，國產(chǎn)廠商在移動機(jī)器人+協(xié)作機(jī)器人的晶圓搬運(yùn)方案上也有諸多創(chuàng)新。過去晶圓廠主要采用AMHS天車方案進(jìn)行移動運(yùn)輸，近年來復(fù)合機(jī)器人形態(tài)的晶圓搬運(yùn)機(jī)器人也開始在晶圓應(yīng)用。

2021年半導(dǎo)體巨頭英飛凌在23000平米的無塵工廠應(yīng)用了17輛庫卡移動晶圓機(jī)器人;上海大族富創(chuàng)得在2019年開發(fā)出人形手臂AGV機(jī)器人方案，用于替代天車運(yùn)輸系統(tǒng)，并在去年建廠用于研發(fā)智能真空傳輸系統(tǒng)與晶圓抓取智能機(jī)械手。

其他如優(yōu)艾智合、斯坦德機(jī)器人、迦智科技、仙工智能、節(jié)卡機(jī)器人等企業(yè)均有自主開發(fā)或與合作伙伴一起開發(fā)AMR/復(fù)合機(jī)器人用于晶圓盒/晶圓片的搬運(yùn)。

一手抓創(chuàng)新，一手搞差異化。在國產(chǎn)廠商如何差異化競爭上，一位從業(yè)者告訴高工機(jī)器人，首先在技術(shù)應(yīng)用上，國產(chǎn)品牌要基本實(shí)現(xiàn)機(jī)器人功能的平替，再通過量產(chǎn)和成本控制，發(fā)揮價格與服務(wù)優(yōu)勢。

目前外資品牌在國內(nèi)大多只提供標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人產(chǎn)品，國產(chǎn)廠商可以通過本地化優(yōu)勢，為晶圓廠、設(shè)備廠提供生產(chǎn)線的機(jī)器人定制化服務(wù)。

現(xiàn)階段，因?yàn)?01調(diào)查、實(shí)體清單等制裁原因，許多知名晶圓廠、設(shè)備廠帶頭使用國產(chǎn)品牌，降低了半導(dǎo)體機(jī)器人的入場門檻，長遠(yuǎn)來看，在叩響半導(dǎo)體機(jī)器人的應(yīng)用市場大門之后，還有更為廣闊的空間等待中國機(jī)器人企業(yè)去挖掘。