近年來，隨著中國泛半導體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，支撐顯示面板、化合物半導體、光伏、PCB、生物醫(yī)藥等行業(yè)的關(guān)鍵、核心國產(chǎn)高端制造裝備迎來了爆發(fā)式的增長，使得滿足上述行業(yè)發(fā)展需求的國產(chǎn)高端制造裝備對上游供應鏈的需求量也大幅提升，特別是今年以來尤為顯著。作為精密檢測類裝備中的核心子系統(tǒng)，精密/超精密運動模組的市場需求也出現(xiàn)了大幅增長。據(jù)不完全統(tǒng)計，2017-2020年上半年國內(nèi)地區(qū)對高端精密運動系統(tǒng)的需求量約為3.5-4.0億元/年，未來在國產(chǎn)化和下游需求的驅(qū)動下，預計未來五年市場規(guī)模有望達到6億元/年。本文將集中聚焦國內(nèi)外精密/超精密運動模組進行分析。

高端制造裝備的技術(shù)迭代，對精密運動系統(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動系統(tǒng)，具體分類如下表所示。高端精密運動系統(tǒng)領(lǐng)域國外進口廠商主要包括美國Aerotech(成立于1969年)、美國Newport(成立于1970年)和德國PI等。中國高端精密運動模組市場主要由境外廠商主導，2020年度Aerotech、Newport和PI等國外廠商占據(jù)了接近70%的市場份額，中國廠商占有約30%的市場份額。

精密/超精密運動模組相關(guān)技術(shù)指標實現(xiàn)的功能

對于精密/超精密運動模組而言，定位精度和重復定位精度是評價其性能能力的主要指標。另一方面，運動直線度、運動行程、運動自由度等數(shù)量指標參數(shù)決定了系統(tǒng)的精密性、復雜性及難度，同時也是考量運動模組產(chǎn)品技術(shù)水平的標準。其中，直線度指標決定了運動系統(tǒng)在運動中的準直性，并直接影響系統(tǒng)平行性與正交性;對于大尺寸、大運動行程的精密運動模組而言，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/超精密運動模組的定位精度、重復定位精度、運動直線度作為對比參數(shù)。精密/超精密模塊的定位標準劃分如下：

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

精密/超精密運動模組的發(fā)展歷史

精密運動模組的發(fā)展與大規(guī)模應用離不開市場的需求牽引。以直線電機為驅(qū)動單元的精密模組、精密運動臺的發(fā)展，與市場對精度等級、高速高加速的需求不斷升級密不可分。2012年之前，國內(nèi)諸如一類XY等多軸定位運動臺，主要以伺服或步進電機為驅(qū)動單元，通過絲杠傳動，將電機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為載物臺的直線運動，精度等級為幾十微米。

2013年，以蘋果手機的需求為牽引，馬達線、點膠機、玻璃制備、力控測試、HOME鍵測試、揚聲器、視覺、語音識別等細分市場，在長三角與珠三角地區(qū)爆發(fā)。多年的市場錘煉造就了一大批優(yōu)秀的自動化設(shè)備廠，上述廠商開始逐漸使用直線電機驅(qū)動的直線模組及精密運動臺。此時，市場對直線模組的精度需求為10-20微米等級，屬于傳統(tǒng)絲杠傳動精度的極限邊界。因此在這段時間，傳統(tǒng)絲杠傳動模式與直線電機驅(qū)動模式之間發(fā)生了強烈的博弈。

2015年，隨著激光器的逐漸成熟，大陸地區(qū)的激光切割、激光加工等細分市場突起，帶動了諸如玻璃屏幕切割、手機殼激光毛化處理、后視鏡切割、激光打標等細分市場的增長，隨著激光器及其工藝的成熟發(fā)展，帶來了對精密直線模組精度需求的提高，對定位精度、重復定位精度、速度、加速度等指標提升了一個等級，精度需求逐漸過渡到5-10微米左右的中端產(chǎn)品精度等級。因此，直線電機驅(qū)動的精密直線模組與精密運動臺得以大規(guī)模、大批量應用。在此背景下，涌現(xiàn)出一大批直線電機及其模組制造商，極大地加速了國產(chǎn)自動化裝備的發(fā)展。

2018年，中興事件的爆發(fā)加速了大陸地區(qū)半導體設(shè)備國產(chǎn)化進程，尤其是后道工藝制程設(shè)備。6/8/12英寸硅基晶圓AOI檢測、4/6英寸碳化硅晶圓AOI檢測、芯片分選機等半導體封裝、晶圓wafer隱性切割、檢測設(shè)備逐漸進入國內(nèi)知名的半導體Fab廠，并得以批量應用。由于半導體設(shè)備對精度等級的要求較高，因此該細分市場帶動了精密運動模組的精度等級的全面提升，半導體檢測設(shè)備所需的定位精度小于5微米，使得半導體設(shè)備中精密定位系統(tǒng)幾乎全部采用了直線電機驅(qū)動的精密運動模組，預計今年半導體設(shè)備對直線電機模組及運動臺的需求量約為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，直線電機驅(qū)動的精密運動模組在該細分市場中逐漸勝出，淘汰傳統(tǒng)絲杠傳動模式。目前該細分市場中的直線定位系統(tǒng)幾乎被直線電機驅(qū)動的精密運動模組所壟斷，顯示面板制備設(shè)備中的精密運動系統(tǒng)所需的定位精度小于5微米。預計今年顯示面板設(shè)備對直線電機模組及運動臺的需求量約為0.85億人民幣，并將以每年25%的增幅遞增。

2019年，5G技術(shù)帶來了巨大的細分市場需求，包括線路板LDI曝光、銅板打孔、顯影、AOI檢測等等。在線路板制備工藝中，最為復雜的即為LDI曝光，據(jù)不完全統(tǒng)計，今年P(guān)CB板曝光LDI設(shè)備的國內(nèi)需求量為600臺左右，折合約12億人民幣。由于LDI曝光設(shè)備對精度要求比較高，精密運動系統(tǒng)所需的定位精度小于5微米，因此驅(qū)動單元幾乎全部采用直線電機，預計今年LDI設(shè)備對直線電機模組及運動臺的需求量約為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，先進封裝、先進制程等國產(chǎn)半導體設(shè)備需求量陡增，同時對精密運動模組的精度等性能要求也在相應提高，此類半導體設(shè)備所需的精密運動系統(tǒng)定位精度在1μm左右。預計今年此類半導體設(shè)備對直線電機模組及運動臺的需求量約為0.5億人民幣，并將以每年30%的增幅遞增。

綜上，隨著國內(nèi)高端制造裝備需求的不斷提升，在國產(chǎn)化進程不斷加速的趨勢下，精密/超精密運動模組具有巨大的市場空間。