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洁净车间技术需要不断创新发展

文章作者:admin 上传更新:2018-03-01 20:18
洁净车间工程行业是一个需求驱动的行业,需求端技术要求的不断提高为洁净车间行业提出了更多更新的要求,推动洁净车间行业技术创新。作为现代技术的支持性行业,现代技术向微观化、集成化的发展,对洁净技术和整个洁净行业提出了更迫切的要求。当前半导体技术已经进入了纳米的层次,平板显示技术从TFT向AMOLED等新型显示技术方向发展,纳米新材料技术在各方面的应用,基因技术的发展和普及,以及航天航空技术、智能制造技术等都无不对洁净技术提出新的要求。这种迅速变革的需求也正在促进整个洁净车间工程行业的转型升级,成为推动我国,以至于全球洁净行业的推动力量。而传统领域对洁净技术的需求虽然也有所提高,如食品生产和流通、医疗制药、精密仪器、数据中心、生物工程中心、化妆品生产等领域,但是增长速度维持在一定的水平,属于传统的洁净车间需求领域,其对洁净车间技术的要求也相对较低。因此未来洁净车间工程行业将面临行业分化的发展状况,不排除在一些高端领域形成专业性较强公司在一定范围内垄断的局面。
1.全球技术变革和产业升级对洁净工程提出新的技术要求
当前全球正处于由工业社会向信息社会转型的时期,各种新型技术层出不穷地出现,而传统技术却在迅速地退出市场。在这种转变的过程中,最明显的变化是各种新型信息技术向生产生活领域的广泛渗透。与此相伴是材料技术、能源技术、生物制药技术、基因技术等的新技术的协同发展,共同催生了当前社会形态和生产方式的急剧变革。如物联网技术、航空航天等空间探测技术、新型显示技术、智能制造技术、机器人技术、深海探测技术、增材制造技术、量子计算技术等都以新的形态出现在现代生产生活中。而这些新型技术都对生产环境提出了更高、更新的要求,传统的洁净技术已经不能够满足新技术对微加工、微集成、零干扰等方面提出的要求,亟待新型洁净技术为这些新技术提供新的生产环境。
1.1半导体技术的升级和市场需求的扩展将引领未来洁净技术的发展
首先从技术方面来看,半导体技术已经即将进入更先进的5纳米阶段,近期Intel公司提出的下一代晶体管结构是纳米线FET,台积电也已经宣布在该领域的研发成果已经进入到在不久的将来可以量产的发展阶段,对于5纳米的生产线来说,根据16/14纳米的经验,以每1000硅片需要1.5亿至1.6亿美元计,推测未来的5纳米制程,未来建设一条芯片生产线需要100亿美元是完全有可能的。这样即使洁净车间工程费用按照生产线的10%计算,未来每建一条生产线所需要的洁净车间的费用也达到60亿元人民币。
信息处理技术正在推动半导体产业进入更宽广的应用领域。物联网技术的发展促进对传感器和微机电系统的需求,另外智能手机等移动终端、机器人的普及也引发了对相关传感器和微机电系统等的需求。而且这样的需求增长非常迅速,智能手机的增长率尽管2015年有所下滑,但是也维持在20%左右。在政策扶持和市场应用的推动下,国内传感器市场规模迅速增长,从2010年的397亿元上升至2014年的865亿元,年均增长率达21.4%。未来几年,在可穿戴设备、物联网、汽车和医疗等领域的传感器应用的增速将高于全球平均水平,并有望在2020年超过3000亿元。杰里米﹒里夫金在其所著的《零边际成本社会》一书中表示,2007年,全球大约有1000万个传感器将各种类型的人类发明连接到物联网上。2013年,该数据达到35亿个,到2030年预计将达到100万亿个。这些需求都呈现快速增长的态势。
1.2显示技术向AMOLED的变迁成为洁净行业未来重要的市场增长点
显示市场目前正在蓬勃发展,并且不断出现新的产品,消费者对各种产品的需求也在持续提升。在过去的几年内,大部分消费者可以在自己的已经积累了不少拥有显示屏的科技产品,从PC到笔记本电脑、智能手机、电视、平板电脑甚至是智能手表和健身腕带等。随着未来移动网络的发展,以及各种应用的不断成熟,这样的显示屏将会快速增加。
在预期市场需求快速增长的背景下,显示技术由传统的TFT技术向AM-OLED演进的趋势已经非常明显。随着技术的发展,目前的LCD技术将会消亡,取而代之的将会是CCFL管背光和扩展色域(extended gammut)技术,之后有LED背光技术,再之后是OLED技术。相比传统TFT材质屏幕,AM-OLED屏幕具备着响应速度快,自发光,显示效果优异以及更低电能消耗的优点。而早期AM-OLED屏幕所面临的面板尺寸有限以及寿命相比TFT较短的缺陷也在不断革新的技术支持下差距不断缩小。目前AM-OLED技术已经取得了实质性进展,苹果手机已经计划于2018年推出AM-OLED手机。和辉光电、天马、友达光电都已经开发出了AM-OLED面板。相关行业专家预计,未来10年将是AM-OLED技术逐渐替代目前TFT技术的关键时期。
目前困扰AM-OLED技术的是其不良率,即使如三星等企业其良品率也仅为70%-80%。在工艺方面已经基本成熟之后,则相关洁净技术的发展将会是制约AM-OLED普及的一个重要瓶颈。AM-OLED的基础是有机物发光体,成千上万个只能发出红、绿或蓝色这三种颜色之中一种的光源被以一种特定的形式安放在屏幕的基板上,这些发光体在被施加电压的时候会发出红、绿或者蓝色光。而技术的进一步微型化,增加了对洁净车间技术的挑战。
1.3传统需求持续增长及其对节能的要求带来洁净车间工程市场的底层技术革新
除去这些新需求之外,全球范围内如生物制药、医疗卫生、食品饮料、化妆品等传统的洁净车间需求随着人们生活水平的提高也在进一步稳定增长,而制造技术的变革引发的3D技术,汽车、飞机、游艇和深度潜水工具的普及,尤其是科研实验室、化工技术、材料技术、新能源技术等的发展,为全球洁净车间开拓了新的、更大的空间。尤其是材料技术向纳米技术的不断迈进,以及基因技术在医药领域的应用等都向全球洁净车间市场释放出快速增长的需求。
随着人们生活水平的提高和生产向精益和微型化发展,尤其是在高端需求领域不断的技术突破所释放的新需求的推动下,全球洁净车间市场保持稳健快速增长的态势。近年来全球经济的增长速度不足3%,而洁净车间的增长速度保持在10%以上的速度增长。并且相信随着人们生活水平的进一步提高,以及技术不断地向微观化、精益化的纵深发展,洁净车间生产规模会进一步稳定发展,为人类的生产和生活提供更清洁、更干净的环境。
从技术的角度来看,市场竞争的加剧以及人们环境保护意识的提高,大多数传统的洁净技术行业面临着节能改造的要求。毕竟对于很多洁净技术企业而言,洁净方面的能源消耗占到了企业经营成本的一个较大部分,采用节能技术能够为企业带来直接的经济效益。而且传统工艺的改进,也带来了洁净技术的改进要求。
从区域市场发展来看,亚太地区由于近年来一直是全球增速较快的区域,而且集聚了全球绝大多数的半导体、显示器生产企业等市场主要需求方。但是由于近年来中国经济增长进入新常态,尤其是日本的半导体和显示器生产企业经营状况普遍不是很好,而韩国的相关企业也在半导体和显示产业方面发力甚少,其次北美和欧洲各国市场已经趋于饱和。总之,洁净车间市场在2014年和2015年出现了增长趋缓的态势,这主要是传统技术市场已经趋于饱和,而新技术还处于产业化前期这样的一个转型阶段的特有现象,而且整体市场基数已经逐年增大,所以同样的增量显示在增长率方面就会变小。相信随着未来显示技术、半导体技术,以及其他相关技术的逐渐成熟和大规模应用,会带来洁净车间工程更高的技术要求和更快的市场增长。
2.技术专业化发展诱发产业分化,洁净车间行业向专业化发展
洁净技术随着应用领域的不同,其技术着眼点也存在差异。随着市场空间的扩展和技术需求的专业化演进,洁净车间工程行业呈现出进一步专业化发展的态势。
2.1高端市场强调技术与服务,市场专业化发展趋势明显
除了洁净技术要求相对不是很高的食品、化工、医疗卫生、实验室等行业的洁净车间市场依然由大量的中小洁净车间施工企业占有外,伴随着半导体和显示领域新技术的成熟,原先的一些大中型洁净技术企业逐渐向专业化方向发展。这些大中型洁净技术企业往往依托于自身的技术优势,选择自身的专业领域开拓市场,形成了良性发展的态势。
2.2 AMC、交叉污染防治和微震控制等成为洁净技术发展的前沿
从技术的角度来看,分子层面的污染控制、交叉污染防治,以及微震控制等技术成为当前洁净技术发展的重要关注点。当然随着洁净技术应用领域的不同,其要求也会存在较大的差异,如洁净车间内压力的控制,洁净技术向AMHS(Automatic Material  Handling System)的延伸,以及洁净车间节能、气流分析与控制等都会是洁净技术提供企业需要关注的技术焦点。
AMC对当前的IC生产其潜在的污染控制范围要比粒子污染要广泛很多,粒子污染控制只要确定粒径及个数,但对AMC控制而言,除了受芯片线宽的缩小而变化外,并受工艺、工艺设备、工艺材料及园片传送系统等的影响,更有甚者,用于某一工序的各种工艺材料(化学品、特种气体等)其微量的分子对下一工序往往可能就是污染物。目前半导体芯片加工工序当前已多于300多个独立工序,对AMC控制指标的确定更是复杂。因此,IC生产对AMC的控制,对不同的产品、不同的工艺、不同的工序及不同的工艺材料会有不同的要求,对各种污染物质的要求当前总的说法是控制在亚pptm~1000pptm间,随着相关工艺的进一步发展,这种控制范围还需要进一步缩小。
3.我国洁净车间工程市场需求分析
我国是全球洁净市场的重要组成部分,大致占到了全球洁净市场的20%左右。尤其是随着近年来我国在半导体和显示产业领域的发力,以及医疗和科研改革的不断深入,我国在洁净工程市场方面更是表现出强劲的市场需求。
3.1半导体产业对洁净车间工程未来市场的需求可期
半导体技术是电子信息领域的基础和核心,但是“缺芯少核”一直是困扰我国电子信息产业长期健康发展的重要障碍。这种状况不仅导致我国半导体企业,甚至整个电子信息制造业利润微薄,而且引发了诸如信息安全、国际贸易歧视等方面的问题。随着国家对信息安全和自主知识产权的高度重视,未来几年我国半导体产业将迎来产业转型和政策扶持的双重利好,具备高速成长的条件。
3.2 AM-OLED等新型显示技术日趋成熟,已近产业变革临界点
全球新型显示产业主要集中在日本、韩国、我国台湾地区,在全球薄膜晶体管液晶显示产业竞争中,日本、韩国和我国台湾地区已占据全球90%以上的份额。目前,韩国三星(SDI)和LG、台湾友达和奇美、日本夏普排名全球薄膜晶体管液晶显示面板厂商前五名。我国国内(大陆地区)新型显示产业基地主要集中在环渤海湾、长三角、珠三角地区,以及合肥、武汉、成都、西安等地区。
  为推动我国制药行业GMP的国际化进程,我国出台新版GMP-2010,于2011年3月1日起实施,并设置不超过5年的过渡期,即2015年12月为过渡期的最后期限。根据目前的认证情况来看,大约近2000家企业由于没有经过认证而退出该市场,所以未来几年制药企业洁净车间工程需求将减少,但是并不意味着未来几年制药企业就不需要洁净车间技术,毕竟很多企业还需要产能扩张,甚至建设新的药厂,以及进行必要的改造和升级等。还有些制药企业需要更高级别的洁净技术相关认证等方面的需求。
在药品行业,中国是仅次于美国和日本的世界第三大市场,而且未来随着人们健康意识的提高,增长潜力惊人。相关调查估计,2015年的药品消费额已达750亿美元,约合4653亿元人民币。自2009年以来,我国药品销售额的年复合增长率接近25%。收入的增长和老龄化的加速意味着中国对药品的需求还将继续飙升。医保覆盖范围的扩大,理论上也会刺激药品需求。外资在华建厂,正是看准了国内不断增长的对药物的需求。
     
4.1  2015年我国洁净车间工程行业主要市场分析
      从2015年洁净车间工程的细分行业的角度看,电子行业依然是洁净工程市场最大的需求方,但是在整个市场份额中的比重在逐渐下降,基本与医疗食品、高端制造等板块形成了三足鼎立的格局。形成这样情况的主要原因是智能制造、新能源、新材料等的发展,开创了新的市场空间。2015年集成电路、新型显示和半导体照明等产业平稳增长,主要处于技术转型的关键时期,平均年增长率维持在15%左右。太阳能电池在经历国际市场的需求下滑之后于2014年开始逐步反弹,正处于市场恢复的阶段,增长相对迅速。
医疗卫生和食品加工行业增长平稳,但是国家放宽了民营医院进入的门槛,促进了医院的建设,但是很多民营医院规模有限,对洁净工程市场的需求有限,但还是从整体上高于食品行业洁净车间市场的增长。2015年由于是制药及医疗器材行业我国国家新版GMP强制认证的最后一年,所以还是爆发出相对强烈的市场需求。当然也有很多制药企业出于经济效益的考量,最终放弃了GMP的认证。
从我国“十三五”规划来看,工业和信息化部将航空发动机及燃气轮机、深海空间站、量子通信与量子计算机、脑科学与类脑研究、深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统、煤炭清洁高效利用、重点新材料研发及应用、天地一体化信息网络、高档数控机床、深海探测、核医学影像设备、新能源汽车等近百项技术作为“十三五”期间的重点,而这些技术和应用会不同程度利用到洁净车间相关技术。这些都为洁净技术的创新应用提出了新的要求,开拓出新的市场空间。
 
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