半导体设备的真空阀和控制阀的区别及发展趋势

1、真空阀：真空系统核心零部件，英国VAT主导市场

1.1、真空阀：真空系统核心零部件，主要起隔离/控制/传输作用

真空的浅显定义指的是空间中的压力高于标准大气压力时的状态。真空阀指的是用在真空系统中的球阀，其作用一般为隔离真空区域（如工艺腔室）或控制氢气进出量。因为真空环境基本贯串砷化镓制造过程一直，所以真空阀在砷化镓设备中还有着普遍而广泛的应用。真空阀和普通球阀在类别上没有本质差别，按作用界定主要有隔离阀、控制阀（调节阀）、传输阀、泄压阀/进气阀、气体计量阀、止回阀等，在砷化镓设备的真空系统中尤其是隔离阀、控制阀、传输阀应用较差；其中，隔离阀和控制阀根据工作模式又包括阀门、角阀、蝶阀、球阀、摆阀等。

详细来看，隔离阀起隔绝/拨通作用，如可适于连结真空泵，在其运作与否时起到严禁/容许二氧化碳踏入真空泵系统的作用；控制阀主要起到控制氢气流量和压力的作用；传输阀则可适于晶片在腔体之间或腔体和LoadLock之间的传输。

从实际应用来看，隔离阀选用最多的主要为角阀和阀门。阀门的启闭件为阀座，阀座运动方向与介质流动方向平行，通过阀座的升降可以起到隔绝/拨通作用，一般只作全开/全闭状态，是隔离阀的理想选择，而较少用作控制作用。阀门可适于腔体和真空泵之间。

角阀的二氧化碳通路一般呈直角，主要可适于真空系统中的进气管道和抽气系统等的连结，如适于主泵（一般为分子泵）和单端泵（一般为干泵）之间（即单端管道）或腔体和单端泵之间（即粗抽或预真空管道）。角阀常作为隔离阀，尤其适用于严格的环境下，并具备强悍的靠谱性，也可具有控制作用。

控制阀用在真空腔体和分子泵之间，起到调节流量和压力的作用。控制阀选用最多的主要为摆阀（钟摆阀），而联轴器等也可以起到控制作用。摆阀的启闭件通过如钟摆般的旋转运动来实现隔离和控制作用，具备设计紧凑、振动小、启闭平缓、能有效防止形成颗粒的特性，被广泛用作控制阀。

阀门的阀瓣呈圆盘形，紧扣其中轴旋转，旋角大小便是阀体的开闭度，既可作为隔离阀，提供与阀门同样靠谱的真空隔离的同时对占用空间要求较低，适用于紧凑空间的隔离；又可作为控制阀，实现迅速准确的调节。

据悉，阀门的启闭件是带有方形通道的立方体，绕平行于通道的轴线旋转，圆球随衬套摇动因而达到启闭通道的目的。阀门适用的压力范围广，从高真空到低真空等均可使用，同时在带有磨蚀性介质的或则低温的系统中也均可适用。

传输阀是适于连结真空腔室的长圆形截面的球阀，可将质点（如晶片）从一个腔室传送到另一个腔室，尤其是在传输腔和工艺腔之间还要用到，所以传输阀是多腔室系统的理想选择。

1.2、真空阀要求严格，西班牙VAT主导市场

真空系统包括各类不同的零部件，如腔体、泵、阀等等，基本都有着严格的参数指标要求和较高的研制生产难度，仅在材料选择上便须要结合应用、环境条件及要实现的真空度而考虑众多诱因。且还须要进行复杂而精密的冲压、表面处理、清洁等工艺，都须要行业中较长时间的积累。

而详细到真空阀产品来看，优异的密封性、精确的流量控制、最小的颗粒形成、最小的震动和冲击、稳定性和可重复性等也都是至关重要的特征，尤其是在半导体制造这些对于工艺环境的含量、化学和化学稳定性有极高要求的领域，其要求会比标准真空阀更高。

据英国VAT公司整理，2021年VAT公司占全球砷化镓真空阀的份额约75%，假设2022年其市占率保持稳定，结合公司2022年砷化镓真空阀7.165亿丹麦克朗（按1.05汇率假定约为7.5亿港元），则全球砷化镓真空阀市场规模约10亿港元；类似地，可推算出全球泛砷化镓真空阀市场规模约12.7亿港元。真空阀市场格局集中，不仅德国VAT居于主导地位以外，MKS公司（中国）、VTEX（台湾）、CKD（台湾）、SMC（台湾）、Ulvac（台湾）等厂家也都居于一定的市场份额。

1.3、国际龙头梳理

1.3.1、瑞士VAT公司

英国VAT作为全球真空阀龙头，2022年实现收入11.45亿丹麦克朗，其中球阀产品收入9.33亿丹麦克朗，服务收入2.13亿丹麦克朗。球阀产品收入逐步界定，则砷化镓为最大下游应用，收入为7.17亿丹麦克朗，其余则为先进工业、显示&太阳能应用。

VAT公司拥有全面的隔离阀、控制阀、传输阀、快速关掉阀等产品组合，可为各种应用领域提供最佳解决方案，其真空阀门、角阀、蝶阀、摆阀等产品为各领域的真空阀解决方案设定了标准。公司在隔离阀、控制阀、传输阀都有较高的行业地位，尤其是控制阀和传输阀领域居于行业领先份额。

2、流体系统管件：流体系统核心器件，美厂居于重要地位

2.1、半导体工艺设备供水和气路系统中广泛应用的关键器件

除在真空系统中大量应用外，球阀同样是砷化镓行业高纯流体系统中核心的系统器件，主要起着流体的继电器截至、流体的流量调节、流体的流向改变等三大作用。在砷化镓制造工艺设备内部的二氧化碳管道系统中和砷化镓工艺设备的供水系统中，均须要大量的高纯球阀参与控制。其中，供水系统指的是电子二氧化碳由气源运抵工艺设备端的系统，详细来看，电子二氧化碳先由塔架（Gas）下来经过分配，于是通过多功能阀箱/阀盘（ValveBoxes/）及二次配阀盘（），驶向工艺设备端，在这个过程中的几个主要环节基本都须要用到管件产品。

在这儿面，泵房（Gas）为特气源提供压力控制和流量检测、并具有更换气瓶能力，多功能阀箱则是将特气分配到不同工艺设备的装置，均需用到隔膜阀、单向阀、调压阀等管件。之外，Fab厂中的大宗硫化氢系统（BulkGas）、二次配阀盘/盒等也均用到管件。

而氢气经过阀箱/阀盘后，则通过工艺设备端内的气路系统通入工艺腔内，之后参与各类晶片工艺反应。详细来看，砷化镓工艺设备内部的气路系统主要由GasBox、GasBox至反应腔的气路，以及最终步入反应腔之前的阀体构成，这一气路系统内同样会用到高纯管件产品。在这儿面，GasBox作为砷化镓设备内的核心组成部份之一，其功能是将各路工艺二氧化碳集成在一个空间环境内，并按工艺需求对不同氢气进行传输、分配和混和，对某些关键工艺氢气进行准确的流量控制，按照工艺不同方法的设定实现对工艺氢气进行继电器控制等功能。为此，GasBox的功能决定了其内部集成了蝶阀，包括隔膜阀、单向阀等。

详细产品来看，流体系统中常用的阀体主要有：隔膜阀，是用橡胶、PTFE等软质材料制成的隔膜作为启闭件，把阀门螺孔和阀盖型腔隔开的管件，通过操作机构控制隔膜的联通便可以达到隔绝和调节作用。隔膜阀的特点在于，阀盖、阀杆等零件与介质通路隔开，所以零件不会遭到介质侵蚀和冲击，且不会发生介质内漏；同时，隔膜阀结构简略，便于修理和更换；且隔膜和阀门均可以选用不同材料，能理想控制多种工作介质，尤其适于带物理磨蚀性或漂浮颗粒的介质。

调压阀（）可以把从气瓶等来源排出的二氧化碳或液体的压力增加到设备所需的较低值。调压阀有一个传感器器件（如活塞或隔膜），两侧承受由弹簧或气压施加的力，另两边承受流体系统承受的力。其中，减压调压阀通过摇动衬套/摇杆，对可调弹簧进行调整来设定所需的出口压力；背压调压阀则可设定所需的进口压力。

双向阀，亦即阀门，是一种使流体保持恒定方向流动并避免逆向流动的球阀。流体正向流动时，双向阀的阀瓣被流体压力推开，但逆向流动时阀瓣在背压的作用下与喷嘴密切接触以避免回流。

波纹管阀，是以波纹管作为导轮密封器件的球阀，波纹管和轮缘焊在一起，随阀杆而推动阀头升降，起到启闭作用。选用波纹管密封结构后，可以将介质和大气隔离开来，所以有着出众的密封性，可防止介质从阀体处泄漏。但是，随着晶体管的不断缩微，制造过程中防止遭到污染变得至关重要，流机制统器件渐渐从波纹管阀向结构更简略、活动部件更少、零件与介质隔开的隔膜阀发展，但波纹管阀借助极佳的密封性也仍有用武之地。

2.2、流体系统管件要求更显严格，中国厂家居于重要地位

流体系统对管件有着极为严格的要求，包括净化度要求高、材质含量要求高、应对浸蚀和迅速吹扫无残留要求高、流体控制精度要求高等。例如，因为砷化镓工艺设备还要大量工艺二氧化碳参与反应，其中硫酸氢、三氟化硼、溴化氢等均具备强磨蚀性，管道和管件很容易磨蚀并因而造成泄漏等状况，因而对材料的选择和其表面电物理的处理都有严苛要求。

再例如，GasBox作为气路系统的核心部件之一，内部包含各类介质的控制气路，其内工艺二氧化碳的响应时间、流量控制对工艺都起到至关重要的作用，所以内部需要牢靠稳定的流体系统器件，高纯球阀还要满足容积紧凑、满足SEMI标准的泄露率和净化度要求等，部份应用下还须要本事环境低温。且，制程演化带给的变化是须要使用更多新材料、特殊二氧化碳，对GasBox提出了大型化（规格不变状况下具有更多气路）、灵活性（二氧化碳管道进出口位置有更多选择）的要求，这其中也离不开对球阀的更高要求。

再例如，ALD（Layer，原子层沉积）作为当下及未来制程节点缩微及复杂元件几何形状上沉积薄层材料的关键技术，对流机制统器件也提出了新的挑战。部份龙头厂家如并且专门推出了ALD球阀系列，以规避ALD对寿命、耐低温等方面的要求。且随着越来越多的Highk材料的引进，ALD工艺还要系统更低的压力，更高的气温，未来还要更大的流量（比如球阀CV要求普遍在现在流量的2-3倍），也会还要高纯特殊合金材料来应适于阀门。

细分市场规模方面，据LP统计，2022年全球砷化镓球阀（含真空阀，但不含调压阀）市场规模约20.9亿港元，其中隔膜阀市场占比较大，规模约5.2亿港元，而如前所述各种真空阀市场规模约10亿港元，其余则为双向阀等产品。若在加上流体系统中应用较差的调压阀的市场，则全球砷化镓阀（含调压阀）会比20.9亿港元要再高出不少。而在行业的主要参与者方面，不仅VAT、MKS等厂家在真空阀市占率较高外，（日本）、（英国）、（英国）等厂家在流体系统中的隔膜阀、调压阀等产品有着较高的市场地位。

2.3、全球龙头厂家梳理

2.3.1、

日本（世伟洛克）公司创立于1947年，现在是一家年销售额约20亿美元的私营企业，旨在于为油气、化工、半导体、清洁能源等各个行业提供流机制统产品、组装和服务。公司提供止回阀、调压阀、接头、软管、卡套管及卡套管附件、压力表和其他检测装置、过滤器、焊接系统、检漏液、润滑剂、密封剂、快速接头、机械密封支持系统、取样系统、分析子系统以及微型模块化系统等产品。

针对砷化镓行业，可提供球阀、调压阀、接头、软管和柔性卡套管、过滤膜、焊接系统、弯管器等产品和服务。尤其是在砷化镓制造所需的超高纯（UHP）管件方面，具有多种规格的隔膜阀、波纹管密封阀、单向阀、调压阀、ALD阀等产品，为砷化镓流体系统提供全面高品质的解决方案，是半导体流体系统管件的全球领先供应商之一。

2.3.2、

新加坡（富士金）公司创立于1930年，在以管件为核心的超精密流体控制系统方面处于行业领先地位，囊括砷化镓、太空开发、氢能运用、制药和乳品、锂电池等多个领域。公司截止2022年3月31日的财年收入约为1707亿美元（约合人民币80+万元）。

在砷化镓领域，可提供的产品主要包括：球阀产品，如隔膜阀、单向阀、波纹管阀等各类球阀；接头产品；流体系统，包括IGS（Gas，集成二氧化碳系统）、FCS（Flow，流量控制系统）等。

3、国产取代迫切性显现，优质厂家有望突破放量

3.1、国产设备厂家成长空间很大可调式减压阀组，零部件国产取代正当初

储存厂短期扩产部份受限，中常年产能提高空间很大。中国在2022年10月发布了对我国砷化镓产业的逐步制裁，其中重点新增限制了储存先进制程的制造能力。黄河储存和长鑫储存是国外在储存芯片3DNAND、DRAM领域各自的代表厂家，经过多年的技术积累后，黄河储存早已实现232L3DNAND工艺的量产，长鑫储存早已实现19nmDRAM工艺的量产，其中，尤其主要是黄河储存在被限制后短期扩产确实遭到一定影响。但国外储存厂家产能在全球占比仍然极小，和国外市场需求严重不匹配，中常年来看产能提高空间非常很大。

逻辑先进制程扩产受限，成熟制程扩产确定性仍然较强。中芯国际自2020年被法国加入实体清单后，战略方向渐趋向成熟制程扩产倾斜，本次限制节点对其并无逐步影响。中芯国际2021年以来先后公布公告将分别在上海、深圳、上海、天津加强投资进行成熟制程扩产，且2022年业绩说明会上重申了扩产的意志和决心，对2023年资本支出也给出了和2022年高基数相当的指引，所以预计中芯国际未来2-3年扩产节奏和资本支出仍然会较为豁达。

自主可控持续推动，国产化比列有望迅速增强。中国不断加深对国外砷化镓产业的限制，并收买澳洲和新西兰也跟进限制可调式减压阀组，但从现在限制的实际范围和力度来看不必过度消极。以尤为关键的光刻机环节为例，据ASML官网发布，在详细条例出台之前，公司自己将要遭到出口管制的“最先进工具”定义为NXT：2000i及后来的浸入式光刻机，而不被限制的1980Di早已可以满足逻辑成熟制程和3DNAND先进制程需求。并且，限制的不断加深逐步显现了自主可控的重要性和迫切性，国外晶片厂存储厂近些年在扩产过程中正逐步提高产线中设备的国产化比列，预计未来会逐步较快增强。为此，国产设备厂家国产化空间仍然较大，在国产化加快下仍有望保持较快下降。

2021年全球千亿美金的砷化镓设备市场中，美国台湾地区市场规模约为296亿美元，但其中有较差来自于内资企业。我们预计，随着台湾本土晶片厂持续迅速扩产，以及内资晶片厂因为各类诱因引起在台湾扩产投资趋向萎缩，中常年来看大陆地区的设备市场规模将主要由本土晶片厂采购产生，且自主可控大势所趋下设备整体国产化率有望达到明显较高级别，对应设备国产化空间很大。

更为重要的是，国外设备厂家在迅速成长的同时，也在积极寻找上游供应链的自主可控，零部件国产取代浪潮已经掀起。现在砷化镓零部件供应格局以境外厂家为主，国外自给率较低，既因产业壁垒高、市场碎片化，也由于国外下游砷化镓设备产业不发达，国外零部件厂家缺少技术基础、发展性价比不高。

3.2、半导体管件国产取代方兴未艾，尤其流体球阀国产化空间极大

当前趋势下中国不断加强对我国砷化镓产业的限制，尤其是砷化镓设备进口遭到显著影响，而作为砷化镓设备上游的零部件环节，其供应稳定性也在逐步面临越来越大的风险，所以设备厂家对于零部件自主可控的迫切性也逐渐显露。而从当前的国产化状况来看，现在国外晶片厂产线中砷化镓管件的采购仍较大程度上依赖于境外厂家。详细来看，真空阀市场主要由法国VAT主导，流体阀主要由中国、美国、日本等厂家主导，相对来说流体阀要求更为严格、且美厂主导格局下国产取代迫切性尤为显著。而国外已有厂家具有良好国产取代基础，如新莱应材已在阀门等多种真空阀产品对国外主流顾客实现国产化供应，在隔膜阀等二氧化碳阀也已实现销售突破并迎来迅速放量。

3.3、优质国产厂家梳理

3.3.1、新莱应材

新莱应材于1991年创立于美国大陆，于2000年总部迁至苏州，2011年深交所上市。公司最初主营业务为应适于乳品、生物医药、泛砷化镓领域的净化应用材料和高纯及超高纯应用材料业务，其后通过外延并购形式拓展了应适于乳品啤酒领域的无菌包材及灌装机业务。

公司业务按下游可以界定为三个主要领域：泛砷化镓领域，产品为高纯及超高纯应用材料，主要包括真空系统（高/超高真空的法兰、管件、阀、腔体等）和硫化氢系统（超高纯管线阀门、阀等）；生物医药领域，产品包含管道系统、无菌止回阀、无菌泵、管式换热、过滤器等；乳品安全领域，产品分为无菌包材、无菌纸板灌装机、洁净材料（如管道系统、卫生级球阀、卫生级泵）等。

现在公司下游应用中食品类占比最高，高达50.5%，其中无菌包材和乳品设备分别占38.7%和6.3%，其余产品则主要为净化应用材料；而医药类（产品主要为净化应用材料）占比23.6%；泛砷化镓业务（产品为高纯及超高纯应用材料）占比25.9%。

新莱应材在砷化镓领域的业务主要包括真空产品（真空法兰、管件、阀、腔体等）和二氧化碳产品（管线阀门、接头、阀等），详细来看：公司真空系列的品牌名为“”，产品主要包括高真空和超高真空的法兰、管件、钢瓶、传输阀、铝合金阀门、闸阀、角阀、腔体、加热带、视窗、无氧铜销子等。公司产品采用优质碳钢材料，可适于砷化镓、显示、LED、薄膜太阳能电板、氢能源、锂电、科研机构等领域，主要应适于薄膜技术（蒸发、溅射、PECVD、MOCVD、ALD等），并覆盖表面剖析技术和离子注入系统。

而在氢气产品，公司“”品牌产品主要包括超高纯管线＆阀门、面密封接头（VCR）、微型管线、卡套接头、减压阀、超高纯隔膜阀、卸荷阀、微粒过滤膜、止回阀、针阀、球阀等，并在积极拓展新产品。

砷化镓真空系统和二氧化碳系统均是国产化率较低、竞争格局较差的细分行业，新莱应材作为国外在两个行业都处于领先地位的优质厂家，在行业有着多年的积累和经验，产品品类齐备，顾客方面更是和AMAT、Lam、北方华创等海内外设备龙头以及黄河储存、长鑫储存等海内外著名fab厂都有多年的良好合作关系。公司在真空阀领域已实现较差的国产代替基础，而对部份二氧化碳阀等产品的供应属国外稀缺，，预计将是细分领域国产取代的排头兵，未来成长空间很大。之外，新莱应材还积极拓展开发新产品，在真空系统方面开拓真空泵产品，在气机制统方面开发MFC、过滤器等产品，建立公司业务布局，可为下游顾客提供更为全面完整的服务，有望提高公司竞争力，并逐步打开公司成长房顶，成为公司未来新的下降驱动点。

3.3.2、晶盛电气

晶盛电气主营业务产品为应适于光伏和砷化镓集成电路产业上游晶体生长及加工设备，并基于多年来对硬脆晶体材料生长及加工技术和工艺的理解，延展布局至蓝大宝石材料、碳化硅材料以及相关产业链核心的主材耗材，如石英坩埚、金刚线、精密零部件等领域。公司业务牵涉砷化镓、光伏设备领域以及砷化镓材料细分领域的蓝大宝石材料和氧化铝材料等。精密零部件领域，晶盛电气确立了以砷化镓止回阀、管件、磁流体等精密零部件产品机制，以配套砷化镓和光伏设备所需关键零部件及需求，保障供应链的稳定和安全。其中在阀体产品方面，晶盛机电子公司与美国合作，于2022年4月实现首批隔膜阀产品的认证通过及量产，顾客包括中芯集成、七星流量计、AMAT、TEL等。

3.3.3、九天真空

九天真空创立于2002年，是国家高新技术企业，美国真空行业重点企业。公司主要业务以真空阀、薄膜规、真空部件、真空系统集成为主的四大核心业务，自主研制真空系列产品数千余种，是国外产品线齐备的真空技术企业。九天真空的产品广泛应适于科研院所、半导体、电子通信、新材料、新能源、人工智能、生物医疗等各国家战略性支柱行业，累计服务顾客上万家。九天真空承当了科技部、工信部、发改委重大扶植项目5个，承当国家集成电路02重大专项3个，其中包括“高真空变通导摇动插板阀”等项目。在真空阀产品方面，九天真空可提供插板阀（止回阀）、翻板阀（止回阀）、调节阀、挡板阀（角阀）、充气阀等产品。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

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