前言：
晶圓尺寸的發(fā)展推動(dòng)AMHS系統持續迭代，AMHS由早期機械搬運向智能一體化轉型。隨著(zhù)全球產(chǎn)業(yè)競爭熱化與先進(jìn)制程工藝愈趨復雜，AMHS行業(yè)展現出強勁增長(cháng)勢頭。中國大陸在半導體產(chǎn)業(yè)的崛起以及工業(yè)智能化的持續推進(jìn)下，AMHS市場(chǎng)也高速擴張，規模增速已超過(guò)全球。
AMHS行業(yè)準入門(mén)檻高，全球市場(chǎng)長(cháng)期被日企壟斷，其中日本大福和村田機械占據全球90%以上的市場(chǎng)份額。國內AMHS行業(yè)起步相對較晚，主要市場(chǎng)也被海外企業(yè)占據，國產(chǎn)化率極低，至2023年僅為5%。隨著(zhù)美國 “芯片法案”的推行，AMHS國產(chǎn)替代需求愈發(fā)迫切，促使本土優(yōu)勢企業(yè)如彌費科技、華芯智能和海晨盟立等加速追趕，未來(lái)有望逐步打破日企壟斷。
一、AMHS系統持續迭代，由早期機械搬運向智能一體化轉型
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國AMHS行業(yè)現狀深度分析與發(fā)展前景研究報告（2025-2032）》顯示，AMHS(Automatic Material Handling System，自動(dòng)化物料搬送系統)，一般特指在無(wú)塵室環(huán)境下，通過(guò)軟件系統的控制和調度，按照生產(chǎn)系統的指令，實(shí)現物料在生產(chǎn)線(xiàn)工序間的自動(dòng)搬運、緩沖存放的系統。
在早期興建的6寸晶圓廠(chǎng)中，由于wafer本身重量不大，因此對于wafer的自動(dòng)搬送需求尚不迫切。1990 年，隨著(zhù)8寸晶圓廠(chǎng)興建，自動(dòng)化需求開(kāi)始增多，AMHS系統提升半導體工廠(chǎng)生產(chǎn)能力的巨大作用凸顯，AMHS系統逐漸興起。2000年以來(lái)，12寸廠(chǎng)逐漸成為半導體先進(jìn)制造的主流發(fā)展趨勢。對于 12 寸 Fab 來(lái)說(shuō)，單個(gè)存滿(mǎn) wafer 的 FOUP 重量已達 8-15 公斤，體積為 8 寸晶圓盒的 2 倍，出于人體工學(xué)設計考慮，以及更大在制品物料數據追蹤需求，完善可靠的全流程自動(dòng)化搬運系統成為必然。AMHS系統開(kāi)始廣泛應用于半導體硅片廠(chǎng)、芯片制造廠(chǎng)、芯片封裝廠(chǎng)，漸成12寸晶圓廠(chǎng)標配。2015 年，300mm 晶圓廠(chǎng)的出現推動(dòng)AMHS系統持續迭代，2020 年后，第四代系統加入動(dòng)態(tài)決策等功能，從早期的機械搬運向智能一體化轉型。
AMHS系統發(fā)展歷程
| 發(fā)展階段 | 時(shí)間 | 發(fā)展情況 |
| 前身階段 | 1990-2000 年 | AMHS 前身天車(chē)方案替代 AGV 方案。1990 年代，8 英寸晶圓成為主流，天車(chē)方案替代 AGV 方案，為 AMHS 前身。隨晶圓尺寸增大，物料運輸和追溯管理成為影響工廠(chǎng)生產(chǎn)效率的明確要素。同時(shí)，隨著(zhù)傳輸需求的增加，自動(dòng)化的需求開(kāi)始凸顯。到 90 年代后期，天車(chē)的出現讓晶圓廠(chǎng)開(kāi)始轉向天車(chē) interbay+Stocker 的方案搬送物料。 |
| 替代階段 | 2000-2015 年 | AMHS 漸漸成為晶圓廠(chǎng)的必需設備。2000 年后，12 寸廠(chǎng)逐漸成為半導體先進(jìn)制造的主流發(fā)展趨勢，AMHS 漸漸成為晶圓廠(chǎng)的必需設備。過(guò)去在 8 寸廠(chǎng)中，人工搬送尚可以彌補物料傳送環(huán)節的不流暢，但對于 12 寸 Fab 來(lái)說(shuō)，單個(gè)存滿(mǎn) wafer 的 FOUP 重量已達 8-15 公斤，體積為 8 寸晶圓盒的 2 倍，出于人體工學(xué)設計考慮，以及更大在制品物料數據追蹤需求，完善可靠的全流程自動(dòng)化搬運系統成為必然。人工搬運已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，同時(shí)為了提高生產(chǎn)效率，AMHS 自動(dòng)物料搬運系統應運而生。AMHS 具備減少晶圓的閑置時(shí)間，提高無(wú)塵室空間利用率，提高產(chǎn)品良率，減少人員誤操作，降低人力成本等諸多優(yōu)勢，廣泛應用于半導體硅片廠(chǎng)、芯片制造廠(chǎng)、芯片封裝廠(chǎng)。 |
| 完善階段 | 2015-2020 年 | 逐步實(shí)現 OHT 天車(chē)精確調度。2015 年后，300mm 晶圓廠(chǎng)的出現，AMHS 不斷迭代。AMHS 先后經(jīng)歷了第一代的單元空中搬送系統、第二代的 EQtoEQ 的部分跨區域直接搬送、第三代全廠(chǎng)性的EQtoEQAMHS 系統。早期 12 寸廠(chǎng)沿用了 baytobay 設計，由大環(huán)線(xiàn)（interbay）連接 Stocker 進(jìn)行中轉。但這對于 Stocker 的穩定性和中轉能力依賴(lài)性非常高，為減少 Stocker 故障可能產(chǎn)生的影響，AMHS 后來(lái)的設計開(kāi)始轉向分布式存儲和點(diǎn)對點(diǎn)搬送，即 toolstotools，OHT 天車(chē)可以通過(guò)軌道去往晶圓廠(chǎng)的任何地方，實(shí)現精確調度。 |
| 智能階段 | 2020 年至今 | AMHS 向智能一體化轉型。2020 年后，第四代系統加入動(dòng)態(tài)決策等功能，從早期的機械搬運向智能一體化轉型。第四代 AMHS系統是采用空中多岔道且無(wú)需等待的自動(dòng)物料傳送系統，傳送晶圓盒的速度非?？欤ā? 米/秒），它能夠曲線(xiàn)移動(dòng)或者爬坡，無(wú)需增加轉接單元，擺動(dòng)小，有效控制顆粒物的產(chǎn)生。AMHS 系統的動(dòng)態(tài)決策功能使 AMHS 系統從早期通過(guò)快速機械運動(dòng)縮短生產(chǎn)周期的設計理念過(guò)渡到智能控制空中搬送車(chē)位置、合理派工的新概念，充分發(fā)揮生產(chǎn)輔助的作用，給晶圓廠(chǎng)帶來(lái)更多的附加值。 |
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各階段 AMHS 系統對比
| 代別 | 功能 | 組成部分 | 解決的問(wèn)題 | 解決的問(wèn)題 | 帶來(lái)的優(yōu)勢 |
| 第一代 | 基本的Bay-to-Bay自動(dòng)化搬運 | 傳送帶,軌道導引車(chē)(RGV) | 只能在不同車(chē)間(Bay)之間搬運,依賴(lài)人工調度 | 只能在不同車(chē)間(Bay)之間搬運,依賴(lài)人工調度 | 減少人工搬運錯誤提高了物料搬運的基礎自動(dòng)化 |
| 第二代 | Interbay(跨車(chē)間)搬運 | Stocker倉儲系統,RGV,自動(dòng)化控制系統 | 提升跨區域搬運效率,物料調度受限 | 提升跨區域搬運效率，物料調度受限 | 跨車(chē)間物料搬運能力提升,支持大批量生產(chǎn)的物流需求 |
| 第三代 | Tool-to-Tool點(diǎn)對點(diǎn)搬運 | OHT(OverheadHoistTransport),精確調度算法 | 中間倉儲步驟過(guò)多,搬運路徑優(yōu)化不足 | 中間倉儲步驟過(guò)多,搬運路徑優(yōu)化不足 | 實(shí)現生產(chǎn)設備間的直接搬運,減少等待時(shí)間,提高產(chǎn)能利用率 |
| 第四代 | 全自動(dòng)化智能調度 | SLAM技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)(loT),MES系統集成 | 搬運路徑動(dòng)態(tài)調整不足,手動(dòng)干預較多 | 搬運路徑動(dòng)態(tài)調整不足,手動(dòng)干預較多 | 動(dòng)態(tài)調度和實(shí)時(shí)優(yōu)化,提升靈活性,實(shí)現真正的智能生產(chǎn)工廠(chǎng) |
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二、全球AMHS行業(yè)展現出強勁增長(cháng)勢頭，中國市場(chǎng)擴張速度快
AMHS具備減少物料的閑置時(shí)間，提高無(wú)塵室車(chē)間的利用率，提高產(chǎn)品良率，減少人員誤操作，降低人力成本等諸多優(yōu)勢，廣泛應用于半導體硅片廠(chǎng)、半導體晶圓制造廠(chǎng)、半導體封裝測試廠(chǎng)、顯示面板廠(chǎng)以及新能源電池工廠(chǎng)等領(lǐng)域。
隨著(zhù)全球產(chǎn)業(yè)競爭熱化與先進(jìn)制程工藝愈趨復雜，如何降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)時(shí)間成為各大半導體與面板廠(chǎng)的首要課題。自動(dòng)化物料搬送系統(AMHS)的規劃可直接影響全廠(chǎng)產(chǎn)出量以及生產(chǎn)周期，規劃涵蓋從投入、生產(chǎn)到出貨的各環(huán)節，并鎖定面板、半導體封測、晶圓制造、ABF 載板、DRAM 和硅晶圓等產(chǎn)業(yè)，AMHS在半導體生產(chǎn)中的重要性不斷凸顯。
近年來(lái)，全球AMHS行業(yè)展現出強勁增長(cháng)勢頭。根據數據，2015—2022年全球AMHS市場(chǎng)規模由6.7億美元增長(cháng)至30.6億美元，CAGR為24%。2022年,受新冠肺炎疫情、全球消費疲軟等因素影響，全球半導體晶圓廠(chǎng)建設進(jìn)度放緩，而AMHS市場(chǎng)規模仍逆勢增長(cháng)至30.6億美元，同比增長(cháng)12%。隨著(zhù)半導體晶圓廠(chǎng)擴產(chǎn)，預計2025年全球AMHS市場(chǎng)規模達39.2 億美元。
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隨著(zhù)中國半導體產(chǎn)業(yè)的崛起以及工業(yè)智能化的持續推進(jìn)，中國大陸AMHS整體實(shí)現高速增長(cháng)，2015-2022年AMHS市場(chǎng)規模由5.1億元增長(cháng)至47.6億元，CAGR達38%,遠超全球。受大尺寸晶圓制造產(chǎn)能擴充、相關(guān)標準完善、本土晶圓廠(chǎng)驗證測試逐漸開(kāi)放等因素利好，預計2025年中國大陸 AMHS市場(chǎng)規模將達81.5 億元。
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三、AMHS行業(yè)準入門(mén)檻高，全球市場(chǎng)長(cháng)期被日企壟斷
作為多學(xué)科交叉領(lǐng)域，AMHS 系統的開(kāi)發(fā)和制造需要對精密機械設計、高級軟件算法、實(shí)時(shí)控制系統以及先進(jìn)的導航與定位技術(shù)有深入理解和獨特創(chuàng )新能力，具有高技術(shù)壁壘，主要體現在硬件、軟件、獲客和專(zhuān)利方面。
AMHS行業(yè)壁壘
| 壁壘 | 簡(jiǎn)介 |
| 硬件壁壘 | 硬件是 AMHS 的基礎，單個(gè)OHT 天車(chē)的硬件就包含了 2000 個(gè)零部件，其中包括數十個(gè)不同類(lèi)型的傳感器。天車(chē)的機械結構復雜，需要在材料和零部件選型、結構設計、軌道設計等方面都具備高要求，以滿(mǎn)足在高速行駛過(guò)程中的高穩定性和可靠性。 |
| 軟件壁壘 | 隨著(zhù)天車(chē)輛數量增加，控制難度也會(huì )增加，需要考慮在不同場(chǎng)景下（如天車(chē)交匯、分配等）的解決方案。要求團隊具備底層軟件能力和對場(chǎng)景需求有充分的了解。 |
| 獲客門(mén)檻 | 由于 AMHS 的性能對于晶圓廠(chǎng)稼動(dòng)率和良率至關(guān)重要，因此晶圓廠(chǎng)均謹慎選擇 AMHS 系統供應商，供應商需具備成熟的應用案例和長(cháng)期服務(wù)經(jīng)驗，而新進(jìn)入者難以快速獲得客戶(hù)信任。 |
| 專(zhuān)利壁壘 | AMHS 設備領(lǐng)域，日韓廠(chǎng)商因為起步較早，占據了先機，擁有較多專(zhuān)利積累，新進(jìn)入市場(chǎng)的國內廠(chǎng)商需繞開(kāi)現有專(zhuān)利或通過(guò)授權合作實(shí)現突破。 |
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AMHS行業(yè)準入門(mén)檻高，全球市場(chǎng)長(cháng)期被日企壟斷，其中日本大福（Daifuku）和日本村田機械（MurataMachinery）兩家頭部企業(yè)憑借先發(fā)優(yōu)勢積累的技術(shù)能力、品牌信譽(yù)和穩定的客戶(hù)關(guān)系，占據全球90%以上的市場(chǎng)份額。
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四、AMHS國產(chǎn)替代需求迫切，本土優(yōu)勢企業(yè)正加速追趕
國內AMHS行業(yè)起步相對較晚，主要市場(chǎng)也被海外企業(yè)占據，國產(chǎn)化率極低，至2023年僅為5%。
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隨著(zhù)美國 “芯片法案”的推行，AMHS國產(chǎn)替代需求愈發(fā)迫切，促使本土優(yōu)勢企業(yè)如彌費科技、華芯智能和海晨盟立等加速追趕，未來(lái)有望逐步打破日企壟斷。
我國AMHS優(yōu)勢企業(yè)布局情況
| 企業(yè)名稱(chēng) | 布局情況 |
| 彌費科技 | 彌費科技是中國領(lǐng)先的半導體 AMHS 系統及核心零部件供應商，掌握AMHS 核心技術(shù)自主知識產(chǎn)權，為中國第一家在 8 吋和 12 吋晶圓廠(chǎng)完成系統級驗收的整廠(chǎng)供應商。 |
| 華芯智能 | 華芯智能自 2016 年起專(zhuān)注于半導體 AMHS 的迭代研發(fā)，為國內 AMHS領(lǐng)域的先行者。華芯當前已形成完善的 AMHS 的產(chǎn)品體系，實(shí)現從硬件到軟件的全覆蓋。天車(chē)產(chǎn)品已迭代至第四代，并圍繞泛半導體工廠(chǎng)自動(dòng)化解決方案，構建了完善的軟硬件產(chǎn)品矩陣及高效可靠的交付體系。 |
| 海晨股份 | 2024 年海晨股份新增的半導體物流裝備及自動(dòng)化業(yè)務(wù)異軍突起，2024 年實(shí)現營(yíng)收 1.4 億元。主要受益于電子板塊銷(xiāo)售額上升、庫存穩定和晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能增加所帶動(dòng)的全球半導體制造業(yè)改善。 |
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