真空泵，国产化趋势

核心观点：

真空泵是制造业重要的通用设备，半导体应用占据最大份额，光伏高增长。真空系统是用来获得真空环境的系 统，是半导体、科学仪器、化工、制药行业重要的子系统，应用广泛。真空泵是真空系统重要的组成部分，是 用来产生、改善和维持真空环境的装置。根据 ISVT，2019 年全球真空设备的市场规模约 350 亿元，其中半导 体用真空设备约 135 亿元，占比约 38%，是最大的应用领域，此外光伏领域的真空泵需求正快速增长。

半导体行业存量真空泵的更新占据较大比例，保证需求稳定增长。根据我们测算，2019 年全球半导体真空泵的 设备与服务需求市场规模约 130 亿元，参考 IC sights 对全球晶圆产能的预测，预计到 2025 年市场规模可达到 217 亿元，复合增占率约 9%，保持温和增长，其中存量真空泵的更新占到整个设备市场的 60~70%，庞大的存 量市场保证了半导体真空泵的稳定需求，减小了行业的波动性。根据我们测算，2019 年我国半导体真空泵的设 备与服务需求规模约 31 亿元，2025 年预计可达到 57 亿元，维持稳定增长。

行业高度集中，国内企业在光伏/半导体领域真空泵已实现国产突破。全球半导体真空泵市场主要由 Edwards、 Kashiyama、Ebara 等少数几家国际知名公司占据，2019 年 Atlas 真空部门的收入约 26.9 亿美元，当年在真空 领域的市占率约 53%，处于绝对领先地位。国内以汉钟精机、中科仪为代表的国内半导体真空泵优秀企业已逐 步实现国产替代。汉钟精机 2019 年公司总收入 18.07 亿元，其中真空产品收入 3.69 亿元，占总收入的 20.43%， 根据公司的业绩快 ，2020 年营收总收入 22.73 亿元，同比增加 25.78%，维持高增速，目前公司的真空产品 主要应用在光伏领域，根据公司 2019 年年 ，公司干式真空泵在国内半导体及一线大厂及设备厂都已导入。根据中科仪的招股说明书，公司真空泵已进入隆基、晶盛、长江存储等光伏和半导体头部客户，产品力获认可， 2019 年公司销售真空干泵 2546 台，销售收入 1.57 亿元，同比增加 97.8%。

一、真空泵：重要通用设备，半导体应用占据主要份额

真空泵：真空系统的心脏，应用领域广泛。真空泵是根据一定的工作原理，用来产 生、改善和维持真空环境的装置，是直接影响到真空成套设备性能质量的必不可少 的产品。真空泵广泛应用于制药、化工、食品、电子等下游行业，需求量大面广。

通常真空范围可划分三个等级：（1）粗低真空（Low or Rough Vacuum,LV），气 压在760至10-3Torr，主要适用于食品、化工、轻工、制药行业等；（2）高真空（High Vacuum，HV），气压在10-3至10-8Torr，主要适用于集成电路、半导体制造以及各 种镀膜工艺、各种表面加工工艺、离子注入等等；（3）超高真空（Ultra-High Vacuum， UHV），气压在10-8至10-12Torr，主要适用于材料科学分析、物理现象研究、表面分 析高纯材料制备等等。

真空泵从高/超真空到粗/低真空，其产品大致可分14大类：（1）高/超真空----低温泵、 分子泵、溅射离子泵、钛升华泵、扩散泵。（2）中真空----干泵、双级旋片泵、罗茨 泵、油增压泵、水蒸气喷射泵。（3）粗/低真空----单级旋片泵、滑阀泵、液环泵、 往复式真空泵。也可根据气体传输的原理、工组原理、结构特点等进行分类，从原理上来说，主要分 为变容式与动量式两种，根据结构特点可分为往复式、旋转式、牵引式等，不同的密 封方式、结构特点决定了不同的真空应用范围。

真空泵从高/超真空到粗/低真空，其产品大致可分14大类：（1）高/超真空----低温泵、 分子泵、溅射离子泵、钛升华泵、扩散泵。（2）中真空----干泵、双级旋片泵、罗茨 泵、油增压泵、水蒸气喷射泵。（3）粗/低真空----单级旋片泵、滑阀泵、液环泵、 往复式真空泵。也可根据气体传输的原理、工组原理、结构特点等进行分类，从原理上来说，主要分 为变容式与动量式两种，根据结构特点可分为往复式、旋转式、牵引式等，不同的密 封方式、结构特点决定了不同的真空应用范围。

二、半导体真空泵：百亿级产业，需求稳中向上

（一）应用在半导体制造多个工艺环节

真空泵应用于单晶硅制造、晶圆加工等多个环节。在半导体产业刚起步的时候，仅 有两种处理工艺需要用到真空腔。一种是只有一层金属的蒸铝工艺，另一种是在硅 片背面蒸金以便将电路芯片固定在它的管壳上，那时的真空工艺是在类似钟罩的腔 内进行的。当前，半导体制造过程中的许多化学反应都是在真空条件下进行的，使 用工艺腔来实现受控的真空环境。从20世纪80年代后期，工艺腔被构造为多腔集成设备。硅片在真空环境下从一个工艺腔传送至另一个工艺腔，避免了硅片的原始氧 化并减少了污染。

半导体工业是真空泵非常重要的应用领域，是当前主要的增长动力。目前真空泵已 经广泛应用在半导体制造的多个工艺环节中，包括刻蚀、镀膜、扩散等等。为了将制 造过程控制在更小的尺寸上，越来越需要以更高的精度和均匀性执行更多的半导体 制造过程步骤。为了实现这一点，半导体工艺必须在极度受控的真空环境中运行。随着功能和电路尺寸的减小，半导体制造中的工艺步骤数量将继续增加，从而导致 真空设备需求的增加。此外，小型化还需要新的制造技术，如多模和EUV光刻技术， 这将进一步推动半导体制造商采用真空系统。

半导体制造中主要应用的真空泵类型包括干式真空泵以及涡轮分子泵。较早时，油 式真空泵是半导体行业中常用的真空泵种类，目前干泵成为了半导体行业最主要的 真空泵类型。与基于液体的水环泵、油封泵和蒸汽喷射系统相比，干泵设备除了能 提高速度、工艺可重复性、灵活性和生产率之外，还能够显著节省运营成本、维护成 本和安装空间。干泵设备的关键优势，不使用水或油来进行真空阶段的密封或者润 滑，因为设备的运行成本非常经济，可让用户优化真空工艺。另外，干泵消除了工艺 过程污染油或油搭载进入尾气处理系统的风险，他们不会产生废物、或者污染宝贵 的溶剂、产品或环境。

干式泵是一种无油的泵送机构，用于创造真空环境。它们在真空抽气机构内不使用 润滑剂，并有一系列的监测和控制选项。干泵广泛应用于半导体领域，也应用于冶 金、涂料、干燥、太阳能等工业过程。它们也用于科学仪器，如扫描电子显微镜。

在涡轮分子泵或涡轮泵中，涡轮转子快速旋转产生真空。涡轮泵的主要特点是转速 高。涡轮泵通常与主湿泵或干泵一起使用。它们通常用于半导体应用和研发、工业 应用和高能物理。

在刻蚀和薄膜沉积设备中通常使用干泵+涡轮分子泵，将大气抽至一定真空使得符合 工艺的需求。由于干泵抽真空的能力有限，需要配上涡轮分子泵将环境抽至高真空。根据Edwards官网，一个月产4万片的晶圆厂，需要1000个减排系统，2000个干泵， 以及至少500个涡轮分子泵。其中干泵和减排系统直接出售给铸造厂和集成设备制造 商，供其在制造过程中使用，涡轮分子泵直接出售给设备制造商，以便集成到其工 艺工具中。

（二）百亿级产业，存量市场奠定需求稳中向上

进一步地，我们按照每年新增晶圆产能和目前装机产能测算了全球半导体真空泵每 年增量需求与更新需求。

参考Edward的数据，我们的测算包含了以下关键假设：

（1）假设每月4万片产能的12寸晶圆产线需要干式真空泵2000台，涡轮分子泵500 台；（2）平均更新年限假定为10年（每年更换存量真空泵的10%）；（3）半导体 用干式真空泵价格假定15万元/台，分子泵假定12万元/台；（4）服务市场为总需求 规模的25%，即为设备需求1/3。（2019年Altas真空部门服务收入占总收入的25%）。（5）2025年的装机预测取IC Insights的估计值，2021-2025年我们根据2025年的装 机预测做了平滑处理。

测算结果如下：

（1）存量需求占据主导，支撑需求稳中向上。根据测算，存量真空泵的更新与服务 市场占整个设备市场的60%~70%左右，庞大的存量市场保证了半导体真空泵的稳定 需求。

（2）预计2025年全球半导体领域真空泵市场需求超过200亿。根据IC Insights，2020 年全球装机产能合计923.11万片/月（折算成12寸晶圆，下同），预计到2025年全球 装机产能1252万片。据此测算，2019年半导体真空泵的设备与服务需求约130亿元， 与ISVT的估计相近。预计到2025年全球半导体真空泵的设备与服务需求达到217亿 元，其中设备需求约162亿元，服务需求约54亿元。

遵循同样的思路，并对国内装机的全球占比作出假设，我们可以对国内的半导体真 空泵市场规模进行测算，并假设国内装机占全球装机的比例逐渐上升。

根据测算，2021-2025年国内半导体真空泵设备的市场空间分别为33/32/35/39/43亿 元；加上服务的需求，则同时期设备及服务的总需求为44/43/47/52/57亿元，未来5 年复合增长率为7.5%，保持稳定增长。

三、光伏真空泵：下游扩产积极，需求快速扩张

（一）光伏行业：碳中和目标下，需求确定性强

太阳能组件价格大幅下降，带动光伏电站投资成本下降，经济性显现。根据CPIA的 数据，太阳能电池组件的价格从2007年的约36元/W降低到2020年的1.57元/W，下 降幅度达95.6%，带动光伏电站投资的系统成本从60元/W左右下降到3.99元/W。由 于各国的电价不同，随着光伏发电成本的不断下降，在不同地区陆续实现平价上网， 2020年中青海海南州的竞价项目中标电价为0.2427元/W已经低于当地的煤电上网 电价，光伏发电的经济性逐渐显现。

碳中和目标下，光伏装机需求确定性强。2020年9月，我国在联合国大会一般性辩论 中宣布二氧化碳排放力争在2030年前达峰，努力在2060年实现碳中和，欧洲美国等 均提出了各自的减能减排政策。在经济性与政策的双重驱动下，光伏发电新增装机 预计将迎来较快增长，根据CPIA的预测，2021年国内新增装机在55-65GW，全球装 机规模在150-170GW，十四五期间，国内年均新增装机70-90GW，全球年均新增装 机210-260GW。

（二）真空泵：受益下游积极扩产，需求快速扩张

太阳能电池的若干生产过程与半导体类似，包括拉晶、镀膜等，也会用到干式真空 泵。干式真空泵可用于光伏产业链中硅片的拉晶环节、电池片的钝化镀膜环节 （PECVD/ALD设备）、组件的层压环节等。根据捷佳伟创的招股说明书，以其PECVD 设备为例，干式真空泵为PECVD设备中成本占比最大的零部件， 2015-2017年，干 式真空泵在PECVD设备中的价值量占比为11.4%/12.2%/12.7%。

根据中科仪的招股说明书，晶体生长和硅片生产每GW需要约200台干式真空泵，单 价约7万元，同时假设真空泵的受用寿命为10年，每台真空泵每年需要的维保费用为 3万元。由此我们可以估计硅片环节对真空泵设备的需求规模。

2020-2022年硅片环节对真空泵的设备与维保需求规模约22.6/28.6/35.6亿元。继续 沿用上文的硅片扩产数据，我们可以得到2020-2022年拉晶环节对真空泵的新增设 备需求规模约12.7/13.3/14.5亿元，与上文通过价值量计算的市场规模相似，考虑存 量真空泵的更新与真空泵的维保费用之后，同时期设备与维保的市场规模约 22.6/28.6/35.6亿元，复合增长率约25.5%，维持高速增长状态。

通过假设国内与全球的新增装机规模、PERC+/HJT等不同技术路线的产能占比以及 镀膜设备在不同技术路线中的价值量占比等（由于技术路线迭代变化，近年电池片 环节设备更新较快，故未考虑真空泵的存量更新），我们可以测算电池片环节的真 空泵需求规模。

2020-2022年电池片环节（PECVD、ALD等镀膜设备）对真空泵的设备需求规模约 6.5/9.8/11.7亿元，同期组件环节（层压设备）对真空泵的需求规模约0.8/1.2/1.2亿 元，加上硅片环节的设备需求，整个光伏行业对真空泵的设备需求为21.7/27.0/31.2 亿元，再加上服务维保市场，光伏行业对真空泵的设备与服务需求规模约 33.5/45.0/55.5亿元，复合增长率28.7%，保持高速增长。

（三）国产替代正当时，有望持续深入

降本贯穿于太阳能电池的整个发展过程，设备降本是其中的重要一环。前文已经提 到组件价格的大幅下降，与之同时发生的则是随着设备的国产化与产能的逐步上升， 设备投资额的大幅度下降，根据CPIA的数据，PERC产线从2016年的6亿元/GW降低 到2020年的2.25亿/GW，下降幅度达62.5%，2020年TOPCon的产线投资额为2.7亿 元/GW，HJT的产线投资额为4.5-5.5亿/GW，在PERC+/TOPCon/HJT等多种技术路 线并行、竞争焦灼的现阶段，设备投资额将是决定技术路线走向的重要一环，而将 若干零部件国产化将会是设备降本的一个有效驱动因素。

国产替代趋势下，国产真空泵行业将受益。以电池片设备龙头厂商捷佳伟创为例， 出于配合电池片厂商降本以及保持市场份额的需要，近年捷佳的PECVD设备均价与 毛利率一直在下降。出于降本与提高利润率的需要，以捷佳为代表的电池片设备厂 商完全有动力切入到国产真空泵。而根据据捷佳的招股说明书，捷佳的干式真空泵 主要来自于Pfeiffer Vacuum SAS（德国普发），根据汉钟2021年1月在投资者问答 平台上对投资者的答复，汉钟的真空产品已经供货捷佳伟创。

四、行业高度集中，龙头深耕真空领域

（一）全球半导体真空泵行业高度集中

全球真空领域的主要公司有Edwards（英国，被Atlas收购）、Pfeiffer Vacuum（普 发，德国）、Ebara（荏原，日本）、Kashiyama（坚山工业，日本）等，其中Atlas、 Pfeiffer、Ebara均为上市公司，2020年Atlas营收约109亿美元，Eraba约49亿美元， Pfeiffer还未披露2020年财务数据，2019年营收约7.9亿美元，这几家龙头公司均为 成立多年的百年企业，在激烈的行业竞争中脱颖而出，技术实力雄厚。

以2019年为例，以Atlas真空部门的收入约26.9亿美元、Pfeiffer Vacuum公司收入约 7.1亿美元作为两大公司真空收入的近似，同年全球真空市场规模45.4亿欧元（约51 亿美元），我们可以得到Atlas的市占率约53%，处于绝对龙头，Pfeiffer市占率约13.9% （因为包含其他业务，略有高估），全球真空市场集中度较高，龙头市占率领先。

（二）Edwards/Atlas：真空领域绝对龙头，产品布局全面

Atlas（阿特拉斯·科普柯，瑞典）成立于1873年，以铁路设备起家，后陆续切入气 动工具、压缩机、船用发动机、柴油机等，经过不断的兼并与剥离，目前集团有4块 业务，分别是真空业务、压缩技术、工业技术、动力技术。

真空业务（Vacuum Technique）提供真空产品、排气管理系统、阀门以及其他相关 产品，具体产品包括：（1）油封旋片真空泵；（2）干式真空泵；（3）涡轮分子泵；（4）液环真空泵；（5）减排和综合系统；（6）低温泵等；可用于半导体、平板显 示、LED、太阳能、光学涂层、科学研究等行业，与ISTV的定义基本相同；除去设 备之外，这部分还包括减排系统、设备监控、现场服务、备件、润滑油等。

2020年Atlas收入约108.8亿美元，其中真空部门收入约27亿美元，占比24.7%，真空 部门近三年的复合增长率约5.6%，营业利润率介于22%~25%之间。

以2019年为例，Atlas的真空部门收入构成有3个维度可进行拆分，从区域来看，以 来自亚洲和大洋洲的收入为主，占比达到58%，其次为北美（25%），欧洲（15%）， 非洲/中东地区（2%）。分应用领域来看，电子行业收入占比达到65%，通用制造业 和加工工业分别占比18%、13%。

以2019年为例，从服务占比来看，真空部门服务占比25%，压缩技术部门占比43%， 工业技术部门服务占比28%，动力技术占比42%，可以看出在这个行业服务占比非 常重要，而真空部门的服务收入占比最低，估计为真空部门的设备价值量较高所致。

Atlas在真空领域进行布局，持续收购公司。继2014年收购Edwards，Atlas于2016 年收购了另一家真空技术领域的领导者德国leybold（莱宝），并于2017年单独设立 真空技术部门，2019年7月Atlas收购了Brooks（布鲁克斯）的低温业务，此次收购 包括低温泵运营公司、以及Brooks在爱发科低温真空（Ulvac Cryogenics）有限公司 50%的股份，进一步增强了其真空业务的全球竞争力。

Edwards是真空领域和减排系统的全球领导者，拥有100多年的悠久历史，1919年成 立，以真空设备起家，1975年就已经覆盖全球75个国家，公司发展比较关键的节点 是1984年推出了无油干泵，2014年被Atlas收购。产品的应用领域主要有分析仪器（电 子显微镜、质谱仪、实验室等）、化工、食品加工、研究机构、发电解决方案、工业 解决方案、半导体、平板显示、可再生能源（太阳能、LED照明、储能等）。

从公司的产品发展历程来看，随着半导体技术的不断发展，公司的真空泵随之不断 进步，一个是技术上，不断的进行技术开发以符合下游客户的需求，产品呈系列化， 另一个是能耗上的不断降低（半导体行业为用电大户），为客户创造收益。

2014年Edwards营业收入约7亿英镑。分部门收入结构，以2012年为例，半导体真空 泵占比37.3%、通用真空泵占比28.4%、新兴技术领域真空泵占比7.0%，另外服务收 入占比达到27.3%。公司在半导体领域的客户包括晶圆厂以及半导体设备商。2010- 2012年公司最大客户是三星，收入占比分别达到15.1%、13.6%、13.4%。

从收入规模看（由于14年被收购，仅能获得截止2014年数据），Edwards收入增长 与半导体设备市场规模的增长非常一致，收入增长的最大动力来自于半导体领域。在上一轮半导体设备行业的顶点2011年，Edwards的收入最高达到7.0亿英镑，当年 毛利率36.8%，净利润0.52亿英镑。而受益此轮半导体行业景气周期，2020年Atlas 的真空技术部门收入达到约21.1亿英镑，其中主要的收购仅在2016年。

（三）PfeifferVacuum：涡轮分子泵开创者，致力于真空领域

公司于1890年成立，以电灯泡的真空设备起家，1951年开发了用于核工业的真空泵， 从此公司真空泵业务开始向多领域扩张，1958年公司发明并推出分子泵，1985年发 明分流涡轮分子泵， 2010年兼并了阿尔卡特朗讯的真空技术部门“adixen”，2019 年10月公司在我国江苏无锡建厂，为真空领域的领先企业。

公司的产品组合包括真空产生、测量与分析、安装工具、真空系统、真空单元、捡漏 设备等，可以提供各种复杂的真空系统解决方案。

公司产品系列齐全，可为不同制程要求提供产品组合。以半导体的PVD（物理气相 沉积）为例，要求在10-3 至 10-7 Torr范围的高真空范围内运行，需使用干式粗抽泵、 涡轮泵以及低温泵，普发提供的A4H系列是专用于 PVD 应用的全系列干式泵和磁 悬浮涡轮泵，ATH M涡轮泵也已获得许多OEM客户的认证。

2015-2019年，普发的收入从5.01亿美元增长到2019年的7.1亿美元，复合增长率 9.0%，2018年曾经达到7.8亿美元，2019年受半导体行业投资不景气收入有所下滑， 同期营业利润从6501万美元增长到7274万美元，营业利润率在13%左右，2018年最 高达到14.6%。

从收入的拆分来看：

（1）按产品拉看，绝大部分为真空产品，公司产品分为Turbopumps（涡轮泵，针 对高真空和超高真空）、Instruments and components（仪器部件）、Backing pumps （支撑泵，针对低真空和中真空）、Service（服务，培训、备品备件等）、Systems （系统，针对多级真空等）。2015-2019年，各产品的占比均有所变化，涡轮泵从32.1%下降到29.2%，支撑泵从22.7%下降到19.6%，仪器部件从21.9%上升到30.3%，真 空系统从2.0%上升到3.1%，除去仪器部件占比大幅上升外，其余部分均保持相对稳 定状态。

（2）按下游应用领域，与ISTV的分类类似，公司将客户分为半导体（主要使用中大 型支撑泵、涡轮分子泵、测量仪器）、工业（用于电动车、太阳能热发电、冶金、空 调制冷等）、分析测试（扫描电子显微镜等）、科研（泵、质谱仪、检漏仪等，用于 研究所等）、涂层（平面显示、纺织、OLED、LED、太阳能电池等）。半导体为其 中最大的部分，2015年到2019年，半导体行业的收入占比从31.0%上升到35.2%， 最高达38.4%，工业应用从25.5%下降到23.6%，分析测试从20.3%下降到18.7%， 科研行业从10.9%上升到11.9%，期间最高达到过15.1%（2018年），涂层部分从12.3% 下降到10.5%。

（四）Ebara：日本百年企业，干式真空泵积累深厚

Ebara成立于1912年，目前旗下有3块业务，分别是：（1）流体机械及系统，主要包 括泵、压缩机、涡轮机、鼓风机等，主要用于石油、天然气、液化天然气等；（2） 环境工程，包括市政垃圾焚烧厂、工业垃圾焚烧厂、水处理厂等；（3）精密器械， 包括干式真空泵、CMP（化学机械抛光）设备、电镀设备及排气处理设备，主要用 于半导体、平板显示、LED和太阳能电池等领域。根据公司的介绍文件，公司在液化 天然气泵领域全球市占率第一，在CMP系统和干泵领域全球市占率第二。公司2020 年营业收入约49.1亿美元，流体机械及系统部门占约60%，精密器械部门占约27%， 环境工程部门占约13%。

从公司的发展历程来看，可分为以下几个阶段：（1）1912~1944年，主要致力于水 利基础设施；（2）1945~1980年，趁着战后日本重建，公司介入风力&水力发电、 垃圾焚烧业务；（3）1980~2000年，介入半导体设备，1986年推出干式真空泵设备， 1987年推出减排设备，1992年推出CPM设备；（4）2000年之后，可持续增长阶段， 致力于能源节约产品与循环利用技术。

2016-2020年，公司精密器械部门的收入从约7.8亿美元上升到13.2亿美元，年复合 增长率约13.8%，同期营业利润率从约12.5%下降到8.1%，根据公司2020年的年 ， 公司精密器械部门的营业利润率的目标为12%。

精密器械部门的收入拆分来看，（1）应用领域。2019年半导体收入占比90%，其他 占比10%。（2）产品和服务角度。2019年服务收入占比34.7%，产品收入占比65.3%。

从海外龙头的发展历史来看，我们可以得到以下启示：

（1）企业发展历史长，长期致力于真空领域，产品系列齐全，技术壁垒较高，除去 真空泵之外，还可以提供包括捡漏、真空计在内的真空综合解决方案。

（2）布局广泛，除去真空领域之外，利用泵领域的通用知识，从事压缩机、涡轮机 等通用制造业，极大的发挥了技术的共享作用。

（3）不断兼并，在相似领域进行相关的收购兼并，获得相关技术并发挥协作作用。

五、国产化大幕已开启，未来可期

国内企业在光伏领域已有较大突破，半导体领域逐步切入。根据汉钟精机的年 ， 公司的真空产品在光伏产业深耕多年，已经实现大批量供货以及长时间可靠运行， 以优异的性价比赢得了较大的市场份额。根据中科仪的招股说明书，中科仪的真空 产品已经被隆基、