前 言
AMHS（ Automatic Material Handling System）自动物料搬运系统，是直接影响半导体晶圆厂中物料运转效率的核心系统之一，具有较高的准入壁垒。AMHS行业主要被日韩几家企业垄断，国产化率较低。本行研主要分析AMHS系统的难点，旨在从下游晶圆厂现状出发，探讨其国产化趋势，寻求潜在的投资机会。
一
AMHS系统介绍
1. AMHS的功能
AMHS自动物料搬运系统的标准最早由英特尔联盟制定，是指软件系统根据生产计划调度物流装备，实现各生产工序的物料搬运。
早期AMHS系统主要包括RGV有轨小车、AGV无轨小车、OHT天车和PGV人员推车四种搬运方式。随着半导体生产精细化程度的提高，OHT天车逐渐参与智能调度，AMHS系统的效率不断提高。目前AMHS系统已发展到第三代，具有大规模、复杂、随机性和实时性等特点。
半导体AMHS系统可大幅减少人员成本，降低人员错误概率，提升环境洁净度，优化占地空间，极大改善产品良率。同时，根据软件系统的数据反馈，可实时跟踪各生产工序、物料、设备等状况，以及时发现异常，最大限度减小故障损失。
视频来源：Intel官网
2. AMHS系统
AMHS系统由硬件和软件组成。
2.1硬件
AMHS系统的硬件主要由存储设备、传送设备和净化设备等组成。根据不同晶圆厂的需求，目前AMHS系统主要分为地面方案和天车方案。8寸晶圆厂通常采用由AGV自动导航车、RGV有轨制导车和AMR移动机器人等组成的地面方案，而12寸晶圆厂都采用由OHT高架起重运输车和OHS头顶运输车等组成的天车方案。在半自动化的应用场景，OHS负责interbay 主干线的搬运，AGV/RGV/AMR等则是负责intrabay 支线的搬运。在全自动化的应用场景，OHT负责全局（interbay，intrabay）的搬运，由机台到机台实现点到点的搬运。
图1 AMHS硬件结构示意图
资料来源：《新施诺AMHS全产业链整体解决方案，引领工业4.0时代》-东方财富网
表1 AMHS常见硬件汇总
资料来源：相关公司介绍、企业访谈
2.2软件
AMHS系统中，软件控制系统是核心，包括MCS物料控制系统和各物料搬运设备的控制系统，MCS系统需要对接上层制造CIM （Computer Integrated Manufacturing）半导体工业软件系统，包括MES制造执行系统、RTD排产调度系统、EAP设备自动化方案等，实现搬运指令的下达和实际搬运状态的数据上传，MCS通过对多类别的物料搬运设备控制系统进行统合控制和调度，再由各搬运设备的控制系统分别调度各搬运设备，实现AMHS系统的整体运行。
图2 AMHS软件结构示意图
资料来源：相关公司介绍
在8英寸晶圆厂中，AMHS主要用于生产区域间的搬运。在12英寸晶圆厂中，跨区域不同机台之间的搬运更为复杂，数据采集和信息分析不可或缺，MCS系统在AMHS系统中起关键作用。为MCS系统提供复杂软件支持的是CIM半导体工业软件系统，可划分为四个层级，数据分析层、生产管理层、硬件控制层，硬件层，而AMHS系统位于硬件控制层。
3. AMHS核心技术要求
AMHS对布局设计能力、材料、软件系统、经验等都有较高的要求。对于布局设计能力，根据晶圆厂的不同设备特性和工艺流程，结合设备产能，物流装备数量等因素综合考虑选择对应的物流装备，灵活的布置传送带、轨道实现最优方案，专业设计必不可少。对于材料，OHT高速行驶仍保持洁净度要求，材料分析必须考虑振动数据、移载速度、承重能力等影响因素，材料决定产品质量。对于软件系统，软件是AMHS的核心，通过算法优化可减少闲置车辆，规划最优路线，预防交通拥堵，仿真验证超大规模的自动化控制，实现综合效率最优。对于经验，AMHS是晶圆厂的生命线，稳定性是硬指标。唯有大量运行、生产积累经验，确保产品万无一失，才能真正成为可靠的AMHS供应商。
表2 AMHS核心技术总结
二
行业发展
1. 行业现状
外企垄断。目前半导体AMHS行业的全球市场主要被日本大福、日本村田机械、韩国三星子公司SEMES等公司垄断。新兴的国产AMHS厂商进入半导体领域有极高的门槛，这是由于晶圆厂的AMHS系统一旦出现故障将会影响整体产线的运营，会造成巨额损失（单日损失上千万美元），目前阶段晶圆厂出于谨慎原则较难选用国产AMHS厂商。
但随着外部政治环境的变化，AMHS是否被“卡脖子”存在一定变数，因此，国产替代已经成为很多晶圆厂的选择，包括对国内厂商进行技术评估，提供小范围的Demo测试机会等。
表3 国际龙头企业
资料来源：公司官网、公司新闻
国产AMHS厂商地面方案多，而天车方案少。AMHS地面方案使用的AGV/AMR物流装备在半导体行业应用广泛，随着国产AGV/AMR企业在光伏、面板、电池等领域的经验积累，现也逐渐切入半导体赛道，对于国产AMHS地面方案而言，竞争将会逐渐激烈。目前8寸晶圆厂中仅部分应用OHT天车方案，运输的主要任务还是由人力或地面方案完成，原因是AMHS天车方案成本极高，国产厂商仍处于初期阶段，目前仅个别几家晶圆厂测试国产AMHS天车方案，并发出试验性订单，暂无一家国产厂家形成规模销售。
表4 AMHS地面方案提供商
资料来源：公司官网、公司新闻
2. 市场规模
根据2022-2025年大陆地区已公布的晶圆厂投资扩产计划，4年间晶圆厂（8寸和12寸）的平均设备投入资金约1732亿/年。根据12寸晶圆厂采购一套完整的AMHS系统（包括软件+硬件）约占晶圆厂设备投资总额的3%，可以预计，未来4年内，国内晶圆厂AMHS系统平均的市场需求约为52亿元/年。
图3 2022-2025年大陆地区已公布投资扩产计划
资料来源：浙商证券研究所
3. 发展趋势
3.1硅片尺寸增加扩大AMHS系统需求
根据SEMI数据，全球市场对12寸硅片的需求量持续上涨，硅片由8寸向12寸转移的趋势明显。大尺寸硅片可提升生产效率及成品率（12寸比8寸的单片硅片可生产芯片数量提升2.64倍），降低生产成本（12寸比8寸的平摊单片芯片的加工成本以及时间成本减少约30%），提升设备的重复利用率。根据SUMCO预测，2026年全球12寸硅片需求量将达到1100万片/月，CAGR为8.4%。
图4 2006-2026E 12寸硅片月需求量
资料来源：SUMCO官网
相比8寸晶圆厂，12寸晶圆产线的工艺更加复杂，对AMHS的需求也更为迫切。在物料搬运自动化方面，8寸晶圆厂的一些老旧设备不支持全自动化，部分晶圆厂仍采用人工方式进行物料搬运，而12寸晶圆尺寸大质量重价值量高，长期人工搬运对良率的影响更大。设备方面，12寸设备全部支持SEMI 标准通讯协议，采集数据导入调度系统，数据吞吐量和稳定性对自动化有着更高要求。工序方面，目前12寸厂的光刻层数一般在30-40层，而8寸厂仅需10-30层，12寸晶圆厂更复杂的工艺流程节点需要整场规划扩展性的适配，对于物料搬运系统的自动化需求也更大。同时，出于最大化节省地面空间和降低洁净室成本的目的，12寸晶圆厂对AMHS的需求也更高。
表5 不同应用场景对应的洁净度要求
资料来源：企业访谈
3.2 AMHS天车方案的国产化进程
国内晶圆厂在与大福、村田等进口天车供应商合作时面临技术支持不及时，交期长，价格高等问题，国产替代势在必行。以国家大基金为主的半导体产业扶持战略，助推了一批新兴国产AMHS供应商的成长。但半导体行业出于谨慎考虑，目前国产AMHS天车方案仅在晶圆厂测试线或局部线运行，像华芯装备以及成川科技皆于2021年攻克先进封装领域的AMHS项目，弥费科技和欣奕华则是2022年取得8寸-12寸晶圆厂项目的阶段性进展。随着国产AMHS天车方案的成熟，若任意一家取得标杆性的整厂国产替代，在中国AMHS市场将有较为明显的优势，有望成为国产AMHS第一股。
表6 AMHS天车方案提供商
资料来源：公司官网、公司新闻
三
永鑫观点
永鑫方舟投资团队认为：大尺寸硅片已是趋势，大硅片晶圆厂出于效率和良率的综合考虑，AMHS的天车方案无疑是最佳选择，地面方案的AMR机器人不能取代OHT天车只能作为一种补充，12寸晶圆厂采用OHT天车搬运几乎是标配，所以天车方案在大硅片晶圆制造工序中必不可少。欧美各国都在积极建设新的大尺寸晶圆厂，国外几家AMHS龙头长期处于满产阶段。国内晶圆厂在与大福、村田等进口天车供应商合作时面临技术支持不及时，交期长，价格高等问题，国产替代势在必行。国产AMHS厂商从先进封装厂，晶圆厂局部测试线等实际场景积累经验，陆续在调度系统、洁净度、整场规划等技术难关实现突破，解决国产天车方案“卡脖子”难题。目前，国内几家AMHS天车方案厂商没有一家完成8寸/12寸整厂的顺利交付，若任意一家取得标杆性的整厂国产替代，将在国内AMHS市场将有较为明显的先发优势。
永鑫深入布局半导体行业，已投资半导体相关企业28家，涵盖IC设计、半导体设备、半导体耗材、半导体服务、芯片测试、先进封装、碳化硅晶圆厂等。在中美博弈的大背景下，半导体作为中国自主可控的长期发展战略，在十年内都是主流发展赛道。未来，永鑫会继续关注半导体行业“卡脖子”的硬科技方向，如AMHS系统、CIM软件、半导体核心材料、耗材等。
永鑫未来也会持续关注“芯”、“车”、“碳”产业链，深入挖掘产业链上下游优质企业，持续助力中国实体经济。对于已投企业，永鑫将一如既往的从人力、供应链、订单等多方面助力企业发展“让创业不再艰难”。
永鑫方舟
永鑫方舟自2015年成立以来，专注于投资芯片半导体、5G通讯、智能制造、新能源、新材料、医疗器械等领域具有高成长潜力的优质硬科技项目。截至目前，永鑫方舟资本已发行12支私募基金，累计管理规模22亿元人民币，已投资科技型企业60余家，其中已上市企业包括中际旭创、昀冢科技、罗博特科、东微半导、纳芯微等，所投企业多数已成为国内外细分领域龙头及行业标准制定者。2021年永鑫方舟被时代财智评选为“亚洲最具远见投资公司”。2022年永鑫方舟入选“金投奖·2022年度中国成长型VC投资机构TOP30”。2023年永鑫方舟荣登投中榜“2022年度中国最具成长潜力创业投资机构TOP10”。
永鑫方舟立足于苏州本土和高端智能制造的主赛道，致力于建设有特色的赋能共创型基金，践行“让创业不再艰难”的深刻使命，为企业深度赋能，与企业共创成长，深度打造基金与企业共荣发展生态圈。
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