半导体光学系统行业专题报告:国产超精密光学未来可期.docx
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1、半导体光学系统行业专题报告:国产超精密光学未来可期光学行业“掌上明珠国产替代空间广阔光学行业“掌上明珠”,考验厂商结合制造能力工业级精密光学元器件制造难度高,应用于高科技行业的关键配套器件。参考茂莱光学招股说明书的定义,我们根据精度和用途的不同,可将光学元器件分为传统光学元器件和精密光学元器件,其中精密光学元器件根据应用领域的不同可进一步细分为消费级精密光学元器件及工业级精密光学元器件。工业级精密光学元器件主要应用于工业测量、半导体、生命科学、无人驾驶、生物识别、AR/VR检测等高科技行业,对于工艺参数、技术性能、应用环境、作用效果等方面要求较为苛刻,对制造提出了更高的要求。超精密光学元件加工
2、技术考验制造与系统仿真的结合能力。生产制造高面形精度、高光洁度、低反射率的光学元件,厂商需要在光学设计、材料选择、加工工艺和后处理方面具备优秀的技术能力。光学设计需要将客户的需求转化为光学元件的几何形状和光学特性,并根据设计要求选择适合的材料。在加工和后处理过程中,厂商需要将设计求转化为加工和表面处理操作,从而达到面形精度、表面光洁度和反射率等技术参数。在原有的抛光技术、镀膜技术、胶合技术和主动装调技术等制造技术的基础上,根据蔡司官网信息,超精密光学加工还需要实现复杂仪器系统设计及仿真、高端镜头优化设计及模拟分析、自动控制及信号采集系统设计及快速实施、图像形态学/融合/超分辨/频率域处理等图像
3、算法等计算机技术,从而实现超精密光学元件与系统的设计与制造。国产替代空间广阔,国内厂商发力超精密光学领域国内超精密光学厂商设备依赖进口,不利于国产光学厂商加工能力长期提升。长期以来,我国超精密光学行业关键制造、检测设备较依赖进口,国产相关设备可靠性较低。根据关于南京茂莱光学科技股份有限公司首次公开发行股票并在科创板上市申请文件的审核问询函之回复披露,茂莱光学在生产环节中使用的关键进口设备包括镀膜机、干涉仪、抛光机、研磨机、测量仪等,主要来源国家及地区包括德国、美国、日本、英国、新加坡、韩国、马来西亚、泰国、中国香港及中国台湾。虽然绝大多数制造、检测设备已存在国产替代供应商,但是部分镀膜机、磁流
4、变抛光机设备暂无国产替代选择。短期看,进口设备订单履约较为顺利,国内超精密光学厂商可使用进口设备进行工艺研发生产。长期看,如果国内厂商逐步进入高端光学领域、国际贸易摩擦升级,若国内不能在关键制造、检测设备形成自主可控,或影响国产半导体、生命科学领域光学系统发展。国产超精密光学加工设备与海外仍有较大差距。我国高端光学元件超精密制造技术及装备,相比国际前沿存在阶段性差距,成为制约高端装备制造业发展的重大短板。根据高端光学元件超精密加工技术与装备发展研究(2023)(作者:蒋庄德,李常胜,孙林等),超精密光学元件制造的基础为高端光学加工机床,目前我国虽初步形成了超精密加工机床自主研发能力,产品品种基
5、本满足重点领域需求,但以04专项实施完毕后的状态来判断,我国机床行业与国际先进水平仍有15年左右的差距,国内光学厂商基本依赖进口超精密光学加工、检测设备及核心零部件。国内已培育出一批在关键设备及加工领域具备巨大潜力的企业,我国有望逐步实现超精密光学元件自主可控。目前,包括4m及以上口径光学元件毛坯制造基础装备、轻量化及超精密磨削装备、亚纳米级加工装备、超大口径光学元件超精密测量仪器在内的高端装备处于国外禁运状态。国内企业已在消费级、工业级光学元件领域成长为龙头企业,正围绕超精密光学元件领域寻求突破。当前国内已培育了一批在高端设备领域基础良好的企业,正重点突破全频谱纳米/亚纳米级精度创成、近无缺
6、陷高表面完整性加工、超精密机床正向设计与数据资源建构、超精密智能机床制造等共性关键技术,我国有望逐步实现国产光学元件超精密光学自主可控。2026年全球工业级精密光学市场有望达到268亿元预计2026年全球工业级精密光学元器件市场规模达到268亿元。根据弗若斯特沙利文数据(转引自茂莱光学招股说明书),2022年全球工业级精密光学市场规模为159亿元,预计2026年市场规模将达到268亿元,对应2022-2026年CAGR为14%0受益于生命科学、半导体、无人驾驶、生物识别、AR/VR检测等下游领域的快速发展,下游客户对于精密光学系统提出了更高要求,有望推动精密光学元器件向工业级迭代,工业级精密光
7、学市场规模有望持续增长。半导体设备及生命科学为全球工业级精密光学重要细分应用。受益于科研及先进制造行业快速增长、半导体及生命科学领域不断提高精度以及轻量化要求,我们认为工业级精密光学元器件的重要性有望持续提升。根据弗若斯特沙利文数据(转引自茂莱光学招股说明书),在生命科学领域,工业级精密光学产品主要应用在基因测序仪、口腔医疗器械等设备,且预计2026年市场规模将达到53亿元,对应2022-2026年CAGR为11%;在半导体领域,工业级精密光学产品主要应用在半导体检测以及光刻机等高端设备,预计2026年市场规模将达到56亿元,对应2022-2026年CAGR为12%0当前德国及日本厂商主导工业
8、级精密光学市场,2021年中国厂商在半导体市场份额为6%。凭借悠久的历史传承、完善的产业链体系以及领先的加工能力,德国及日本拥有一批享誉全球的光学元器件企业包括蔡司、尼康、佳能、JenoPtik、徒卡、奥林巴斯等。作为光学元器件产业的掌上明珠,生产工业级精密光学元器件需要拥有最先进的制造设备并掌握超精密光学加工技术。根据弗若斯特沙利文数据(转引自茂莱光学招股说明书),2021年蔡司、尼康、佳能、Newport.Jenoptikx徐卡、奥林巴斯等国际巨头占据了超过70%的市场份额,在半导体及生命科学领域的市场份额分别达到80%和70%以上。近年来,随着国际精密光学企业大量在中国设厂并与国内光学加
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