AOI光学检测行业深度展望分析报告.docx
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AOI光学检测行业深度展望分析报告
2017年AOI-光学检测行业深度分析报告
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2017年9月
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一、机器视觉已成趋势，为良率提升保驾护航
1.1机器视觉代替人工检测已成趋势
检测设备从功能上区分，可以大致分为光学检测设备和电讯信号检测设备，前者立足于外观检测，后者立足于功能性检测。
这两种设备目前来看在FPD、PCB等行业应用广泛。
AOI（AutomaticOpticalInspection），即自动光学检查。
是利用CCD相机摄取图像，而图像是由像素组成，系统将实际图像进行灰度分析，与标准图像特征比对之后，即可判定是通过或错误，是外观的一种检测方式。
相比于人工检测，AOI机器视觉检测可靠性和效率都更高。
由于AOI是光学检查，所以凡是用AOI可以检查出来的不良，用肉眼也完全可以看到。
AOI则只能以设定好的标准为基准进行判断。
如果标准设定太严，则误判太多。
标准设定太宽，又会漏检。
尤其是那种在线的AOI，对编程的要求更高。
但对于AOI而言，程序设定好以后，即可连续测板，机器不会疲劳。
对于比较小的元件，用肉眼检查起来比较吃力，而AOI由于具有光学放大左右，所以对于较小的元器件的检查具有比较大的优势。
所以将来用AOI取代肉眼检查是一个发展趋势。
肉眼检查可以根据标准加以灵活判断。
但是采取人工检查，对于点数较多，或者批量较大的板，由于长时间检查，人眼会产生疲劳，从而造成漏检。
表1：
AOI检测与人工检测的对比
AOI系统包含以下部分构成，照明系统、光学透镜、CCD摄像系统、检测工作台、检测程序、预存模版、图像处理识别系统、数据记录处理系统构成。
其中预存模版是最能体现AOI系统能否匹配生产线的衡量标准，根据CAD程序设定，AOI系统可以自动获得该生产线的正常品的各项指标及参数，不需要向外采购标准样品，在生产线调整和改造时，AOI设备也可以随之做出调整，检测更为灵活。
表2：
AOI检测设备的主要构成
AOI检测设备按上板作业方式不同可分为在线式和离线式两种：
离线式AOI检测设备：
不连接在SMT生产线中，由人工作业放板，成本低，目前市场应用较多。
在线式AOI检测设备：
主要用于SMT生产线在线全自动检测，不需要人工作业，而且可以实现整条SMT生产线的品质数据共享及自动工艺优化，全面提升SMT生产线的生产品质，在线式AOI检测设备的需求将会呈现逐年上升趋势。
目前有离线式AOI生产能力的厂商较多，而具在线AOI生产能力的厂商较少，在线AOI的技术要求比离线AOI高很多，是评判AOI厂商实力的重要指标。
图1：
Off-lineAOI和On-lineAOI
表3：
离线式AOI和在线式AOI的比较
根据Cyamlan的市场调查数据，目前AOI检测设备应用最广泛的两个领域分别为印刷电路板和面板显示行业，两者的占比分别为64%和15%，其它的应用领域包括半导体，太阳能电池，医疗等占比较低，我们根据AOI检测设备的两大主要应用领域的发展趋势来分析和测算AOI设备的行业竞争格局和市场容量。
图2：
AOI检测设备的应用领域
图3：
2015年AOI在各应用领域的占比
1.2AOI重点应用行业——PCB领域
AOI—PCB的缺陷检测包括：
底片的检查，覆盖有光敏抗蚀剂的板在进行显影线的潜像质量的检查，在铜的表面检查显影后的图像质量，检查导体电路图形的质量，钻孔后的质量检查，检查微孔质量，非传统微孔加工表面质量检查和集成电路的封装和装配的质量检查。
目前国外的大型AOI公司，如康代、网屏、奥宝和欧姆龙公司已经发展非常成熟，可以提供各类型PCB的AOI检测系统，包括标准的PCB检测，触控面板检测，3D打印喷墨技术检测，HDI检测，FCB检测以及IC封装基板检测，而且提供全流程线解决方案，包括波峰焊后检测，贴片后检测，印刷后检测，回流炉后检测，插件后检测，绑定后检测等。
图4：
各类型PCB-AOI检测设备
图5：
AOI在PCB生产流程的应用
图6：
PCB—AOI检测出的缺陷
AOI改变了PCB行业，它使PCB制造商极大的提高了良品率。
检测系统是智能制造过程的最后一步，也是重要一环，对于控制产品质量起到决定性作用。
以消费电子行业为例，电子产品良率一直是电子代工行业利润率一直处于较低水平的重要掣肘之一，而自动检测设备是提升电子产品良率的有效解决途径。
目前先进的自动检测设备可以完全实现替代人工并且检测精度更高，在数秒内即可完成规定的检测步骤得出结果，大大提升了检测的效率。
规模化生产使PCB制造商降低了成本，而良品率的提高，则进一步降低了使用PCB厂商的成本，进而导致PCB板价钱的下降，而PCB板价钱的下降又极大的促进了全球电子和电脑工业的发展，消费电子和电脑因而迅速普及。
图7：
国内外知名品牌PCB—AOI
AOI检测设备市场在国内处于刚起步阶段，目前市场上只有20%—30%的SMT生产线装配了AOI检测设备，而国际领先电子制造企业的SMT生产线基本都配置了AOI检测设备。
国内目前配备了AOI检测设备的电子制造企业绝多数也只在炉后配备一台进行全检，而按照国际经验，每条生产线至少要配置三台AOI检测设备放置在生产线不同测试工位，包括锡焊后检验，贴片后检验以及回流焊后整体检验。
因此随着行业的发展及AOI检测设备自身具备的优势，未来AOI检测设备的装备率会越来越高。
图8：
PCB生产线AOI设备装配图
电测不能代替AOI检测，AOI检测在过程控制中发挥关键作用。
首先，电测试的模具和夹具非常昂贵，通常每个批次的PCB都要做一套模具和夹具，如果生产批量大的印刷电路板还可以接受多套模具的应用，但如果对PCB线路进行后续调整或修改，整套模具和夹具都要重新制作。
其次，随着PCB的层数越来越多，如果每一层都要电测的话，模具和夹具更是需要数倍的增加。
综上所述，一般而言，从成本控制和产线的灵活调整的角度，PCB厂商都只对最终成品的印刷电路板进行电测。
这也是电测最大的缺陷和不足，首先，由于测出的问题电路板已经成型，生产流程中的问题点定位困难；其次，电测试只能测出线路的通断，对于电阻、电感、电容等由线路形状导致的缺陷都无能为力，如果需要测试电感、电容等性能，必须设计非常复杂的测试线路，而目前由于PCB的精密度的提高，测试模具与线路的设计难度越来越大，成本逐步抬高，所以事后对PCB上的元器件进功能性能测试对大多数PCB制造商来说是无法承受的；最后，由于电测试是最终测试，有问题的PCB线路板通常无法维修，只能报废处理，上述种种因素都会导致PCB生产的良品率较低，成本较高，大大制约着PCB行业的发展。
1.3AOI重点应用行业——FPD领域
FPD—AOI的主要应用于以下检测：
Mura缺陷检测，ColorFilter缺陷检测，色度、厚膜、光学密度检测，PI检测，LC液晶检测。
检测工序遍布LCD、OLED以及TouchPanel产品等平板显示器件的生产环节，主要利用光学信号对其结构和外观做出检测并辅助其他功能性检测。
主要目的有三：
（1）避免不良品流入下道工序；
（2）改善制程工艺和流程；（3）对不良品进行解析，提升良率。
在彩色滤光片的生产工艺环节上，AOI设备主要用于黑框（BM）、RGB彩色膜、铟锡氧化物薄膜（ITO）、MVA、PS和INS等制程中，目前由田的CF—AOI设备实现了8.5代线（2200mm*2500mm）的应用；在薄膜晶体管的生产工艺上，AOI设备主要用于配向膜检测，偏光片贴附检测，点亮检测（点、线、Mura）以及外观检测上。
图9：
AOI检测设备在面板行业的应用
图10：
AOI检测设备在TFT和CF的工序环节上的应用
图11：
FPD-AOI设备
提良率、增产能——AOI设备必不可少。
对高清、超高清晰度和零缺陷电视机和移动设备的需求,要求平板显示器制造商开发更复杂的面板设计,并实施更严格的生产过程控制。
液晶显示器和OLED显示器的检测,由于某些导体和绝缘体所使用的透明材料、多层结构和高密度特性以及潜在缺陷的精细性质,对技术提出了截然不同的挑战。
传统人工肉眼翻查缺陷检测方式主观性大，误检、漏检率高。
基于数字图像处理的AOI检测设备具有精度高、速度快、无接触的优点，能够克服人工检测的弊端，在显示器缺陷检测行业有良好的应用前景，从前道的ITO玻璃检测、背光模组检测，到Cell贴合、LCD模组的COG设备、对位贴合、切割机、飞针探测设备等，都离不开AOI相关设备；同时LCD和OLED的检测、测试和维修过程也必须与LCD设备的高生产速度相匹配,这一要求使得LECD和OLED制造商在新型显示器需要高精度识别设备，将会拉动对AOI的需求。
LCD和OLED易受各种缺陷的影响,其中许多是由于生产中使用的沉积、光刻和蚀刻工艺所致。
在生产过程中检测和修复这些缺陷使制造商能够改进对其生产过程的监视,避免成本进一步昂贵的材料并大幅度提高其产量。
二、伴随产业东风，国内AOI市场前景广阔
2.1PCB-AOI：
行业增速放缓，存量需求大于增量
PCB产业重心转移至中国。
在2000年以前，全球PCB产值70%分布在欧洲、美洲（主要是北美）、日本等三个地区。
进入21世纪以来，PCB产业重心不断向亚洲地区转移，形成了新的产业格局。
亚洲地区PCB产值接近全球的90%，是全球PCB的主导，尤其是中国和东南亚地区增长最快。
据Prismark统计，从2006年开始，中国超过日本成为全球产值最大、增长最快的PCB制造基地，并已成为推动全球PCB行业发展的主要增长动力。
2012年中国大陆PCB产值达到216.36亿美元，占全球PCB总产值的39.84%。
2008年至2012年，中国PCB产值的年均复合增长率达到9.52%，高于全球增长水平。
图12：
PCB产业转移图（亿美元）
未来投资增速放缓，存量升级需求远大于增量投资需求。
据Prismark预测，2016年中国PCB行业整体规模将达268.78亿美元。
未来五年（2016年至2020年）中国PCB行业产值增速将有所放缓，年复合增长率为3.50%；预计到2020年，中国PCB行业产值将达310.95亿美元，占全球PCB行业总产值的比重为50.99%。
我们选取中国已经上市或即将上市的有代表性的内资PCB制造商在2010年—2017年的已完成投资或拟投资PCB扩产项目作为参考标准，通过测算各类产品的AOI占总投资金额的比重，以及单位产能的AOI投资金额来估算PCB-AOI的市场容量。
根据测算，AOI设备占PCB扩产总投资金额的比重的均值4.3%，中位数为4%，标准差为2%;根据加总的产值投资比（总产值/总投资金额）得到产值为投资的1.8倍。
表4：
2010—2017年内资PCB生产商产能扩张和设备购买情况
PCB—AOI增量需求预测。
据Prismark预测，2016年中国PCB行业整体规模将达268.78亿美元。
未来五年（2016年至2020年）中国PCB行业产值增速将有所放缓，年复合增长率为3.50%；预计到2020年，中国PCB行业产值将达310.95亿美元，占全球PCB行业总产值的比重为50.99%。
按照前面估计的AOI投资比例和投资产值比的数据计算得到国内PCB行业未来4年的投资额为160亿元，AOI设备的市场容量合计6.4亿元。
表5：
国内PCB-AOI设备2017—2020年间增量需求敏感性分析
PCB—AOI存量需求预测。
由于电子终端产品的技术升级较快，电子工业设备更新频率较其他产业更高，AOI设备的使用寿命大约在6—8年，我们取距离当期6—8年的产值均值作为需要进行升级的产值，假定转化系数为0.8，测算得到2017—2020年的产能升级带来的投资需求为3300亿元，所需要更新的PCB—AOI设备的投资额为15.53亿美元，折合人民币132亿元。
表6：
PCB-AOI设备2017—2020年间存量替换需求敏感性分析
2.2OLED叠加高世代LCD，面板产业进入扩张新周期
面板产能逐步转移，市场份额占据领导地位。
上世纪70—90年代，全球面板主要产能集中于日本，1995年日本的液晶面板出货量占全球市场90%以上，韩国和台湾通过长期技术积累和资本投入，90年代末两国的面板产业开始快速增长并占据市场。
2003年后产能开始向大陆转移，经过十余年的发展，目前已经实现了中小尺寸面板线的产能由日、台、韩等国转移至中国大陆，根据CINNO数据显示，2016年中国大陆地区智能手机显示面板出货量已经占全球出货量36%，超越韩国和台湾成为全球之冠；此外，大尺寸电视面板的出货面积全球占比也进一步提升至25%。
由于AMOLED屏幕显示技术的优秀表现，智能终端设备也纷纷开始搭载AMOLED显示屏。
从2014年GalaxyNote4和金立S5.1发布开始，AMOLED在智能手机终端的应用逐步增加，尤其是成为中高端手机的首选，期间发布的大多数AMOLED面板手机为AMOLED硬屏，2015年8月1日，SamsungGalaxyS6Edge+的惊艳登场，更高的清晰度，色域广，对比度高，更薄的机身，更低的耗电量，使得该款手机迅速赢得广大消费者的喜爱，随后的2016年里有16款型号的手机选择搭载AMOLED显示技术。
图13:
大尺寸LCD全球出货量占比
图14：
搭载AMOLED手机售价和机型（种）
从未来的投资轨迹来看，国内2017-2019年是面板投资的高峰期。
2017—2019年期间，液晶面板的投资情况来看，共有14条TFT-LCD高世代线将实现量产，包括中电熊猫咸阳、成都两条8.6代线，天马厦门6代线，京东方福州8.5代线，合肥10.5代线，武汉10.5代线，惠科重庆8.5代线，惠科云南11代线，华映科技莆田6代线，华星光电深圳11代线，富士康郑州6代线，广州10.5代线，贵超光电贵州6代线，海德致远阜阳7.5代线，合计新增产能104万片/月，累计产能相比2016年提高106%，投资金额合计4282亿元人民币。
当十三条液晶面板产线建设完成后国内的大、中、小尺寸的液晶面板产能将实现全面领先日韩市场。
高世代LCD和OLED并行不悖。
与高世代面板线同时建设的，还有OLED面板产线，随着下游需求不断增加，上游面板厂商也开始加大了AMOLED产线的投产力度，下图为国内AMOLED产线的投产情况，目前实现量产的AMOLED产线多为生产硬屏的低代线，截至2016年底，共有7条生产线实现量产，累计投资金额830.1亿元人民币，实现产能41.5万片/月，2017—2021年期间，预计共有6条柔性/硬性AMOLED生产线将实现量产，包括：
信利国际惠州6代线，京东方成都、绵阳两条6代线，华星光电深圳11代线，华星光电武汉二期6代线，和辉光电上海4.5代线改造和6代线，新增产能合计37.1万片/月，合计投资金额达到2765.28亿元。
图15：
国内面板生产线投资情况一览（亿元）
表7：
2016—2019年高世代线投产情况
2.3面板产业高速发展，带动百亿级检测设备市场空间
面板检测设备中，主要分为对电路电讯信号检测的设备和对面板制造过程中各个工艺环节的检测，主要是AOI检测设备。
如果按照制造环节来看，Array环节和Cell环节用到的检测设备大多是属于AOI检测设备，还包括部分量测设备。
后段模组段涉及的设备中，既包括AOI设备也包括电讯信号检测设备。
因此，从占比来看，AOI在面板检测中的占比高于电讯信号检测设备的市场容量。
图16：
面板制造过程中所需要用到的检测设备类型
检测设备在面板制造过程中，具备一定的人工替代性。
检测设备市场规模依赖于制程设备，根据HIS的数据显示，对平板显示产品生产线新建或升级改造时，前段的Array和Cell制程所需设备投资较大，所需检测设备也相应较多。
根据2010-2015年，全球Array、Cell和Module各制程设备投资数据显示，在Array/Cell/Module制程中的设备投入比例分别为75%：
20%：
5%。
表8：
全球面板产业投资规模及各段设备投入占比情况（百万美元）
受益面板产线投资热潮，检测设备迎来发展机遇。
对生产线的投资中，对设备的投资占60-70%，其中1%为对模组段检测设备的投资，而检测设备在Array、Cell、Module三个制程的投资比例为75%：
20%：
5%。
那么，2017-2019年现有在建、筹建产线所带来的检测设备市场空间为666亿，Array、Cell、Module三个制程的检测设备市场空间分别为500亿元、133亿元和33亿元。
如果按照年度测算，2017-2019年的检测设备市场容量分别为177/221/268亿元。
同比增速水平分别为140%/25%/21%，2017-2019年的检测设备需求量相比于2016年有4-5倍提升。
其中，OLED的检测设备而市场需求量2017-2019年分别为56/65/63亿元，LCD分别是121/156/205亿元。
从功能性来看，Array段和Cell段的大部分检测设备都是基于机器视觉原理的AOI设备，后段模组段，有部分检测设备是信号功能检测设备。
由于LCD和OLED在工艺流程上存在较大差异，对检测设备的要求也不同，我们根据两种类型的面板未来投资情况分开测算2017—2019年LCD-AOI和OLED-AOI的市场容量情况。
根据奥宝科技公司2016年报估算，平均一年建设期，140—350亿人民币投资金额的面板产线，需要的检测和修复设备投资金额为2.5%，AMOLED显示面板的工艺更为复杂，良率提升难度更高，对AOI设备的需求量会更大。
假定OLED—AOI设备占投资的比例比LCD—AOI分别高出2—3%，即OLED设备的AOI占比区间范围在4.5%—5.5%，预计2017—2019年LCD-AOI设备的市场容量为32.25亿、25.45亿和41.45亿元，OLED—AOI设备的国内市场容量为23.25亿、27.25亿和26.25亿元。
表9：
面板投资检测设备市场容量测算
表10：
面板投资检测设备市场容量分年度测算
虽然市场容量广阔，但是在面板中前段市场的AOI检测，国内设备企业鲜有涉及。
基于全球化的视野来看，面板检测行业的主要企业仍然是海外企业占据主导。
在价值体量仅仅占比只有5%的module段，国内企业例如精测电子，已经实现了国产替代。
Cell制程中，光学寿命测试、Mask检查、FMM张网设备、Seal框胶检查机、老化设备等都是由海外企业主导，国内企业涉及较少。
在Aarray制程中，国内企业基本很难涉及，主要以日本、以色列企业占主导。
表11：
各个制程环节主要检测设备企业
百亿级市场即将开启。
根据前面两大市场的分析，PCB领域的产能扩张放缓，产品逐步走向高端化，以存量更新为主。
而FPD领域，随着未来OLED和高世代面板线的投资扩张，AOI检测设备市场空间随之打开。
我们测算得到在AOI设备的两大应用领域——PCB和FPD领域在2017年—2020年期间的市场容量合计353.56亿元，年均需求117.85亿元，两大领域的投资将带来百亿级的市场红利，国内AOI设备企业有望迎来成长良机。
当前国产设备大多数集中于面板的后段检测设备，AOI产品的竞争也主要集中于后段模组产品领域，而在前段制程环节，主要由于海外企业把控高端应用市场。
表12：
2017—2020年国内AOI设备市场容量测算
三、AOI行业竞争格局
3.1海外AOI行业竞争格局——四大阵营占领全球市场
海外的AOI公司都历经十余年的发展，目前均在相关领域的解决方案上以及产品供应上趋于成熟，从全球公司来看，主要集中于四大阵营：
（1）韩国设备企业；
（2）以色列设备企业；（3）日本设备企业；（4）中国台湾设备企业。
其中知名的企业包括：
韩国的赛太克公司，日本的欧姆龙公司，以色列的奥宝科技和康代公司，台湾的德律科技、由田新技和致茂电子公司。
而且产品应用领域的覆盖比较全面，包括印刷电路板（PCB）、SD（半导体元器件）和面板显示（FPD）等领域，产品线丰富，AOI设备的主营占比高，公司均处于发展成熟阶段。
表13：
全球知名的AOI检测设备企业
韩国检测设备企业大多依附于三星和LG，大部分都是规模偏小的设备企业，从规模和体量来看，与以色列、日本和台湾的检测设备企业有一些差距。
日本检测企业大多数是从其他领域转型而来，或者是产品延伸到AOI领域。
比较纯正的AOI检测设备企业，主要聚焦于台湾和以色列的企业。
（一）台湾地区的AOI检测设备企业
液晶面板行业一直是台湾电子产业曾经引以为傲的一颗明星，早在1990年台湾就已经开建台湾第一条大尺寸TFT－LCD生产线，韩国三星的第一条大尺寸TFT－LCD生产线建立还是在一年之后。
曾经的面板产业大繁荣带来了台湾本土设备企业的历史性发展机遇。
台湾地区的AOI设备知名制造商包括由田新技、致茂电子、均豪精密和德律科技等几家公司。
三家公司都是依托于台湾面板产业和半导体产业发展而得以快速发展。
从发展过程来看，三家企业中，致茂电子的检测设备营收规模最高。
图17：
均豪与台湾致茂营业收入发展（百万台币）
致茂电子：
台湾致茂电子成立于1984年，以自有品牌"Chroma"成为全球电子量测仪器及系统的领导品牌供应商，提供量测仪器、自动化测试设备及制造资讯管理系统的Turnkey整合解决方案。
2016年公司实现营业收入116.24亿台币，同比增长20%，,公司营业收入主要分为三部分：
（1）量测及自动化检测设备；
（2）半导体测试设备；3）TurnkeySolutions。
2016年公司量测及自动化检测设备业务占比达到49%，是公司主要的收入来源。
毛利率方面，公司毛利率从2011年以来一直持续提升，主要得益于产品持续升级。
图18：
台湾致茂电子营业收入及毛利率水平
图19：
台湾致茂电子2017H1收入结构
2017年上半年以来，致茂电子集团实现营业收入5760百万台币，同比增长9%。
其中量测仪器事业部同比增长12%，威光自动化检测事业部同比增长75%。
整体来看，上半年致茂的增长来自于半导体测试解决方案的增长，这块业务同比增长了143%，超越2016年全年。
公司展望下半年，增速将更优于上半年，主要得益于：
（1）电动车产业持续发展带动电力电子检测设备需求；
（2）受益于LD雷射二极体用于3D影像的应用和半导体测试设备的增长；（3）子公司威光自动化订单增加。
由田新技：
公司成立立于1992年，以机器视觉为核心技术，公司多年以来在AOI、触控面板、LED等领域的自动化光学检测设备。
公司产品品类齐全，公司主要的收入来源于AOI产品应用。
公司产品在FPD领域的应用广泛，包括LCD点灯检测设备、SealAOI（框胶制程检测设备）、配向膜自动光学检测系统（PIAOI）、毛边自动检测系统（BurrAOI），产品应用在Array、Cell和Module各个环节。
图20：
由田新技产品分类
由田新技从2006年到2016年，营业收入基本保持稳定，除了2009年和2012年波动较大以外，其他年份营业收入基本保持在5000-6000万美元左右。
2016年公司实现营业收入20.19亿新台币（约62.63百万美元），同比增长42.44%。
公司一直维持较高的毛利率水平，毛利率基本稳定在40-50%区间范围内，最近两年净利润率基本保持在12-13%的水平，盈利能力在制造业中表现突出。
从营收区域来看，2009年后台湾和日本以外的亚洲地区（主要是中国大陆）占
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