1 工業X射線檢測設備:百億規模藍海市場
1.1 X射線檢測設備:無損檢測的重要手段
X射線檢測是無損檢測的重要手段之一。
無損檢測是指檢查機械材料內部時,在不損害或不影響被檢測對象使用性能、不傷害被檢測對象內部組織的前提下,利用材料內部結構異常或缺陷存在引起的熱、聲、光、電、磁等反應的變化,采用物理或化學手段結合現代化的技術和設備器材,對試件內部及表面的結構、狀態及缺陷的類型、數量、形狀、性質、位置、尺寸、分布及其變化進行檢查和測試的方法。
無損檢測主要包括五大常規的檢測方法,分別是射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、渦流檢測、滲透檢測,以及一些非常規的檢測方法例如激光、電磁波、紅外線等。其中,由于其無損、快速的檢測方式以及直觀、清晰的檢測結果,X射線檢測被認為是重要的一種檢測手段。
工作原理:
首先,X射線源產生X射線;通過X射線穿透不同密度(或厚度)物質的衰減差異,即X射線探測器探測到的X射線穿透被測物體后的剩余光子數量不同,可以得到被檢測物體的內部結構成像;通過影像分析可以判定物體內部是否存在缺陷及缺陷類型、等級,同時通過計算機圖像處理系統完成對圖像的存儲,保證檢測數據的可追溯性。
憑借優良的檢測能力,X射線檢測設備應用領域廣。
按照X射線檢測設備不同的應用領域分類,X射線智能檢測主要應用于醫療健康領域和工業無損檢測。其中,工業無損檢測領域主要應用于集成電路及電子制造、新能源電池、鑄件焊件及材料檢測、公共安全及其他領域(如食品產業等):
1)集成電路及電子制造領域:包括芯片、集成電路制造以及PCB印刷、PCBA封測等;
2)新能源電池領域:包括動力電池檢測、儲能電池檢測、消費電池檢測;
3)鑄件焊件及材料檢測:包括汽車零部件、一體化壓鑄成型車架、航空壓鑄件、焊件和壓力容器等;
4)公共安全領域:包括公共場所安防檢測(如機場、火車站、地鐵等小型箱包的檢測)、車輛檢測(高速路口車檢、監獄車輛檢測);
5)其他領域:包括食品安全領域、材料檢測領域等。
不同應用領域下,X射線檢測設備的主要技術參數、封裝形式、技術特點等差異較大。
其中,集成電路及電子制造、新能源電池和鑄件焊件及材料檢測對X射線檢測設備要求較高,因此設備價值也較高。據弗若斯特沙利文數據表示,2021年上述三大領域市場規模占比約50%,預計2026年占比將提高至70%。
1.2 市場空間:百億規模,增長迅速
下游需求高景氣,工業X射線檢測設備市場規模增長迅速。
據弗若斯特沙利文數據顯示, 2021年我國X射線檢測設備(除醫療健康領域外)的市場規模約為119億元,受到下游集成電路及電子制造、新能源電池等行業需求的快速增長影響,X射線檢測設備預計在未來五年將維持高速增長趨勢,預計到2026年,我國X射線檢測設備(除醫療健康領域外)的市場規模為241.4億元,2022-26年CAGR為15.2%。
1.3 產業鏈:中心壁壘在于上游X射線源和X射線探測器
X射線檢測設備產業鏈分析:
(1)上游:X射線檢測設備上游包括X射線源、X射線探測器、高壓電源、多軸聯動系統、離子泵、控制板卡等零部件。高級零部件深度依賴海外進口,國產替代亟待突破。
(2)中游:X射線檢測設備中游包括設備的設計、檢測算法、系統集成和制造環節,涉及到成像系統、掃描系統等的設計、集成。不同檢測領域對于X射線檢測設備需求不一致,目前只有少數企業能夠實現多領域布局,例如海外領航企業依科視朗(Yxlon)布局電子制造及集成電路檢測、鑄件、焊件及壓力容器檢測領域,國內領航廠商日聯布局電子制造及集成電路檢測、電池檢測、鑄件、焊件及壓力容器檢測、異物檢測、安全檢測等領域。
(3)下游:X射線檢測設備下游客戶遍布各行各業,在不同領域內的領航企業多選擇采用綜合性能較好的X射線檢測設備來保證產品品質,提高產品良率。
2 整機:終端需求快速增長,國產替代快速推進
2.1 集成電路及電子制造
2.1.1 市場規模:2026年市場規模有望達到61.2億元,22-26年CAGR為23.0%
集成電路及電子制造領域X射線檢測精度高,需求旺盛。集成電路及電子制造領域涉及電子零件的制造/組裝、PCB印刷、封裝等。
隨著電子產品的輕便化、智能化發展,半導體的尺寸在不斷縮小,對集成電路封裝密度的要求逐漸提高,與之相對應的缺陷要求檢測精度需達到納米或微米級別。而工業X射線檢測設備或微焦點X射線檢測設備可以滿足復雜的集成電路及電子制造工藝的多環節檢測要求。
據弗若斯特沙利文數據顯示,2021年,中國集成電路及電子制造領域X射線檢測設備市場規模為23.4億元,2017-21年CAGR為11.2%。未來,隨著中國集成電路及電子制造行業的蓬勃發展,以及集成電路及高級電子制造廠商對X射線檢測設備的需求的進一步擴大,預計2026年市場規模將達到61.2億元,2022-26年CAGR為23.0%。
2.1.2 競爭格局:海外廠商占據主導地位,國產替代進程開啟
海外廠商為主,市場集中度較高。
海外廠商起步早、技術經驗積累深厚,因此相比國內廠商具備明顯的技術優勢。據弗若斯特沙利文數據顯示,目前在中國集成電路及電子制造領域X射線檢測設備市場中,海外企業市占率超過75%。
尤其是在高級集成電路及電子制造領域X射線檢測設備領域,只有日聯科技、善思等在內的少數中國企業已經開始逐步進入該市場,中國集成電路及電子制造領域X射線檢測設備逐步從國外壟斷走向國產替代。
據弗若斯特沙利文數據顯示,目前日聯科技市占率為6%,處于國內領航水平。
2.2 新能源電池
2.2.1 市場規模:2026年市場規模有望達到58.0億元,22-26年CAGR為28.9%
新能源電池出貨量快速提升,助力X射線檢測設備市場擴容。新能源電池行業X射線檢測設備主要應用于新能源汽車動力電池檢測、消費電池檢測和儲能電池檢測等新能源電池領域。
據弗若斯特沙利文數據顯示,2021年電池檢測領域X射線檢測設備市場規模為13.2億元。
伴隨著動力電池及儲能電池企業產能的高速擴張,以及電池安全重視程度進一步提高,X射線檢測設備在該領域的需求量增長迅猛,預計2026年市場規模將達到58.0億元,2022-26年CAGR為28.9%。
2.2.2 競爭格局:國產替代率較高,國內公司市占率超過90%
中國企業占據市場主導地位,市占率超九成。得益于中國動力電池及儲能電池產業上下游的高速發展,以及該領域對X檢測設備的非標定制化需求較強,中國動力電池及儲能電池領域的X射線檢測設備國產化程度較高。
據弗若斯特沙利文數據顯示,中國企業占據超過90%的市場份額,包括正業科技、日聯科技、雙元科技、大成精密等。國外主要參與企業為贏多美立等。
2.3 鑄件焊件及材料
2.3.1 市場規模:2026年市場規模有望達到44.2億元,22-26年CAGR為17.0%
汽車零部件、航空航天、壓力容器等工業市場規模不斷增長,帶動鑄件焊件及材料X射線檢測設備的需求增長。X射線影像檢測技術作為鑄件、焊件及材料檢測領域中直觀靈敏,便于定量分析的影像檢測手段,具有不可替代的優勢,已被大量應用于各類缺陷檢測診斷,主要包括:
1)金屬鑄造件(包括汽車各類零部件、一體化壓鑄成型車架、工業機械零件、軌道交通輪轂等);
2)敏感結構件(如航空航天、零部件等);
3)壓力容器(如高壓鍋爐、氣瓶、氣罐等);
4)管件焊接等場景檢測。因此,X射線檢測設備的需求量隨著汽車市場、航天航空等整體規模的擴大逐漸增加。
據弗若斯特沙利文數據顯示,2021年鑄件焊件及材料領域X射線檢測設備市場規模近21.10億元,預計2026年市場規模將超過44.20億元,2022-26年CAGR為17.0%。
2.3.2 競爭格局:市場參與者眾多,國內廠商市占率較為分散
市場參與者眾多,海外企業相對領航。鑄件焊件及材料領域海外參與者主要包括蔡司,依科視朗、菲尼克斯等,其設備技術先進且單臺設備價值高,被廣應用于汽車、航空航天等領域。國內日聯科技、華日理學、丹東奧龍較為領航,是國外企業市場地位的主要競爭者及挑戰者。據弗若斯特沙利文數據顯示,國外企業占據約60%的市場份額,而國產廠商整體市場占有率較為分散。
3 中心零部件:高級零部件依賴進口,自主可控勢在必行
3.1 X射線源:X射線檢測設備中心零部件,高級依賴進口
3.1.1 X射線源:微焦點X射線源可滿足高精度檢測要求,技術壁壘高
工作原理:在X射線管中,從陰極發射的電子,經陰極、陽極間的電場加速后,轟擊X射線陽極靶,將其動能傳遞給靶上的原子,其中約有1%左右的能量轉化為X射線,并從X射線照射窗中射出。因X射線能量高、穿透力強等特點,被廣應用于醫療健康和工業影像檢測等領域。
主要參數:
(1)焦點尺寸:決定檢測圖像的精度。焦點尺寸越小,檢測精度越高。
(2)管電壓:決定X射線的光子能量和穿透能力。管電壓越高,穿透能力越強。
(3)管電流:決定圖像信噪比質量。管電流越高,光子劑量越大,成像信噪比越好。
X射線源根據其不同性能特點,分為微焦點射線源、大功率射線源、普通射線源。其中,微焦點X射線源是指焦點尺寸在幾十微米至1微米以下的射線源,研發難度大、技術壁壘高,可滿足高精密檢測要求,主要用于集成電路、電子制造、新能源電池等精密制造領域。
根據密封方式的不同,微焦點X射線管分為開放式(開管)和封閉式(閉管):
1)閉管X射線源:陰極與陽極/靶都封閉在真空管內,在使用時無需抽真空。由于其維護成本低,使用壽命長,啟動時間短,常用于集成電路及電子制造、新能源電池等精密檢測等領域;
2)開管X射線源:帶有真空泵、真空閥,開管的陰極和陽極/靶都可以更換。開管式微焦點射線源具有焦點尺寸更小、大管電壓更高的特點,具備更高的放大倍率和更強的穿透力,但需要維護且造價高昂,多用于要求較高的科研領域或集成電路領域。
3.1.2 市場規模:2026年微焦點X射線源市場規模為24.8億元,21-26年CAGR為27.7%
下游需求高景氣,推動中心部件X射線源需求快速增長。
據弗若斯特沙利文數據顯示,2021年中國X射線源市場規模(除醫療領域外)為22.76億元,2017-21年CAGR為11.7%。未來我國將持續大力發展集成電路產業;同時,在雙碳政策和能源轉型戰略之下,動力電池和儲能電池市場進入高速發展期。
下出行業需求的持續增長,將明顯利好于X射線源市場的發展,預計2026年X射線源市場規模將達54.25億元,2021-26年CAGR為19.0%。
高精度檢測需求愈加旺盛,微焦點X射線源增長更為迅猛。
據弗若斯特沙利文數據顯示,2021年中國微焦點X射線源市場規模(除醫療領域外)為7.3億元,2017-21年CAGR為17.73%。未來伴隨精密制造領域對于高精度檢測需求持續提高,將會推動微焦點X射線源市場迅速擴張,預計2026年微焦點X射線源市場規模將達24.8億元,2021-26年CAGR為27.71%。
3.1.3 競爭格局:微焦點射線源被海外廠商壟斷,日聯科技實現0-1突破
微焦點X射線源技術壁壘高,而海外廠商對微焦點射線源實行嚴格的技術保護和供應壟斷,嚴重制約下出行業的持續發展。近幾年,部分中國廠商也在該領域持續投入研發,并取得一定進展,但整體市場份額較小。隨著國產化浪潮的持續推進,未來中國本土廠商有望在微焦點射線源市場占有一席之地,實現國產替代。
(1)開管微焦點源:開放式微焦點X射線源主要由依科視朗、Finetech 和 X-WorX 等企業壟斷,國內廠商尚未實現技術突破。
(2)閉管微焦點源:封閉式熱陰極微焦點X射線源技術和供應主要由日本濱松光子和美國賽默飛世爾壟斷,二者合計市占率達85%以上,能提供90kV,110kV,130kV,150kV及其以上的全系列微焦點射線源。
受下游應用領域檢測需求上升等因素影響,濱松光子、賽默飛世爾于2022年相繼提出上調銷售價格或減少供應量,其中:濱松光子確認自2022年10月起微焦點X射線源及相關的真空電子管類產品在全球范圍內的產品價格上調約10%;賽默飛世爾于2022年8月向國內廠商發函確認,受生產設備中心部件交付延期及設備維護等原因影響,無法按期完成交付,減少X射線源的供應量。
而作為集成電路封測、電子制造SMT、新能源電池等領域X射線檢測的中心消耗性部件,封閉式熱陰極X射線源的供給不足成為了限制國內上述行業發展的主要“卡脖子”問題。
國內廠商在相關領域起步較晚,目前只有日聯科技實現技術突破并實現部分產品序列的量產,打破了海外供應商壟斷地位。賣方市場行情下,日聯有望迅速搶占國內微焦點射線源市場份額,實現進口替代。
3.2 X射線探測器:國產替代取得突破,打破海外壟斷
3.2.1 X射線探測器:非晶硅技術為主,IGZO和CMOS技術加速發展
工作原理:X射線探測器通過閃爍體,將X射線轉換成可見光,再把可見光通過電子器件轉化成電信號,然后把電信號讀出實現數字化。
目前主流的X射線平板探測技術是非晶硅(aSi)、IGZO(Indium gallium zin coxide)以及CMOS。其中,非晶硅探測器以其相對低廉的成本、較高的成像質量、較長的使用壽命和適用大批量生產在X射線探測器市場上占據大的份額,CMOS探測器則以其小而精的特性在小尺寸的X射線探測器中占據主流。
3.2.2 市場規模:2024年工業X射線探測器市場規模為3.1億美元,18-24年CAGR為9.1%
數字化X線探測器的應用范圍非常廣,涉及醫療、工業無損檢測及安全檢查等不同領域。
據弗若斯特沙利文數據顯示,2018年全球X線探測器市場規模約為20億美元,預計2024年市場規模將增長至28億美元,年復合增長率為5.9%。
其中,2018年全球工業數字化X線探測器的市場規模約為1.9億美元。除傳統的無損探傷外,動力電池檢測和半導體后端封裝檢測加快推動X射線探測器在工業領域的增長,預計2024年市場規模將增長至3.1億美元,2018-24年CAGR超過9%。
3.2.3 競爭格局:國內廠商打破海外壟斷,國產化率持續提升
全球數字化X射線探測器市場供給相對集中,海外巨頭主要包括萬睿視和Trixell,國產廠商主要包括奕瑞科技和康眾醫療。
目前國內數字化X射線探測器產業鏈逐步完善,在日益激烈的市場競爭中,以奕瑞科技為表示的國產廠商憑借自主創新能力和本土化服務優勢打破海外品牌的市場壟斷,未來X射線探測器產能將逐步轉移至中國,國產廠商也將因此迎來發展機遇,加速國產替代進程。