集成电路和新型显示行业的产业投资均呈爆发式增长。在未来4-5年间我国投入集成电路制造领域的资金将达到1.2万亿元，年均投资额超过过去5年平均的2倍以上。韩国集成电路近三十年投资年均增速12%，产业发展初期追赶日本时年均增速35%。考虑到我国在集成电路的国家战略地位以及目前的投资高增长的现状，我们认为处于落后地位的集成电路产业将长期保持高速复合增长。未来2-3年我国新型显示总投资超过5000亿元，年均投资额超过过去5年平均的2倍以上，新型显示正处在技术升级关键时期。从03年以来，我国面板投资长期年均复合超过30%，根据产业长期规划，我国面板仍将保持高速增长。

与产业投资增速同步，集成电路和新型显示行业的洁净室工程将快速增长。根据保守比例估计，按工程设计占集成电路总投资比例0.4%计算，洁净室施工金额占总投资比例10%计算，预计2016-2021年我国集成电路工程设计市场规模分别为3.8亿，8.3亿，13.6亿，8.4亿，11.1亿，14.4亿，洁净室施工市场规模分别为94亿，206亿，340亿，210亿，276亿，359亿；预计2016-2021年我国新型显示工程设计市场规模分别为4亿，8.7亿，9.3亿，3亿，7.4亿，8.7亿，洁净室施工市场规模2016-2021年分别为99.9亿，217.9。

正文

1. 洁净室工程：高端制造业的守护神

1.1 起源于军事工业，发展于产业升级 

洁净室是指将一定空间范围内的空气中的微粒子、有害气体、细菌等污染物排除，并将室内的温度、湿度、洁净度、压力、气流速度与气流流向、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而所给予特别设计的空间。不论外界空气条件如何变化，洁净室内均能维持原设定的洁净度、温度及压力等性能，以满足使用需求。洁净室最主要的作用在于控制在其内生产的产品所接触的空气的洁净度及湿度等各项指标符合标准，使产品能在一个具有良好条件和高度稳定性的环境空间中生产制造。

现代洁净室的诞生起源于战争时期的军事工业。1950年代，朝鲜战争时期，美国军队在战争中发现大量电子仪器出故障，有超过80%的雷达失效，接近50%的水声测位仪失效，陆军中70%的电子设备失效，并且每年的维护费用超出原价的2倍，原因在于零部件可靠性差，质量不稳定。最终，美军找到了主要的原因是灰尘作怪，工厂生产环境不清洁，导致生产出来的零部件合格率低，尽管当时采取非常严密的措施来封闭生产车间，但是收效甚微，后来将高效空气过滤器应用于生产车间后，才解决问题，这也是现代洁净室的诞生。

的发展有5个阶段，每个阶段的发展和进步都源于制造业技术升级带来的对生产环境要求的提高。第一阶段是1950年代美国军工的需要；第二阶段是苏联和美国航天事业，特别是登月工程中精密机器加工和电子仪器的发展，出现了层流技术和百级洁净室；第三阶段是1970年代集成电路开始进入发展期，使得洁净技术得以腾飞；第四阶段是1980年代大规模和超大规模集成电路的发展带来对洁净室要求的进一步提高；第五阶段则是从1990年代开始到现在，半导体技术进一步发展，生产线精度的进一步提高，对生产空间的洁净度提出新的要求，同时，传统领域如医疗制药、精密仪器等、食品工业等对洁净技术的要求也逐步提高。

洁净度的标准按照国际标准ISO146441空气洁净度等级划分，以每立方米空气中含有的特定直径的微粒数目来划分洁净室级别。比如，以0.1um的尘埃粒子为比较标准，ISO1级标准的含义为1立方米的空气中直径大于等于0.1um的粒子数不超过10个，中国的划分标准为十级，百级，千级，万级等，分别对应国际标准的4级，5级，6级，7级。对于洁净度我们可以做个直观的类比，按照上限计算，ISO1级表示1立方米空气中直径0.1um粒子数量为10个，粒子占空间比例为5.23*10^-21，可查太平洋的面积为16500万km^3，平均深度为4282米，体积为70700km^3，如果用太平洋的体积与ISO1级标准的洁净程度换算，那么平均每个粒子的体积为370毫升，相当于一条鱼的体积，即ISO1级洁净标准相当于整个太平洋不超过10条鱼。

我国自从洁净室工程出现之后，颁布了一系列洁净室工程规范性文件，对于洁净室的指标要求、工程规范、施工要点、材料使用等都做了详细的说明和指导。其中《洁净室厂房设计规范》是总括性规范文件，《医药工业洁净厂房设计规范》，《电子工业洁净厂房设计规范》，《医院洁净手术部建筑技术规范》分别对电子行业、医药行业、手术室做了更加细致的指导。

1.2 洁净室技术原理：流体力学的艺术

1.2.1 洁净室的原理（气流组织方式）

洁净室的主要原理即利用流体力学的相关性质来控制室内污染源。洁净室控制污染源的途径主要有3种：1、控制污染源，减少污染发生量；2、迅速排出室内已经发生的污染；3、有效阻止室外的污染侵入。第1点和第3点都可以通过封闭性和化学设备等解决，而核心的第2点则需要利用流体力学的物理原理。在流体力学中，按照运动要素流速、加速度等有无时间因素可以分为稳定流与不稳定流，按照流线形状可以分为渐变流和突变流，按照有无质点交换可以分为层流和紊流。

按照气流组织方式，洁净室分为非单向流洁净室和层流洁净室。

非单向流洁净室的主要特点为从来流到出流之间气流的流通断面是变化的，也称乱流，非单向流的原理为稀释作用。非单向流洁净室一般采用孔板顶送，有全孔板顶送与局部孔板顶送之分，全孔板顶送风速小，气流分布均匀，可达到1000级洁净度，局部孔板顶送与全孔板顶送相比，风速大，在墙侧有涡流并部分沿测墙向上翻卷，经顶棚到中间，随洁净气流向下流，混入和污染洁净气流，其洁净度可达10000级。而高效过滤器风口顶送则将高效过滤器放置在送风口，一般带扩散板，是一种常见的气流组织形式。非单向流洁净室的作用原理是：当一股干净气流从送风口送入室内时，迅速向四周扩散、混合，同时把差不多同样数量的气流从回风口排走，这股干净气流稀释室内污染的空气，把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡，一直达到平衡。所以气流扩散的越快，越均匀，那么稀释的效果越好。

层流洁净室的主要特点为气流的流通断面是不变的，原理为靠推出作用将室内污染的空气沿整个断面排至室外，从而达到净化室内空气的目的。层流洁净室的进风面布满高效过滤器，整个送风面是一个大送风口，送风气流经静压箱和高效过滤器的均压均流作用，从送风口到回风口气流流线彼此平行，充满全室断面，以均速向前推进，就像个大活塞，把室内原污染空气排入回风口，从而达到净化室内空气的目的。由于气流的流线始终是平行的，无涡流，因此层流亦称平行流洁净室，根据气流组织形式分垂直层流洁净室和水平直层流洁净室。

垂直单向流洁净室是比较典型的层流洁净室。垂直单向流的优点是可获得均匀向下的单向气流，因而自净能力强，能够达到最高的洁净度级别，缺点是顶棚结构较复杂，造价和维护费用高，高效过滤器堵漏较困难。

《洁净厂房设计规范》中规定，1-4级洁净度应使用垂直单向流，5级洁净度使用垂直单向流或者水平单向流，6-9级洁净度应使用非单向流。综合来看，垂直层流方式运行成本最高，设备费用也最高，部分层流方式由于对生产设备的发热和排热分别处理，降低了运行成本，设备成本中等，乱流方式循环风量小，运行成本最低，设备成本也最低。

1.2.2 灰尘和化学物质的去除

洁净室过滤灰尘的仪器主要有高效空气过滤器（High Efficiency ParticulateAir Filter，简称HEPA），超高效空气过滤器（Ultra Low Penetration Air Filter，简称ULPA）。HEPA它对直径为0.3微米（头发直径的1/200）以上的微粒去除效率可达到99.7%以上，是烟雾、灰尘以及细菌等污染物最有效的过滤媒介，而ULPA对于直径0.15微米以上的微粒去除效率达到99.999%以上。

洁净室的灰尘大部分都不是从外部带入，而是从内部产生。空气中的灰尘主要由设备运转、生产过程、人员因素产生，这3种途径共计产生了85%的灰尘。洁净室关于灰尘的原则包括4条：不将灰尘带入，不让灰尘产生，不让灰尘堆积，迅速排除灰尘，因此，洁净室内，对作业人员的洁净服装，对带入的工具、材料等，对于设备的清理和通风都要严格的要求。

除了灰尘以外，化学物质也是洁净室需要重点考虑和去除的。化学物质主要分为酸性物质，碱性物质，有机物，掺杂性气体等，主要来源为大气、生产中使用的化学用品，建材等，在车间生产过程中要使用大量的化学物质，而杂质化学物质很容易和生产用化学物质产生反应，影响产品质量，故化学物质的去除同样是洁净室需要重点考虑的一个方面。

2. 洁净室工程产业链：辅助制造，投资驱动

2.1 洁净室工程属于生产辅助型工程

洁净室工程是生产辅助性工程，是高端制造不可或缺的一部分。洁净室工程的需求来源于准备建厂的业主，比如晶圆制造商、面板生产商等，洁净室建设完成之后再交付给业主，业主使用洁净室来进行生产活动，故洁净室工程并不单独存在，而是生产厂商的辅助性工程，但同时，也是高端制造不可或缺的一部分。

新建洁净厂房可以分为工程设计、土建施工、洁净室施工3个环节。洁净室工程始于业主新建厂房计划，在业主确定建厂计划后，会联系具有设计资质的设计商为工厂做整体设计方案，由于洁净室工程在厂房建设中处于重要地位，故在工程设计的过程中设计方会和业主反复沟通，确定洁净厂房的建造方案和技术标准。在工程设计确定之后，下一步就是土建施工，土建施工达到一定的阶段洁净室工程就开始了，工程设计及土建施工的意义在于为洁净室工程提供符合洁净厂房要求的建筑方案和空间。

洁净室工程整体周期2年左右，洁净室施工一般开始于工程开始1年以后。从签订协议开始，工程设计时间一般3个月左右，总体设计方案完成之后就开始土建施工，在土建施工持续9-12个月，厂房封顶后，洁净室施工开始，洁净室施工持续时间9-12个月左右，在洁净室施工完成之后，开始搬入生产设备，调试完成之后，进入试产阶段，试产阶段持续时间不等，试产成功之后慢慢提升产量，最终进入量产阶段。

不同的环节议价能力不同，工程设计毛利率最高，高达40-50%，洁净室施工毛利率15-20%，土建施工毛利率最低，10%以下。由于工程设计需要具备设计资质，不同行业的设计资质不同，其中工程设计综合甲级资质是我国工程设计资质等级最高、涵盖业务领域最广、条件要求最严的资质，目前全国具有综合甲级资质的企业不到60家，且工程设计对技术要求最高，故工程设计毛利较高。在施工方面，土建施工竞争最为激烈，企业最多，毛利最低，而洁净室施工需要具备较强的专业基础和技术实力，属于技术密集型，故毛利相对较高。

洁净室工程行业的驱动因素在于投资驱动。由于洁净室工程的需求来源于厂房建设和新的生产线建设，前提是厂家有投资需求，故洁净室工程行业的驱动模式主要由投资驱动。洁净室工程服务行业的商业模式主要分为4种，即“施工”模式（C模式）、“工程施工设计+施工”（EC模式）、“工程施工设计+采购+施工”模式（EPC模式）和“工程施工设计+采购+施工+维护”模式（EPCO模式）。EPCO分别为英文Engineering（工程施工设计）Procurement（设备采购）Construction（建设）Operation（运行和售后维护）的缩写，每一种商业模式的起点都是有工程需求。

2.2 产业链各环节投资分拆

通过对行业内各个环节公司的微观调研，大致得到了集成电路和新型显示洁净室工程各环节投资占项目总投资百分比。结合项目案例和调研数据，对于集成电路项目和新型显示项目，一般来说，项目总投资中70-80%投入到固定资产，固定资产中20-30%投入到厂房建设中，厂房建设可以分为3个部分，工程设计、土建施工、洁净室施工，其分别占的比例为2-7%，30-40%，50-70%左右，洁净室施工可以分为6个子系统，总体能分为洁净系统和机电系统，分别占洁净室工程的50%，50%。

固定资产投资占总投资比例70%-80%，厂房建设占固定资产投资的20-30%。以台积电南京的Foundry项目为例，一座月产能2万片的12寸晶圆厂投资金额为200亿人民币左右，其中约80%投入到固定资产中，其他20%投入到营运资本中，在固定资产中大约70%投入设备采购中，包括曝光机，刻蚀机等生产设备，固定资产投资的30%投入到厂房建设中。以华星光电244亿的8.5代显示面板产线为例，固定资产投资占总投资比例为70%，其中设备投资占70%，厂房投资占30%。

行业中观数据也统计出厂房建设投资占固定资产投资比值为31%，与微观结论一致。根据国家电子信息统计年鉴中的集成电路固定资产投资数据，2008-2015年集成电路厂房投资占固定资产投资比例平均为31%，和微观数据相符。

2002年，国家出台了《工程勘察设计收费标准》，工程设计收费=工程设计收费基价*调整系数，其中工程设计收费基价可按照表格进行查找，调整系数又分为专业调整系数和复杂程度调整系数，即调整系数=专业调整系数*复杂程度调整系数，调整系数根据应用专业不同和复杂程度综合决定，其中电子高科技厂房调整系数一般为1.5-2.5之间。

设计费用占总投资的比例0.4-1.4%。根据国家出台的《工程设计收费标准》，当厂房建设资金在10-60亿之间时，厂房建设的设计取费基准价占概要投资造价的2-3%起，根据复杂程度的不同有专门的调整系数，一般电子高科技厂房由于专业性很高，技术难度很大，调整系数为1.5-2.5左右，即按照国家的收费标准，高科技厂房工程设计占投资造价的3%-7%左右。由于目前市场上工程设计竞争比较激烈，且根据国际惯例，设计属于智力成果，故一般按照工时的标准来计价，故实际收费相较国家标准偏低，实际上目前市场收费大概占总造价的2-7%左右。

洁净室施工占总投资比例10%-15%，土建施工占总投资比例6-10%。以华星光电244亿的8.5代显示面板产线为例，固定资产投资占总投资比例为70%，其中设备投资占70%，厂房投资占30%，厂房投资中50%-70%为洁净室工程，即洁净室施工占总投资比例为10%-14%。以台积电南京的Foundry项目为例，厂房建设占总投资24%左右，洁净室施工占60-70%，即占总投资比例为12-15%。

宏观统计数据和中国电子学会的数据分析也表明洁净室施工投资也占总投资比例10~15%。根据中国电子学会统计的数据，2013-2015年集成电路洁净室施工市场规模分别为63.8亿，80.5亿，97.5亿，根据我国宏观统计数据，2013-2015年我国集成电路固定资产投资完成额分别为579亿，645亿，671亿，洁净室施工市场规模占固定资产的平均比例为12.8%，倒推占总投资规模的比例为10.2%，和上述数据相符。根据中国电子学会统计的数据，2013-2015年新型显示的洁净室施工市场规模66.3亿，75亿，83亿元，复合增长率为10.7%，根据Display Research的数据，2013-2015年，我国面板产业设备投资规模为251亿，407亿，302亿，新型显示行业的洁净室施工和设备投资的比例为23.3%，倒推洁净室工程市场规模占总投资比例为11.6%，和上述数据相符。

综上所述，以总投资为基数，工程设计占总投资比例0.4-1.4%，土建施工占总投资比例为6-10%，洁净室施工占总投资比例为10-15%。

3. 集成电路及新型显示产业技术升级和产业投资带来洁净室工程新需求 

洁净室主要应用领域包括电子、制药、生物工程、医疗卫生、食品、实验室和军工等行业。洁净技术已广泛应用于各行各业或其他要求防止粒子污染、微生物污染的环境控制，由于各行业间差距较大，且要求不同，因此控制环境的内容、指标均不相同。最常见最依赖洁净室为生物制药生产洁净室，食品，化妆品，电子厂，实验室，等等对环境有要求的地方。

3.1 集成电路产业带来洁净室工程新需求 

由于技术原因和制造工序的复杂程度高，集成电路制造是对洁净度整体要求最高的行业。集成电路由于技术的复杂程度与日俱增，对于空气洁净度的要求也越来越高，核心工艺区需保持1-4级的洁净度。而其他大部分行业比如食品制造，药品，医学等行业对洁净度的要求大多在5-9级，远低于集成电路和新型显示对洁净度的要求。

2016年开始，在政策和资金的双重推动下，我国集成电路行业迎来投资的密集期。在集成电路产业基金、国家科技重大专项及地方基金等国家队的带动下，集成电路产业投资开始爆发，比如存储器市场，自2015年开始，我国存储器产业市场从零起步，正逐渐形成紫光／长江存储系、福建晋华以及合肥长鑫三足鼎立格局，紫光计划将在十年内成为全球前五大存储器制造商。

我国集成电路投资近年来大幅增长，已经投资和计划投资总额累计超过万亿，直接带动了洁净室工程行业的需求。随着我国集成电路产业的蓬勃发展，制造精度的进一步提高，海外集成电路产业逐步向中国转移，集成电路产业迎来了投资密集期，我国洁净工程行业随之迎来新的发展期。

以上市公司太极实业为例，公司子公司十一科技近半年订单金额达到236亿元（工期平均2年），2016年全年营收才60亿元。十一科技是我国领先的洁净室工程服务商，主要业务包括工程设计，工程施工等，对大规模集成电路、新型显示器件、新能源（多晶硅与光伏产业）、高科技工程等高新技术产品生产环境所需要的大面积、高级别净化空调系统、超纯水系统、以及防静电、防微振、电磁环境污染控制等方面的设计具有独特的专长。2016年底至2017年，公司新接订单合计达到236亿元，包括长江存储基地工程，上海华力12英寸生产线项目，长鑫12寸存储器项目等，都是国内集成电路大型投资项目。

洁净室工程是集成电路制造环节中重要的一环，直接决定了最终产品的成败。现代集成电路制造工艺已经达到14纳米级别，未来几年内7纳米工艺即将诞生，集成电路的制造过程一般为自动化软件把算法逻辑生成硬件电路开始，然后将集成电路设计版图转印到光刻板上，集成电路的基础制造材料是硅片，硅片经过各种表面处理后，与光刻板一起经过包括光刻、热处理、介质沉积、化学机械研磨等工艺最终形成集成电路芯片。如果生产过程中洁净程度达不到要求，产品良品率会受到很大影响，最终产品就会失败。

随着技术的进步，集成电路对洁净度的要求越来越高。一般而言，当微粒尺寸达到集成电路节点一半大小时就成为了破坏性微粒，对集成电路的制造产生影响。比如，14纳米工艺中7纳米的微粒就会影响制造过程。随着集成电路的工艺越来越高，目前5纳米的工艺已经开始研发，集成电路制造过程需要的洁净程度越来越高，对于洁净室工程的技术提出越来越高的要求。

集成电路几乎所有环节都需要洁净室内完成，且集成电路生产对洁净度要求很高。和其他产业不同，集成电路产业链几乎所有的主要环节都需要在洁净环境中进行，从单晶硅片制造，到IC制造的几乎所有环节，到IC封装的重要步骤都需要在洁净室中完成，且对于洁净度的要求非常高。

洁净室工程作为先导性的服务工程将率先受益于我国半导体产业的发展。集成电路产品比如存储芯片的成本价格、竞争实力和工艺技术息息相关，我国刚刚开始大规模投入，在技术实力上和先进水平尚有差距，但是洁净室工程作为项目建设、投产过程中的必不可少的环节，属于生产辅助性工程，直接和投资相关，不受限于技术瓶颈，即使我国在制造工艺上尚存在差距，但是洁净室工程行业不受影响，率先获益于我国半导体产业的发展。

3.2 新型显示产业带来洁净室工程新需求 

面板产业目前面临技术进步和替代，从中小尺寸转向大尺寸的趋势，是洁净室的另一大应用领域。在手机屏幕等小尺寸上OLED对LCD的替代已经形成趋势，OLED屏幕在手机屏幕中的渗透率不断提升，同时大尺寸LCD屏需求强劲，高世代的大尺寸LCD面板投资开始加速。

我国新型显示投资近年来大幅增长，已经投资和计划投资总额累计均超过万亿，直接带动了洁净室工程行业的需求。随着我国新型显示产业的蓬勃发展，以及新型显示行业的技术升级等，在京东方的示范作用下，国内各家面板厂商大力投资高世代和新一代面板产线，我国新型显示产业投资开始进入密集期，相对应的洁净工程随之迎来新的发展期。

新一代的面板制造技术正在改变，传统LCD技术面板正在被OLED技术代替，技术升级带来洁净室的更高要求。OLED的全文是Organic Light Emitting Diode，即“有机发光显示技术”，其原理是在两电极之间夹上有机发光层，当正负极电子在此有机材料中相遇时就会发光，其组件结构比目前流行的TFT-LCD（thin filmtransistor-liquid crystal display，液晶显示器）简单，理论上生产成本只有TFT-LCD的三到四成左右。

OLED是一种全新显示技术，目前生产技术已经逐步趋向成熟。OLED最大的特点是能自己发光——OLED的正极是一个薄而透明的铟锡氧化物(ITO)，阴极为金属组合物，而将有机材料层(包括电洞传输层、发光层、电子传输层等)包夹在其中，形成一个“三明治”。接通电流，正极的电洞与阴极的电荷就会在发光层中结合，产生光亮，根据包夹在其中的有机材料的不同，会发出不同颜色的光。

AMOLED相比PMOLED具有很大的优势，目前是市场主流。根据驱动电路和基板的关系，OLED可以分为有源驱动（AMOLED）和无源驱动（PMOLED），有源驱动指外围驱动电路和显示阵列集成在同一基板上，无源驱动指基板周边需要外接驱动电路。有源驱动相比无源驱动具有很大的优势，有源驱动可以实现更高的亮度和更高的分辨率，可以实现高效率和低功耗，显示色彩更鲜艳，且易于提高器件的集成度和小型化，可以大规模显示，虽然在工艺成本上无源驱动由简单矩阵构成，基板制造工艺简单，有源驱动低温多晶硅TFT工艺复杂，设备投资较大，但是由于有源驱动的诸多优点，目前市场上有源驱动已经成为主流。

目前在小尺寸上OLED对LCD的替代已经成为趋势，随着技术进步和成本下降OLED将逐步向大屏发展。三星率先在手机上使用AMOLED屏，国内众多手机厂商已于2015年下半年开始陆续在旗舰机型上采用AMOLED屏幕，另外，苹果计划于2017年在 iPhone 上使用AMOLED屏幕，OLED在手机上已经对LCD屏形成替代。同时随着技术提升和成本下降，OLED在大屏的应用比如电脑、电视上会逐渐应用，进入渗透率快速提升的阶段。根据digitimes research预计，2017年AMOLED出货量将由去年的3.7亿块增长至4.52亿块，预计2021年出货量会达到11.27亿块，在智能手机中的渗透率将由2016年的24.3%增加至2017的27.6%，2021年将达到53%。

                                                                                               （马晓天）