压电式MFC介绍，其国产化对压电陶瓷提出哪些技术要求？

MFC全称 Mass FlowController 即质量流量控制器，是一种能够精确测量和控制流体质量流量的精密仪器，能够计量并根据设定需求控制流量，主要应用在半导体制造、化学工程、生物医药、光伏、工业配气等多个行业。

青岛芯笙  DF500压电式MFC

MFC在半导体制程中发挥着不可或缺的作用，包括刻蚀、沉积、镀膜、清洗等环节，用于混合气体流量、装备真空度检测和调节，保证半导体制程的稳定性和产品质量。

MFC原理示意图，邦瓷科技

MFC由流量传感器、分流器通道、控制阀以及其他电子元器件，包括PID控制器、模拟或数字设定点接口、温度补偿和自诊断功能等结构组成。剖面结构图如下：

根据传感原理的不同，MFC主要分为热式、差压式、容积式和科里奥利式等类型，其中热式MFC应用最广泛。根据驱动方式的不同，主要分为电磁式、压电式、音圈电机式、步进式、MEMS微阀式等。

传统电磁式MFC依靠线圈持续通电维持阀门开度，整机功耗高，发热严重，供电负荷大；压电式MFC采用压电陶瓷比例阀作为驱动器，通过压电陶瓷的逆压电效应可在外加电压下实现微米/纳米级形变，推动阀片/膜片开口变化，改变节流面积，从而控制并调整流量。

压电式MFC响应速度快、分辨率高、功耗低、发热量少，响应速度可达0.5 秒左右，适用于精度要求高的领域，应用于半导体领域的 MFC 产品基本都采用压电驱动技术。

MFC压电比例阀与电磁比例阀对比

半导体级压电MFC的核心在于压电叠堆/压电弯曲执行器，它直接决定压电比例阀的行程、分辨率、响应速度和寿命；涉及压电陶瓷材料及共烧工艺、阀体机械设计、整机闭环设计等。

LINTEC 压电控制阀

国产压电式MFC能否突破，不在整机外壳，而在压电陶瓷叠堆。

多层叠堆压电陶瓷致动器通常采用锆钛酸铅PZT压电陶瓷材料，并进行多层叠堆共烧制备得到。压电陶瓷粉体材料关键指标不仅在于单一d33，更关注化学计量比与杂质、粒径与分布、团聚度、烧结活性、批次介电/压电一致性、失铅控制、居里温度和老化稳定性。

MFC中压电叠堆既需要推动阀芯、弹簧和气体压力反力，又需要在全行程保持线性，因此通常选择中等软性、低迟滞且老化稳定的改性PZT材料配方。共烧过程要求陶瓷与 Ag/Pd 电极热膨胀、烧结收缩和化学反应相匹配。

半导体MFC内置压电执行器须满足以下核心指标：

图片来自贵州万合精密，侵删

随着芯片制程向7nm及以下演进，传统热式MFC面临响应速度与微调节精度的局限，压电式比例阀技术和高速响应能力（≤50ms），精准卡位了先进制程对气体流量控制的严苛需求。MKS、日本Horiba、美国Brooks等业内龙头企业布局较早，相继推出压电陶瓷式比例阀以及基于压电比例阀的半导体级MFC产品。

根据调研报告显示，2025年全球半导体级MFC市场规模约为10.5亿美元，预计到2035年将接近20亿美元，复合年增长率（CAGR）约为6.5%。在中国大陆市场，2025年半导体级流量控制市场规模已接近30亿元人民币，但国产化率不足10%，先进制程领域更是低于5%。压电陶瓷为核心供应瓶颈，占MFC价值量约20%，由日本京瓷、NEC等垄断95%以上。

图片来自：中信建投

粗略估算，单个半导体反应腔大约需要8-12个MFC，主要应用在以反应气体为主的刻蚀和CVD（化学气相沉积）设备，PVD (物理气相沉积)设备用量少。目前，沉积设备是MFC最主要的需求来源，占据大约 36.1%的份额；蚀刻设备占据大约29.4%；立式炉/卧式炉/RTP设备占据大约16%；清洗设备占据大约10.4%；离子注入设备占据大约8.03%。

📍国内相关企业

江苏高凯精密流体技术股份有限公司

高凯技术成立于2013 年，总部位于常州，专业从事精密流体控制关键控制部件及相关设备，以压电驱动和精密流体控制为核心底层技术，产品涵盖流量控制、点胶封装、精密涂胶三大核心系列，并延伸至半导体真空系统类零部件。高凯技术是国内首家做出国产半导体级压电式 MFC企业，部分型号已批量用于 7nm 及以下逻辑芯片前道设备，可适配5nm刻蚀机。半导体领域的产品线主要有热式压电陶瓷 MFC、压力式 MFC等，与中微公司深度绑定。

青岛芯笙微纳电子科技有限公司

青岛芯笙成立于2020年，位于山东青岛，主营高端气体质量流量计/控制器、MEMS 流量传感器芯片、薄膜真空计、压力控制器等半导体核心零部件。2021年开始进行压电比例阀的研发工作，目前已经实现压电陶瓷叠堆设计、执行器结构优化、全金属密封等关键技术攻关和量产方案。2024年成功开发出基于高速压电比例阀的两款半导体级MFC产品S700和DF500；DF500在小流量控制方面精度、响应时间上更有优势，适合7nm/14nm先进制程；而S700具有更宽的量程选择和工作温度，适合一般制程。

广东先导元创精密有限公司

广东先导元创精密有限公司成立于2023年，主营集成电路半导体设备核心零部件。其 MFC V系列和P系列产品都采用压电比例阀驱动；V系列精度 ±0.5% S.P.、响应≤100 ms。MFC产品已在国内外半导体先进制程设备中大量应用，广泛使用于ETCH、PECVD、ALD、MOCVD、PVD、IMP等工艺设备，客户包括台积电、三星、SK海力士、AMAT、LAM、TEL、中微公司等全球知名晶圆厂及设备厂，同时也在对标开发各种美国品牌零部件或仪器仪表，助力国产替代。

北方华创科技集团股份有限公司

其子公司北京七星华创流量计有限公司2019年推出CS500压力式气体质量流量控制器，采用压电阀技术，针对先进半导体技术发展趋势，适用于高端大规模集成电路设备的产品。该产品具有压力不敏感、零点漂移小、控制精度高、响应时间快等优点。

邦瓷电子科技(盐城)有限责任公司

邦瓷科技成立于2018年，位于江苏盐城，专门从事高性能压电陶瓷及器件。于2023年立项开发用于MFC的压电陶瓷促动器，与国内数十家MFC制造商建立了密切的联系，并与多家头部企业达成了长期合作。其半导体级压电陶瓷组件已实现下游导入，向国内MFC企业批量供货，为国产压电MFC提供核心零部件支撑。

上海隐冠半导体技术股份有限公司

上海隐冠成立于2019年，位于上海，可提供MFC核心部件压电比例阀中压电执行器-叠堆型压电陶瓷，其具有亚毫秒的响应时间和亚纳米分辨率，以保证更快响应和更高精度的控制。其自研自产的叠堆型压电陶瓷可以在较低电压下产生较大的驱动位移。

贵州万合精密电子有限公司

万合精密成立于2023年，位于贵州贵阳，依托自主研发的压电陶瓷材料配方、叠层共烧工艺及全金属波纹管激光焊接封装技术，推出WHM544-11F及WHM564-11F两款标准化波纹管密封型压电执行器，面向半导体级MFC及其衍生气体精密控制场景。

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