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        解碼半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備業(yè),本土廠商面臨新機(jī)遇
        來源:中國(guó)電子報(bào)、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng) | 作者:陳炳欣 | 發(fā)布時(shí)間: 2022-02-07 | 1510 次瀏覽 | 分享到:

        得益于遠(yuǎn)程辦公、5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電動(dòng)電子化對(duì)芯片的旺盛需求,2021年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展,也帶動(dòng)了半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)的增長(zhǎng)。測(cè)試設(shè)備盡管不如光刻機(jī)那么矚目,卻是每一道工藝都不可缺少的,其中既有面向前道工藝、先進(jìn)制程的量檢測(cè)設(shè)備,也有用于晶圓加工后封測(cè)環(huán)節(jié)的測(cè)試機(jī)、分選機(jī)、探針臺(tái)等。高速增長(zhǎng)的市場(chǎng),以及日趨復(fù)雜化的需求也為本土測(cè)試設(shè)備的發(fā)展提供了難得的契機(jī)。

        投資大幅增長(zhǎng),市場(chǎng)規(guī)模將超80億美元

        半導(dǎo)體量檢測(cè)設(shè)備主要用于半導(dǎo)體制造過程中檢測(cè)芯片的性能與缺陷,從設(shè)計(jì)驗(yàn)證、工藝控制檢測(cè),到晶圓測(cè)試、成品測(cè)試,貫穿整個(gè)半導(dǎo)體制造過程,以確保產(chǎn)品質(zhì)量的可控性。上海精測(cè)半導(dǎo)體光學(xué)事業(yè)部總經(jīng)理李仲禹表示,在IC制造行業(yè),檢測(cè)覆蓋從硅錠到拉晶的基材制造,再到硅片切割、研磨的厚度、平整度、粗糙度、電子率量測(cè)等。在光刻工藝中,要檢測(cè)層厚度、寬度和結(jié)晶度,以及圖形位置準(zhǔn)確性、圖形缺陷、清潔度等。注入工藝中,要做濃度、氧化層、CVD檢測(cè)。他指出,前道芯片制造有上千道工藝,每道工藝良率損失0.1個(gè)百分點(diǎn),最終良率就只有36.8%,因此每個(gè)工藝環(huán)節(jié)的良率控制非常關(guān)鍵,這也是先進(jìn)節(jié)點(diǎn)IC制造中檢測(cè)所占比重越來越高的原因。

        2021年受新冠肺炎疫情影響,全球數(shù)字化浪潮加速,對(duì)芯片產(chǎn)品的需求快速提升,也帶動(dòng)了半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)的增長(zhǎng)。以臺(tái)積電為例,近兩年不斷在全球范圍投資擴(kuò)產(chǎn)。2020年5月,臺(tái)積電宣布投資120億美元在美國(guó)建設(shè)12英寸晶圓廠。2021年,臺(tái)積電陸續(xù)宣布在中國(guó)大陸南京和日本九州熊本縣的28nm擴(kuò)產(chǎn)、投資計(jì)劃,德國(guó)新廠的建設(shè)計(jì)劃也在推進(jìn)中。此外,臺(tái)積電還在積極推進(jìn)3nm及以下的晶圓廠建設(shè),為先進(jìn)工藝量產(chǎn)計(jì)劃做準(zhǔn)備。臺(tái)積電總裁魏哲家表示,臺(tái)積電將在未來三年投資1000億美元,用于擴(kuò)大晶圓制造產(chǎn)能和領(lǐng)先技術(shù)研發(fā)。

        半導(dǎo)體后道封測(cè)方面的產(chǎn)能擴(kuò)張也很快,包括英特爾計(jì)劃投資70億美元擴(kuò)大其在馬來西亞檳城州先進(jìn)半導(dǎo)體封裝工廠的生產(chǎn)能力;Amkor計(jì)劃在越南投資16億美元建設(shè)封測(cè)廠;日月光投控旗下矽品將在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)投資約28.9億美元新建封測(cè)廠。國(guó)內(nèi)三大封測(cè)龍頭長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技,也分別募集資金數(shù)十億元投入封測(cè)領(lǐng)域項(xiàng)目。

        作為半導(dǎo)體設(shè)備中一個(gè)重要門類,測(cè)試設(shè)備的需求也水漲船高。SEMI數(shù)據(jù)顯示,2020年至2024年,全球?qū)⑿陆ɑ蛘邤U(kuò)建60座12英寸晶圓廠,同期還將有25座8英寸晶圓廠投入量產(chǎn)。從設(shè)備支出來看,2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售總額首次突破1000億美元,創(chuàng)1030億美元新高,增長(zhǎng)達(dá)44.7%。而就測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)來看,2020 年全球半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為60.1 億美元,到2022 年預(yù)計(jì)將達(dá)80.3億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到16%。

        迭代加速,芯片測(cè)試進(jìn)入復(fù)雜性時(shí)代

        市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)的同時(shí),半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備的復(fù)雜度也在提升。根據(jù)泰瑞達(dá)中國(guó)區(qū)銷售副總經(jīng)理黃飛鴻的介紹,半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。

        1990年至2000年期間,半導(dǎo)體主流工藝基本處于0.8μm至0.13μm之間。這一階段CMOS工藝蓬勃發(fā)展,SoC芯片功能越來越強(qiáng)。人們不斷在芯片上集成模擬功能與數(shù)據(jù)接口。傳統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)越來越難以覆蓋新增加的高速模擬接口的測(cè)試需求。因此,這個(gè)時(shí)期對(duì)測(cè)試設(shè)備業(yè)來說,或可稱為“功能時(shí)代”,主要體現(xiàn)為企業(yè)不斷增加測(cè)試設(shè)備的功能性,以滿足日趨復(fù)雜的SoC芯片需求。

        到了2000-2015年,半導(dǎo)體工藝一路從0.13μm、90nm、65nm、28nm進(jìn)展到14nm,工藝越來越先進(jìn),芯片尺寸也越來越小,晶體管的集成度也越來越高。芯片規(guī)模變大帶來的直接挑戰(zhàn)就測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng),測(cè)試成本占比提高。如果說功能時(shí)代都是單工位測(cè)試,即同一時(shí)間只能測(cè)一顆芯片,那么進(jìn)入這個(gè)時(shí)期人們對(duì)并行測(cè)試的要求就在不斷提高了。測(cè)試設(shè)備板卡上面集成的通道數(shù)越來越多,能夠同時(shí)做2工位、4工位、8工位的測(cè)試。這個(gè)時(shí)代也是資本最有效的時(shí)代,或可稱為資本效率時(shí)代。

        進(jìn)入2020年之后,半導(dǎo)體工藝沿著5nm,2/3nm繼續(xù)演進(jìn),同時(shí)的芯片復(fù)雜度也在不斷增加。隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)駕駛等新興市場(chǎng)的崛起,一顆芯片上承載的功能越來越多,產(chǎn)品迭代速度越來越快,甚至很多像AI和AP這樣高復(fù)雜度芯片也要求進(jìn)行逐年迭代。這意味著芯片測(cè)試的復(fù)雜度大幅遞增。測(cè)試設(shè)備進(jìn)一步分化,需要針對(duì)不同領(lǐng)域、不同要求進(jìn)行調(diào)整。所以這個(gè)時(shí)代或可稱之為復(fù)雜性時(shí)代。

        利揚(yáng)芯片董事總經(jīng)理張亦鋒也指出,現(xiàn)在的芯片測(cè)試已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的功能測(cè)試,不光要回答芯片能不能用的問題,更要回答好不好用和能用多久的問題,由測(cè)試硬件和測(cè)試程序共同構(gòu)建的測(cè)試解決方案已經(jīng)是芯片產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。同時(shí),客戶從測(cè)試環(huán)境、測(cè)試精度、測(cè)試監(jiān)控、測(cè)試質(zhì)量、測(cè)試成本等方面提出對(duì)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的更多要求。

        以射頻(RF)和電源管理類模擬芯片為例,芯片測(cè)試已經(jīng)不僅是發(fā)現(xiàn)哪些是好的,哪些是不好的芯片,而是首先要對(duì)它們進(jìn)行trim(微調(diào)),然后再測(cè)試,這樣可以大大提高產(chǎn)品良率。微調(diào)頻率、電壓、電流等工作達(dá)到整個(gè)RF設(shè)計(jì)時(shí)間的40%。隨著芯片的工藝尺寸變得越來越小,trim也變得越來越重要和普遍。

        本土新機(jī)會(huì),尤其關(guān)注先進(jìn)封裝測(cè)試需求

        市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)以及用戶需求的復(fù)雜化為本土測(cè)試設(shè)備的發(fā)展提供了有利時(shí)機(jī)。張亦峰表示,首先應(yīng)把握好本地市場(chǎng)的需求。測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)2022年將維持高度景氣。因?yàn)槊恳活w芯片都需要100%測(cè)試才能交付終端電子產(chǎn)品的使用。前端晶圓設(shè)備支出高速增長(zhǎng)必將帶來產(chǎn)能的擴(kuò)長(zhǎng)。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)2021年中國(guó)晶圓產(chǎn)能增長(zhǎng)了40%,未來2-3年擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目完全達(dá)產(chǎn)后將增長(zhǎng)3倍,這勢(shì)必帶來晶圓測(cè)試和后端封裝測(cè)試需求的同比增長(zhǎng)。與全球市場(chǎng)相比,國(guó)內(nèi)測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)還處于發(fā)展初級(jí)階段。在模擬測(cè)試機(jī)和機(jī)械手上有一定市場(chǎng)份額,但在高端測(cè)試機(jī)和探針臺(tái)(Prober)設(shè)備基本可忽略。但這也意味著未來發(fā)展空間巨大。企業(yè)應(yīng)以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)為基礎(chǔ),發(fā)揮高性價(jià)比、服務(wù)優(yōu)質(zhì)等優(yōu)勢(shì)把握機(jī)會(huì),同時(shí)把產(chǎn)品逐步向全球市場(chǎng)拓展。

        其次,要抓住技術(shù)變革帶來的新機(jī)會(huì)。黃飛鴻表示,隨著芯片制造工藝持續(xù)演進(jìn)對(duì)測(cè)試設(shè)備帶來新的要求:一是更高的數(shù)據(jù)率下面怎么樣保證測(cè)試的精度;二是隨著工藝不斷演進(jìn),芯片里面集成晶體管的密度是呈幾何增加。量測(cè)設(shè)備涵蓋從晶圓制造到封裝等每道工藝,要求非??焖佟?zhǔn)確、非破壞性將潛在缺陷找出來,重在工藝控制和能力管理。而技術(shù)的變化與需求的分化為新進(jìn)入者提供了契機(jī)。本土廠商應(yīng)抓住這樣的機(jī)會(huì),在多個(gè)細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破,為客戶持續(xù)的降本增效提供產(chǎn)品基礎(chǔ)。

        此外,特別應(yīng)關(guān)注先進(jìn)封裝市場(chǎng)的測(cè)試需求。黃飛鴻指出,未來半導(dǎo)體工藝演進(jìn)有兩個(gè)大的方向:一是沿著5 納米、2 納米、1 納米繼續(xù)往前走,但是這樣演進(jìn)已經(jīng)越來越困難了。另外一條是走異構(gòu)集成路線,如Chiplet(芯粒)就是在一顆芯片里面集成不同的模塊,不一定每個(gè)模塊都需要用到2納米、3納米的工藝。把不同功能的芯片在片上集成封裝就是一條發(fā)展路徑。這對(duì)測(cè)試及相關(guān)設(shè)備也提出了新的要求。

        張亦峰則強(qiáng)調(diào),中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)歷來重視前道晶圓制造和芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的扶持。封裝因?yàn)闅v史的原因率先得到長(zhǎng)足發(fā)展。對(duì)測(cè)試產(chǎn)業(yè)以及測(cè)試設(shè)備產(chǎn)業(yè)則不夠重視,已經(jīng)凸顯產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的不平衡。目前情況下,中國(guó)測(cè)試設(shè)備企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇,對(duì)標(biāo)國(guó)際一流,在設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、一致性上努力專研下狠功夫,而不是僅僅追求成本最低。



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