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                                          解碼半導體測試設備業,本土廠商面臨新機遇
                                          來源:中國電子報、電子信息產業網 | 作者:陳炳欣 | 發布時間: 2022-02-07 | 926 次瀏覽 | 分享到:

                                          得益于遠程辦公、5G、物聯網、汽車電動電子化對芯片的旺盛需求,2021年半導體產業得到快速發展,也帶動了半導體設備市場的增長。測試設備盡管不如光刻機那么矚目,卻是每一道工藝都不可缺少的,其中既有面向前道工藝、先進制程的量檢測設備,也有用于晶圓加工后封測環節的測試機、分選機、探針臺等。高速增長的市場,以及日趨復雜化的需求也為本土測試設備的發展提供了難得的契機。

                                          投資大幅增長,市場規模將超80億美元

                                          半導體量檢測設備主要用于半導體制造過程中檢測芯片的性能與缺陷,從設計驗證、工藝控制檢測,到晶圓測試、成品測試,貫穿整個半導體制造過程,以確保產品質量的可控性。上海精測半導體光學事業部總經理李仲禹表示,在IC制造行業,檢測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、電子率量測等。在光刻工藝中,要檢測層厚度、寬度和結晶度,以及圖形位置準確性、圖形缺陷、清潔度等。注入工藝中,要做濃度、氧化層、CVD檢測。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個百分點,最終良率就只有36.8%,因此每個工藝環節的良率控制非常關鍵,這也是先進節點IC制造中檢測所占比重越來越高的原因。

                                          2021年受新冠肺炎疫情影響,全球數字化浪潮加速,對芯片產品的需求快速提升,也帶動了半導體設備市場的增長。以臺積電為例,近兩年不斷在全球范圍投資擴產。2020年5月,臺積電宣布投資120億美元在美國建設12英寸晶圓廠。2021年,臺積電陸續宣布在中國大陸南京和日本九州熊本縣的28nm擴產、投資計劃,德國新廠的建設計劃也在推進中。此外,臺積電還在積極推進3nm及以下的晶圓廠建設,為先進工藝量產計劃做準備。臺積電總裁魏哲家表示,臺積電將在未來三年投資1000億美元,用于擴大晶圓制造產能和領先技術研發。

                                          半導體后道封測方面的產能擴張也很快,包括英特爾計劃投資70億美元擴大其在馬來西亞檳城州先進半導體封裝工廠的生產能力;Amkor計劃在越南投資16億美元建設封測廠;日月光投控旗下矽品將在中國臺灣地區投資約28.9億美元新建封測廠。國內三大封測龍頭長電科技、通富微電、華天科技,也分別募集資金數十億元投入封測領域項目。

                                          作為半導體設備中一個重要門類,測試設備的需求也水漲船高。SEMI數據顯示,2020年至2024年,全球將新建或者擴建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。從設備支出來看,2021年全球半導體設備銷售總額首次突破1000億美元,創1030億美元新高,增長達44.7%。而就測試設備市場來看,2020 年全球半導體測試設備市場規模為60.1 億美元,到2022 年預計將達80.3億美元,年復合增長率達到16%。

                                          迭代加速,芯片測試進入復雜性時代

                                          市場規模增長的同時,半導體測試設備的復雜度也在提升。根據泰瑞達中國區銷售副總經理黃飛鴻的介紹,半導體測試設備大致經歷了三個階段。

                                          1990年至2000年期間,半導體主流工藝基本處于0.8μm至0.13μm之間。這一階段CMOS工藝蓬勃發展,SoC芯片功能越來越強。人們不斷在芯片上集成模擬功能與數據接口。傳統測試平臺越來越難以覆蓋新增加的高速模擬接口的測試需求。因此,這個時期對測試設備業來說,或可稱為“功能時代”,主要體現為企業不斷增加測試設備的功能性,以滿足日趨復雜的SoC芯片需求。

                                          到了2000-2015年,半導體工藝一路從0.13μm、90nm、65nm、28nm進展到14nm,工藝越來越先進,芯片尺寸也越來越小,晶體管的集成度也越來越高。芯片規模變大帶來的直接挑戰就測試時間的延長,測試成本占比提高。如果說功能時代都是單工位測試,即同一時間只能測一顆芯片,那么進入這個時期人們對并行測試的要求就在不斷提高了。測試設備板卡上面集成的通道數越來越多,能夠同時做2工位、4工位、8工位的測試。這個時代也是資本最有效的時代,或可稱為資本效率時代。

                                          進入2020年之后,半導體工藝沿著5nm,2/3nm繼續演進,同時的芯片復雜度也在不斷增加。隨著5G、大數據、人工智能、自動駕駛等新興市場的崛起,一顆芯片上承載的功能越來越多,產品迭代速度越來越快,甚至很多像AI和AP這樣高復雜度芯片也要求進行逐年迭代。這意味著芯片測試的復雜度大幅遞增。測試設備進一步分化,需要針對不同領域、不同要求進行調整。所以這個時代或可稱之為復雜性時代。

                                          利揚芯片董事總經理張亦鋒也指出,現在的芯片測試已經不是簡單的功能測試,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,由測試硬件和測試程序共同構建的測試解決方案已經是芯片產品競爭力的體現。同時,客戶從測試環境、測試精度、測試監控、測試質量、測試成本等方面提出對系統級測試的更多要求。

                                          以射頻(RF)和電源管理類模擬芯片為例,芯片測試已經不僅是發現哪些是好的,哪些是不好的芯片,而是首先要對它們進行trim(微調),然后再測試,這樣可以大大提高產品良率。微調頻率、電壓、電流等工作達到整個RF設計時間的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。

                                          本土新機會,尤其關注先進封裝測試需求

                                          市場的快速增長以及用戶需求的復雜化為本土測試設備的發展提供了有利時機。張亦峰表示,首先應把握好本地市場的需求。測試設備市場2022年將維持高度景氣。因為每一顆芯片都需要100%測試才能交付終端電子產品的使用。前端晶圓設備支出高速增長必將帶來產能的擴長。有數據統計2021年中國晶圓產能增長了40%,未來2-3年擴產項目完全達產后將增長3倍,這勢必帶來晶圓測試和后端封裝測試需求的同比增長。與全球市場相比,國內測試設備市場還處于發展初級階段。在模擬測試機和機械手上有一定市場份額,但在高端測試機和探針臺(Prober)設備基本可忽略。但這也意味著未來發展空間巨大。企業應以國內市場為基礎,發揮高性價比、服務優質等優勢把握機會,同時把產品逐步向全球市場拓展。

                                          其次,要抓住技術變革帶來的新機會。黃飛鴻表示,隨著芯片制造工藝持續演進對測試設備帶來新的要求:一是更高的數據率下面怎么樣保證測試的精度;二是隨著工藝不斷演進,芯片里面集成晶體管的密度是呈幾何增加。量測設備涵蓋從晶圓制造到封裝等每道工藝,要求非??焖?、準確、非破壞性將潛在缺陷找出來,重在工藝控制和能力管理。而技術的變化與需求的分化為新進入者提供了契機。本土廠商應抓住這樣的機會,在多個細分產品領域實現突破,為客戶持續的降本增效提供產品基礎。

                                          此外,特別應關注先進封裝市場的測試需求。黃飛鴻指出,未來半導體工藝演進有兩個大的方向:一是沿著5 納米、2 納米、1 納米繼續往前走,但是這樣演進已經越來越困難了。另外一條是走異構集成路線,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展路徑。這對測試及相關設備也提出了新的要求。

                                          張亦峰則強調,中國半導體產業歷來重視前道晶圓制造和芯片設計產業的扶持。封裝因為歷史的原因率先得到長足發展。對測試產業以及測試設備產業則不夠重視,已經凸顯產業鏈發展的不平衡。目前情況下,中國測試設備企業應當抓住機遇,對標國際一流,在設備的穩定性、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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                                          珠海市中芯集成電路有限公司是一家專業從事集成電路后序加工的高科技電子公司,可以為客戶提供晶圓測試(wafer testing)、晶圓切割Dicing Saw(半切及貼膜全切) 、晶圓研磨減?。╳afer back grinding)、成品測試及tcp/cof/cob封裝等全方位的服務。公司是中國半導體行業協會會員,珠海市軟件行業協會副會長單位,獲授國家高新技術企業,廣東省“守合同重信用”企業,通過ISO 9001:2008和ISO 9001:2015體系認證。中芯的行為準則是“以客戶為中心,以質量求生存,以服務求發展!”,希望通過我們的專業程度和不懈的努力,為客戶提供低成本、高品質的產品。

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