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我國設備廠商還有很長的路要走
來源:電子工程世界 | 作者:chnchip | 發布時間: 2021-03-15 | 408 次瀏覽 | 分享到:

中美之間在半導體領域的較量已進入白熱化狀態。為防止中國取得競爭優勢,近兩年,美國頻頻祭出各種新招來遏制中國。


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始于2018年的中美貿易戰,凸顯出中國半導體設備的短板,而華為被斷供后,更是讓半導體設備國產化上升到國家戰略層面。但當所有人都把眼光投向光刻機、晶圓廠等半導體前段核心設備和材料的時候,卻無意間忽視了半導體封裝這一后段核心領域的危機。

 

封裝設備必須國產化

 

事實上,我國半導體設備被“卡脖子”的不僅僅在于光刻機等晶圓制程設備上,在半導體封裝設備領域,同樣也面臨著被國外企業壟斷,且國產化進程令人心憂的狀態。

 

根據中國國際招標網數據統計,封測設備國產化率整體上不超過5%,個別封測產線國產化率僅為1%,大幅低于制程設備整體上10%-15%的國產化率。尤其是在封裝最核心的幾個設備,IC級的固晶機,焊線機,磨片機國產化率接近為零。 

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另一方面,中國已成為封裝大國,2019年中國封裝產業產值超過7000億元,全球前十大封測企業有三家在中國。中國封裝產業市場前景廣闊,根據前瞻產業研究院綜合多種因素分析,我國集成電路封裝市場將持續維持較快的增長,預計到2026年,市場份額將突破4000億元,2020-2026年間年均復合增長率將達到10%左右。

 

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同時,隨著芯片制程達到物理極限,摩爾定律開始失效,光刻工藝進展緩慢,半導體制造技術的進步將逐漸把重心從前段移至后段的封裝領域,各種先進封裝制程,高精密封裝制程應運而生,可以預期封裝將會是未來半導體領域競爭的重心。

 

然而,對中國封裝產業來說,“大而不強”不僅是一種尷尬,更是懸在中國IC產業的又一把達摩克利斯之劍。

 

據統計,各類封裝設備幾乎全部被進口品牌壟斷。國內固晶機主要被ASM Pacific、Besi、日本FASFORD和富士機械壟斷,焊線機設備主要來自美國K&S、ASM Pacific、日本新川等外資品牌;劃片切割/研磨設備則主要被DISCO、東京精密等壟斷。對此,普萊信智能董事長田興銀談到:“一旦整個國際形勢發生變化,外資公司受到美方的壓迫威脅而對中國封裝產業進行設備斷供,整個封裝產業鏈將會面臨崩潰,美國對華為的制裁已經充分展示了這種風險,因此,封裝設備的國產化是唯一解決之道。”

 

國產設備亟需突破技術瓶頸

 

然而,實現封裝設備的國產化并非易事,首要一步就要跨越技術上的“萬里長征”。

 

縱觀后段的封裝核心設備,難度最高的是固晶機、焊線機和磨片機。這些設備的共性都是需要高速高精的運動控制,電機和機械,對控制、算法、機械設計及工藝的要求極高,國內在過去十年,在高速高精的運動控制、直線電機及驅動等領域,無論是數控機床還是半導體設備,一直投入不足,人才斷檔,整個產業處于停滯狀態。究其原因,據田興銀分析,這主要是在中美貿易戰之前,半導體行業和機床行業普遍存在的“造不如賣”的概念導致。

 

要想突破這些裝備,必須先突破底層核心技術。以國際龍頭封裝設備企業ASM Pacific為例,其構建了包括運動控制、伺服驅動、直線電機和視覺系統的整個底層核心技術平臺,在核心技術平臺的基礎上開發了固晶、焊線、先進封裝等全系列的設備。

 

然而,國內設備廠家長期以來奉行的拿來主義,希望第三方的底層技術來構建自己的產品,但在半導體設備領域,缺乏獨立的核心部件提供商,導致國產半導體設備一直很難突破技術瓶頸,只能在低端徘徊。

 

以封裝中最核心的Die Bonder(固晶機)為例,固晶機是一種高速高精的光機電一體化的設備,廣泛用于任何的封裝形式,無論先進封裝,還是傳統IC封裝、高精度封裝和LED,都有die bond工藝,而不同領域對固晶機的技術要求不同,LED因為位置精度要求低,基本沒有角度精度要求,廣泛采用低成本的擺臂式方案,這類機器相對技術難度低,國產化做得比較好,但是IC級的高速固晶機,光通信傳感器用的高精度固晶機還是被進口設備壟斷。

 

因此,田興銀認為:“要突破核心半導體設備,必須突破核心部件,在整機領域,充分發揮自主創新,實現彎道超車是中國半導體設備發展的必由之路。”

 

切換思路,生機乍現

 

為了全面發展中國半導體產業,減少或縮短技術短板,國家也大力投入并制定了一系列優惠政策,支持半導體設備產業發展。公開數據顯示,國內每年半導體設備投資額超過500億美元,其中IC封測后端設備占比25%。在IC封裝測試中,需要用到諸如減薄機、劃片機、固晶機、焊線機等設備。其中,固晶機等核心設備長期被ASM Pacific、歐洲BESI、日本日立等公司壟斷。

 

就固晶機而言,國內廠商如何才能在國外高度壟斷且技術較為成熟的情況下找到一線生機?古語有云:“窮則變,變則通,通則久。”在困境中學會變通,適時切換思路或許才有新的突破和機會。為此,國內高端半導體設備企業普萊信智能挑戰了一種新的技術可能。

 

據集微網了解,普萊信打破傳統設備廠商思路,通過構建包括運動控制器、伺服驅動、直線電機和視覺系統的底層技術平臺,并結合封裝工藝,進行IC級固晶機的研發。

 

此種思路得到了業界的肯定,現在普萊信智能的8吋和12吋直線式的固晶機已經規模化的量產,并進入了主流的封裝企業,覆蓋了QFN、DFN、SIP和MEMS等多種相對技術要求較高的封裝形式,正在向先進封裝領域邁進。普萊信的貼裝精度達到3微米的高精度固晶機,被光通信行業廣泛采用。普萊信的倒裝刺晶方式的XBonder是國內最領先的MiniLED巨量轉移設備。

 

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在亟需提升封裝設備國產化率的當下,普萊信的成功,不僅是實現封裝設備國產化的重要一步,同時也讓封裝設備廠商看到了希望的曙光。集微網在對田興銀的深入采訪中,探討了普萊信可借鑒的發展思路。田興銀提到,普萊信主要有三大發展思路:

 

一、持續專注的研發投入,掌握核心技術。普萊信認為,國產固晶設備廠家的短板在于國內對適用于半導體設備的高速高精運動平臺、力控技術和IC工藝理解的缺失。為解決上述難題,在過去四年中,普萊信通過收購、自研和合作開發,完成了包括運動控制器、直線電機、伺服驅動和視覺系統在內的整個底層技術平臺,運動控制精度可以控制在亞微米級的水平,力控系統可以將力控制在最小20克,正負誤差不超過5克,解決了VCSEL芯片高精度封裝最難解決的問題。

 

二、“跟隨+創新”的產品戰略,實現彎道超車。普萊信采用了“跟隨+創新”雙路線。在傳統的封裝領域,普萊信采用的是跟隨戰略。同時,田興銀也指出:“對于創業公司來說,跟隨永遠無法超越,必須要有革命性的產品。”針對新型顯示領域,普萊信在開發的XBonder,采用全新的倒裝刺晶方式,相對傳統Pick&Place的固晶系統,可以解決芯片尺寸在150微米以下的產品的高速轉移,成為決定MiniLED產品能否量產的核心關鍵。

 

三、以客戶為中心,需求驅動和服務至上的市場體系。普萊信還解決了封裝核心設備定制化需求難以滿足、服務價格偏高等服務痛點,堅持以客戶為中心的市場戰略,為其市場的成功打下堅實基礎。隨著產品開發和市場的成功,普萊信在資本市場也獲得巨大支持,持續獲得中國最頂尖的風險投資機構鼎暉、光速、云啟、元禾等的多輪數億投資。

 

無疑,普萊信在IC級固晶機、高精度固晶級和巨量轉移設備上的突破,為中國半導體產業國產化走出了一條生機之路——國產替代要以掌握核心技術為基礎,同時在產品布局和市場服務兩個領域進行突破。

 

結語:中國半導體產業要實現加速超車,無論是芯片設計,還是前、后段設備和材料,都必須堅持走國產替代的道路。這注定是一條注定漫長,艱辛而孤獨之路,但這又是一條不得不全力以赴的路。



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