401
得益于遠(yuǎn)程辦公、5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電動電子化對芯片的旺盛需求，2021年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，也帶動了半導(dǎo)體設(shè)備市場的增長。測試設(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)制程的量檢測設(shè)備，也有用于晶圓加工后封測環(huán)節(jié)的測試機(jī)、分選機(jī)、探針臺等。高速增長的市場，以及日趨復(fù)雜化的需求也為本土測試設(shè)備的發(fā)展提供了難得的契機(jī)。
投資大幅增長，市場規(guī)模將超80億美元
半導(dǎo)體量檢測設(shè)備主要用于半導(dǎo)體制造過程中檢測芯片的性能與缺陷，從設(shè)計驗證、工藝控制檢測，到晶圓測試、成品測試，貫穿整個半導(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(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。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(huán)節(jié)的良率控制非常關(guān)鍵，這也是先進(jìn)節(jié)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(shù)字化浪潮加速，對芯片產(chǎn)品的需求快速提升，也帶動了半導(dǎo)體設(shè)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(kuò)產(chǎn)。2020年5月，臺積電宣布投資120億美元在美國建設(shè)12英寸晶圓廠。2021年，臺積電陸續(xù)宣布在中國大陸南京和日本九州熊本縣的28nm擴(kuò)產(chǎn)、投資計劃，德國新廠的建設(shè)計劃也在推進(jìn)中。此外，臺積電還在積極推進(jìn)3nm及以下的晶圓廠建設(shè)，為先進(jìn)工藝量產(chǎn)計劃做準(zhǔn)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(kuò)大晶圓制造產(chǎn)能和領(lǐng)先技術(shù)研發(fā)。
半導(dǎo)體后道封測方面的產(chǎn)能擴(kuò)張也很快，包括英特爾計劃投資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計劃在越南投資16億美元建設(shè)封測廠；日月光投控旗下矽品將在中國臺灣地區(qū)投資約28.9億美元新建封測廠。國內(nèi)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(shù)十億元投入封測領(lǐng)域項目。
作為半導(dǎo)體設(shè)備中一個重要門類，測試設(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，增長達(dá)44.7%。而就測試設(shè)備市場來看，2020 年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場規(guī)模為60.1 億美元，到2022 年預(yù)計將達(dá)80.3億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到16%。
迭代加速，芯片測試進(jìn)入復(fù)雜性時代
市場規(guī)模增長的同時，半導(dǎo)體測試設(shè)備的復(fù)雜度也在提升。根據(jù)泰瑞達(dá)中國區(qū)銷售副總經(jīng)理黃飛鴻的介紹，半導(dǎo)體測試設(shè)備大致經(jīng)歷了三個階段。
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(shè)備業(yè)來說，或可稱為“功能時代”，主要體現(xiàn)為企業(yè)不斷增加測試設(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(jìn)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(shè)備板卡上面集成的通道數(shù)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(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(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。這意味著芯片測試的復(fù)雜度大幅遞增。測試設(shè)備進(jìn)一步分化，需要針對不同領(lǐng)域、不同要求進(jìn)行調(diào)整。所以這個時代或可稱之為復(fù)雜性時代。
利揚(yáng)芯片董事總經(jīng)理張亦鋒也指出，現(xiàn)在的芯片測試已經(jīng)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(gòu)建的測試解決方案已經(jīng)是芯片產(chǎn)品競爭力的體現(xiàn)。同時，客戶從測試環(huán)境、測試精度、測試監(jiān)控、測試質(zhì)量、測試成本等方面提出對系統(tǒng)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(jīng)不僅是發(fā)現(xiàn)哪些是好的，哪些是不好的芯片，而是首先要對它們進(jìn)行trim（微調(diào)），然后再測試，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RF設(shè)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(jī)會，尤其關(guān)注先進(jìn)封裝測試需求
市場的快速增長以及用戶需求的復(fù)雜化為本土測試設(shè)備的發(fā)展提供了有利時機(jī)。張亦峰表示，首先應(yīng)把握好本地市場的需求。測試設(shè)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(chǎn)品的使用。前端晶圓設(shè)備支出高速增長必將帶來產(chǎn)能的擴(kuò)長。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計2021年中國晶圓產(chǎn)能增長了40%，未來2-3年擴(kuò)產(chǎn)項目完全達(dá)產(chǎn)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(nèi)測試設(shè)備市場還處于發(fā)展初級階段。在模擬測試機(jī)和機(jī)械手上有一定市場份額，但在高端測試機(jī)和探針臺(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)以國內(nèi)市場為基礎(chǔ)，發(fā)揮高性價比、服務(wù)優(yōu)質(zhì)等優(yōu)勢把握機(jī)會，同時把產(chǎn)品逐步向全球市場拓展。
其次，要抓住技術(shù)變革帶來的新機(jī)會。黃飛鴻表示，隨著芯片制造工藝持續(xù)演進(jìn)對測試設(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，在多個細(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)封裝市場的測試需求。黃飛鴻指出，未來半導(dǎo)體工藝演進(jìn)有兩個大的方向：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。這對測試及相關(guān)設(shè)備也提出了新的要求。
張亦峰則強(qiáng)調(diào)，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)歷來重視前道晶圓制造和芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)的扶持。封裝因為歷史的原因率先得到長足發(fā)展。對測試產(chǎn)業(yè)以及測試設(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，中國測試設(shè)備企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，對標(biāo)國際一流，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。
作者丨陳炳欣
編輯丨連曉東
美編丨馬利亞
