近年来,国际巨头英特尔、三星和台积电等晶圆厂正以数亿计美元投入到先进封装产业中,超越摩尔定律将封装地位推向了前所未有的高度。
集成电路封装测试行业进入新时期。
我国集成电路产业持续保持高速增长,技术创新能力不断提高,产业发展支撑能力显著提升,我国集成电路封装设备应抓住此次工艺发展趋势机会。
集成电路设备发展机遇与挑战并存
2017年以来,集成电路芯片已超过石油成为我国第一大进口商品。
国家正从顶层设计到具体环节来推动集成电路产业发展。
2008年开始实施的国家重大科技02专项以及2014年创立的国家集成电路产业投资基金,大大促进了技术和产业发展。
中国是全球最庞大的集成电路消费市场,但在全球半导体产业链中,仍处于产业分工的中低端。
与此同时,全球集成电路产业布局不断变化,加速向发展中国家转移。
目前,全球半导体销售和投资进入新一轮高速增长期,晶圆制造厂和封测厂正前所未有地加大投入,新建晶圆厂和封测厂如雨后春笋。
未来几年,我国集成电路每年投资额都在5000亿元上下,其中70%的投资是采购装备和材料。
因此,实施进一步提高装备本土化率的鼓励政策十分必要。
一代器件,一代工艺,一代设备,集成电路制造装备是我国芯片产业链中最薄弱的环节,目前国内半导体设备基本依赖进口,全球知名的半导体设备制造商主要集中在美国、日本、荷兰、韩国等发达国家。
重点关注集成电路封装设备的发展
目前,封测在集成电路行业中占比加大,发展成熟度也好于晶圆制造环节。
传统封装设备包括磨片、划片、装片、键合、倒装等,而先进封装也会用到光刻、刻蚀、电镀、PVD、CVD等前道设备。
据SEMI统计,过去10年内,全球封装设备市场规模年均增长6.9%,2018年全球封装设备市场规模达到40亿美元。
但各类封装设备市场呈寡头垄断格局,如日本Disco垄断了全球80%以上的封装关键设备减薄机和划片机市场。
其他封装设备厂商还包括ASM Pacific、K&S、Besi、Disco等。
集成电路先进封装设备的国产化率正在逐步提高,像集成电路封装用的光刻机,还有倒装、刻蚀、PVD、清洗、显影、匀胶等设备均已满足国内先进封装的需求。
先进封装用前道设备国产率较高,光刻机、刻蚀机、植球机等超过50%,但传统封装设备国产化率整体上却不超过10%。
一直以来,业内普遍认为封装设备技术难度远低于晶圆制造设备,行业关注度低,产业政策向晶圆厂、封测厂、晶圆制造设备等有所倾斜。
虽然近年来国家重大科技02专项加大支持,但整体上封装设备缺乏产业政策培育和来自封测客户的验证机会。
我国封装设备整体上处于低端,在集成电路高端芯片的封装工艺中应用很少,个别机型依靠定制化需求打入市场,还未形成批量生产带动高端研发的良性循环。
笔者认为主要原因表现在:
一是我国基础工业薄弱,核心零部件“卡脖子”,如气浮主轴就限制了高端减薄机和划片机的发展;
二是设备研发投入高,设备试错成本高,难以形成市场反哺研发,导致核心技术人员流失严重;
三是国产封装设备可靠性是亟需解决的难题,封装企业的客户不能接受国产设备,国产设备试错机会少,行业发展生态有待提升;
四是封装设备高端技术人才和团队匮乏,关键技术长期得不到解决,设备性能提升缓慢。
市场与技术双轮驱动国产封装设备产业
集成电路封装设备的发展是由市场驱动和技术推动共同作用的,本土化应以芯片设计厂商为引领,芯片设计带动制造封测,制造封测带动装备材料,营造鼓励创新的氛围。
目前我国集成电路装备产业整体技术水平不高、核心产品创新能力不强、设备总体仍处于中低端等问题依然存在。
设备产业进步是一个漫长而逐步的过程,我们一方面要继续追赶现有水平的差距,另一方面随着新设计、新工艺的不断涌现,要在先进封装工艺方面发力,设备定制化需求给国产装备提供了大展拳脚的舞台,抓住工艺发展趋势机会,国产设备才有可能取得突破。
目前我国还没有真正意义上大而强的封装设备企业,我国集成电路封装设备下一步发展值得深思。
笔者从以下几个方面提出建议:
一是大力支持设备核心零部件的发展,与国内相关领域龙头企业形成合作,国家重大专项成立专题支持核心零部件研发;
二是平台级企业大力引进高端人才和团队,特别是具有国际封装设备领先企业的领军人物,创造有利于人才发展的宽松环境,构建以企业为主体、以高校与科研机构为支撑、产学研用相互促进的协同创新体系;