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关于半导体设备测验看这一篇就够了

文章来源:欧宝体育网址是什么 发布时间:2023-04-29 18:05:03

  半导体的出产流程包含晶圆制作和封装测验,在这两个环节中别离需求完结晶圆检测(CP, Circuit Probing)和制品测验(FT, Final Test)。不管哪个环节,要测验芯片的各项功用目标均须完结两个进程:一是将芯片的引脚与测验机的功用模块衔接起来,二是经过测验机对芯片施加输入信号,并检测输出信号,判别芯片功用和功用是否到达规划要求。

  测验环节一般由芯片规划公司托付晶圆厂、封测厂或许第三方测验公司(以下总称测验公司)进行,详细分为两种商业模式:一是芯片规划公司依据产品类型、功用和规划要求等向测验公司指定特定测验设备进行测验;二是假如芯片规划公司的产品归于技能上比较老练的范畴,芯片规划公司会直接托付测验公司,由测验公司依据本身设备排产状况挑选相应的测验设备进行测验。因而,测验设备制作商在进行产品开发和途径拓宽时需求统筹规划公司和测验公司两方的需求。

  半导体制作是人类迄今为止把握的工业技能难度最高的出产环节,是先进制作范畴皇冠上的一颗钻石。跟着半导体技能不断开展,芯片线宽尺度不断减小,制作工序逐渐杂乱。现在世界上7 nm制程已进入工业化阶段,需求近2000道工序,先进的制程和杂乱的工序将继续进步关于先进设备的需求。

  晶圆制作环节设备包含光刻机、化学气相淀积设备、物理气相淀积设备、刻蚀机、离子注入机、褪火设备、清洗设备等;封装环节设备包含研磨减薄设备、切开设备、衡量缺点检测设备、装片机、引线键合设备、注塑机、切筋成型设备等;测验环节设备包含测验机(ATE,Automatic Test Equipment)、分选机(Handler)、探针台(Wafer Prober)等。这些设备的制作需求归纳运用光学、物理、化学等科学技能,现在最先进的设备现已在进行原子等级的制作,具有技能含量高、制作难度大、设备价值高级特色。

  在测验设备中,测验机用于检测芯片功用和功用,探针台与分选机完结被测芯片与测验机功用模块的衔接。晶圆检测环节需求运用测验机和探针台,制品测验环节需求运用测验机和分选机,详细测验流程如下:

  晶圆检测是指经过探针台和测验机的合作运用,对晶圆上的裸芯片进行功用和电参数测验,其测验进程为:探针台将晶圆逐片主动传送至测验方位,芯片的Pad 点经过探针、专用衔接线与测验机的功用模块进行衔接,测验机对芯片施加输入信号并收集输出信号,判别芯片功用和功用是否到达规划规范要求。测验效果经过通讯接口传送给探针台,探针台据此对芯片进行打点符号,构成晶圆的Map图。

  制品测验是指经过分选机和测验机的合作运用,对封装完结后的芯片进行功用和电参数测验,其测验进程为:分选机将被测芯片逐一主动传送至测验工位,被测芯片的引脚经过测验工位上的基座、专用衔接线与测验机的功用模块进行衔接,测验机对芯片施加输入信号并收集输出信号,判别芯片功用和功用是否到达规划规范要求。测验效果经过通讯接口传送给分选机,分选机据此对被测芯片进行符号、分选、收料或编带。

  跟着PC、手机、液晶电视等消费类电子产品需求不断添加,一起在以先进制作、新能源轿车、物联网、5G、人工智能、云核算、大数据、新能源、医疗电子和安防电子等为主的新式使用范畴微弱需求的带动下,全球半导体工业继续增加。依据Gartner数据,2017年在存储器商场量价齐升的带动下,全球半导体商场规划同比增加22.2%,到达4,197亿美元,2007-2017年CAGR为3.95%,其间集成电路商场规划为3,402亿美元,占比81.4%。跟着全球经济稳步增加,估计未来全球半导体商场规划增速在6%以上。

  2017年国内集成电路商场规划为14,251亿人民币(折合2,069亿美元),同比增加18.9%,占全球集成电路商场规划的60.8%,2007-2017年CAGR为8.82%(高于全球3.95%的水平),我国现已成为全球最大的集成电路商场。跟着工业结构的加快调整,我国集成电路的需求将继续增加,估计未来几年年均增速将到达10-15%,超越全球增加率。

  注:我国核算口径为集成电路,约占半导体商场规划的80%,其他20%为分立器材、光电子芯片及传感器芯片。

  全球半导体产能重心转向我国大陆是大势所趋。一方面,我国的商场需求大,但自给率低,供需不平衡;另一方面,我国制作本钱较低,且跟着技能、人才、工业链资源不断开展,已具有接受产能搬运的根底。全球闻名半导体企业,如英特尔(Intel)、三星(Samsung)、SK海力士(SK Hynix)、台积电(TSMC)、台联电(UMC)、格罗方德(Global Foundry)等已连续或计划在我国建造工厂或代工厂。依据SEMI发布的陈述,2017-2020年间全球投产的半导体晶圆厂为62座,其间26座设于我国,占全球总数的42%。到2017年年末,大陆地区12寸晶圆厂产能(按规划产能)为52.5万片/月,约占全球产能的12%。依据业界调研核算,2018~2020年我国大陆12寸、8寸晶圆厂建造出资将达7,228亿元(其间内资晶圆厂出资达5,303亿元,占比73%),年均出资达2,409亿元(其间内资晶圆厂出资达1,768亿元)。

  跟着半导体工业向我国搬运,国内半导体设备需求快速增加。SEMI在2018年年中SEMICON West展览会上发布陈述,2017年全球半导体设备开销达566.2亿美元,同比增加37.3%,我国半导体设备开销82.3亿美元,占全球的14.5%,估计到2019年,我国半导体设备开销将增加46.6%,到达173亿美元,跻身世界第一。

  依据WSTS数据,2017年全球半导体封装测验商场规划为529亿美元,2011-2017年CAGR为2.2%。跟着全球半导体制作重心向国内搬运,我国封装测验商场的全球商场占有率逐年进步,从2011年31.2%进步至2017年52.0%。2017年国内封装测验商场规划为275亿美元(折合1,890亿人民币),2011-2017年CAGR为9.9%,增速远远高于全球,封装测验已成为我国半导体工业链中最具世界竞赛力的环节。

  数据来历:全球数据来自WSTS,我国数据来自Wind(按1美元=6.88 人民币核算),九鼎出资收拾

  受惠于方针资金的大力扶持,我国封测企业逐渐敞开海内外并购脚步,不断扩大公司规划。其间,长电科技联合工业基金、芯电半导体收买新加坡封测厂星科金朋;华天科技收买美国FCI;通富微电联合大基金收买AMD姑苏和槟城封测厂;晶方科技则购入英飞凌智瑞达部分财物。国内封测厂商凭借并购潮进入了实力明显进步的快车道,完结了远超同行增加率的快速强大,现已成为了全球半导体封测职业的重要力气。全球前十大封测厂台湾占有5家、我国3家(长电科技、华天科技、通富微电)、美国以及新加坡各1家。2017年长电科技、华天科技、通富微电三家封测厂出售总额占全球OSAT总收入的19.1%,占全球封测商场总规划的9.8%。一起,跟着晶圆厂产能向我国大陆搬运,国内封测厂连续投入新产线以完结产能的配套扩张,估计未来五年内,我国大陆本乡封测企业的出售额占全球OSAT总出售额的份额将进步至40%以上,成为全球封测设备出售的最大商场。

  依据SEMI数据核算,2015-2017年全球晶圆加工设备、测验设备、封装设备以及其他设备三年累计出售额占比别离为80%、9%、6%、5%。以此测算,2017年全球半导体测验设备市规划为50.1亿美元,其间,测验机、分选机和探针台占比别离为65%、18%、17%。对应的商场规划别离为33.1亿美元、9.2亿美元和7.8亿美元。

  测验机依据测验产品类型的不同能够分为SoC测验体系、存储器测验体系、模仿测验体系、数字测验体系、RF测验体系等;分选机依据其作业原理的不同能够分为平移式分选机(Pick & Place)、重力式分选机(Gravity-feed)、转塔式分选机(Turret)等。下表收拾了2017年全球半导体测验设备各细分范畴商场规划。

  数据来历:测验机数据来自VLSI,分选机数据来自九鼎出资半导体团队调研收拾

  跟着2018-2020年我国大陆多家晶圆厂连续投建及量产,国内封测厂将连续投入新产线以完结产能的配套扩张,将带动国内半导体测验设备商场高速增加。依据九鼎出资商场调研剖析,2017年国内半导体测验设备商场约42亿人民币(不含存储测验设备),估计2020年国内半导体测验设备商场需求将到达80.6亿人民币(不含存储测验设备)。

  半导体测验设备归于产品线非常丰厚、细分范畴较多的一个职业,该范畴自2000年今后呈现了大规划的整合,全球首要参与者削减至5家左右。以全球抢先的分选机企业科休(Cohu)为例,其在2008年和2013年别离收买Rasco(首要事务为重力式分选机和平移式分选机)和ISMeca(主营事务为转塔式分选机),丰厚了其在分选机范畴全系列产品线年Cohu分选机全球商场占有率21.5%;2018年5月Cohu收买全球第二大分选机企业科利登(Xcerra,首要事务为测验机和分选机),进一步将其分选机的全球商场占有率进步至38.5%的一起,填补了其在测验机范畴的空白。

  下表收拾了占全球半导体测验设备约80%商场份额的四巨子泰瑞达(Teradyne)、爱德万(Advantest)、科休(Cohu)和科利登(Xcerra)的并购史。

  鉴于全球半导体测验设备龙头企业的开展前史,国内企业应把握工业开展黄金窗口期,内生、外延双轮发力。现在国内在一些细分范畴现已呈现了优异的测验设备企业,并取得了必定的技能打破,咱们以为未来五年内,较高的净利率(20%左右)和较快的增加速度足以支撑一些细分范畴优异的企业上市,估计未来国内会呈现5-10家在各自细分商场抢先的测验设备企业,经过并购终究构成2-3家世界抢先的半导体测验设备企业。

  2017年双寡头泰瑞达(Teradyne)、爱德万(Advantest)测验机出售额别离为13.7亿美元、12.4亿美元,全球商场占有率别离为41.4%、37.5%,其首要测验机产品为SoC和存储器测验体系。

  在SoC测验范畴,1995年泰瑞达收买Megatest,经过Catalyst和Tiger测验体系成为SoC测验范畴的领导者,而爱德万于2011年收买惠睿捷,使其在SoC测验范畴敏捷进步,2017年泰瑞达和爱德万独占全球SoC测验机86.2%的商场份额。此外,科利登是除了泰瑞达和爱德万以外极少数具有SoC测验机出产才能的企业,该公司SoC测验体系产品包含X-Series系列、Diamond系列以及新推出的紧凑型的DxV SoC测验体系,2017年测验机营收为1.56亿美元,市占率为4.7%。

  在存储测验范畴,因为80年代半导体工业由家电进入PC年代催生了DRAM很多需求,日本在原有堆集根底上完结DRAM大规划量产,敏捷代替美国成为DRAM首要供应国,在此工业搬运布景下,爱德万抢先布局存储器测验范畴,于1976年推出了全球首台DRAM测验机T310/31,2017年爱德万存储器测验机全球市占率到达59.5%;因为韩国在存储商场的独占位置,韩企Exicon、UniTest简直瓜分了剩下大部分的存储测验机商场份额。

  本乡企业经过多年的研制和堆集在模仿/数模测验和分立器材测验范畴现已完结进口代替,根本完结国产化。其间华峰测控、长川科技、宏测半导体模仿/数模混合测验机年出货量挨近700台,约占国内模仿测验机商场份额的85%;联动科技、Juno、宏邦电子分立器材测验机国内商场总份额超越90%。而在SoC范畴,本乡企业还没有构成老练的产品和商场打破,首要原因有两方面:1)SoC芯片集成了微处理器、模仿IP核、数字IP核以及存储器操控接口等功用,不同模块的频率、电压、测验原理均不同。一起,高度集成构成测验的数据量和时刻成倍增加,测验功耗也是传统测验项目的2~4倍,因而该类芯片的测验对测验机有更高的要求;2)数字测验模块的中心技能依靠于Firmware(固件)与硬件体系的互相合作,涉及到结构、算法、硬件规划多个范畴技能的归纳运用,本乡企业无法经过简略拷贝进行开发,有必要经过自主立异从头进行全体体系规划,对相关范畴的技能、经历要求更高。

  SoC芯片的使用推动了很多SoC测验机的需求,如手机芯片便是集成了CPU、GPU、基带芯片(担任通讯)、图画处理器(ISP)等的SoC。从曩昔10年的前史开展来看,SoC测验体系占测验机的份额根本稳定在60%以上,这也促进国外测验设备巨子要点布局SoC测验范畴。咱们以为,跟着本乡优异团队的呈现和技能的打破,SoC测验时机好像模仿/数模测验机和分立器材测验机逐渐完结进口代替,完结国产化。

  相较于测验机,分选机的职业壁垒相对多样化,其竞赛优势偏重有所不必。关于分选机企业来说,完结与测验机的杰出配套,满意多样化产品的不同需求,以及构成杰出的服务才能是分选机企业的中心竞赛力,这也是构成职业较涣散格式的重要原因。

  2017年分选机全球排名前三的企业别离为科休、科利登和爱德万,商场份额别离为21.5%、17.0%和14.0%。2018年5月科休收买科利登进一步进步了全球半导体测验设备商场集中度,至此构成了科休和爱德万市占率别离为38.5%和14.0%的商场格式。在分选机细分范畴,也呈现了一些杰出的企业,如:韩国的Techwing是全球抢先的存储芯片测验分选机厂商,其在存储芯片测验分选机范畴的市占率超越50%;ASM在转塔式分选机范畴的市占率为54%,Epson、Hontech在平移式分选机范畴有较高的商场份额。

  本乡分选机企业首要有长川科技(重力式和平移式分选机)、金海通(平移式分选机)、上海中艺(重力式分选机)、格朗瑞(转塔式分选机)等。而在各类分选机中,转塔式分选机国产自给率最低(约8%),首要原因为转塔式分选机是UPH(每小时分选芯片数量)最高的一类分选机,在高速运转下,既需确保重复定位精度,又需确保较低的Jam Rate(毛病停机比率),这对分选机设备开发提出了更高的要求。

  除了分选机与测验机,另一类首要测验设备是探针台,其研制难度非常大,现在国产化率低、进口依靠大。尽管国内企业如我国电子科技集团公司第四十五研究所、深圳矽电半导体设备有限公司在探针台制作范畴现已获得了必定效果,但还难以抗衡世界企业如日本 东京精细公司、美国QA公司、美国MicroXact公司、韩国Ecopia 公司在探针台制作范畴的优势位置。我国长川科技在现有集成电路分选体系的技能根底上,研制晶圆测验所需的CP12探针台,CP12具有8-12英寸各类晶圆的测验才能,打破了超精细视觉定位、微米级运动操控、高冗余操控体系等技能难关,为未来进入商场打下坚实根底。

  半导体测验是半导体出产进程中的重要环节,其中心测验设备包含测验机、分选机、探针台。2017年全球半导体测验设备商场规划为50.1亿美元,职业快速增加且进口代替空间非常大。并购加重了半导体测验设备商场的集中度,泰瑞达、爱德万和科休占全球测验设备商场份额挨近85%,国内以华峰测控、长川科技为代表的本乡测验设备企业已把握自主中心技能,获益国内封装测验业产能扩张,将得到快速开展。咱们以为,自主研制和并购将成为国内测验设备企业的必经之路,估计未来国内会呈现5-10家在各自细分商场抢先的测验设备企业,经过并购终究构成2-3家世界抢先的半导体测验设备企业。

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