芯耀
1535
| 從ECD電鍍設(shè)備看半導(dǎo)體國產(chǎn)化之路?????????????????
前不久，位于蘇州相城經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的晟盈半導(dǎo)體（SWAT）向一家國內(nèi)知名驅(qū)動IC制造公司交付了一臺ECD平臺，引發(fā)業(yè)內(nèi)高度關(guān)注。這臺金凸塊全自動電化學(xué)沉積(電鍍)設(shè)備不僅是該領(lǐng)域首臺國產(chǎn)化設(shè)備，也代表著國內(nèi)電化學(xué)沉積技術(shù)在大尺寸金凸塊先進(jìn)封裝領(lǐng)域取得了新的突破。
晟盈半導(dǎo)體（SWAT）交付的ECD設(shè)備?Stratus P300封裝技術(shù)進(jìn)步是推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。作為生產(chǎn)過程中的核心技術(shù)之一，電化學(xué)沉積ECD設(shè)備可以支持系統(tǒng)級封裝（SiP）、晶圓級封裝（WLP）等先進(jìn)封裝技術(shù)。隨著摩爾定律逐漸走到物理極限，集成電路的技術(shù)路線呈現(xiàn)出從2維向3維發(fā)展的趨勢。尤其在高性能芯片的制造方面，先進(jìn)封裝承擔(dān)著實現(xiàn)超越摩爾的技術(shù)使命，市場需求維持較高速度的增長，帶動行業(yè)產(chǎn)值快速提升，使得電化學(xué)沉積ECD設(shè)備迎來了需求爆發(fā)期。在這個時期中，國內(nèi)廠商的機(jī)會在哪里？
電化學(xué)沉積ECD設(shè)備市場現(xiàn)狀
通常而言，電化學(xué)沉積工藝的生產(chǎn)應(yīng)用，可分為前道晶圓制造和后道先進(jìn)封裝兩大領(lǐng)域。
在前道集成電路芯片生產(chǎn)過程中，電化學(xué)沉積( ECD )設(shè)備主要運用于大馬士革銅互連工藝，實現(xiàn)不同金屬層的連接。從制造過程來看，半導(dǎo)體器件制造中需要鋪設(shè)大量銅線，電化學(xué)沉積( ECD )是最快速且最具成本效益的方法。銅線作為導(dǎo)線互相連接以形成完整電路。要使電路正常工作，金屬就要完全填充布線的特征部位，包括通孔和溝槽，要做到不留縫隙或孔洞，否則就會影響電路的可靠性和功能性。
在后道封裝環(huán)節(jié)中，2.5/3D封裝、球柵陣列、芯片級封裝（CSP）和晶圓級封裝（WLP）等先進(jìn)封裝中倒裝芯片、扇出、扇入和混合鍵合等應(yīng)用高度依賴電化學(xué)沉積( ECD )設(shè)備。它主要用于晶圓封裝工藝中微凸點制作、銅重分布層、硅通孔填充等。雖然銅是最常見的電鍍金屬，但金、鎳、銀和錫也可以通過ECD工藝沉積。在半導(dǎo)體芯片制造過程中，沉積設(shè)備占據(jù)整個產(chǎn)品線比例的30%。
目前電化學(xué)沉積( ECD )設(shè)備提供商主要以美商為主，市占率幾乎達(dá)到90%以上，中國此領(lǐng)域的先進(jìn)裝備尚處于起步階段。這也是目前半導(dǎo)體設(shè)備在國產(chǎn)化方面為數(shù)不多的空白點之一。在晟盈半導(dǎo)體（SWAT）之前，僅有少數(shù)幾家在研究領(lǐng)域針對150mm（6英寸）及以下尺寸晶圓有較成熟設(shè)備，但目前還主要集中于MEMS、MMIC、激光LD等芯片的應(yīng)用，而針對200mm～300mm（8～12英寸）集成電路應(yīng)用的ECD設(shè)備還在開發(fā)當(dāng)中。適用于大尺寸集成電路產(chǎn)線的ECD設(shè)備開發(fā)難度大，除了嚴(yán)苛的工藝性能控制之外，在高可靠性、高產(chǎn)能方面也有著較高的門檻，且設(shè)備在正式進(jìn)入產(chǎn)線以前需要經(jīng)過長時間的驗證，導(dǎo)致國內(nèi)廠商在該領(lǐng)域中很難找到突破口。這也正是為什么晟盈半導(dǎo)體（SWAT）交付ECD電鍍設(shè)備的消息能夠引起業(yè)界的高度關(guān)注。
國際市場經(jīng)驗驅(qū)動本土廠商發(fā)展
國產(chǎn)ECD設(shè)備的成功交付，帶來了什么信號？
從市場側(cè)來看，國內(nèi)ECD設(shè)備市場增長潛力巨大。中國是全球第一大半導(dǎo)體消費市場，產(chǎn)業(yè)長期向好。根據(jù)國家發(fā)改委數(shù)據(jù)顯示，2023年中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模將達(dá)到52萬億元，2032年將達(dá)到100萬億元。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)持續(xù)壯大，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將發(fā)揮越來越重要的作用。加之，近年來中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在努力完善產(chǎn)業(yè)鏈，補齊短板，政策與市場雙重驅(qū)動，給產(chǎn)業(yè)鏈上游的設(shè)備與材料領(lǐng)域發(fā)展提供了極大的機(jī)遇。
從產(chǎn)業(yè)側(cè)來看，當(dāng)前新型市場需求的快速擴(kuò)張引發(fā)了產(chǎn)業(yè)格局的變化，集成電路設(shè)計企業(yè)、晶圓制造廠商、終端企業(yè)都有布局半導(dǎo)體封裝測試的趨勢，先進(jìn)封裝領(lǐng)域新創(chuàng)企業(yè)也層出不窮。在國際貿(mào)易關(guān)系不確定性增加疊加疫情導(dǎo)致供應(yīng)鏈不穩(wěn)定性提升的背景下，主要封測廠商持續(xù)加大對本土設(shè)備材料廠商的支持力度，有力促進(jìn)了本土封測設(shè)備材料廠商技術(shù)和規(guī)模提升。
但是電化學(xué)沉積技術(shù)終究具有較高的技術(shù)門檻，沒有豐厚的技術(shù)與經(jīng)驗積淀根本不可能在短時間內(nèi)取得成績。以晟盈半導(dǎo)體（SWAT）為例，他們的關(guān)鍵團(tuán)隊有著豐富的半導(dǎo)體設(shè)備開發(fā)的成功經(jīng)驗，曾經(jīng)主導(dǎo)ECD設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)，成功地使新設(shè)備進(jìn)入國際一流半導(dǎo)體公司（臺積電、三星、英特爾，IBM）并成為這些公司新產(chǎn)品生產(chǎn)的主流設(shè)備。在這臺金凸塊全自動電化學(xué)沉積(電鍍)設(shè)備交付之前，晟盈半導(dǎo)體（SWAT）已實現(xiàn)多臺電化學(xué)沉積設(shè)備在銅互連(RDL)及銅柱（Pillar）應(yīng)用并轉(zhuǎn)量產(chǎn)驗證，獲得了國內(nèi)多家先進(jìn)封測公司的信任。
由此我們也可以窺見半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素，這些也將成為驅(qū)動中國本土半導(dǎo)體設(shè)備制造能力快速發(fā)展的硬實力。
第一，需要有領(lǐng)先的技術(shù)，半導(dǎo)體技術(shù)需求正在發(fā)生日新月異的變化，企業(yè)需要緊跟市場需求變動提前研發(fā)新的技術(shù)。
第二，產(chǎn)品要有較高的可靠性和穩(wěn)定性，半導(dǎo)體生產(chǎn)對設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性要求很高，新設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、交付和維護(hù)每個環(huán)節(jié)都要保證設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
第三，設(shè)備要有高性價比，集成電路芯片越來越復(fù)雜、價格越來越便宜，設(shè)備一定要做到成本低、產(chǎn)能大，才能更具市場競爭力。
ECD設(shè)備起步于封裝市場對于前沿技術(shù)需求的渴望，擁有穩(wěn)定且更寬的市場拓展空間。晟盈半導(dǎo)體（SWAT）總經(jīng)理劉震球博士認(rèn)為，進(jìn)一步智能化和互聯(lián)互通是工業(yè)和社會發(fā)展的大趨勢，中國具有龐大的市場、而且在新技術(shù)推廣應(yīng)用上領(lǐng)先于其它經(jīng)濟(jì)體。半導(dǎo)體集成電路在該發(fā)展趨勢中居關(guān)鍵地位，ECD設(shè)備也是集成電路制造的關(guān)鍵設(shè)備。晶圓級ECD設(shè)備的第一梯隊一直是幾家美國公司，為了適應(yīng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)國際發(fā)展方向，中國半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備必須實現(xiàn)本土化。
對此，劉震球博士針對晟盈半導(dǎo)體（SWAT）的發(fā)展制定了兩步走的方案：第一步，從后道先進(jìn)封裝進(jìn)行開局，同步進(jìn)行前道晶圓生產(chǎn)ECD工藝的研發(fā)。這一步已于今年順利實現(xiàn)。第二步，實現(xiàn)在前道晶圓生產(chǎn)ECD工藝的國產(chǎn)替代，首臺樣機(jī)計劃于2024年中交付國內(nèi)FAB廠進(jìn)行生產(chǎn)驗證。
半導(dǎo)體下行周期，本土設(shè)備企業(yè)如何生存
實現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)備本土化的過程充滿了挑戰(zhàn)。行業(yè)正處于下行周期，同時又疊加全球經(jīng)濟(jì)放緩及地緣政治等宏觀背景，中國本土半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)面臨著極大的生存挑戰(zhàn)。
最突出的兩大挑戰(zhàn)來自于市場和供應(yīng)鏈：一方面，中國半導(dǎo)體設(shè)備市場的供應(yīng)鏈不夠完善；另一方面，遭遇半導(dǎo)體行業(yè)下行周期，客戶戰(zhàn)略調(diào)整導(dǎo)致訂單數(shù)量下滑。
挑戰(zhàn)之下，本土設(shè)備企業(yè)如何生存呢？鞏固好原有領(lǐng)域的城池是首要任務(wù)。通過長期不懈努力，本土設(shè)備廠商在成本和服務(wù)商已經(jīng)具備了與國外廠商同臺競爭的能力，性價比也往往更高，市場對國產(chǎn)設(shè)備越來越認(rèn)可。本土設(shè)備廠商應(yīng)該緊抓國產(chǎn)化的機(jī)遇，以技術(shù)實力和服務(wù)能力鞏固好原有領(lǐng)域的城池。
晟盈半導(dǎo)體（SWAT）就明確了本土化支撐的三大支柱：豐富的半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)驗團(tuán)隊、具備定向的測試實驗室、本地化專業(yè)團(tuán)隊向客戶提供服務(wù)。目前晟盈半導(dǎo)體（SWAT）已擁有120余名員工，350臺以上裝機(jī)量，超過200臺為ECD電鍍設(shè)備。
從國際設(shè)備廠商的經(jīng)驗來看，單一設(shè)備的市場容量有限，企業(yè)想要做大做強，必須拓展產(chǎn)品線。
在橫向產(chǎn)品線拓展上，本土設(shè)備廠商需要有前瞻性的產(chǎn)品戰(zhàn)略思維，加快新產(chǎn)品布局與產(chǎn)品迭代，為客戶持續(xù)提供具有差異化競爭力的產(chǎn)品。在大尺寸堆疊集成芯片領(lǐng)域，晟盈半導(dǎo)體（SWAT）的ECD Stratus P300已經(jīng)成功交貨，也就是開篇所提到的那款ECD平臺。在Chiplet晶圓級封裝技術(shù)領(lǐng)域，晟盈半導(dǎo)體（SWAT）的P300也已經(jīng)找到成熟應(yīng)用節(jié)點。在本土產(chǎn)業(yè)鏈缺失的高級深孔電鍍領(lǐng)域，晟盈半導(dǎo)體（SWAT）的新平臺P300+也已問世。
在縱向產(chǎn)品線拓展上，沿著產(chǎn)業(yè)鏈上下求索會有更多思路。晶圓制造設(shè)備與后道封測設(shè)備在技術(shù)上有著一定的相通性。作為前道環(huán)節(jié)，晶圓制造設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈價值更高，占據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備份額超過80%，市場更為廣闊。由于技術(shù)密集度高，國際設(shè)備廠商寡頭壟斷，相比于后道封測設(shè)備，晶圓制造設(shè)備的國產(chǎn)化程度更低，國產(chǎn)化形勢也更為緊迫。
在后道設(shè)備上積累了豐富經(jīng)驗的晟盈半導(dǎo)體（SWAT）計劃將布局延展向前道晶圓制造領(lǐng)域，走向更大的市場。在劉震球博士看來，本土企業(yè)晟盈半導(dǎo)體（SWAT）走向晶圓制造領(lǐng)域是極具底氣的，晟盈半導(dǎo)體（SWAT）有能力復(fù)制以前的成功經(jīng)驗，在中國研發(fā)、生產(chǎn)晶圓制造設(shè)備，成為國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)備公司，以滿足國內(nèi)半導(dǎo)體發(fā)展的需求。
結(jié)語
最近幾年，在我國半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)的努力下，半導(dǎo)體設(shè)備不斷通過國內(nèi)產(chǎn)線驗證，進(jìn)入了商業(yè)化供貨階段。在國產(chǎn)設(shè)備廠商不斷地創(chuàng)新與自我超越下，半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化的黃金浪潮已然開啟。相信本土設(shè)備企業(yè)會在持續(xù)的創(chuàng)新與前行探索中，在政策和市場的雙重支撐下，逐漸成長為半導(dǎo)體設(shè)備市場第一梯隊中的一員，助力國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的共同繁榮。
