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我国半导体设备,如何实现技术突破?

09/16 17:00
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近些年,随着外部环境的变化,半导体产业的战略性地位逐渐提升,全产业链的自主可控与高端技术突破成为众多从业者的奋斗目标。

在整个产业链中,大众对于更贴近消费终端的芯片设计公司更加熟知,如华为海思、苹果、英特尔AMD高通英伟达等,而处于更为上游的半导体制造的了解有限。正所谓“巧妇难为无米之炊”,没有趁手合适的半导体设备,再好的芯片设想也难落地。作为半导体产业链上游环节战略价值最关键的一环,半导体设备的重要性不言而喻。

值得一提的是,半导体制造全流程至少有八个大步骤,包含数百个工艺,需要用到的半导体设备数不胜数,想要在短时间内实现全链条的自主可控是个不小的挑战。目前,上海微电子、北方华创、中微公司等国内设备巨头在光刻机、刻蚀、薄膜沉积等领域进行技术攻关,并在部分细分赛道达到了世界领先水平,还有更多中小型半导体设备公司在不被聚光灯所关注的环节默默努力,也在为国产替代做自己的贡献。

在共晶机、固晶机领域深耕的博众半导体就是其中之一。

在9月中旬举办的第26届中国国际光电博览会(CIOE2025)上,博众半导体带来了星驰系列DU9721固晶贴片机。据了解,该设备采用了先进的视觉识别技术和自适应算法,能够精准定位并快速完成芯片贴装,贴片精度可达±7μm,适用于多种复杂工艺场景。不仅在精度和速度上实现了突破性提升,还通过智能化控制系统大幅提高了生产效率和良品率,满足了IC芯片、光学器件模组及Camera等多场景贴装制造的需求。

博众半导体市场营销经理张根甫向芯师爷表示,星驰系列DU9721固晶贴片机的产品性能达到了国内领先世界一流的水平。

1 重要的固晶机

什么是固晶机?其在半导体制造端的重要性如何?

固晶机又称贴片机,是芯片封测环节的芯片贴装工序中最为关键的设备。其作用是将芯片从载具上抓取下来,再安置在基板对应的Die flag上,利用银胶(Epoxy)把芯片和基板粘接起来,为后续的自动健合或缺陷晶片检测工序做准备。在工作的过程中,固晶机需要完成定位、对准、倒装、连续贴装等动作,并在其间做到高速度、高精度、高效率。

摩尔定律逐渐“失灵”的大背景下,先进封装在成为集成电路产业的重要发展方向之一,如Chiplet、CoWoS等技术。在这个背景下,整个产业对于固晶机等封测设备的要求也越来越高。

此前,我国的固晶机主要聚焦于LED领域,在IC领域的国产化率相对较低。对此,张根甫向芯师爷表示,随着我国LED产业的快速发展,聚焦于LED领域的国产固晶机也就越来越成熟,而且这类设备技术门槛不高、对精度要求不高,所以国产厂商的发展很快,但IC产业不一样,其对于贴装的精度、定位、工作稳定性等都有着非常高的要求,容错率太低,国产设备厂商没有机会和空间去试错、迭代,也就导致国产IC固晶机的发展相对滞后。

根据Yole的统计,工艺节点每缩减一代,工艺中产生的致命缺陷数量会增加50%,而最终芯片良率是累乘的结果。以先进工艺为例,只有保证每一道工序的良品率都超过99.98%,最终的良品率才可达到70%~80%。

也正因此,在IC封装测试中,以固晶机为代表的半导体封测端核心设备,长期被ASM Pacific、欧洲BESI、日本日立等公司垄断。那么,国产固晶机等设备如何才能从这场资金、技术、市场、人才的不对等竞争中突围?

2 多年积累 打破海外技术壁垒

“出于公司业务多元化和对国家‘半导体设备国产化替代’的响应等因素,集团从2018年开始在封测设备上投入资源。”博众半导体市场营销经理张根甫表示。

博众半导体成立于2022年,是上市公司博众精工的全资子公司,后者是国内消费电子自动化设备龙头,在3C设备领域所积累的检测算法、视觉硬件的积累完全可以沿袭到封测设备上,也正因此博众半导体能在短短三年时间里推出有竞争力的共晶机、固晶机产品。

目前,博众半导体研发团队规模超过50人,其中硕博学历占比超过40%,已经取得十多项半导体行业技术、设备发明专利。目前,博众半导体产品的贴装精度达到士3微米,力控精度可以达到2g,技术指标在一定程度上已打破国外在该领域的垄断。已广泛应用于国内光通信器件、MEMS器件、射频器件微波器件等领域公司的研发生产中。

以星驰系列DU9721固晶贴片机为例,该设备可通过自研的运动控制技术,精度可达±7μm@3σ,已经达到国内顶尖世界一流的水平。据了解,根据精度等级,固晶机可分为超高精度设备、中高精度设备、低精度设备,其中中高精度固晶机精度在±25μm范围,超高精度设备精度可做到±3~5μm以内,国产的IC固晶机的普遍精度±25μm以上。

张根甫表示,“除了高精度以外,DU9721固晶贴片机还具备高速度、高稳定性和高灵活性”,星驰系列DU9721固晶贴片机可以通过集成点胶、自动换刀、贴合等功能,兼容多尺寸晶圆。通过开放式架构和模块化设计,可为客户提供极致效率的按需定制能力。

能够实现以上的产品突破与技术创新,除了博众半导体自身研发团队的不懈努力之外,也离不开母公司博众精工在资金、技术以及战略客户导入等方面的支持。

张根甫坦言,一方面,从产品定义来说,在刚开始定义产品之时,需要对客户的需求进行非常精准的调研,确保产品能够满足流程以上客户的需要。另一方面,在产品性能之外,半导体设备业有很多Know-How,厂商在打造产品的时候不可能一下子就满足客户的需求,在运行过程中会出现各种各样的问题。所以在产品制造后出货前,需要进入到具体场景去运行设备,这就要求下游的客户能够给机会做验证,设备只有在被使用、运行的过程中才能快速迭代、优化,更好地满足客户的需求。也正是基于博众精工的平台,作为初创企业的博众半导体也有机会接触到客户的需求、得到客户产线场景验证的机会。

3 半导体的春天到了

这两年,国内半导体产业的发展非常快,博众半导体所在的设备领域同样迅速发展。能够有这样的表现,除了众多国产厂商能够在国产替代浪潮中拿出有竞争力的产品外,本土服务的优势也是其中之一。

AI是这两年半导体产业最热门的主线,很多企业借此实现业绩大丰收。博众半导体也与时俱进,对产品进行创新,通过人工智能算法对物料进料监测、调度,并赋能贴装定位工序,实现更加高效、精准的贴装,为提升生产效率、降低成本、优化资源配置创造更多可能。

而在本地服务方面,相较于海外巨头,国产厂商在客户支持和售后维护方面有着不小的优势。半导体设备的维护保养周期比较长,然而巨头们的技术团队大多在海外,在设备维护和保养方面无法给到中国客户比较好的支持,换一个模块或零部件需要比较长的周期,收费也比较高。而博众半导体身处国内,与国内客户的连接比较紧密,能够实现快速的客户响应,所提供的设备在满足客户生产所需的精度、稳定性等情况下,价格也更具竞争力,可以帮助客户更快地投入生产、回笼资金、减少运营压力。

“国产半导体的春天来了。”作为一个入行多年老兵,张根甫回顾这十多年来国产半导体行业的发展感慨道。

全球半导体产业链区域化调整背景下,我国半导体产业链国产替代需求强烈。其中国产半导体设备近五年的进展可以用“规模快速放大、技术由点及面、份额持续攀升”三句话概括。根据机构测算,2019 年 14 家核心国产设备商合计营收 仅138 亿元。2024年全球半导体设备市场规模达1171亿美元,中国以496亿美元需求规模蝉联全球第一,且增速显著高于全球平均水平。机构预测,2025年中国半导体设备市场规模将突破2000亿元,国产化率有望从当前的21.58%提升至30%以上。公开资料显示,即便是相对细分的固晶机市场,今年国内市场规模或超过120亿元,预计2030年将增加至200亿元以上。业内认为,在这个过程当中,具备核心技术实力的设备厂商将率先受益。

在张根甫看来,这两年,国内半导体产业从上到下都形成了一股共识,要实现完全自主可控,团结聚力将产业做大、做强、做好。“在这个过程中,我们还会保持初心,专注于自己的事情、做好技术积累、产品迭代,踏踏实实把事情做好做扎实,去赢得客户的信赖。”

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