近日,半导体IC球焊设备国产厂商——凌波微步半导体科技(以下简称“凌波微步”)宣布完成数千万A轮融资,由创新工场独家投资。本轮融资将助力凌波微步快速扩充产能,加快在封装领域其他核心设备的研究开发和市场推广,从而进一步推动半导体核心设备的国产化水平与进程,助力中国半导体产业自主可控。


什么是半导体IC球焊设备?


半导体设备可以分为晶圆制造设备、封装设备、测试设备和其他,其中封装是半导体制造过程中的最后一个环节。


半导体封装工艺可以分为传统封装和先进封装,目前集成电路的封装绝大多数都采用传统封装。传统封装的一个关键工序叫做“引线键合”,或者“wire bonding”。引线键合是采用细金属线,利用热、压力、超声波能量为使金属引线与芯片焊盘和基板焊盘紧密焊合,实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通,是集成电路封测最重要的一环。


 
图 | 凌波微步IC球焊机在客户产线自动化作业实况


IC球焊机 (Ball Bonder)正是芯片引线键的核心设备,被誉为是封装设备的“皇冠”。“IC球焊机技术难度很高,速度精度要求接近物理极限。用一个形象的比喻,如果法拉利F430由起步加速至100公里/小时仅需4秒,那么IC球焊机的XY平台只需0.2秒,是其20倍;Z轴焊头更只需0.02秒,是其200倍。” 凌波微步CEO李焕然如是说。


“同样的,IC球焊机XY平台从100公里/小时减速至0,也只需0.2秒的时间,并且停在给定位置的±1微米范围内,直逼世界上最小的细菌——薇浆菌的长度0.3微米。” 李焕然补充道。


半导体IC球焊设备的市场分析


根据中国半导体产业协会的数据,2019年中国大陆的集成电路产业的销售额是7562.3亿元人民币,同比增长15.8%,其中封测环节的销售额2349.27亿元人民币,同比增长7.1%。2019年全球半导体设备的销售额达到596亿美元,其中,中国大陆以年增长46.6%达到173亿美元,超过了中国台湾和韩国,成为全球最大的半导体设备销售市场。


2020年,全球半导体设备销售额增长了19%,达到720亿美元。其中,中国大陆半导体设备的销售额为181亿美元,依然排在全球第一位。


 
图 | 全球半导体设备销售情况


在封测设备市场,2019年的销售额是42亿美元,2020年是50亿美元。另外,根据国际半导体协会的最新数据,2021年第二季度全球半导体设备的订单增长48%,创下249亿美元的历史新高。其中,中国大陆第二季度的半导体设备订单更是飙升79%,达到82.2亿美元。


此外,聚焦到IC球焊设备。根据创新工场投资董事兼半导体总经理王震翔的介绍,“封装设备大约占据半导体设备市场15%的份额,刨去特制设备以外,IC球焊设备则是占据封装设备市场30%的份额,是封装设备中的第一大设备,也是难度最高的。


对此,李焕然表示,“从体量上来看,2021年全球IC球焊设备的需求量是10000台左右,大约15-16亿美元的一个市场,国内需求量高达3000-5000台。但是,在凌波微步之前,国内供应商原本数量是0。”


凌波微步将在未来2-3年内产量攀升至1000-2000台,占据国内市场大约20%-30%的份额。等凌波微步满产能后,每年可生产1500-2000台,占据国内市场大约50%的份额。” 李焕然补充道。


凌波微步在半导体IC球焊设备中的国产突破点是什么?


凌波微步成立于2020年,是一家本土的以IC球焊机为主要产品的半导体设备制造公司,团队成员核心成员来自K&S、ASM 等企业,拥有20年以上的半导体设备行业经验。公司在深圳和新加坡设有研发中心,在江苏常熟建有生产基地,厂房面积近万平米,专注于自主研发、生产和销售半导体封装设备及提供解决方案。



图 | 凌波微步会议讨论


值得一提的是,凌波微步是靠什么赢得资本和市场的青睐的呢?主要着陆点还是“国产突破”


众所周知,以IC球焊机为例的半导体设备产业的壁垒一直很高,因为它涉及到机械结构、运动控制、机器视觉等多交叉学科,是集高速度、高精度、稳定可靠于一体的工业机械设备。这一方面告诉我们设备国产化不容易,另一方面也揭示了国产突破的锚点是一系列综合性技术。


李焕然表示,“因为球焊机并不单纯是单方面的某一点,一定是包括运动控制、精密机械和图像处理,以及超声波技术的综合应用,每一方面都能够做到精细、做到极致,这是IC球焊机设备的要求。从国产设备来讲,首先要进入一些少线和分立器件的市场,然后逐渐拓展到增加精度、增加稳定性,拓展到多线和高端的键合市场。少线的市场比如SOP封装市场,多线就是BAG封装和存储封装市场。”


 图 | BGA封装芯片引线键合示例


“一般来讲,像SOP的市场,它的引脚的数量大约是几十条线,最多不超过50条线;它的焊盘的尺寸最小一般到55、60微米。而像BGA市场,它的焊线数量最多可能超过500条线,甚至1000条线,它的引脚的尺寸最低可能到40微米左右或者40微米以下。” 李焕然补充道。


以凌波微步为典型的国产半导体设备的未来


随着全球半导体行业的景气度提升,以及中国半导体行业的高速发展,快速拉动了我国尚处于追赶阶段的半导体设备行业,给国产设备带来了机遇。


 
图 | 引线键合设备国产化程度低示意


就像凌波微步所处的IC球焊机赛道,目前中国IC球焊机市场过往多年都是由国际厂商主导。一旦国产技术得到突破,借助市场供给不足,以及价格和本土服务的优势(据悉,凌波微步的IC球焊机每台售价约5万美金,折合30万人民币),不论是中小型的封装厂、IDM还是国内大型的封装厂,对待国产设备的态度都是很开放的。因此成立不到一年的凌波微步才能迅速领跑国产设备市场,成为国产品牌中最快达到数百台规模化量产的隐形冠军企业。


李焕然介绍,“目前,凌波微步的设备性能已与国际品牌相当,同时集合云端技术、人工智能技术,以及利用优质服务和成本优势,在竞争中有一定优势。”


写在最后


众所周知,整个半导体产业链对于人才的需求是非常大的,而对于封装设备来说,不仅是数量上的缺口,更表现在人才的质量上。目前只要是涉及到精密设备,其实国内就比国外落后很多,而落后的背后是研发投入占比的居高不下,对应的人均收入普遍偏低。


王震翔表示,“以海外的半导体设备龙头为例,平均研发投入占比大概15%,人均创收在每个人300万元左右,但是我们国内其实要差很多,所以公司需要在盈利和研发支出间做权衡,这也是导致国内公司普遍盈利性较差的原因所在。”