我國集成電路封裝設備應抓住工藝發展趨勢機會

王海明

近年來，國際巨頭英特爾、三星和臺積電等晶圓廠正以數億計美元投入到先進封裝產業中，超越摩爾定律將封裝地位推向了前所未有的高度。集成電路封裝測試行業進入新時期。我國集成電路產業持續保持高速增長，技術創新能力不斷提高，產業發展支撐能力顯著提升，我國集成電路封裝設備應抓住此次工藝發展趨勢機會。

集成電路設備發展機遇與挑戰并存

未來幾年，我國IC每年投資額都在5000億元上下，實施提高裝備本土化率的鼓勵政策很必要。

2017年以來，集成電路芯片已超過石油成為我國第一大進口商品。國家正從頂層設計到具體環節來推動集成電路產業發展。2008年開始實施的國家重大科技02專項以及2014年創立的國家集成電路產業投資基金，大大促進了技術和產業發展。中國是全球最龐大的集成電路消費市場，但在全球半導體產業鏈中，仍處于產業分工的中低端。與此同時，全球集成電路產業布局不斷變化，加速向發展中國家轉移。目前，全球半導體銷售和投資進入新一輪高速增長期，晶圓制造廠和封測廠正前所未有地加大投入，新建晶圓廠和封測廠如雨后春筍。未來幾年，我國集成電路每年投資額都在5000億元上下，其中70%的投資是采購裝備和材料。因此，實施進一步提高裝備本土化率的鼓勵政策十分必要。一代器件，一代工藝，一代設備，集成電路制造裝備是我國芯片產業鏈中最薄弱的環節，目前國內半導體設備基本依賴進口，全球知名的半導體設備制造商主要集中在美國、日本、荷蘭、韓國等發達國家。

重點關注集成電路封裝設備的發展

我國封裝設備整體上處于低端，還未形成批量生產帶動高端研發的良性循環。

目前，封測在集成電路行業中占比加大，發展成熟度也好于晶圓制造環節。傳統封裝設備包括磨片、劃片、裝片、鍵合、倒裝等，而先進封裝也會用到光刻、刻蝕、電鍍、PVD、CVD等前道設備。據SEMI統計，過去10年內，全球封裝設備市場規模年均增長6.9%，2018年全球封裝設備市場規模達到40億美元。但各類封裝設備市場呈寡頭壟斷格局，如日本Disco壟斷了全球80%以上的封裝關鍵設備減薄機和劃片機市場。其他封裝設備廠商還包括ASMPacific、K&S、Besi、Disco等。

集成電路先進封裝設備的國產化率正在逐步提高，像集成電路封裝用的光刻機，還有倒裝、刻蝕、PVD、清洗、顯影、勻膠等設備均已滿足國內先進封裝的需求。先進封裝用前道設備國產率較高，光刻機、刻蝕機、植球機等超過50%，但傳統封裝設備國產化率整體上卻不超過10%。一直以來，業內普遍認為封裝設備技術難度遠低于晶圓制造設備，行業關注度低，產業政策向晶圓廠、封測廠、晶圓制造設備等有所傾斜。雖然近年來國家重大科技02專項加大支持，但整體上封裝設備缺乏產業政策培育和來自封測客戶的驗證機會。

我國封裝設備整體上處于低端，在集成電路高端芯片的封裝工藝中應用很少，個別機型依靠定制化需求打入市場，還未形成批量生產帶動高端研發的良性循環。筆者認為主要原因表現在：一是我國基礎工業薄弱，核心零部件“卡脖子”，如氣浮主軸就限制了高端減薄機和劃片機的發展;二是設備研發投入高，設備試錯成本高，難以形成市場反哺研發，導致核心技術人員流失嚴重;三是國產封裝設備可靠性是亟需解決的難題，封裝企業的客戶不能接受國產設備，國產設備試錯機會少，行業發展生態有待提升;四是封裝設備高端技術人才和團隊匱乏，關鍵技術長期得不到解決，設備性能提升緩慢。

市場與技術雙輪驅動國產封裝設備產業

定制化需求給國產裝備提供了舞臺，抓住工藝發展趨勢機會，國產設備才有可能取得突破。

集成電路封裝設備的發展是由市場驅動和技術推動共同作用的，本土化應以芯片設計廠商為引領，芯片設計帶動制造封測，制造封測帶動裝備材料，營造鼓勵創新的氛圍。目前我國集成電路裝備產業整體技術水平不高、核心產品創新能力不強、設備總體仍處于中低端等問題依然存在。設備產業進步是一個漫長而逐步的過程，我們一方面要繼續追趕現有水平的差距，另一方面隨著新設計、新工藝的不斷涌現，要在先進封裝工藝方面發力，設備定制化需求給國產裝備提供了大展拳腳的舞臺，抓住工藝發展趨勢機會，國產設備才有可能取得突破。

目前我國還沒有真正意義上大而強的封裝設備企業，我國集成電路封裝設備下一步發展值得深思。筆者從以下幾個方面提出建議：一是大力支持設備核心零部件的發展，與國內相關領域龍頭企業形成合作，國家重大專項成立專題支持核心零部件研發;二是平臺級企業大力引進高端人才和團隊，特別是具有國際封裝設備領先企業的領軍人物，創造有利于人才發展的寬松環境，構建以企業為主體、以高校與科研機構為支撐、產學研用相互促進的協同創新體系;三是建立持續政策導向的工藝-設備生態圈聯合體協同創新，由國內終端用戶、設計、制造、封測、材料、設備等完整的集成電路產業鏈上下游企業組成，利用各產業鏈龍頭企業的資源和技術優勢，共同研發先進技術;四是加強資本運作，深度整合，共享資源，提高技術研發和創新能力，做強做大企業，設備企業可采用并購方式增強自身競爭力、擴大生存空間和削減成本，節省研究經費，從而打通行業上下游環節。

以國產12英寸晶圓劃片機研發為例，12英寸劃片機具有多片切割、效率高、精度高、節約人力成本等特點，國內封裝企業迫切需要價廉物美的12英寸晶圓劃片機。北京中電科電子裝備有限公司在國家“02專項”的支持下，從2014年開始投入研發12英寸劃片機，突破雙軸結構工作臺橋接技術、大直徑薄晶圓傳輸技術、高剛度氣浮主軸技術以及刀痕識別分析系統設計等關鍵技術。2017年底在蘇州晶方完成工藝驗證，經過2018年一年的技術積累，在2019年取得重要技術突破和市場突破，實現批量化生產，簽訂合同金額過千萬元。