僅在上月,由財聯(lián)社報道的一則新聞,將本已翻涌的半導體市場,再掀出新的風波:
有消息人士稱:顯示驅(qū)動IC(DDI)庫存調(diào)整從2022年第一季度開始,PC周邊芯片的庫存調(diào)整甚至在2021年底就開始了;經(jīng)過長時間的DDI庫存修正后,IC設(shè)計公司開始下單探針卡來滿足需求。
針對上述新聞,我們首先需要了解的是:半導體測試探針的需求來自哪里?
需求量的大增,或許是因為承載著以Chiplet技術(shù)為首的先進封裝市場占有率的提升。
圖片來自:Omdia
Chiplet將復(fù)雜芯片拆解成一組具有單獨功能的小芯片單元die(裸片),通過die-to-die將模塊芯片和底層基礎(chǔ)芯片封裝組合在一起。相較于傳統(tǒng)SoC,Chiplet能有效提高芯片良率、集成度,降低芯片設(shè)計、制造成本,加速迭代速度。
正如英特爾公司中國區(qū)董事長王銳在2022世界集成電路大會上表示的那樣:Chiplet技術(shù)是產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)效率進一步優(yōu)化的必然選擇;且,據(jù)Omdia報告,2018年Chiplet市場規(guī)模為6.45億美元,預(yù)計到2024年會達到58億美元,2035年則超過570億美元,Chiplet的全球市場規(guī)模正在迎來快速增長。
與此同時,Chiplet技術(shù)的火熱也意味著測試難度的加大,正如國泰君安分析指出的一樣:
圖片來自:Google
一方面:Chiplet將一顆大的SoC芯片拆分成多個芯粒,相較于測試完整芯片難度更大,為保證最后芯片的良率,需要保證每個Chiplet的die都有效,因此將會對每一個die進行全檢,探針等測試設(shè)備的使用量將大幅增加。
另一方面:Interposer、TSV、EMIB等新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),提升了系統(tǒng)的復(fù)雜程度,為保證良率,探針等測試設(shè)備的使用量亦將增加。隨著Chiplet規(guī)模擴大,市場對探針需求量將進一步擴大。
基于以上評述,我們接下來需要了解一下:什么是半導體測試探針?
首先我們需要知道:測試探針則主要應(yīng)用在測試機和探針臺,在大部分半導體測試設(shè)備中均屬于關(guān)鍵耗材。
圖片來自:長江證劵
眾所周知:半導體測試作為半導體設(shè)計、生產(chǎn)、封裝、測試流程中的重要步驟,貫穿IC全產(chǎn)業(yè)鏈;其重要性不言而喻。
根據(jù)VLSI Research,半導體芯片測試探針系列產(chǎn)品的市場規(guī)模占半導體封測設(shè)備市場規(guī)模的比例約為10.47%。
其次,探針卡作為探針臺的關(guān)鍵部件;在晶圓測試時,被測對象安置于探針臺之上:
圖片來自:太平洋證劵
用探針卡上的探針與芯片上的焊墊或凸塊直接接觸,將測試機(Atomic Test Equipment, ATE)產(chǎn)生的信號施加于被測器件之上并將被測器件中的反饋信號傳輸回ATE,從而完成整個測試。
隨著制程工藝升級帶來的線寬和線距不斷縮小,探針卡亦朝著細微化的針距發(fā)展。探針卡按照演進歷程可以分為懸臂式探針卡(Cantilever)、垂直式探針卡(Vertical)、 微彈簧式探針卡(Micro-spring)和微機電式探針卡(Micro Electromechanical System, MEMS)等。
目前市場上較為主流的探針卡為懸臂式和垂直式;其中,微彈簧式和微機電式探針卡是使用特殊探針頭的垂直式探針卡),其中懸臂式主要用于 LCD Driver、低端的 SoC 和電源芯片等的測試,由于其工藝及技術(shù)門檻相對較低,市場競爭較為激烈,產(chǎn)品價值量已被壓得較低。而垂直式探針卡的平整度及精密度則相對更高,是目前高端 SoC 測試的主流選擇。
最后,我們細究其結(jié)構(gòu),可知:探針一般由針頭、針尾、彈簧、外管四個基本部件經(jīng)精密儀器鉚壓預(yù)壓之后形成。
由于半導體產(chǎn)品的體積較小,尤其是芯片產(chǎn)品的尺寸非常細微,探針的尺寸要求達到微米級別;是一種高端精密電子元器件,其制造技術(shù)含量高。探針運用于晶圓/芯片引腳或錫球與測試機之間的精密連接,實現(xiàn)信號傳輸以檢測產(chǎn)品的導通、電流、功能和老化情況等性能指標。不同用途的探針外觀有所不同,但探針內(nèi)部基本上都有精密的彈簧結(jié)構(gòu),產(chǎn)品表面一般鍍金,具有很強的防腐蝕性、電氣性能、穩(wěn)定性和耐久性。
與此同時,特別值得注意的是:隨著半導體集成電路日益廣泛的應(yīng)用,我國探針市場約占到全球五分之一;但,截止今天全球半導體探針主要以美日韓企業(yè)為主。
圖片來自:VLSI Research
根據(jù)VLSI Research預(yù)測:2025 年全球探針市場規(guī)模將達到 27.41 億美元,國內(nèi)探針市場規(guī)模將達到 32.83 億元人民幣,國內(nèi)市場約占全球市場五分之一。
國內(nèi)現(xiàn)主要生產(chǎn)的半導體測試探針,主要仍為較為低端探針;對于半導體行業(yè)而言,中高端探針和低端探針有著本質(zhì)不同。
國內(nèi)探針廠商處于探針市場的中低端領(lǐng)域,主要生產(chǎn)中低端基板測試探針、ICT(In Circuit Tester,自動在線測試儀)測試探針、PCB測試探針等產(chǎn)品。
且,高端產(chǎn)品的探針產(chǎn)品,不止有著更多的功能性測試要求,其行業(yè)門檻也較為顯著。
在高端產(chǎn)品市場中,行業(yè)內(nèi)的企業(yè)通常主要專注于其擅長的某一個或數(shù)個領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品,且通常擁有自己的核心客戶,因此在各個細分行業(yè)內(nèi)的競爭格局相對較為穩(wěn)定,各個細分行業(yè)內(nèi)有著較為明顯的行業(yè)門檻。
或許,時至今日:“關(guān)關(guān)難過,關(guān)關(guān)過?!币呀?jīng)成為了中國半導體從業(yè)者的口頭禪;作為其中的關(guān)卡之一的我國探針行業(yè),如何助力龐大的國產(chǎn)化替代需求;或?qū)⑿枰谝慌案矣诔泽π返娜恕睂崿F(xiàn)產(chǎn)品的落地及使用,方為關(guān)鍵......
由于篇幅受限,本次半導體測試探針就先介紹這么多......
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最后的最后,借由李斯《諫逐客書》中的一句名言:
泰山不拒細壤,故能成其高;
江海不擇細流,故能就其深。
愿每一位半導體從業(yè)者可以——
事無巨細,必親躬之。