芯片产业链系列7半导体设备-后道封测设备

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我们已经对半导体的硅片制造和晶圆加工设备有了基本了解，现在我们继续介绍半导体设备的最后一个领域，即后道封测设备，接下来让我们一起出发吧。

封测设备包括封装设备与测试设备。封装设备方面，主要包括与引线键合工艺中背面减薄、晶圆切割、贴片、引线键合、模塑密封、切筋成型六大工序相对应，传统封装设备按工艺流程主要分为减薄机、划片机、贴片机、引线键合机、塑封机及切筋成型机。在以凸点焊Bumping代替引线键合的先进封装工艺中，还需用到倒装机、植球机、回流炉等设备。此外，如硅通孔TSV等先进封装工艺中也会用到光刻机、刻蚀机、电镀机、PVD、CVD等。测试设备方面，则是指用于后道封测环节的检测设备，根据功能的不同包括分选机、测试机、探针台。

贴片机（Die bonder），也称固晶机，是封测的芯片贴装（Die attach）环节中最关键、最核心的设备。其功能主要是将芯片从已经切割好的晶圆（Wafer）上抓取下来，并安置在基板对应的Die flag上，利用银胶（Epoxy）把芯片和基板粘接起来。贴片机可高速、高精度地贴放元器件，并实现定位、对准、倒装、连续贴装等关键步骤。无论封装方式如何演变，封装过程都离不开贴装过程。随着芯片小型化的需求，要求贴片机的精度范围在3~5微米之间。为了达到精细化的贴装，封装厂的先进封装产线对贴片机的精度、速度、良品率、稳定性的要求都非常高，在先进封装过程中贴片机是最关键、最核心的设备。

对于先进封装可以参考我们在芯片产业链系列之封装测试中的介绍，先进封装的发展可以增大封装设备需求，具体表现在：先进封装中，芯片层数增加，芯片厚度需要更加轻薄以减小体积，因此减薄设备需求增加；Chiplet中，芯片变小且数量变多，划片时需要将晶圆切割为更多小芯片，因此划片机需求的数量和精度都会提升；芯片变小且数量提高之后，对贴片机的需求量和精度要求都会提升。接下来我们从先进封装工艺的角度对其所用到的设备进行简单介绍。

Bumping（凸块）工艺设备，主要应用与凸块工艺中。凸块是定向指生长于芯片表面，与芯片焊盘直接或间接相连的具有金属导电特性的突起物。根据材料，凸块可分为金凸块、铜镍金凸块、铜柱凸块、焊球凸块。凸块是芯片倒装必备工艺，是先进封装的核心技术之一。

RDL工艺设备，主要应用于RDL工艺中。RDL的主要工艺包括：（1）形成钝化绝缘层并开口；（2）沉积粘附层和种子层；（3）光刻显影形成线路图案并电镀填充；（4）去除光刻胶并刻蚀粘附层和种子层；（5）重复上述步骤进行下一层的 RDL 布线。RDL需要的设备包括曝光设备、PVD设备等，也主要是前道设备。

从市场规模来看，根据SEMI数据，2021年全球半导体封装设备市场规模为71.7亿美元，占同期全球半导体设备市场规模

的比例约为7%。其中贴片机占30%，划片机占28%，键合机约占23%，切筋与塑封设备占比18%，电镀设备在封装设备行业中占比最小，大约在1%左右。

（1）测试机：是检测芯片功能和性能的专用设备，其使用贯穿于设计验证、CP和FT。测试机对芯片施加输入信号，采集被检测芯片的输出信号与预期值进行比较，判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性。

探针卡属于定制器件，不具备通用性，但使用寿命相对较长，因此具备设备和耗材的双重属性。每一种芯片的引脚排列、尺寸、间距变化、频率变化、测试电流、测试机台有所不同， 都需要供应商根据芯片设计公司提供的输入信息进行探针卡的定制化设计，以满足特定产品的测试需求。所以随着芯片产品型号增加、产量增长，晶圆测试需求增加，对探针卡的消耗量也将大幅增长。

随着技术的迭代发展，探针卡已从悬臂式探针卡、垂直式探针卡发展进入MEMS探针卡时代。传统探针是通过对特定合金进行拉丝工艺得到的，难以获得一致性良好的微米直径级别的材料。MEMS制造技术则可制作出微米级结构的MEMS探针用于探针卡。此外，MEMS探针卡可以实现整个晶圆的同测，避免了反复测试对晶圆的伤害。MEMS探针卡凭借高密度细间距的阵列排布、满足整个晶圆同测、可测试超高频、吞吐量大、测试可靠性高等优势，逐渐成为探针卡的主流应用。

探针卡主要由PCB、探针、MLC/MLO陶瓷基板等构成，PCB板主要用于承载探针，为确保针距不发生较大位移，依据应用环境选用不同的材料（包括金属片、陶瓷片、环氧树脂及垂直头等），将探针固定于PCB板。探针是探针卡中价值量最大的部件，占探针卡总成本近五成。

（4）分选机：具有承载待测品进行测试的自动化机械结构，其内有机械机构将待测品一颗颗从标准容器内自动的送到测试机台的测试头（Test Head）上接受测试，测试的结果传回分选机，而后分选机依其每颗待测品的电性测试结果来作分类（此即产品分Bin）的过程。