在半導體供應鏈上有兩個非常重要的產業類別,但是無論是統計數字或技術研討會,往往都會把它們忽略──它們是:半導體測試與IC基板。

前者經常被合併到「封測」業,後者則是被粗曠的統計到PCB產業裡。誠然,和封裝與PCB相比,他們的產值似乎不值一提,但事實上,這兩個產業的規模及成長速度,完全值得我們單獨拿出來分析,而且更重要的是,中國公司開始在其中扮演更重要的角色。

10年後半導體測試市場規模可望達百億美元

在傳統半導體產業統計中,封測是不分家的;相較於封裝業的產值規模,測試業被主動忽略了。但是,測試關係到半導體業的每個環節──晶片設計時要考慮DFT (可測試性)/模擬;晶圓測試需要進行功能性測試以剔除不合格晶片;封裝時要進行電氣性能和連線性檢查;封裝後對成品晶片要進行功能/性能/可靠性等測試。

2018年全球封測業產值為560億美元,在全球頂尖封測廠商當中,來自台灣的業者有5家,中國大陸有3家,但唯一進入Top 10排名的專業測試公司是京元電子(KYEC)。

「台灣封裝業產值中,『封』和『測』是2:1的關係,但是大陸遠遠不到;」中國晶片測試業者廣東利揚芯片測試(Leadyo IC Testing)執行長張亦鋒在2019年中國(珠海)積體電路產業高峰論壇演講時指出,「大陸新增的月產能可能會超過100萬片晶圓,對測試的需求非常大。」在此同時,對應的是晶片測試工廠巨大的投資成本;他拋出一個問題:「封裝廠投資大,還是測試廠投資大?」

令很多人沒想到的是,封裝設備的投入比測試設備要小很多。張亦鋒表示:「最近兩年來,全球半導體設備產業的年銷售額都大於600億,且一半是賣到了中國大陸和台灣;」他測算每年全球銷售設備投資超過70億美元,約佔12%;而封裝設備的投入僅佔5%。此外他補充,裝廠的產值成本都在原材料上。

「交付的每一個晶片要100%的進行測試,這個環節扮演著守門員的作用;」張亦鋒表示,測試是對關鍵的生產環節進行有效的監督和驗收。他提到了現在「封裝廠的測試之痛」:

  • 從技術上看,封裝和測試是兩個完全不同的概念和生產製程環節,不能簡單turnkey;
  • 封裝廠為了滿足自有產品和部分關鍵客戶的要求,不得不建立起部分測試能力;
  • 專長於封裝技術,並無測試核心技術,尤其無法提供個性化測試程式開發服務;
  • 客戶五花八門的產品需要完全不同的測試資源配置,導致巨大的設備和人力投入;
  • 一個封裝廠無法滿足所有客戶的測試需求,同時一個封裝廠養不活一個測試廠;
  • 機台利用率不足或產能無法滿足需求頻繁交替出現是封裝廠永遠的痛點;
  • 設備維護和測試技術問題透過ATE廠家外援支援,時效性差,品質不可控;
  • 由於投資巨大,測試目前不得不由產業鏈各個環節分擔。

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封測一體vs.專業測試
(來源:利揚芯片/EDN China)

張亦鋒透露:「我們當前每個月累積完成2,200款不同產品的測試開發,每月測試晶圓超過4萬片,每個月測試晶片2億顆,相當於2條8吋線的產出。」在技術不斷更新反覆運算的今天,IDM模式更適合類比晶片;Fabless和Chipless的崛起、中國國產替代,將給專業測試代工帶來很大的市場空間;張亦鋒預測,測試市場規模在10年後可能會達到百億美元產值。

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晶片測試市場規模預測。
(來源:利揚芯片/EDN China)

目前中國大陸的純IC測試廠有60家左右,但產值過億的不到5家,企業規模小,技術儲備弱,測試產業的發展和整合是需要產業關注的一個重要領域。

封裝基板:Yole的數據太保守

中國IC基板業者珠海越亞半導體(ACCESS)執行長陳先明表示,15年前該公司誕生之初,整個中國大陸半導體產業還處於簡單複製和反向工程的階段;「那時一家以色列公司來中國尋找合作夥伴,當時我所在的單位和他們進行了合作,」他回憶,從中國到以色列跨越了整個亞洲,所以將公司命名為越亞,寓意著:「走出亞洲,連結世界。」

當初的選擇堅持了15年後,終於看到中國半導體的崛起。然而橫觀整個中國半導體產業鏈,會發現最大問題是產業鏈條冷熱不均。陳先明認為:「中國半導體產業接下來要啃的硬骨頭是封裝基板、晶圓製造。」

與前面提到的測試行業被併入「封測行業」統計一樣,很多年來,多家產業報告中都沒有封裝基板,很多人把這個歸到PCB產業。但陳先明指出:「封裝基板和PCB差異巨大。中國的PCB產業佔據全球60%,但中國封裝基板僅佔據全球2.8%。」

陳先明透露,在越亞進入封裝基板之前,製作一個四層板要2個月的時間;「我們成立之初把這個週期縮短到1個月,現在我們的交貨期是一周。」

越亞獨到的技術是「無芯基板」(coreless package)。傳統晶片封裝都是採用「有芯基板」,也就是中間是含有絕緣層的雙面銅箔。陳先明指出:「我們的第一個產品就是打破有芯方式,用微米級銅柱連接取代雷射鑽孔連接的結構,為射頻元件提供了高性能的基板解決方案。」

無芯封裝基板技術產業化的成功,打破了海外高階IC封裝基板廠商壟斷市場的局面,實現和國際競爭對手的中國國產替代;舉例來說,越亞現在提供了芯動(Innosilicon) 70%的封裝基板。除了無芯基板,越亞還有晶圓嵌埋、濾波器、連接器、零組件等技術方案。

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在射頻前端晶片、電源管理晶片的嵌埋封裝方面,越亞已躋身主流供應商。陳先明透露:「我們在射頻前端晶片領域,佔據全球射頻用封裝基板的25%,從iPhone 4後的每一代手機都用了我們的封裝基板;華為50%的電源管理解決方案都採用越亞的方案。」

市場研究機構Yole曾於今年上半年發佈了嵌入式裸片封裝的產值預測,引用2018年基數為2,100萬美元。陳先明笑稱:「我覺得Yole在嵌入式裸片封裝方面的預測太保守了。越亞在2018年做了150萬美元,如果這個數字沒錯,那越亞就做了全球的70%的市場。」

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(本文原刊於EDN China網站)