在晶圓制造完成后,需要對“新鮮出爐”的晶圓進行測試,在這個環節中,每一個芯片電學性能都會被檢測。
探針卡是晶圓測試中被測芯片和測試機之間的接口,主要應用于芯片分片封裝前對芯片電學性能進行初步測量,并篩選出不良芯片后,再進行之后的封裝工程,它所解決的是,測試機與芯片電路的導通、信號傳遞等問題,所以它也是晶圓測試的核心耗材!
作為一個十分小眾的裝備制造行業,探針卡國產化之路存在哪些挑戰?探針卡的發展經歷了哪些重要的節點?國產探針卡在未來又會如何發展?
一顆芯片的產生,主要需要經歷設計、制造、封裝、測試四大核心環節,探針卡最主要的應用在芯片制造之后、封裝之前,這一環節叫做晶圓測試。此外,芯片在量產之前,工程驗證環節,也要用到探針卡來進行測試,如果不合格,需要找出究竟是設計原因還是工藝原因,并進行回檢。工程驗證環節的探針卡用量并不大,用量較大的是在晶圓量產后的測試階段。
探針卡是一個十分小眾的領域,但縱觀半導體行業的產業鏈,探針卡這一細分環節有他獨特的特點,我給總結了12個字,“高技術、高毛利、低風險、低投入”,所以,作為創業公司而言,這是一個很好的項目。
一張探針卡上面有上萬根針,如果有一根針偏了幾微米,那么整個探針卡都不能用;另外,這幾萬根針需要在同一平面上,我們叫“共面性”,要求最高的那根針與最低的那根針的高度差不能超過25微米,大概是頭發絲直徑的1/3,必須精細到這種程度,否則可能會損傷待測晶圓。“板凳要做10年冷”,沒有10年的硬功夫,很難成功。
我們的客戶種類很多,包括IDM公司、晶圓廠、測試廠、分離器件廠、科研院所等,實際上我們每年的交易客戶有400多家,國內耳熟能詳的大廠幾乎都是我們的客戶。我們的壓力不在于拓展新的客戶,而是把現有的客戶服務好、維護好。
就國內而言,到目前為止競爭并不激烈,因為探針卡畢竟是一個小眾的行業,而且國外同行的封鎖比較嚴重。國外的探針卡廠商在中國也會設分廠,但他們的分廠只生產低端的懸臂卡,高端的垂直卡、MEMS卡是不會在大陸生產的,甚至高端卡的維修售后服務都可能需要運到國外修好再寄回。
探針卡經過數十年的發展,按結構主要被分為懸臂卡、垂直卡、MEMS卡。懸臂卡針的形狀有點像彎曲的胳膊,所以叫做懸臂卡。它需要人工排針,每張卡上的針數有限,可同測的芯片數量也十分有限,效率偏低。垂直卡是從探針頭上垂直出針,主要用于芯片管角是矩陣式分布的邏輯芯片的測試。MEMS卡是用微機電制程生產,針數多,可以一次性測試整片晶圓,主要用于存儲芯片的測試。
先進封裝和異構集成提高了晶圓測試的門檻,探針的密度通常比單芯片的密度高出兩倍至四倍,這就要求測試質量要求的不斷提高,以此確保在同一先進封裝體中的合格芯片不會因不良芯片而被‘誤殺’。因此,我們絲毫不能小瞧探針卡這一細分領域的存在。
據VLSI預測,2025年探針卡全球市場規模將達到27.41億美元,國內市場規模將達到32.83億元。隨著國際形勢的變化,我們逐漸意識到自主創新和進口替代是中國半導體產業未來十年到二十年發展的主要趨勢和機會,雖然國內有很多優秀的企業正在奮起直追,但全球晶圓探針卡市場中絕大多數份額仍被Form Factor、MJC、Techno Probe等企業搶占,這個領域,我們依舊任重道遠!