Chiplet促使用量大增!半导体测试探针究为何物?

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仅在上月,由财联社报道的一则新闻,将本已翻涌的半导体市场,再掀出新的风波:

有消息人士称:显示驱动IC(DDI)库存调整从2022年第一季度开始,PC周边芯片的库存调整甚至在2021年底就开始了;经过长时间的DDI库存修正后,IC设计公司开始下单探针卡来满足需求。

针对上述新闻,我们首先需要了解的是:半导体测试探针的需求来自哪里?

需求量的大增,或许是因为承载着以Chiplet技术为首的先进封装市场占有率的提升。

Chiplet促使用量大增!半导体测试探针究为何物?

图片来自:Omdia

Chiplet将复杂芯片拆解成一组具有单独功能的小芯片单元die(裸片),通过die-to-die将模块芯片和底层基础芯片封装组合在一起。相较于传统SoC,Chiplet能有效提高芯片良率、集成度,降低芯片设计、制造成本,加速迭代速度。

正如英特尔公司中国区董事长王锐在2022世界集成电路大会上表示的那样:Chiplet技术是产业链生产效率进一步优化的必然选择;且,据Omdia报告,2018年Chiplet市场规模为6.45亿美元,预计到2024年会达到58亿美元,2035年则超过570亿美元,Chiplet的全球市场规模正在迎来快速增长。

与此同时,Chiplet技术的火热也意味着测试难度的加大,正如国泰君安分析指出的一样:

Chiplet促使用量大增!半导体测试探针究为何物?

图片来自:Google

一方面:Chiplet将一颗大的SoC芯片拆分成多个芯粒,相较于测试完整芯片难度更大,为保证最后芯片的良率,需要保证每个Chiplet的die都有效,因此将会对每一个die进行全检,探针等测试设备的使用量将大幅增加。

另一方面:Interposer、TSV、EMIB等新结构的出现,提升了系统的复杂程度,为保证良率,探针等测试设备的使用量亦将增加。随着Chiplet规模扩大,市场对探针需求量将进一步扩大。

基于以上评述,我们接下来需要了解一下:什么是半导体测试探针?

首先我们需要知道:测试探针则主要应用在测试机和探针台,在大部分半导体测试设备中均属于关键耗材。

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图片来自:长江证劵

众所周知:半导体测试作为半导体设计、生产、封装、测试流程中的重要步骤,贯穿IC全产业链;其重要性不言而喻。

根据VLSI Research,半导体芯片测试探针系列产品的市场规模占半导体封测设备市场规模的比例约为10.47%。

其次,探针卡作为探针台的关键部件;在晶圆测试时,被测对象安置于探针台之上:

Chiplet促使用量大增!半导体测试探针究为何物?

图片来自:太平洋证劵

用探针卡上的探针与芯片上的焊垫或凸块直接接触,将测试机(Atomic Test Equipment, ATE)产生的信号施加于被测器件之上并将被测器件中的反馈信号传输回ATE,从而完成整个测试。

随着制程工艺升级带来的线宽和线距不断缩小,探针卡亦朝着细微化的针距发展。探针卡按照演进历程可以分为悬臂式探针卡(Cantilever)、垂直式探针卡(Vertical)、 微弹簧式探针卡(Micro-spring)和微机电式探针卡(Micro Electromechanical System, MEMS)等。

目前市场上较为主流的探针卡为悬臂式和垂直式;其中,微弹簧式和微机电式探针卡是使用特殊探针头的垂直式探针卡),其中悬臂式主要用于 LCD Driver、低端的 SoC 和电源芯片等的测试,由于其工艺及技术门槛相对较低,市场竞争较为激烈,产品价值量已被压得较低。而垂直式探针卡的平整度及精密度则相对更高,是目前高端 SoC 测试的主流选择。

最后,我们细究其结构,可知:探针一般由针头、针尾、弹簧、外管四个基本部件经精密仪器铆压预压之后形成。

Chiplet促使用量大增!半导体测试探针究为何物?

由于半导体产品的体积较小,尤其是芯片产品的尺寸非常细微,探针的尺寸要求达到微米级别;是一种高端精密电子元器件,其制造技术含量高。

探针运用于于晶圆/芯片引脚或锡球与测试机之间的精密连接,实现信号传输以检测产品的导通、电流、功能和老化情况等性能指标。

不同用途的探针外观有所不同,但探针内部基本上都有精密的弹簧结构,产品表面一般镀金,具有很强的防腐蚀性、电气性能、稳定性和耐久性。

与此同时,特别值得注意的是:随着半导体集成电路日益广泛的应用,我国探针市场约占到全球五分之一;但,截止今天全球半导体探针主要以美日韩企业为主。

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图片来自:VLSI Research

根据VLSI Research预测:2025 年全球探针市场规模将达到 27.41 亿美元,国内探针市场规模将达到 32.83 亿元人民币,国内市场约占全球市场五分之一。

国内现主要生产的半导体测试探针,主要仍为较为低端探针;对于半导体行业而言,中高端探针和低端探针有着本质不同。

国内探针厂商处于探针市场的中低端领域,主要生产中低端基板测试探针、ICT(In Circuit Tester,自动在线测试仪)测试探针、PCB测试探针等产品。

且,高端产品的探针产品,不止有着更多的功能性测试要求,其行业门槛也较为显著。

在高端产品市场中,行业内的企业通常主要专注于其擅长的某一个或数个领域内的产品,且通常拥有自己的核心客户,因此在各个细分行业内的竞争格局相对较为稳定,各个细分行业内有着较为明显的行业门槛。

或许,时至今日:“关关难过,关关过。”已经成为了中国半导体从业者的口头禅;作为其中的关卡之一的我国探针行业,如何助力庞大的国产化替代需求;或将需要第一批“敢于吃螃蟹的人”实现产品的落地及使用,方为关键......

由于篇幅受限,本次半导体测试探针就先介绍这么多......

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奇普乐将在每周,不定时更新~

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最后的最后,借由李斯《谏逐客书》中的一句名言:

泰山不拒细壤,故能成其高;

江海不择细流,故能就其深。

愿每一位半导体从业者可以——

事无巨细,必亲躬之。

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