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芯片划片机国产替代头部企业 失效分析实验室 半导体工程师 [color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]2022-01-10 08:28 划片机是半导体封装环节中的重要设备，目前国内的晶圆划片机市场主要由日本的DISCO、京东精密等海外企业占据主导地位，但随着国产化替代趋势的逐步明朗，和国产化技术的不断提升，像深圳市陆芯半导体、沈阳和研科技、江苏京创先进等企业逐渐崭露头角，在市场上开始形成了一定的影响力。本文主要针对划片机的市场情况和国产化替代的竞争格局做了简要分析。 一、划片环节与工艺 封装制造与划片环节（Wafer Saw）：芯片由晶圆切割成单独的颗粒后，再经过芯片封装过程即可单独应用。芯片依照单颗大小、需要种类等，要在蓝膜上切割成颗粒状，以便于单个取出分开。划片时需控制移动划片刀的速度及划片刀的转速。不同芯片的厚度及蓝膜的黏性都需要有不同的配合的划片参数，以减少划片时在芯片上产生崩碎的现象。划片时需要用洁净水冲洗，以便移除硅渣。切割中残留的硅渣会破坏划片刀具及芯片，造成良品率损失。喷水角度及水量，都需要控制。 图表：划片原理示意图 资料来源：独木资本分析整理。 目前，机械式金刚石切割是划片工艺的主流技术。在这种切割方式下，金刚石刀片（Diamond Blade）以每分钟3万转到4万转的高转速切割晶圆的街区（Saw Street）部分，同时，承载着晶圆的工作台以一定的速度沿刀片与晶圆接触点的切线方向呈直线运动，切割晶圆产生的硅屑被去离子水（DI water）冲走。按照能够切割晶圆的尺寸，当前半导体产业界主流的划片机分8英寸和12英寸两种类型。 图表：划片工艺流程示意图 资料来源：独木资本分析整理。 有些芯片在划片时为了达到特殊的芯片表面保护效果，同一切割道要切割两次。此时，第一次切割时用的刀片比较宽，第二次切割时用的刀片比较窄。 图片：切割示意图 资料来源：PacTech，独木资本分析整理。 二、半导体划片机及其供应商，有望在国产化替代下销售额稳健增长 半导体划片机简介：半导体晶圆划片机主要用于封装环节，是将含有很多芯片的wafer晶圆分割成一个又一个晶片颗粒的设备，当前行业主要以机械划片为主，包括主轴、控制系统等，由于切割基体微半导体器件，所以产品良率及控制精度要求较高。 半导体划片机销售规模受到封测企业资本开支的影响。封测厂商资本开支处于上行周期，不断扩充产能。市场对于微型化、更强功能、更低功耗及热电性能改善的产品需求不断提升。统计长电科技、通富微电、华天科技、晶方科技等4家封测企业资本开支情况看，2020年资本开支总和为101.29亿元，较2019年增加46.28%。 资料来源：中泰证券，东北证券，独木资本分析整理。 进口替代叠加需求旺盛双重因素，半导体划片机行业具有发展前景。从细分行业格局来看，国外供应商如日本DISCO、东京精密（ACCRETECH）、以色列ADT等长期形成寡头垄断态势；参考日本DISCO的财务数据，目前预估中国大陆市场规模约60-80亿元，并因半导体产业处于景气周期，封测设备需求依然强劲，行业市场空间不断扩大，日本DISCO占据70+%的市场，国内市场除了ADT公司其余国产大陆品牌的30+企业约占到5%的市场份额，这部分市场中和研科技约占据85%的比例。 日本DISCO聚焦半导体切、削、磨三大工艺，支撑700亿人民币市值。经过多年积淀，DISCO的产品在硅片制造、晶圆制造、芯片封装等多个环节均有应用，其来自中国大陆和中国台湾的营收占比接近一半，划片刀等耗材占比约28%。DISCO订单积压严重，创十年最高水平，国内封测厂旺盛需求和DISCO受限的产能形成矛盾，为国内厂商国产化替代提供机遇。 资料来源：东北证券，独木资本分析整理。 日本DISCO公司代表着国际半导体划片机技术的最高水平，在精度、性能和稳定性方面一直有着较大的优势。其在2008年推出一款双轴划片机DFD6760，该设备配备两个工作盘，一个工作盘在进行切割的同时，另一个工作盘可进行定位校准并保存刀痕影像。其最大加工晶圆尺寸为12英寸，最大切割速度达1000 mm/s，Y轴全程定位精度达0.003 mm，该机型目前为止都代表着国际上划片机技术的最高水平。东京精密公司生产的AD3000T型全自动划片机，其Y轴最大切割范围达310 mm，定位精度达0.002/310 mm，可双主轴同时进行切割，大大提高了生产效率。 图表：国内外划片机主要参数比较 资料来源：独木资本分析整理。 三、半导体划片机设备核心 1、关键构成其一，高精密空气主轴应用空间广阔 空气主轴为半导体晶圆划片机的核心零部件，目前主要空气主轴供应商包括国外厂商，例如英国企业LPB等。为满足设备国产化率及响应国产化替代的趋势，并满足下游客户关于产品质量指标、产能供应能力、订单反应速度等的要求，同时降低劳动力成本、提高现代化装备生产制造水平、生产效率及减少长途运输和组装等因素，核心零部件自研并生产将是主流发展趋势。 高精密空气主轴下游应用广阔，空气主轴采用气体润滑技术取代传统的机械接触和液体润滑式，具有高精度、高稳定性、无摩擦运行、环保设计和成本效益等优势。在半导体领域，除晶圆划片机外，亦可用于超高精度的晶圆表面CMP平坦化设备、超薄晶圆研磨减薄设备等；此外在汽车喷漆、光学玻璃研磨、医疗、高端机床、军工等行业等领域也有广阔空间。 2、关键构成其二，机器视觉系统及自动化控制模块 随着划片技术的不断发展，早期的半自动划片机技术已不能满足划切工艺的需求，全自动划片技术应运而生。全自动划片技术采用机器视觉技术，自动找准每一片材料的对刀位置，进行自动切割。机器视觉技术在智能制造装备中主要有尺寸测量、物体定位和缺陷检测等应用。 图表：划片机视觉处理模块示意图 资料来源：独木资本分析整理。 自动化设备的视觉处理模块一般采用成熟的图像处理软件包，根据应用场景合理选择图像处理算法，完成机器视觉任务。常用的图像处理算法库有Intel提供的Opencv、德国MVTec公司的Halcon和美国康耐视公司的VisionPro。 在自动化设备的控制系统中，一般有运动控制卡和 PLC 两种控制器。运动控制卡是一种基于PC机的嵌入式控制单元，通过发送脉冲控制电机的速度，可以执行位移、速度和加速度等多种模式的运动控制，其内置的高性能微处理器，可实现多轴运动的协调控制。另外，运动控制卡可以集成多种库函数包。PLC控制系统通常由CPU、存储器、I/O模块、通信模块和编程器组成，由于具有一套完整的控制系统，软硬件的配合经过严格的测试和认证，PLC的可靠性往往会更好。 四、半导体划片机及其配套设备产业地图 国内的划片机生产技术起步较晚，我国的第一台自主研发的划片机诞生于1982年，次年投入应用才正式打破了我国半导体划片设备完全依赖进口的局面。随着国内半导体市场的扩大，封装设备的需求逐渐变大，进口设备价格昂贵，且维修不便，国内出现了不少制造划片机的企业和机构，主要包括：中国电子科技集团公司第45研究所、武汉三工光电设备制造有限公司、江苏京创先进电子科技有限公司、沈阳和研科技有限公司和郑州琦升精密制造有限公司等。 目前国内涉及半导体划片机设备的主流企业： 资料来源：中泰证券，东北证券，独木资本分析整理。 深圳市陆芯半导体有限公司： 陆芯是一家从事精密制造，属于“专精特新”的高端制造企业。 专业研发，生产，销售半导体划片设备及其配件耗材。 公司专注于半导体材料精密切磨领域，成功研制出兼容12、8英寸自动精密划片设备，建设并完善了该设备的标准化生产线。 产品体系： 目前已成功研制并量产 LX3352单轴高端精密划片机，兼容12、8英寸材料切割； 正在研发LX6360型全自动双轴精密划片机，预计2021年下半年形成量产并投入销售； 2022年将投入研发研磨减薄机，进一步丰富产品系列。 应用领域： 产品适应于半导体领域不同材料的复杂精密切割，广泛应用在半导体集成电路、GPP/LED氮化镓等芯片、分立器件、LED封装、光通讯器件、声表器件、MEMS等芯片划切生产中。 公司总部位于中国经济特区深圳市，良好的区位优势能为客户提供高效便捷的服务。多年以来公司持续坚持以优质高速的售后服务回馈客户，持续用技术含量更高、稳定性更强的设备产品助力广大客户。 沈阳和研科技有限公司： 一家专业从事半导体专用设备及配件耗材的研发、生产、销售、咨询、服务于一体的多元化公司，专注于硅片、玻璃、陶瓷、石英、铌酸锂、蓝宝石、PCB板、特殊切割加工等领域。和研科技创立于2011年1月，技术团队是中国早期研发生产精密划片机的国家项目组，核心成员均为行业内资深专业人士，最长从业时间已近37年。目前，在东莞设有华南办事处，在苏州、南京、南通设有华东办事处，在成都设有西南办事处，在厦门设有东南办事处，在西安设有西北办事处，在南昌设有华中办事处，海外市场2家授权代理商。 据了解，和研科技的划片机主要有DS9系列、DS8系列和DS6系列，其产品的主要应用在半导体领域，国内主流的封测企业大都是和研科技的客户，占据了国产化市场将近85%左右的份额。2021年划片机的收入预估在三四亿左右。 资本方面和研科技2021年完成了两轮融资，投资方为全德学尔基金和江苏盛宇华天产业基金。 光力科技股份有限公司（300480.SZ）： 其半导体划片机业务板块通过三次海外并购且顺利整合，兼具品牌、技术、供应链；本土化机型有望放量。公司先后收购英国LP（半导体划片机发明者）、LPB（核心零部件气浮主轴业内领先），控股以色列ADT公司（全球第三大划片机公司），并通过人员、技术、专利等方面的顺利整合，研制本土化的主流机型——双轴 12 寸全自动划片机 8230，并在郑州航空港建设产业基地（一期），预计 2022Q1 正式达产，预计可实现年产划片机 500 台/套。 公司的划片机产品主要包括全自动双轴晶圆切割划片机-8230、半自动双轴晶圆切割划片机-6230、半自动单轴切割机-610等系列产品。根据光力合计披露的财报，2021年上半年半导体封测装备的收入是7945万，因为光力科技的半导体设备还包括解胶机、贴膜机、清洗机等产品，预估2021年上半年切割机销售大概在3000-4000万左右，全年预估在8000万左右的收入。 江苏京创先进电子科技有限公司： 成立于2013年，是一家专业从事半导体级别精密划切设备研发、生产和销售的高新技术企业。公司经过20多年的技术积累，产品主要覆盖了精密划片机、激光划片机等系列产品，已成功研制并量产 AR3000、AR6000、AR7000、AR8000系列6-12英寸精密切割机，AR8200、AR9000系列12英寸全自动精密切割机，ARL4000系列激光隐形切割机等产品。广泛应用在半导体集成电路、GPP/LED氮化镓等芯片、分立器件、LED封装、光通讯器件、声表器件、MEMS等芯片划切生产中。 据公开信息光力科技2019年完成了12吋全自动划片机的量产出货，2020年正式进入国内头部封测厂。但据了解，目前光力科技的划片机产品出货量比较大的主要是LED封装领域。 资本方面江苏京创先进已经完成了5轮融资，2021年完成了两轮融资，最近的一轮融资是在2021年8月份完成交割，融资金额大概在亿元以上。现有投资方包括：金浦投资、盛宇投资、长江国弘、毅达资本、中芯聚源、领汇投资、顺融资本、汇川技术前海鹏晨资本等战略性投资方和财务性投资方。 深圳市华腾半导体设备有限公司： 集合研发、制造、销售、服务于一体的半导体封装设备细分龙头企业，公司成立于2008年，产业化基地分布于深圳、长沙、鞍山等多个地区。公司拥有洁净组装、调试车间近万平米，是国内最早从事LED测试包装设备制造的企业之一，公司推出了国内行业多款首套且热销的设备，如O2O等小尺寸背光测试设备-HT2900，chip0603 2等片式器件测试设备-HT3900，全系列TOP RGB测试设备HT3600，小间距RGB1010测试设备HT7200，MiniLED RGB测试设备HT7600，还提前布局Mini LED产业链其他关键设备，是国内唯一能提供全系列SMD LED 测试包装设备的企业。 据了解目前深圳华腾的切割机主要应用于LED封装领域为主，半导体封装领域的应用量比较小，其在半导体领域的竞争力能力相对也较弱。 资本方面，深圳华腾在2012年完成A轮融资后，到目前为止未再融资。 中电科电子装备集团有限公司： 中电科电子装备集团有限公司（以下简称“电科装备”）成立于2013年，是在中国电子科技集团公司二所、四十五所、四十八所三个国家级研究所基础上组建成立的二级成员单位，属中国电子科技集团有限公司独资公司。电科装备是我国以集成电路制造装备、新型平板显示装备、光伏新能源装备和太阳能光伏产业为主的科研生产骨干单位，具备集成电路局部成套和系统集成能力以及光伏太阳能产业链整线交钥匙能力。多年来，利用自身雄厚的科研技术和人才优势，形成了以离子注入机、平坦化装备（CMP）等为代表的微电子工艺设备研究开发与生产制造体系，涵盖材料加工、芯片制造、先进封装和测试检测等多个领域；通过了ISO9001、 GJB9001C、UL、CE、TüV、NRE等质量管理体系与国际认证。拥有国防科技工业有源层优化生长技术创新中心、国防科技工业微组装技术创新中心、国家光伏装备工程技术研究中心、中国-埃及可再生能源国家联合实验室、中埃可再生能源“一带一路”联合实验室等国家级研发机构。 据了解目前中电科电子装备公司的切割机主要应用于光伏领域。 分享到：
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