未雨綢繆:半導體檢測儀器核心零部件搶先一步國產替代

2020-11-30 儀器信息網

2018年開始,美國掀起了對中國新一輪的貿易戰,旨在打壓中國在以5G為代表的高端製造業領域的競爭。

5G 是第五代移動通信技術的簡稱和英文縮寫,是最新一代蜂窩移動通信技術,也是繼4GLTE-AWiMax)、3GUMTSLTE)和2GGSM)系統之後的延伸。5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接。5G網絡的數據傳輸速率遠遠高於以前的蜂窩網絡,最高可達10Gbit/s,比當前的有線網際網路要快,比先前的4G LTE蜂窩網絡快100倍。此外,5G的網絡延遲較低(更快的響應時間),低於1毫秒,而4G30-70毫秒。由於數據傳輸更快,5G網絡將不僅僅為手機提供服務,還將成為一般性的家庭和辦公網絡提供商,與有線網絡提供商競爭。以前的蜂窩網絡提供了適用於手機的低數據率網際網路接入,但是一個手機發射塔不能經濟地提供足夠的帶寬作為家用計算機的一般網際網路供應商。

而國內以華為中興為首的5G設備製造商,此次更是成為了美國的重點打擊對象。目前禁令更是蔓延到半導體領域,禁止相關企業為華為晶片代工。國內其他相關企業也面臨著關鍵核心器件依賴進口的風險。從事無線通信測試儀器行業的上海創遠儀器技術股份有限公司首先注意到了這種風險,並在申請向不特定合格投資者公開發行股票的公開發行說明書中特別提醒投資者對關鍵核心器件依賴進口的風險予以關注。

5G設備到半導體產業,隨著貿易戰的「戰火」沿著產業鏈條不斷蔓延,貿易 「戰火」又將燃向何方?國內檢測儀器公司又該何去何從?「謎底」或可從貿易戰的歷程中窺得一二。

5G掀起貿易風波

5G通信已成為各國和地區爭搶發展的技術高地,各國都試圖在標準領域擁有更多的話語權。國際諮詢機構安永預計,到2025年,中國的5G用戶數將達到5.76億,佔全球總數逾40%;中國5G資本支出將達到1.5萬億元(約合2230億美元)

面對激烈的5G之爭,中國企業步步領先,擁有世界最先進的5G技術。德國的一加專利分析公司IPlytics就正式對外發布了一份5G專利研究報告,研究報告中指出,截止至20194月份,中國四家公司擁有的5G標準必要專利數量竟然達到了驚人的36%,緊隨其後的便是韓國的25%,而美國僅僅只有14%,和芬蘭一樣。在全球範圍內,華為擁有15545G標準必要專利,力壓所有競爭對手位居全球第一。

然而,2018416日晚,在中興接受了8.9億美元的罰款一年後,美國商務部仍悍然發布公告稱,美國政府在未來7年內禁止中興通訊向美國企業購買敏感產品。面對禁令,中興感到措手不及,最終選擇息事寧人。中興事件對中國企業是個鏡鑑,中國企業必須進一步提高創新,儘快把核心技術掌握在自己手中。

然而山雨欲來風滿樓,樹欲靜而風不止。美國政府很快將目標指向掌握更多5G專利技術的華為。2018121日,美國當局以捏造的罪名要求加拿大逮捕了孟晚舟;同月11日,加拿大法院作出裁決,批准孟晚舟的保釋申請。「孟晚舟事件」歸根結底是美國妄圖通過「人質」要挾華為就範,放棄5G技術的領先優勢。面對美國的卑鄙手段和中興的前車之鑑,華為卻沒有接受美國的無恥要挾,而是啟動了一系列的「備胎」轉正計劃,憑藉華為多年來居安思危、未雨綢繆的準備,在部分關鍵技術領域擺脫了對美依賴。

北京時間2020724日上午,加拿大卑詩省高等法院公開孟晚舟引渡案下一階段庭審的證據材料。該法院公開證據表明,所謂孟晚舟案,完全是美國炮製的政治案件。滙豐銀行參與構陷,惡意做局、拼湊材料、捏造罪證,扮演了極不光彩的角色。孟晚舟是清白的!

以上種種跡象表明,美國政府的制裁目標實際上是中國的5G設備製造和技術研發。

貿易戰火蔓延至半導體製造領域

面對美國對華為各種業務(手機、通訊設備等)的制裁,華為拿出了一系列的「備胎」轉正計劃。一時間,美國政府無從下手,最終將目光射向了和通信設備密切關聯的半導體製造產業,企圖限制其他企業為華為晶片代工。

半導體產業分為IC設計、半導體製造和封裝測試三部分,其中華為完成IC設計,之後由半導體製造企業代工製造晶片,最後再進行封裝。目前我國的封裝測試技術已在國際上奪得一席之地,然而半導體的先進位程製造仍大量依賴於國際企業,尖端半導體設備仍與世界半導體設備巨頭企業差距巨大。

20195月,美國發布「出口管制」只要銷售給華為的產品當中,涵蓋硬體、軟體等的美國技術含量超過25%,就會被要求禁止,而這當中的美國技術含量包括製造地位於美國、技術源於美國,以及國外製造但源自美國的內容超過25%都算在限制的範圍內。

隨著國內半導體企業不斷發力半導體製造領域,大量晶圓廠立項。今年八月,據路透社報導,美國正在考慮對半導體製造設備及相關軟體工具,雷射器,傳感器和其他技術的出口實行新的限制,以阻止中國等美國的對手使用。報導指出,川普政府以國家安全為由,通過了一系列措施限制對中國公司特別是華為的技術出口。為限制擬禁止向中國企業出售半導體設備。

94日更是傳出消息,美國擬制裁中芯國際,切斷國內最後的先進位程代工。次日中芯國際發布嚴《中芯國際關於外媒報導美國政府考慮將公司列入貿易黑名單的聲明》。為了限制中國的5G設備製造,美國對我國半導體產業圍追堵截,貿易戰正不斷擴展延申至半導體產業。

未來半導體檢測儀器或面臨制裁

半導體製造的檢測,包括前道和後道檢測。前道量檢測運用於晶圓的加工製造過程,它是一種物理性、功能性的測試,用以檢測每一步工藝後產品的加工參數是否達到了設計的要求,並且查看晶圓表面上是否存在影響良率的缺陷,確保將加工產線的良率控制在規定的水平之上。

前道量檢測設備行業具有極高的技術、資金壁壘,對業內公司研發能力有很強要求。目前市場呈現高度壟斷的局面,美國廠商 KLA-Tencor 佔據 52%的市場份額,是行業內的絕對龍頭, 遙遙領先排在第二位的 AMAT。 憑藉在前道量檢測設備領域的壟斷地位, KLA 2016 年名列全球半導體設備商第五位,如今依舊在列。

後道的性能測試主要偏重於從晶片功能性的角度檢測晶片的性能表現是否符合設計要求,對應設備包括:測試機、探針臺、分選機等。測試機是檢測晶片功能和性能的專用設備。分選機和探針臺是將晶片的引腳與測試機的功能模塊連接起來並實現批量自動化測試的專用設備。

後道檢測設備市場呈現寡頭壟斷的局面,這是因為後道檢測設備具有較高的技術壁壘,設備的核心技術均掌握在少數幾個西方國家的廠商手中。其中,愛德萬與泰瑞達兩家公司以超過90%的市場份額壟斷測試臺市場;在探針臺領域內,東京精密一家公司的市佔率已經達到了60%;同樣的在分選機市場內,愛德萬、科休、愛普生三家公司的市場份額已經超過了60%

目前半導體測試設備的國產化率仍不足10%。隨著貿易戰的蔓延,半導體檢測儀器關鍵核心零部件和半導體檢測設備依賴進口的風險逐漸凸顯。放棄幻想,準備鬥爭,對於半導體檢測儀器企業來說,這既是機遇,也是挑戰。以下為半導體檢測設備清單

分類

儀器

用途

前道檢測設備

橢偏儀

測量透明、半透明薄膜厚度

四探針

測量不透明薄膜厚度

熱波系統

測量摻雜濃度

相干探測顯微鏡

套準精度測量設備

光學顯微鏡

快速定位表面缺陷

掃描電子顯微鏡

對缺陷進行精準成像

後道檢測設備

測試臺

檢測晶片功能和性能

探針臺

用於晶圓加工之後、封裝工藝之前的CP測試環節,負責晶圓的輸送與定位,使晶圓上的晶粒依次與探針接觸並逐個測試

分選機

根據測試結果對產品進行篩選與分類


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