AOI 檢測(cè)設(shè)備 在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展

　　在半導(dǎo)體制造中， 一顆芯片需要經(jīng)歷數(shù)百道工序，而 任何細(xì)微的缺陷都可能導(dǎo)致終端產(chǎn)品失效。自動(dòng)光學(xué)檢測(cè) (AOI)設(shè)備作為制造流程中的“質(zhì)量守門(mén)員”，其檢測(cè)精度 與效率直接決定著芯片良率與生產(chǎn)成本。過(guò)去十年，中國(guó) AOI檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)經(jīng)歷了從PCB領(lǐng)域向半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域的 跨越。

　　1 先進(jìn)封裝是半導(dǎo)體封裝測(cè)試AOI市場(chǎng)增長(zhǎng)的 核心動(dòng)力

　　AOI檢測(cè)設(shè)備最初被廣泛應(yīng)用于PCB(印制電路板)領(lǐng) 域，用于檢測(cè)光板、錫膏印刷、焊點(diǎn)質(zhì)量等缺陷。近年來(lái)， 隨著半導(dǎo)體制造工藝的復(fù)雜化，AOI技術(shù)逐步滲透至半導(dǎo)體 行業(yè)，覆蓋晶圓制造、封裝測(cè)試全流程，成為提升芯片良率 的核心裝備之一。

　　根據(jù)MIR DATABANK數(shù)據(jù)顯示，2024年中國(guó)封裝測(cè)試 用AOI檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模超12億元，同比增速約為10%(見(jiàn) 圖1)。

　　AOI檢測(cè)設(shè)備在半導(dǎo)體行業(yè)主要應(yīng)用封裝測(cè)試領(lǐng)域，該 領(lǐng)域又分為傳統(tǒng)封裝和先進(jìn)封裝。

　　(1)傳統(tǒng)封裝

　　在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域，AOI檢測(cè)設(shè)備依然保持著較大的需求 量，但傳統(tǒng)封裝所用AOI檢測(cè)設(shè)備的單價(jià)遠(yuǎn)低于先進(jìn)封裝用 AOI檢測(cè)設(shè)備。因此，從整體市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域 僅占不足20%。

　　近年來(lái)，BGA封裝在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域發(fā)展迅速，Die Bond (芯片粘接)、Wire Bond(引線(xiàn)鍵合)以及成品外觀檢測(cè) 等環(huán)節(jié)對(duì)AOI檢測(cè)設(shè)備的需求明顯增加。由于傳統(tǒng)封裝的檢 測(cè)精度要求相對(duì)較低，5μm的檢測(cè)精度已能夠滿(mǎn)足其檢測(cè)需 求，因此傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域的AOI設(shè)備價(jià)格相對(duì)不高。

　　(2)先進(jìn)封裝

　　自2019年起，先進(jìn)封裝在中國(guó)市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，成為推 動(dòng)AOI檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)的核心動(dòng)力。近兩年，長(zhǎng)電、 華天、通富、禾芯、甬矽電子等企業(yè)在陸續(xù)新建先進(jìn)封裝產(chǎn) 線(xiàn)，這明顯推動(dòng)了AOI檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)需求的增加，使得先 進(jìn)封裝領(lǐng)域占據(jù)了80%以上的AOI檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模(見(jiàn) 圖2)。

　　2 中國(guó)AOI檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)：Camtek一家獨(dú)大

　　根據(jù)MIR DATABANK數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)封裝測(cè)試用AOI檢 測(cè)設(shè)備市場(chǎng)，Camtek一家獨(dú)大，占比超過(guò)50%(見(jiàn)圖3)。

　　具體來(lái)看，傳統(tǒng)封裝用AOI與先進(jìn)封裝用AOI市場(chǎng)存在 較大差異，二者廠商競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)獨(dú)立：

　　· 先進(jìn)封裝用AOI市場(chǎng)：競(jìng)爭(zhēng)格局較為集中，目前形成了 以色列的Camtek、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)廠商以及中國(guó)大陸廠商三 足鼎立的局面;

　　· 傳統(tǒng)封裝用AOI市場(chǎng)：競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散。目前，除安 維譜(MVP)和格蘭達(dá)每年出貨量較大且保持穩(wěn)定增長(zhǎng)外， 其他廠商的年出貨量均在個(gè)位數(shù)左右。

　　目前，國(guó)產(chǎn)AOI檢測(cè)設(shè)備廠商正在加快在先進(jìn)封裝領(lǐng)域 的布局，如中科飛測(cè)、景焱智能等國(guó)產(chǎn)廠商已經(jīng)在該領(lǐng)域打 開(kāi)了一定的市場(chǎng)，展現(xiàn)出較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力(見(jiàn)圖4);與此同 時(shí)，聚時(shí)、匠嶺等國(guó)產(chǎn)廠商也在積極研發(fā)應(yīng)用于先進(jìn)封裝領(lǐng) 域的AOI檢測(cè)設(shè)備。

　　3 Bumping、晶圓切割、RDL三大工藝市場(chǎng) 需求最高

　　在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，AOI檢測(cè)設(shè)備主要用于Bumping(凸 點(diǎn))、晶圓切割和RDL(重布線(xiàn)層)三大工藝環(huán)節(jié)。除此之 外，在Chiplet(小芯片)和硅通孔(TSV)工藝中的應(yīng)用也 越來(lái)越廣泛(見(jiàn)圖5)。在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域，AOI檢測(cè)設(shè)備主要 用于Wire Bond、晶圓切割、Die Bond三道工藝。

　　Bumping是一種在半導(dǎo)體制造和封裝領(lǐng)域中用于在芯 片表面形成微小金屬凸點(diǎn)(凸塊)的工藝。這些凸點(diǎn)通常用 于實(shí)現(xiàn)芯片與封裝基板或其他芯片之間的電氣連接，是現(xiàn)代 半導(dǎo)體封裝技術(shù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，尤其是在先進(jìn)封裝和3D 封裝中。Bumping的形成質(zhì)量對(duì)封裝的可靠性至關(guān)重要。目前，Bumping技術(shù)已廣泛應(yīng)用于倒裝芯片(FC)、晶圓級(jí) 封裝(WLP)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)以及2.5D/3D封裝等領(lǐng) 域，因此該工藝對(duì)AOI檢測(cè)設(shè)備的使用需求較高。

　　晶圓切割(Wafer Dicing)是半導(dǎo)體制造過(guò)程中的一 個(gè)重要環(huán)節(jié)，指的是將完整的晶圓(wafer)分割成一個(gè)個(gè) 獨(dú)立的芯片(die)的過(guò)程。這一工藝是所有封裝類(lèi)型中必 不可少的步驟，并且在先進(jìn)封裝中尤為重要。由于晶圓切割 需要確保芯片的完整性，因此目前該工藝對(duì)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè) (AOI)設(shè)備有一定的使用需求。

　　RDL(Redistribution Layer，重布線(xiàn)層)是一種在半 導(dǎo)體封裝領(lǐng)域中用于重新分布芯片電氣連接的技術(shù)，屬于集 成電路(IC)的先進(jìn)封裝解決方案。它允許將多個(gè)芯片集成 到單個(gè)封裝中，從而實(shí)現(xiàn)更小的封裝尺寸和更高的性能。目 前，RDL主要應(yīng)用于倒裝芯片(FC)和晶圓級(jí)封裝(WLP) 中。由于RDL工藝通常需要進(jìn)行多層布線(xiàn)，且布線(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，使得檢測(cè)缺陷的難度大幅增加。因此，為了確保封裝質(zhì) 量，通常需要配備多臺(tái)AOI(自動(dòng)光學(xué)檢測(cè))設(shè)備對(duì)每一道 工藝進(jìn)行檢測(cè)。這也導(dǎo)致了RDL工藝對(duì)AOI設(shè)備的使用需求 量較大。

　　以某家大型封裝廠商為例，上圖為其晶圓級(jí)封裝的工 藝流程圖，目前用AOI檢測(cè)設(shè)備的站點(diǎn)主要分布在RDL、 Bumping、切割，先進(jìn)封裝領(lǐng)域AOI檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用技術(shù)難點(diǎn) 如下(見(jiàn)圖6)：

　　· 在切割過(guò)程中，技術(shù)難點(diǎn)在于檢測(cè)產(chǎn)品邊緣是否存在 崩邊時(shí)，如果產(chǎn)品邊緣存在與崩邊形狀相似的金屬部分，容 易導(dǎo)致誤檢;

　　· 在Bumping過(guò)程中，技術(shù)難點(diǎn)主要集中在檢測(cè)精度、 誤檢率和數(shù)據(jù)處理速度上。在檢測(cè)高度和共面性時(shí)，雖然 一般的AOI檢測(cè)精度為2μm，但實(shí)際需求精度需達(dá)到1μm以 內(nèi);在檢測(cè)少球和連球時(shí)，誤檢率需控制在5%以?xún)?nèi);而在 檢測(cè)球間距和球的大小形貌時(shí)，對(duì)算法的數(shù)據(jù)分析和缺陷識(shí) 別速度的同步性要求較高;

　　· 在RDL過(guò)程中，技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在檢測(cè)連線(xiàn)是否 存在缺口以及是否串聯(lián)。目前， RDL工藝已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn) 1.5~2μm的線(xiàn)寬和線(xiàn)距，這要求檢測(cè)設(shè)備的鏡頭能力及精度 達(dá)到亞微米級(jí)別。

　　以某家大型封裝廠商為例，圖7為其傳統(tǒng)封裝的工藝流 程圖，目前用AOI檢測(cè)設(shè)備的站點(diǎn)分布在晶圓切割、芯片貼裝和引線(xiàn)鍵合，技術(shù)難點(diǎn)主要在晶圓切割過(guò)程中，檢測(cè)產(chǎn)品 邊緣是否存在崩邊時(shí)，如果產(chǎn)品邊緣存在與崩邊形狀相似的 金屬部分，容易導(dǎo)致誤檢。

　　4 寫(xiě)在最后

　　隨著半導(dǎo)體封裝技術(shù)的不斷演進(jìn)，AOI檢測(cè)設(shè)備在提升 芯片制造質(zhì)量和效率方面的重要性愈發(fā)凸顯。從傳統(tǒng)封裝到 先進(jìn)封裝，AOI檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展，市場(chǎng)需求持 續(xù)增長(zhǎng)。然而，技術(shù)挑戰(zhàn)也日益嚴(yán)峻，特別是在Bumping、 晶圓切割和RDL等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，對(duì)檢測(cè)精度、誤檢率和數(shù) 據(jù)處理速度的要求不斷提高。

　　盡管市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈， Camtek等國(guó)際巨頭占據(jù)較大份 額，但國(guó)產(chǎn)AOI檢測(cè)設(shè)備廠商正在加速崛起，憑借技術(shù)創(chuàng)新 和市場(chǎng)布局，逐步打破國(guó)際壟斷，展現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。未 來(lái)，隨著先進(jìn)封裝技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，AOI檢測(cè)設(shè)備將迎來(lái) 更廣闊的應(yīng)用空間和市場(chǎng)機(jī)遇，國(guó)產(chǎn)廠商需持續(xù)加大研發(fā)投 入，提升技術(shù)水平，以更好地滿(mǎn)足行業(yè)需求，推動(dòng)中國(guó)半導(dǎo) 體封裝產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。