測試探針國產(chǎn)化，道阻且長

作者：豐寧

芯片測試是確保產(chǎn)品良率和成本控制的重要環(huán)節(jié)，主要目的是保證芯片在惡劣環(huán)境下能完全實現(xiàn)設(shè)計規(guī)格書所規(guī)定的功能及性能指標(biāo)，以此判斷芯片性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否可以進入市場。

隨著產(chǎn)品進入高性能CPU、GPU、NPU、DSP和SoC時代，芯片內(nèi)部集成的模塊越來越多，生產(chǎn)制造過程中的失效模式也相應(yīng)增多，芯片測試的重要性凸顯。測試探針就是芯片測試過程中的重要零部件之一。

測試探針通常與測試機、分選機、探針臺配合使用，通過連接測試機來檢測芯片的導(dǎo)通、電流、功能和老化情況等性能指標(biāo)，篩選出存在設(shè)計缺陷和制造缺陷的產(chǎn)品。在大部分半導(dǎo)體測試設(shè)備中均屬于關(guān)鍵耗材。

隨著芯片生產(chǎn)成本日漸高漲，半導(dǎo)體測試的重要性日漸凸顯，測試探針的需求量也日益增加。

從全球市場來看，根據(jù)VLSI Research數(shù)據(jù)顯示，2019年全球半導(dǎo)體探針市場規(guī)模為11.26億美元，2020年全球半導(dǎo)體探針的銷售規(guī)模為22.06億美元，2021年和2022年的產(chǎn)值分別可達23.68億美元和26.08億美元，增速明顯。

從中國市場來看，根據(jù)中經(jīng)智盛發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2016年中國探針市場銷售量為2.95億支，銷售額為16.56億元。2020年中國探針市場銷售量為4.79億支，同比2019年增長14.79%，銷售額為29.60億元，比2019年增長17.15%。

測試探針市場格局

按照電子系統(tǒng)故障檢測中的“十倍法則”：如果一個芯片的故障沒在芯片測試時發(fā)現(xiàn)，那么在電路板（PCB）級別發(fā)現(xiàn)故障的成本就是芯片級的十倍。因此，技術(shù)越高，制程越小，對檢測過程中良率的要求就越高。

按應(yīng)用領(lǐng)域的不同，測試探針市場可細分為半導(dǎo)體測試探針、PCB測試探針、ICT在線測試探針等類型。

其中，用于半導(dǎo)體測試的探針，制造難度較高，尺寸更小，也有更多的功能性測試要求，幾乎被進口品牌，比如日本廠商YOKOWO、美國廠商ECT、IDI及韓國廠商LEENO等公司壟斷。PCB測試探針和ICT在線測試探針技術(shù)難度相對較低，主要應(yīng)用于基本的可靠性測試要求。中國廠商布局較多，包括和林微納、中探探針、先得利、儒眾智能等。

眾所周知，封測本是中國在半導(dǎo)體行業(yè)中全球市場份額較高的一個環(huán)節(jié)，但是在小小探針上依舊受到較大的制約，其中原因為何？

國產(chǎn)測試探針發(fā)展受限的原因

從中國市場來看，進口測試探針有先天的優(yōu)勢。和林微納作為國產(chǎn)測試探針的頭部企業(yè)，其全球市占率也只有2%左右，造成這一現(xiàn)象的原因有“外因”也有“內(nèi)因”。

首先，單單是外因就包括兩方面。

一方面，國外測試探針大廠技術(shù)實力通常更強且專注于一個或數(shù)個領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品，擁有自己的核心客戶。臺易電子社長涂炳超曾表示，一套測試治具需要用到幾十、幾百甚至于上千根測試探針，若是有1根探針出現(xiàn)問題，那整套治具都要報廢。日本、韓國、中國臺灣等地的半導(dǎo)體測試探針廠商是與國外的大型半導(dǎo)體廠商一起成長起來的，有長時間的技術(shù)積累，為很多大型企業(yè)提供測試解決方案，是經(jīng)過市場驗證的產(chǎn)品和團隊，因此，進口測試探針有先天的優(yōu)勢，在中國市場頗受歡迎。

另一方面，對于中國探針廠商來說，在探針的上游原材料、工藝、設(shè)備等領(lǐng)域都存在瓶頸。測試探針一般由針頭、針尾、針管、彈簧四個基本部件經(jīng)精密儀器鉚壓預(yù)壓之后形成，測試探針中的彈簧是測試探針使用壽命的關(guān)鍵因素，電鍍處理過的彈簧使用壽命高，不會生銹，也能提高測試探針的持久性和導(dǎo)電性。因此，電鍍工藝是生產(chǎn)半導(dǎo)體測試探針的主要技術(shù)，而頂尖的電鍍工藝被日本廠商所壟斷。業(yè)內(nèi)人士稱，長期以來，在測試探針領(lǐng)域，日本原材料、設(shè)備廠商都是與歐美、日本、韓國、中國臺灣等廠商合作，形成了穩(wěn)定的生態(tài)圈，國內(nèi)供應(yīng)商難以進入，也就無法獲得供應(yīng)商的支持。

其次，中國探針市場的相互內(nèi)耗也制約了國產(chǎn)測試探針公司的發(fā)展。上文提到，PCB測試探針和ICT在線測試探針技術(shù)難度相對較低，與此同時行業(yè)的進入門檻也比較低，最近幾年中國衍生了不少大大小小的測試探針公司。有探針供應(yīng)商曾表示，中國探針和治具供應(yīng)商是伴隨著國內(nèi)消費電子產(chǎn)業(yè)鏈成長起來的，僅華東地區(qū)探針和治具供應(yīng)商就超過了20家，導(dǎo)致供應(yīng)商只能以殺價競爭的方式搶單。在激烈的價格競爭下，國產(chǎn)探針企業(yè)盈利水平受到擠壓，盈利能力普遍較弱，難以發(fā)展壯大。

在最近幾年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化需求逐步顯現(xiàn)，國內(nèi)探針廠商已經(jīng)開始發(fā)力半導(dǎo)體測試探針產(chǎn)品。目前中國的測試探針廠商包括和林微納、中探探針、先得利、儒眾智能、愛默斯、拓普聯(lián)科、大富精工等，其中和林微納的半導(dǎo)體測試探針已經(jīng)得到了意法半導(dǎo)體、英偉達、亞德諾半導(dǎo)體、英飛凌、安靠等公司的認可。

國產(chǎn)探針市場正迎來新驅(qū)動力

中國封測市場火熱，帶動探針需求

隨著科技的迅猛發(fā)展，封測市場正迎來一個新的高潮。最近兩年，不少封測廠商募集大量資金進行產(chǎn)線擴產(chǎn)，多個存儲封測項目表現(xiàn)亮眼，例如合肥沛頓存儲項目、惠州佰維存儲項目、太極半導(dǎo)體嘉合勁威存儲封測合作項目、銓天科技智能制造基地、廣西桂芯半導(dǎo)體科技有限公司生產(chǎn)基地以及和恩泰半導(dǎo)體存儲芯片封裝測試等。

除了封測廠的紛紛擴產(chǎn)，不少Fabless廠商也開始自建封測產(chǎn)線，比如唯捷創(chuàng)芯、卓勝微、明微電子、格科微、新潔能、富滿微、燦瑞科技、豪威、圣邦股份、艾為電子、思瑞浦、敏芯股份、南麟電子等20余家國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)宣布，在原有的Fabless模式上自建封測生產(chǎn)線，或是建設(shè)測試生產(chǎn)線。

伴隨著國內(nèi)測試行業(yè)的繁榮發(fā)展，必將帶動與之配套的上游設(shè)備、零部件等環(huán)節(jié)加速國產(chǎn)化進程，如測試機、探針臺、分選機、探針卡、負載板、治具等都逐步走上自主可控的道路。

先進封裝是探針市場的新增量

以Chiplet技術(shù)為首的先進封裝市場占有率的提升也可以進一步拉大對測試探針的使用量。

Chiplet將一顆大的SoC芯片拆分成多個芯粒，相較于測試完整芯片難度更大，為保證最后芯片的良率，需要保證每個Chiplet的die都有效，因此將會對每一個die進行全檢，探針等測試設(shè)備的使用量將大幅增加。

此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、新能源汽車等領(lǐng)域新型應(yīng)用終端的涌現(xiàn)，高性能SoC以及采用SiP封裝工藝的芯片逐漸成為市場主流。高端SoC的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、SiP工藝在封裝環(huán)節(jié)整合了各種不同的芯片，這均給芯片測試帶來了新的挑戰(zhàn)，同時對測試探針也提出了更高的要求，如更大的可負載電流、更小的接觸阻抗、更快的測算速度等。

別讓小小的零部件限制產(chǎn)能

曾經(jīng)在一篇文章中看到過這樣一句話，半導(dǎo)體缺產(chǎn)能是因為產(chǎn)線上缺機臺，而機臺又是因為缺乏零部件沒辦法生產(chǎn)。半導(dǎo)體的細分行業(yè)眾多，任何一個壁壘都有可能成為阻礙中國半導(dǎo)體進步的原因。

近日，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省公布了外匯法法令修正案，將先進芯片制造設(shè)備等23個品類追加列入出口管理的管制對象，上述修正案在經(jīng)過2個月的公告期后，將在7月23日實行。這23項包括極紫外（EUV）相關(guān)產(chǎn)品的制造設(shè)備和三維堆疊存儲元件的蝕刻設(shè)備。就計算用邏輯半導(dǎo)體的性能而言，它是制造電路線寬10至14納米（一納米為十億分之一米）或更小的尖端產(chǎn)品的必備器件。

美國嚴(yán)格限制向中國出口用于超級計算機和人工智能（AI）的尖端半導(dǎo)體制造設(shè)備。擁有技術(shù)的日本和荷蘭也被要求采取類似措施。

中美貿(mào)易摩擦的一次次升級也給我們敲響了警鐘，不僅是IC測試環(huán)節(jié)需要國產(chǎn)化替代，作為重要配件的測試治具以及測試探針環(huán)節(jié)同樣需要加快國產(chǎn)化進程。