AOI 檢測設(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。自動光學(xué)檢測 (AOI)設(shè)備作為制造流程中的“質(zhì)量守門員”，其檢測精度 與效率直接決定著芯片良率與生產(chǎn)成本。過去十年，中國 AOI檢測設(shè)備市場經(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)體封裝測試AOI市場增長的 核心動力

　　AOI檢測設(shè)備最初被廣泛應(yīng)用于PCB(印制電路板)領(lǐng) 域，用于檢測光板、錫膏印刷、焊點質(zhì)量等缺陷。近年來， 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年中國封裝測試 用AOI檢測設(shè)備市場規(guī)模超12億元，同比增速約為10%(見 圖1)。

　　AOI檢測設(shè)備在半導(dǎo)體行業(yè)主要應(yīng)用封裝測試領(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檢測設(shè)備的單價遠(yuǎn)低于先進(jìn)封裝用 AOI檢測設(shè)備。因此，從整體市場規(guī)模來看，傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域 僅占不足20%。

　　近年來，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(引線鍵合)以及成品外觀檢測 等環(huán)節(jié)對AOI檢測設(shè)備的需求明顯增加。由于傳統(tǒng)封裝的檢 測精度要求相對較低，5μm的檢測精度已能夠滿足其檢測需 求，因此傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域的AOI設(shè)備價格相對不高。

　　(2)先進(jìn)封裝

　　自2019年起，先進(jìn)封裝在中國市場蓬勃發(fā)展，成為推 動AOI檢測設(shè)備市場規(guī)模增長的核心動力。近兩年，長電、 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，這明顯推動了AOI檢測設(shè)備市場需求的增加，使得先 進(jìn)封裝領(lǐng)域占據(jù)了80%以上的AOI檢測設(shè)備市場規(guī)模(見 圖2)。

　　2 中國AOI檢測設(shè)備市場：Camtek一家獨大

　　根據(jù)MIR DATABANK數(shù)據(jù)顯示，中國封裝測試用AOI檢 測設(shè)備市場，Camtek一家獨大，占比超過50%(見圖3)。

　　具體來看，傳統(tǒng)封裝用AOI與先進(jìn)封裝用AOI市場存在 較大差異，二者廠商競爭相對獨立：

　　· 先進(jìn)封裝用AOI市場：競爭格局較為集中，目前形成了 以色列的Camtek、中國臺灣地區(qū)廠商以及中國大陸廠商三 足鼎立的局面;

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

　　目前，國產(chǎn)AOI檢測設(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、景焱智能等國產(chǎn)廠商已經(jīng)在該領(lǐng)域打 開了一定的市場，展現(xiàn)出較強的競爭力(見圖4);與此同 時，聚時、匠嶺等國產(chǎn)廠商也在積極研發(fā)應(yīng)用于先進(jìn)封裝領(lǐng) 域的AOI檢測設(shè)備。

　　3 Bumping、晶圓切割、RDL三大工藝市場 需求最高

　　在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，AOI檢測設(shè)備主要用于Bumping(凸 點)、晶圓切割和RDL(重布線層)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 越來越廣泛(見圖5)。在傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域，AOI檢測設(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(凸塊)的工藝。這些凸點通常用 于實現(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 封裝(WLP)、系統(tǒng)級封裝(SiP)以及2.5D/3D封裝等領(lǐng) 域，因此該工藝對AOI檢測設(shè)備的使用需求較高。

　　晶圓切割(Wafer Dicing)是半導(dǎo)體制造過程中的一 個重要環(huán)節(jié)，指的是將完整的晶圓(wafer)分割成一個個 獨立的芯片(die)的過程。這一工藝是所有封裝類型中必 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，因此目前該工藝對自動光學(xué)檢測 (AOI)設(shè)備有一定的使用需求。

　　RDL(Redistribution Layer，重布線層)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。它允許將多個芯片集成 到單個封裝中，從而實現(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)和晶圓級封裝(WLP) 中。由于RDL工藝通常需要進(jìn)行多層布線，且布線結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，使得檢測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AOI(自動光學(xué)檢測)設(shè)備對每一道 工藝進(jìn)行檢測。這也導(dǎo)致了RDL工藝對AOI設(shè)備的使用需求 量較大。

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

　　· 在切割過程中，技術(shù)難點在于檢測產(chǎn)品邊緣是否存在 崩邊時，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過程中，技術(shù)難點主要集中在檢測精度、 誤檢率和數(shù)據(jù)處理速度上。在檢測高度和共面性時，雖然 一般的AOI檢測精度為2μm，但實際需求精度需達(dá)到1μm以 內(nèi);在檢測少球和連球時，誤檢率需控制在5%以內(nèi);而在 檢測球間距和球的大小形貌時，對算法的數(shù)據(jù)分析和缺陷識 別速度的同步性要求較高;

　　· 在RDL過程中，技術(shù)難點主要體現(xiàn)在檢測連線是否 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的線寬和線距，這要求檢測設(shè)備的鏡頭能力及精度 達(dá)到亞微米級別。

　　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檢測設(shè)備的站點分布在晶圓切割、芯片貼裝和引線鍵合，技術(shù)難點主要在晶圓切割過程中，檢測產(chǎn)品 邊緣是否存在崩邊時，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 寫在最后

　　隨著半導(dǎo)體封裝技術(shù)的不斷演進(jìn)，AOI檢測設(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檢測設(shè)備的應(yīng)用場景不斷拓展，市場需求持 續(xù)增長。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)，對檢測精度、誤檢率和數(shù) 據(jù)處理速度的要求不斷提高。

　　盡管市場競爭激烈， Camtek等國際巨頭占據(jù)較大份 額，但國產(chǎn)AOI檢測設(shè)備廠商正在加速崛起，憑借技術(shù)創(chuàng)新 和市場布局，逐步打破國際壟斷，展現(xiàn)出強大的競爭力。未 來，隨著先進(jìn)封裝技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，AOI檢測設(shè)備將迎來 更廣闊的應(yīng)用空間和市場機遇，國產(chǎn)廠商需持續(xù)加大研發(fā)投 入，提升技術(shù)水平，以更好地滿足行業(yè)需求，推動中國半導(dǎo) 體封裝產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。