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最牛风投合肥“优选”,芯碁微装能否造出芯片光刻机?

程苑芬
2020-07-13 · 13:45
[ 亿欧导读 ] 从PCB到OLED再到IC制造,芯碁微装的直写光刻技术步步升级,成长惊人,除了自身努力,也少不了前人技术积累支撑。未来直写光刻技术能否直接用于芯片制造?芯碁微装或许即将进入“无人区”。
芯片,光刻机,直写光刻,合肥风投,OLED高世代线光刻设备

作者:程苑芬

撰文|程苑芬

编辑|马诗晴

随着合肥政府70亿元投资蔚来汽车一锤定音,合肥是“中国最牛风投城市”的段子开始刷屏网络。合肥“国资委系”中,真正扮演风投角色的,其实是合肥市创新科技风险投资有限公司(简称“合肥创新投”),近年来其连续重金投入了芯谷微电子、恒烁微电子和芯碁微装等半导体企业。

其中,芯碁微装2017-2019年的业绩表现十分耀眼:短短三年间,不仅净利扭亏为盈,从-685万元迅速突破至4,763万元,还创下了202%营收复合增速的佳绩。

不过,看似赚钱的芯碁微装并没有经营现金流入,其三年间不断加大研发投入:2017年研发支出还不足一千万元,到了2019年就已经接近三千万元。芯碁微装大手笔投入研发成果如何?资本持续加码背后,芯碁微装究竟有何过人之处?

颠覆传统光刻技术

芯碁微装巨额投入其实只做了一件事:精研“直写光刻技术”。

“光刻”,是利用光学-化学反应,将设计好的微图形结构,转移到覆有感光材料的晶圆、玻璃基板、覆铜板等基材表面,这三种基材面板对应的最终电子器件分别是:芯片、显示面板和印制电路板(PCB)。所有的电子设备的核心构件都离不开“芯、屏、板”,中国走向制造强国,必须拿下光刻技术。

光刻过程中有一道必不可少的环节:曝光。类似于相机成像过程,根据曝光环节是否需要“底片”,光刻可以分为掩膜光刻和直写光刻。掩膜光刻下,光源发出的光束,经掩膜版在基材面板的感光材料上成像;直写光刻下,计算机控制高精度光束,无需掩膜就能直接扫描成像。

因此,制造PCB的直写光刻设备也被形象地称为“直接成像设备”。相较传统掩膜光刻,其不仅省去了多道工序流程,还大幅提升了光刻精度、良品率两大核心指标。

直接成像技术直接将传统50微米的最高精度缩小到了5微米,良品率的改善则直接体现在了产能效率上:处理某种同一光刻精度要求的PCB曝光需求时,芯碁微装直接成像设备产能可以达到390 面/小时,传统设备最高也只能做到250面/小时。

不过,这项颠覆传统的技术在中国的普及度并不理想,长期以来,受西方《瓦森纳协定》限制,中国企业根本无法购买技术最先进的光刻设备,Orbotech、ORC等国外企业不仅垄断着中国高端市场,还严格封锁着技术。

此背景下,芯碁微装苦研直写光刻技术,终于做出了一款“ACURA280激光直接成像设备”,该设备能够用于PCB最高端的基板光刻,一举填补该领域空白。该产品的光刻精度不输于任何竞品,甚至部分技术指标远超国内外同行,芯碁微装因此顺利跻身于行业第一梯队,在国际舞台上与Orbotech、ORC展开了较量。

2017-2019芯碁微装PCB直写光刻设备营收及增速.png

2017-2019 年,芯碁微装直接成像设备销售数量销量迅速从8台提升至77 台,累计覆盖70多家客户,PCB龙头企业深南电路(002916)、健鼎科技、景旺电子(603228)赫然在列。提高直写光刻技术普及率,打破国外技术封锁,芯碁微装担起了重任。

此外,根据国家统计局数据,2005-2017年,我国PCB制造行业设备购置投资已由31亿元增长至240亿元,年复合增长率高达19%。随着中国成为全球最大的PCB制造中心,5G 通讯、云计算、工业4.0、物联网等加速渗透,PCB行业作为整个电子信息制造业产业链的基础力量,即将进入技术、产品新周期。

毫无疑问,新增的PCB制造中,中国自产设备需要发挥更大作用。对此,芯碁微装已做好准备承接广阔需求:2020年,其35,000平方米的智能化生产基地即将投入使用,还计划筹资2.1亿元扩充200台的PCB高端激光直接成像设备。

有趣的是,合肥国有资本青睐芯碁微装,很大程度上不是看重其PCB业务增长潜力,而是押注直写光刻技术在IC领域的应用前景。芯碁微装将业务向OLED领域延伸,与合肥打造“IC之都”的蓝图不谋而合,其在OLED领域表现如何?

或能破除面板光刻垄断

从PCB板到OLED面板,尽管产品赛道变化,但是底层技术逻辑始终是直写光刻技术,区别在于OLED面板对光刻精度要求更高。例如当前芯碁微装的直接成像设备光刻精度最低约为10微米,而OLED面板光刻精度要求不超过5微米。

过去十几年里,京东方(000725)等显示面板生产企业的崛起,缓解了中国“少屏”困境。然而,由于全球“OLED高世代线光刻设备”被日本 Canon、Nikon所垄断,设备单价高达亿元级别,并且产能有限,对我国完全自主生产OLED造成了极大阻碍。

“世代线数”,是衡量OLED制造技术高低的关键指标之一。代数线数越大,意味着玻璃基板尺寸越大,可以切出的面板数量就越多,当然对光刻精度要求也就越高。

光刻设备受制于人的问题尚未解决,中国OLED制造需求却还在持续增长。

近年来,中国FPD(平板显示器)产业步入快速发展时期,商务部数据显示,2013年国内FPD产能仅22百万平方米,2017年迅速增长到96百万平方米,中国一举成为全球第二大FPD供应地区。可见,OLED作为FPD领域的主流发展方向,即将在中国迎来大量产能释放。

力不从心的是,中国OLED中低世代线光刻设备领域,仅有极少数企业能够实现产业化,高端产线光刻设备领域则处于完全空白状态。2018年,芯碁微装自主研制了国内首条OLED直写光刻设备自动线,尽管只能用于低世代线领域,但也给中国OLED制造带来了希望。

芯碁微装产品布局.png

来源:芯碁微装招股书

同年,该条设备自动线线成功投中国显光电招标项目,顺利出货并且一次性通过验收,证明了芯碁微装的技术成果产业化落地十分可靠。当然,与德国 Heidelberg同款直写光刻设备自动线相比,芯碁微装产品的光刻精度、产能效率仍有提升空间。

于是,芯碁微装计划筹集1.1亿元建设“平板显示(FPD)光刻设备研发项目”,旨在提高现有产品光刻精度、产能效率,并决心推进升级后光刻设备的规模量产。届时,芯碁微装将能助力中国打破OLED高世代线光刻设备垄断。

更值得一提的是,在不断地打磨技术过程中,芯碁微装已经实现了光刻精度从微米级向纳米级的跨越,纳米级大门背后是怎样的新世界?

终极目标是芯片光刻机

实际上,纳米级直写光刻技术已足以达到芯片晶圆要求的光刻精度,不过由于在芯片等半导体器件大规模制造中,直写光刻技术的生产效率与光刻精度不够稳定,所以直写光刻设备现在只能服务芯片小规模制造。

例如,当前芯片制造光刻机最高技术水平代表——ASML的“极紫外光学光刻机”,采用的仍旧是掩膜光刻技术。尽管如此,直写光刻设备走向芯片大规模制造却是必然之举。

原因在于传统掩膜光刻下,掩膜版定制属性极强且造价昂贵,而芯片升级迭代十分迅速,几乎每一次产品升级,都要损失一批掩膜版。同时,研制匹配升级后芯片的掩膜版,又要投入时间和金钱。

可见,加速芯片领域直写光刻机对掩膜光刻机的取代步伐,不仅能直接省去掩膜版成本,还将加速芯片升级周期,推动半导体产业快速向前。基于此,各国争相推进直写光刻技术在芯片大规模制造的应用,可以说率先取得突破性进展的国家中,极有可能诞生出“直写光刻”的“ASML”。

在争创“ASML”道路上,中国企业不可能缺席。其中芯碁微装率先研制出了用于掩膜版制造的直写光刻设备,光刻精度最高可达500纳米,已经向中国多家科技研究所小规模供货,产品各项指标基本能与国际先进产品同台竞争。

此外,芯碁微装正在筹划晶圆级封装(WLP)的直写光刻设备,即在晶圆上封装芯片,而不是先将晶圆切割成单个芯片再进行封装,这是目前最先进的芯片封装技术之一。

同时,芯碁微装还承担了“8寸”、“130-90nm ”等国家级WLP直写光刻设备研制项目。在产品落地方面,其计划筹资9,380万元新建“晶圆级封装(WLP)直写光刻设备产业化项目”,可以年产6台WLP直写光刻设备。

可以看出,芯碁微装的直写光刻设备通过服务于芯片掩膜版制造和WLP,分别进入了芯片制造的前期设计阶段、后期封装阶段,接下来就是要拿下最难啃的骨头——芯片制造阶段的直写光刻机,力争成为“新世界”的“ASML”。

从PCB到OLED再到IC制造,芯碁微装的直写光刻技术步步升级,成长惊人,除了自身努力,也少不了前人技术积累支撑。未来直写光刻技术能否直接用于芯片制造?芯碁微装或许即将进入“无人区”,不过别怕,它有合肥乃至整个中国“撑腰”。

本文来源于亿欧,原创文章,作者:程苑芬。转载或合作请点击转载说明,违规转载法律必究。

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