精密激光为晶圆切割、先进封装中的焊接键合提供了新方案
全球半导体和集成电路产业快速发展，中国市场增速较快。受益于物联网、AI、AR/VR等新兴领域的蓬勃发展，全球半导体市场在2020年后迎来快速发展，2021年市场规模达到5559亿美元，同比增长26.2%（据WSTS数据）。在国内旺盛需求和“国产化”的驱动下，我国集成电路产业年化增速显著高于全球水平，2013年-2021年产业销售CAGR达到19.5%，2021年我国集成电路设计、制造、封测三大环节的销售额分别达到4519亿元、3176亿元和2763亿元（据CSA数据）。
产业快速发展催生出广阔的设备市场。据SEMI数据，中国大陆2021年半导体设备市场规模达296亿美元，同比增长28.9%，占全球半导体设备市场的比例为25.2%。由于全球供应链问题的持续影响和宏观经济形势的变化，预计2022年全球和中国的半导体产业资本支出增速将有一定下降，但考虑到我国半导体产业的相对发展阶段和政策引导，未来对半导体精密加工设备的需求将会持续扩大。
中国集成电路产业销售额快速增长
来源：CSA
我国半导体设备市场维持较高增速
来源：SEMI
半导体制程包括晶圆加工、晶圆制造和封测，激光在多个环节引入工艺提升方案。半导体主要生产过程包括晶圆片的加工（原材料-晶锭-晶圆片）、晶圆制造（前道，包括沉积、光刻、蚀刻、离子注入和金属化等）、封测（后道，包括切割、贴片、键合等）三部分。受益于自身在切割、打孔、焊接等方面的适用性，激光主要为晶圆片加工和后道封测提供新工艺方案。
晶圆加工方面，激光可将生长成型后的晶锭切割为晶圆片，作为目前砂浆和金刚线切割的替代方案，激光切割的精度和效率更高，对材料的影响和损耗更少，因而更适于SiC（第三代半导体）等高硬度、高脆性材料切割。据大族激光2022年的测试，以切割2cm晶锭产出100微米晶圆时，激光切割可在线切割基础上提升270%的产能。在封装环节，激光可参与晶圆切割和键合环节（精密焊接），成为目前主流的金刚刀片切割和超声、热焊接键合的替代方案。由于激光定位精确且不会产生摩擦损耗，其处理晶圆（包括切割和焊接）的稳定性、效率和精度都较高，在处理轻薄、小尺寸和小间距晶圆上具备优势，相对更加适用于更高密度、更高精度的芯片制程（包括先进封装等）。
精密激光设备在半导体制程中可用于切割、键合环节
来源：德龙激光半年报
封装测试是连接晶圆和芯片的桥梁，先进封装渗透率提升。封测是半导体制程中的后道工序，其中的封装是将晶圆进行减薄、切割后进行焊线塑封，使之与电器件形成电气和信号连接，并为其提供机械保护使之免受外部环境干扰的工艺。一般来说，封装过程需要用到引线和键合来使芯片与外部元器件产生连接，这也是SIP、DIP、SOP、QFP和BGA等一系列传统封装技术所使用的基本原理，这些技术间的差别主要体现在引线方式、工艺和形状的不同。但是，引线密度过高会使电气性能之间存在干扰，这就限制了这类传统封装技术在应用范畴。随着下游应用引领下复杂集成电路对封装技术高密度、轻薄化的更高要求，以CSP、WLP、FC倒装和2.5D、3D封装为主的一系列先进封装技术开始出现。
先进封装工艺摒弃了焊线（Bonding Wire）的制约，使用凸点、堆叠等结构设计实现更高效且更加集成化的封装效果。据Yole预测，2026年先进封装全球市场将达到475亿美元，占整体封装市场的50%。先进封装技术能够支持芯片提升功能密度、缩短互连长度、提升系统性能、降低整体功耗，可广泛应用于各类轻、小、短、薄产品。目前先进封装已被广泛应用于存储器、CPU、GPU、功率放大器、射频收发器等，下游端的高算力、集成化需求演变使得先进封装的渗透率提高成为必然之势。
封装技术发展趋势
来源：半导体行业观察
目前主要的先进封装技术
来源：CHINA FLASH MARKET
先进封装以及封装工艺的持续发展，对设备的精密度和效率提出了更高的要求。封装的减薄、切割、贴片、键合和塑封成型几个主要环节，分别对应磨片机、划片机、贴片机、键合机和塑封打标机等设备。其中，贴片机、划片机、键合机是价值量占比最高的三个设备，分别占整个封装环节的30%/28%/23%。然而，我国所使用的贴片机、划片机和键合机国产化率均不到5%，划片机市场长期被日本DISCO和东京精密垄断，键合设备则被K&S和ASMPT垄断（2021年MIR DATABANK和华经产业研究院数据）。
国外厂商设备定价高且交付周期长，国内封装厂商的生产效率因此收到制约。另一方面，在封装工艺的持续发展下，先进封装以无焊线方式精密处理晶圆的操作，也带来了封装设备环节需求的变化：其一，制程中对切割环节的需求增加（所操作的晶圆更小且更薄）；其二，键合环节工艺需进一步升级。传统主流的引线键合不再适用，需使用曝光、回流焊等更精密的焊接键合设备。在此背景下，我国的封装设备市场急需更精密、更高效且自主可控的设备升级。
半导体封装主要环节对应的设备分析（2021）
来源：SEMI，VLSI，MIR
精密激光为晶圆切割、先进封装中的焊接键合提供了新方案。激光加工具有高精密性、高准确和高效率的特点，适用于切割和键合焊接环节。传统划片机主要使用刀轮切割，容易摩擦生热并产生碎屑，有可能损坏晶圆；而激光是通过表明物质的快速熔化和汽化实现切割，切割精度更高且切面宽度很小，隐切的方法还抑制了碎屑的产生，非常适用于轻薄、小间距晶圆的精密切割。同时，激光切割的速度显著快于刀片（是刀片切割速度的2倍以上）；在键合环节，激光则同样以精准的光原理实现辅助焊接和键合，支持WLP等精密的先进封装。认为激光为半导体设备中的封装环节提供了重要的新方案，其未来的渗透增长有两个主要逻辑：一是精密高效特性带来的制程工艺升级，二是我国半导体行业快速发展下国产替代的深化。
