广告摄影

行业观察 | 固晶机，半导体制造的“粘贴剂”

2023-10-11 22:08:02美高美游戏网址登录

本期继续推出系列内容，介绍半导体产业链中的技术、代表性企业、发展趋势和热点，并继续探索半导体产业中的知识产权和科创板问题。

固晶机，又称上晶机，晶片粘贴机，绑定芯片机。是一种固定晶体，半导体封装的机械。主要用于各种金丝超声波焊接设备的引线柜架压板，以及各种芯片贴装设备的各种吸嘴、顶针、点胶头、瓷咀、通针、马达、碳刷、编码器、传动皮带，自动化设备的各种零配件，仪器、仪表等。

固晶机一览

定义与构成

固晶机是LED、芯片半导体、摄像头贴装的封装工艺中的关键设备之一，该设备是目前市面上典型的高速高精度、带视觉系统的全自动化设备。固晶机主要由取料机构、推料机构、点胶机构、点胶平台、摆臂机构、固晶平台、找晶平台、夹具和出料机构组成。

固晶系统操作步骤

包括以下步骤：①LED晶片和LED支架板的图像识别、定位及图像处理。②通过银胶拾取装置对LED支架板的给定位置进行点胶处理。③利用晶片吸取装置把LED晶片准确无误地放置于点胶处。该设备的操作系统原理囊括了高速精密定位控制，视觉定位控制，气动吸取控制等光机电一体系统的相关技术。

具体分类

封装贴片机分为FC封装贴片机、FO封装贴片机和2.5D/3D贴片机。按照应用类型，可分为IC固晶机、分立器件固晶机、LED固晶机（贴片固晶机和COB固晶机），主要应用于半导体电芯片、光芯片、光模块、硅光器件、传感器等封装制程。

固晶机工作原理

准备工作

在使用半导体固晶机之前，需要对芯片进行一系列的准备工作，包括清洗、去除氧化层、涂覆胶水等。这些工作的目的是为了确保芯片表面的干净和光滑，以便于后续的固晶操作。

固晶

在固晶过程中，首先需要将芯片放置在固晶机的工作台上，并将金属线与芯片表面对齐。然后，通过加热和压力的作用，将金属线与芯片表面牢固地固定在一起。这个过程需要控制温度、压力和时间等参数，以确保固晶的质量和稳定性。

冷却

固晶完成后，需要将芯片冷却一段时间，以确保固晶的效果。这个过程需要控制冷却速度和温度等参数，以避免芯片因温度变化而产生应力和变形。

固晶机行业现状分析

美高美游戏网址登录国未来市场规模

美高美游戏网址登录国半导体封测设备国产化率低于10%，国产替代空间巨大。全球疫情导致的缺货因素叠加国产替代和新技术应用将引领新的半导体周期，提高封测行业景气度。目前国内主要封测厂商长电科技、通富微电、华天科技和扬杰科技等都进行积极扩产，资本开支持续上行，这将为上游固晶机设备厂商带来增量需求。未来随着电动汽车和5G的迅速发展，功率半导体需求增量较大。预计2029年美高美游戏网址登录国半导体固晶机市场规模将达到81.17亿元。

分领域行业需求

LED领域，固晶机下游LED行业需求持续增长、国际厂商逐步退出中国市场、国内代工订单增加，中国半导体照明产业结构性产能过剩局面缓解，产业规模扩大。半导体领域，在海外疫情尤其是东南亚疫情日趋严峻的背景下，海外封测供给恢复滞后于海外需求恢复，溢出效应导致国内代工产能供需两旺。下游封测行业供不应求状况短期内难改变,以通富微电、深科技（沛顿科技）、太极实业、华天科技为代表的众多国内封测厂商积极扩产。随着下游封测厂商扩产和固晶机行业国产替代进程的不断加快，美高美游戏网址登录国固晶机行业供需平衡将有所改善。

产销量情况分析

产销量来看，目前，美高美游戏网址登录国LED封装设备基本实现国产化，国产固晶机的速度和精度已经达到甚至超过进口同种固晶机的水平。固晶设备中，LED固晶机国产化比例最高，达到90%以上；高端IC固晶机国产化比例较低，不足10%，据统计，2021年美高美游戏网址登录国固晶机产量为3.26万台，销量为2.21万台，随着下游封测厂商扩产和固晶机行业国产替代进程的不断加快，美高美游戏网址登录国固晶机行业供需平衡将有所改善，2021年产销率为68%。

总结

在LED固晶机设备领域，随着Mini LED显示技术的兴起以及更新迭代，固晶机设备下游应用的显示产品已达千万像素级，像素间距微缩至50um，从而要求固晶机设备的固晶精度提升至到5um-10um。此外，Mini LED显示产品对晶片电流精度和图像显示效果的一致性等指标的产生了更高要求，未来固晶机设备将向着高精度化方向发展。

Mini LED尺寸微缩化，使得芯片使用量提升，固晶设备在提升效率的同时，需保证固晶产品保持较高的良品率，从而进一步对固晶机的核心功能——视觉定位检测功能的速度和稳定性提出较高要求。目前单颗Mini-LED晶元的转移耗时在40ms左右，视觉算法定位时间需在3-5ms内完成，随着晶元尺寸的进一步微缩，在极短时间内完成定位以及缺陷检测势必会影响产品的最终良率，未来固晶设备需开发更加高效稳定的视觉处理系统，结合传统的视觉处理以及深度学习等智能算法，实现智能化水平的突破。

Mini LED技术目前仍面临研发投入及生产成本过高的问题，其中，晶片测试、分选等环节消耗成本较为高昂，产业链不断寻求新的工艺方式以降低生产成本。固晶生产作为LED封装较为关键的工艺环节，需不断突破寻求新的固晶工艺方式，集成分选、Mapping等功能，高智能化的固晶设备未来有望从整个产业链的角度上降低Mini LED显示产品的生产成本。同时，随时人口红利消失，制造业升级和转型，LED固晶机也由单机时代迈向高度集成化和智能化时代，逐步由MES系统控制生产，未来面向市场的竞争力产品，应是以固晶机为基础，提供全套智能生产方案，以更好满足市场对生产效率进一步提高的需求。