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在半导体设备国产替代的大趋势下，已经有中微公司、拓荆科技、华海清科等公司实现了细分领域的国产替代。但整体来看，在光刻机和封装设备等领域国产替代仍面临挑战。
相对于被ASML垄断的EUV光刻机，精密封装设备并不被很多人熟悉。球焊机是一种通过金丝等连接芯片间电路的设备，可用于半导体封装中引线键合等工序。
▲球焊焊点（图片来自网络）
在球焊机领域，因为精度不够，国产球焊机往往只能用于LED显示等领域，无法适用于精密的IC产线，市场份额主要被K&S、ASM等厂商所垄断。最近，一家创建于2020年的国产封装设备企业打破了这样的局面。
9月末，国产封装设备厂商凌波微步半导体科技有限公司（以下简称“凌波微步”）宣布完成数千万元的A轮融资，其主营业务就是IC球焊机，产品主要参数性能已经可以比拟国际大厂，并且实现了数百台的出货。
近期，芯东西也有机会和凌波微步的创始人兼CEO李焕然进行单独对话，既对凌波微步的创业故事、背景进行了交流，并从中看到了国产半导体设备的发展机遇。
▲凌波微步创始人兼首席执行官李焕然
李焕然本人曾就读于香港理工大学，拥有工业自动化硕士学位。在创办凌波微步之前，他已经拥有30多年的从业经历，不仅曾效力ASM、太古科技、香港新科等行业头部玩家，还曾多次自主创业。对他来说，其每一段职业经历都对凌波微步的创建有所帮助。
李焕然硕士毕业后进入的首家公司就是半导体封装设备、材料巨头ASM，当时他的职位是机械工程师。
据李焕然回忆，刚刚进入ASM时，他和很多毕业生一样，在专业技能上并不成熟。他描述自己刚毕业时的情况：“我本人刚刚毕业的时候其实也什么都不懂，可能你说会画图，但是老工程师看了以后就觉得，这个东西根本不能用。”
▲半导体封装设备、材料头部厂商ASM
一开始，李焕然只能在老工程师指导下做一些辅助工作。但随着经验的积累，他加入到了转头式楔焊机的设计中。在ASM工作期间，李焕然既对半导体行业形成了初步认识，也对精密机械设计、工程师这一一线岗位的职责形成了自己的看法。
之后，李焕然进入了太古科技，主要负责自动化工程师。这家公司是当时全球第七大的封装公司。在这里，李焕然主要负责一条MQUA封装产线的自动化。
据李焕然分享，当时，一般IC采用塑胶进行封装，但如果引脚数量较多且密集时，塑胶就会影响引脚排列，甚至可能会导致短路。此外，塑胶封装也会带来IC体积较大、散热较差等问题。
太古科技的MQUA封装产线则采用两个金属片进行封装，在BGA（Ball Grid Array）封装还不成熟的时候，将引脚数提高到400多条。李焕然负责了该项目的全部流程，包括立项、审核、设计方案、成本评估、画图、程序、调试等。
他还将4个机械手与产线结合，完成了整个的封装流程。这是日本之外，亚洲公司首次将机械手用于半导体封装领域。
2000年左右，李焕然进入了香港新科，该公司是全世界最大的硬盘磁头厂商，生产基地位于广东东莞。
当时，香港新科磁头动态测试机的磁头运动精度就已经达到了10nm。李焕然首次参与到了磁头动态测试机、静态测试机等尖端项目，提升了自己在运动控制和化学分子生物处理等领域的技术实力。
此外，香港新科共有2万多名员工，也帮助李焕然了解了如此庞大公司的运营。这是他第一次接触到如此庞大公司内部的运作，以及多个团队之间的协同配合。这样的经历为李焕然自主创业、研发国产IC球焊机打下了坚实的基础。
随着工作经验的积累，李焕然开始谋求自主创业。正好此时，美国半导体和电子装配设备巨头K&S在中国香港的亚洲总部撤销，于是其部分员工在香港创办了一家新的公司。该公司主要业务为K&S二手设备的服务和销售，以及国际高端设备销售。
经朋友介绍，李焕然开始负责配套的自动化设备和送料设备。当时李焕然曾经为德国Hesse公司的楔焊系统设计过适合东南亚地区的送料和自动化系统，吸引了很多客户。之后这套设备成为了全球销量最大的高端半导体楔焊系统。
此后，李焕然也投资过固晶机等其他设备，并在市场上获得了成功，抢占了不少日本厂商的市场份额。
在下定自主创业的决心后，李焕然就一直在关注半导体行业的变化，他发现球焊机市场被国际巨头所垄断，存在国产玩家成长的空间。早在2014年，李焕然就完成了第一台IC球焊机设计制造原型机及软件开发。
▲引线键合设备市场分布
虽然球焊机是一类相对较为成熟的半导体设备，但是在半导体领域，球焊机需要对最高上百条引线进行处理。一条线如果检测出问题，这个生产环节就要停下来进行调整、维修；如果没有检测出来问题，之前的工序就要全部作废。
事实上，国产厂商的设备由于控制精度问题，很难进入IC产线，只能用于LED显示等对精度要求不高的领域；K&S、ASM等行业巨头则有着自己的精密运动控制系统，实现了对这一市场的垄断。
因此，如何提升球焊机的控制精度就至关重要。多年的一线工程师经历让李焕然找到了解决办法。在他看来，既然球焊机的精度难以掌握，那么结合先进的运动控制系统应该可以满足IC封装的精度要求。
在确定技术路线后，李焕然很快锁定了一家厂商的精密控制系统。2017年底，李焕然开始优化运动控制技术，提高控制精度、速度。
尽管研发方向是正确的，但是其原计划采用的国外超声波技术不符合开发要求。于是在2018年，李焕然与国内开发商一起对超声波控制和焊头设计进行了优化。2019年，李焕然组织团队继续推进球焊机研发，并最终实现了IC球焊机的产业化。
如今，凌波微步球焊机的性能并不逊色于K&S和ASM，其XY平台加速至100公里/小时仅需0.2秒，Z轴焊头加速至这一速度仅需0.02秒；而在高速运动后，XY平台可以精确停在所需位置，精度在±2微米内；同时，凌波微步球焊机的焊接力度能够掌握在±1g。
凌波微步当前已累计完成数百台设备的出货，预计在人员和产线到位后将实现每年1500-2000台的产量，大约占国内市场的20%-30%。
▲凌波微步IC球焊机应用领域和技术优势
虽然说起来比较简单，但IC球焊机的研发成功，并非简单地将运动控制系统和球焊机结合，更依赖于李焕然及其团队的行业经验。
李焕然举例称，就算是最简单的导轨润滑油成分是什么和涂多少都具备一定的技术门槛，更不用说精密运动系统还要结合自身需求，和超声波图像结合、编程调教等。“即使有人拷贝了所有的软件和硬件，距离研发成功可能至少也要5年以上。”
同时，IC球焊机还可用于先进封装的凸点中。李焕然透露，凌波微步已经做出了用于先进封装领域的样机。
▲凌波微步产品
李焕然也坦然道，当前凌波微步IC球焊机在基本的物理性能上和K&S、ASM的产品相差无几，但是在操作简便性、数据快速导入以及工艺的一些细节上研究得还不够深入，存在一定差距。
不过从另一方面看来，国际巨头层级复杂，客户对设备的反馈需求很难直接传达到一线工程师手中。凌波微步则能够提供更加细致地服务，甚至可以加入到产线工艺中，为国产厂商服务。
据了解，凌波微步分别在深圳和新加坡设有研发中心，并在常熟设有生产基地。李焕然分享道，这样做既可以吸收国内外的人才，又可以为其在长三角地区的客户做好服务。
凌波微步位于常熟的生产基地目前每个月可以生产50台设备，正在扩大产能，预计到年底可以在硬件层面实现每年1500-2000台的产能。但凌波微步具体产能如何还取决于对工人和技术人才的招聘、培训情况。李焕然称，当前凌波微步的员工总人数为70多人，如果想要达到上述每年1500-2000台的产能，预计需要150-200人，产线上的工人就需要100人左右。
除了扩产以外，扩大研发团队规模、进一步研究设备在工艺上的应用也是凌波微步第一期融资的主要目标。
讲到这里，李焕然表现得十分无奈。他称，目前凌波微步最缺乏的就是人。从整个行业来看，不管是工作经验丰富的专业人才，还是有意愿进入这一行业的新鲜血液都不算多。凌波微步现阶段不仅需要有经验的专业人才，更需要有意愿加入这一行业的年轻人。
对于人才培养，他认为提高薪资待遇，甚至给予股权分红固然是留住人才有效、直接的方法。但是对很多新人来说，真正能够给他们更好的机会、项目历练更加重要，需要让他们真正加入到项目中收获经验，而不是端茶倒水打杂。
此外，国产替代浪潮以及半导体设备供应吃紧，都给予了凌波微步这样创企不少机会。李焕然直言道，当前的环境下，越来越多的厂商偏向于国产设备公司，凌波微步也在服务和对单独厂商的定制化方面有着优势。相比于之前创办、投资的公司，凌波微步更偏向于产品优先，这也对李焕然和管理团队提出了新的挑战。
未来，凌波微步将继续打磨自己的产品，进一步改善球焊机的性能，并将提升IC球焊机器件、系统的国产程度。从长期来看，凌波微步期望在半导体后端工序设备中占有一席之地。
在国产替代的当下，中国半导体设备企业获得了发展的空间，有机会对龙头发出挑战。凌波微步实现了在半导体封装设备领域的又一次突破。
但同时，半导体设备行业的人才匮乏阻碍了很多公司的发展。在与芯东西的交流中，李焕然多次感慨行业人才培养、吸纳的艰难，这一因素更是成为了凌波微步扩充产能、业务扩张的最大瓶颈。
对中国半导体行业来说，加强产、学合作、提升行业薪资待遇、加强培训仍会是接下来发展的重点，这也是半导体设备国产替代的必经之路。
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文章来源于互联网:如何打破芯片封装设备“卡脖子”难题？
