封装环节焊线机国产化率仍较低，关键技术国产化难度较高
思瀚产业研究院 大族封测    2023-12-29

半导体封装包括较多步骤和制程，其中核心环节为固晶、焊线、塑封、切筋等四大工序，分别对应固晶机、焊线机、塑封机和切筋机等半导体设备。引线键合设备国产化率远低于其他制程设备，高端封测装备仍依赖进口。

目前，中国在封装核心设备研发制造上总体仍与国外企业具有差距，研发生产的设备在精度、技术含量方面与国外主流机型相比仍有不小的差距，整个半导体集成电路封装设备产业处在从产业价值链底端向上爬升的过程。根据 MIR DATABANK，2021 年我国封测设备的综合国产化率为 10%。

（1）固晶机

固晶设备可细分为 IC 固晶机、分立器件固晶机、LED 类固晶机，广泛应用于光电器件、存储器件、逻辑器件、微处理器等领域。根据 Yole Development 预测，全球固晶机市场规模预计从 2018 年的 9.79 亿美元增至 2024 年的 13.89 亿美元，其中 LED 固晶机全球规模预计从 2.74 亿美元增长至 3.06 亿美元。在细分领域国产化率呈现两极分化态势。

IC 固晶机因更注重小尺寸精度要求，开发难度较大，国产化率较低；LED 固晶机则更重视固晶效率和良率，国产化在成本上更具优势，国产化率已超 90%。

（2）焊线机

根据 MIR DATABANK，2021 年焊线设备国产化率仅 3.00%，国内进口额达 15.85亿美元，同比增长 136.92%。根据百孚观察，在国内 LED 焊线机领域，K&S、ASMPT和 Kaijo 等国际领先厂商合计占据了约 82%的优势市场份额，随着中国持续位居全球LED 产能首位及国内厂商崛起的推动，国内厂商开始在中低端市场占据重要席位；在对设备精度、速度、稳定性、一致性等要求更高的半导体焊线机领域，以 K&S、ASMPT、Kajio 等国际领先厂商为代表的寡头垄断格局仍然较为稳固，合计所占市场份额超过95%。

作为 LED 及半导体封测的难点制程环节，引线键合对焊线设备的技术应用提出了较高的要求，具备极高的技术门槛和技术壁垒，其先进性主要体现在高速、高精度、稳定性及一致性上。

引线键合作为封装环节最关键的步骤之一，具有极高的技术壁垒，使用的焊线设备对速度、精度、稳定性有严格要求，相较于其他制程步骤的设备，焊线机的国产替代率仍较低，主要系我国的引线键合机开发起步晚，需突破的技术门槛较多。引线键合制程的核心难点主要为：引线在焊盘的键合质量以及引线在三维空间的线弧轨迹。

① 引线在三维空间的线弧轨迹

引线在三维空间的线弧形状，即依靠正交的 XYZ 三个高速运动轴在空间形成的形状，决定了线弧的机械强度，直接影响下一环节塑封的质量。在焊线机的机械设计中，XYZ 三个运动轴不仅存在机械震动模态的相互影响，也存在动力学上的耦合。在 XYZ进行高速运动形成线弧的同时，焊线机需在 45ms 的焊线周期内同时控制线夹开合数次。

上述对线弧的精密控制，依赖于能够完成多轴同步、动力学解耦、震动抑制和控制多输入输出伺服的高精密运动控制系统。同时，随着芯片设计、框架结构和塑封工艺要求的不同，不同封装对线弧提出不同要求，需在三维空间利用 XYZ 的正交运动，对引线进行折弯和拉弧，这也导致封装制程需下沉到运动控制系统。

② 引线在焊盘上键合的质量

引线在焊盘上键合的质量，取决于对焊盘位置的准确鉴别，在技术层面即对邦头（Z）的精确力-位双控、对超声波换能器的准确控制以及能够承受 XY 高加速度的精密光学系统。高质量的精密光学系统在 XY 准确定位的同时，利用高速工业相机抓拍图像，视觉系统同步对图像进行分析，找到图像中焊盘的准确位置，并转换为相应的 XY 坐标；准确的邦头（Z）力-位双控能决定焊球在焊盘上的成型，在焊球接触焊盘前，邦头处于位置控制模式下，当焊球接触焊盘时，邦头需要切换成力控制，以便控制焊球成型。

在力控阶段，超声波换能器开始输出，对焊球和焊盘进行键合，对超声波换能器的准确控制，直接决定了邦定质量，包括合金层的形成和对焊盘的机械冲击。

在利用焊线机进行批量生产时，需要在不同机台上对芯片进行引线键合，其对应的线弧形状和邦定质量应保证稳定性和一致性。因此，焊线机不同机台的运动控制性能、超声波输出等均需经过精密校正。

国际主流厂商均采用核心模块的全封闭闭环开发模式，形成研发技术壁垒，以防止核心技术外流。由于核心模块需融合封装制程知识，市场上缺乏有能力提供焊线机运动控制系统、力-位控制、超声波换能器控制等成套解决方案的供应商，因此国内企业普遍缺乏系统性的机械、运控、光学的底层技术开发能力，导致焊线设备的底层核心难点难以突破，不同模块间通信交互延迟严重，设备性能难以提升。随着高动态、高精密的运动控制技术被国产厂商攻克，焊线机国产化程度将逐步提升。

根据中国海关统计数据，2021 年我国半导体焊线机进口额达到 15.85 亿美元，同比增长 136.92%，国内市场需求依然旺盛，根据专业投资机构鼎晖百孚的市场调研信息，全球焊线机（考虑 IC、LED）单月出货量在 4,000-4,500 台，国内占比约 70%。保守测算下，国内焊线机市场（考虑 IC、LED）规模在 70-80 亿/年。随着市场对 5G、联网设备、智慧照明、车用 LED 的持续需求以及 LED 多个新领域进入快速产业化阶段，焊线机市场预计将进一步增长。

思瀚发布《2023-2028年中国焊线机市场现状分析及投资前景预测报告》