財盈談半導體設備零部件中射頻電源的應用與前景

艾新博盛投資合伙人 曹幻實 （左） 財盈半導體董事長 張德才（右）

• 談現(xiàn)狀：半導體設備零部件是典型的‘以小制大’卡脖子環(huán)節(jié)

• 談成本：僅僅射頻電源和匹配器就能占到一臺設備總成本的12%左右

• 談未來：國產(chǎn)替代需求強勁，企業(yè)應努力適應多產(chǎn)品線的研發(fā)及管理

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大咖談芯 | 從拆解維修走向?qū)＞匦?，財盈談半導體設備零部件中射頻電源的應用與前景

談現(xiàn)狀：半導體設備零部件

是典型的‘以小制大’卡脖子環(huán)節(jié)

幻實（主播）：歡迎大家關注芯片揭秘，我是主播幻實，本期節(jié)目我們邀請到上海市財盈半導體的董事長張德才先生，請張總跟大家打個招呼。

張德才（嘉賓）：芯片揭秘的聽眾朋友們大家好。

幻實（主播）：我們知道半導體的材料、設備都是國內(nèi)現(xiàn)在非常短缺的一種資源，您一直服務于半導體的設備商，幫他們?nèi)ソ鉀Q應用的問題，對國產(chǎn)的設備的現(xiàn)狀是比較了解的。就您的觀察來看，目前國內(nèi)半導體設備零部件的現(xiàn)狀如何？國產(chǎn)化的情況怎樣？我們是否存在國產(chǎn)替代的這種突破口？

歷年全球半導體設備銷售額（億美元） （圖源：財盈半導體提供）

張德才（嘉賓）：由于全球芯片短缺，以及隨之引發(fā)的擴產(chǎn)浪潮，現(xiàn)在設備的需求非常旺盛，供不應求。去年全球半導體設備的銷售總額達到了1026億美元，相較于前年增長了44%。中國是半導體設備最大的市場，購買了將近全球1/3的半導體設備，國內(nèi)的增長達到了58%。我們國產(chǎn)化設備的起步比較晚，國產(chǎn)化率還是比較低，總體上各種設備加起來總國產(chǎn)化率在13%左右，而且集中在中低端的設備。全球半導體設備市場呈現(xiàn)出一種高度壟斷的格局，在中美貿(mào)易摩擦、技術限制的情況下，國產(chǎn)化進程也在加快并取得了一定的成果，但是這離實現(xiàn)完全自主可控還是有比較大的距離。

幻實（主播）：您剛剛說目前國產(chǎn)化率在13%，已經(jīng)把海內(nèi)外的差距說出來了，其實也意味著替代空間挺大的。

張德才（嘉賓）：是的。半導體設備主要包括晶圓加工的前道設備以及封裝測試的后道設備。我們關注的點在前道設備上，比如大家都熟知的光刻機，除此之外生產(chǎn)過程中還會遇到其他的設備，像涂膠顯影、等離子刻蝕機，薄膜沉積的PVD\CVD設備，以及化學機械研磨、離子注入機、濕法清洗機、熱處理機等等。

我們知道設備是由零部件組成的，由于對設備的需求旺盛，進一步地向上游延伸，帶動了設備零部件的供不應求，交貨期大多數(shù)延長到12-15個月。

半導體設備分類 （圖源：財盈半導體提供）

幻實（主播）：是不是因為很多零部件供應不上，所以設備交不了貨，導致產(chǎn)能出不來？

張德才（嘉賓）：這里講的交貨期是指零部件的交貨期。實際上整機的交貨期也被拉長，我們知道一個設備它有很多的零件，但凡一個零件缺乏，整體也出不了廠。

幻實（主播）：跟汽車很相似。

張德才（嘉賓）：大家日常生活里接觸汽車比較多，缺乏零部件會導致汽車的交付出現(xiàn)問題。設備雖然沒有那么大的覆蓋面，但也面臨著同樣的問題。部分零部件的短缺導致很多國產(chǎn)設備廠商采取3-4倍的超前采購策略，比如北方華創(chuàng)去年的采購總額就高達176億，即使設備能夠國產(chǎn)，數(shù)量也遠遠不夠。不僅如此，美國制裁中國的晶圓制造企業(yè)，部分中國的設備廠商也受限于美國的禁令，其根源還是我們在一些關鍵零部件上依賴于美國。可以說，零部件相較于設備、整機而言，市場規(guī)模不算很大，但它是典型的“以小制大”的卡脖子環(huán)節(jié)。

幻實（主播）：設備的零部件有哪些？能給我們具體講講嗎？

張德才（嘉賓）：零部件是由零件和部件構(gòu)成的，比如像石英這種材料性質(zhì)的更多屬于零件，而具備功能整合體的屬于部件，像射頻電源、各種泵以及儀器儀表類(真空計、流量計)等，都屬于部件類。

半導體主要設備的零部件種類 （圖源：財盈半導體提供）

幻實（主播）：這些部件和零件開發(fā)的難度大嗎？國產(chǎn)化可能性怎么樣？

張德才（嘉賓）：我認為難度和門檻主要體現(xiàn)在以下幾點：

首先，比較復雜的電子和機械產(chǎn)品開發(fā)技術難度較大，精度要求高。比方說射頻電源，它直接關系到腔體中的等離子體濃度、均勻度和穩(wěn)定度，是刻蝕、薄膜沉積CVD等重要機臺最關鍵的零部件之一。去膠機、離子注入機和清洗機也會使用到射頻電源這個部件。

傳統(tǒng)的國產(chǎn)射頻電源主要應用在其他工業(yè)低端設備上，所以不能說國內(nèi)完全沒有這種產(chǎn)品，只不過在半導體及泛半導體產(chǎn)業(yè)目前來看還達不到應用水平。究其原因，主要的技術難點在于電源的波形和頻率、功率等參數(shù)不夠穩(wěn)定，精度達不到要求，相較于MKS、AE等國外企業(yè)仍舊有一定的差距。

幻實（主播）：這樣說來，我們科研端的高效產(chǎn)品可能都有了，但是到產(chǎn)業(yè)端，需要穩(wěn)定大量的產(chǎn)品持續(xù)運轉(zhuǎn)時，反而有了難度。

張德才（嘉賓）：正是如此。其次，產(chǎn)品形成批量應用還是困難的。像半導體的真空泵，只有價格更高的干泵和分子泵才能落實到實際生產(chǎn)中，實現(xiàn)功能，而這并非中國廠商所長。真空計、流量計也是如此。中國儀表產(chǎn)業(yè)只能滿足一般類型的真空測量要求，達不到半導體工藝的高精度要求。

幻實（主播）：一旦穩(wěn)定性不好，會直接造成廢片，成本損失太大，大家也不敢用。

張德才（嘉賓）：是，所以半導體的零部件驗證周期都是非常長的，對材料的要求也比較高。中國廠商強于加工和成型，但材料產(chǎn)業(yè)基礎還比較薄弱。例如閥、陶瓷等零部件，雖然中國廠商可以按照圖紙做成型，但往往無法解決材料和表面的處理問題，因此發(fā)展受到基礎的制約。此外，市場碎片化也比較明顯。

幻實（主播）：什么叫做市場碎片化？

張德才（嘉賓）：就是說單一產(chǎn)品的市場容量并不大。例如流量計、密封圈這些零部件，不僅對精度和材料的要求比較高，同種類產(chǎn)品的型號也是比較多的，不同類別之間的工作原理差異顯著。對此中國廠商往往興趣不高，動力也不足，所以相關行業(yè)并未得到顯著發(fā)展。

談成本：僅僅射頻電源和匹配器

就能占到一臺設備總成本的12%左右

幻實（主播）：如您所說，這就是被市場無形的手調(diào)控的結(jié)果，做了也賺不到大錢，還不一定能做出多大的市場空間。但是這種看起來挺“雞肋”的市場，你們?yōu)槭裁匆x擇進來做？投身這個領域不覺得過于清貧嗎？

張德才（嘉賓）：我們是2005年創(chuàng)立的。創(chuàng)立之初，財盈專注于工業(yè)控制、自動化、數(shù)控設備的維保解決方案。當時，工業(yè)設備基本上就是靠從國外進口，國內(nèi)這一塊相對來說比較薄弱，缺乏相應的技術支持。那時候基本不用去跑業(yè)務，都是客戶過來找我們，例如上海本地的上汽、寶鋼、金山石化等。最初也有半導體客戶，像比較早的半導體制造公司，華虹NEC、先進半導體等。只是那時整個半導體的體量還比較小，半導體設備的技術支持也非常缺乏。

我們知道半導體零部件的種類非常多，我們在半導體設備電控部件這個領域選擇了射頻電源作為切入口和聚焦點。

幻實（主播）：之前來我們節(jié)目的嘉賓講過很多射頻器件方面的知識，您能不能也給大家展開說說什么是射頻電源？它應用在什么地方？

張德才（嘉賓）：簡單來講射頻電源就是產(chǎn)生固定頻率的正弦波、具有一定頻率的高頻/高功率電源輸出，它廣泛應用于半導體以及泛半導體領域，比如顯示面板、LED和太陽能光伏行業(yè)、新材料，科學實驗中的等離子體發(fā)生、射頻感應加熱、醫(yī)療美容及常壓等離子體消毒清洗等領域。在芯片設備上主要應用于等離子體刻蝕和等離子增強氣相沉積這兩種設備上。

幻實（主播）：就是PVD和CVD，對吧？

薄膜沉積工藝類型及原理 （圖源：云岫資本）

張德才（嘉賓）：對。這兩種設備里它的使用量是最多的，以一臺12吋刻蝕機為例，它有8個腔，每個腔體有上電極和下電極，每個電極有一臺射頻和一臺匹配器，共32臺射頻和匹配器。一臺刻蝕機在射頻電源和匹配器上的采購需要好幾百萬。

幻實（主播）：也就是說它是刻蝕機很重要的成本構(gòu)成，占比大概是多少？

張德才（嘉賓）：僅僅射頻電源和匹配器就能占到一臺設備總成本的12%左右。

幻實（主播）：這已經(jīng)是個很重要的成本構(gòu)成了，能看得出做刻蝕機很不容易，當年尹博士也是回國做了很多年才把中微做到如今這么大規(guī)模。您作為設備的器件供應商，覺得技術難不難？

張德才（嘉賓）：確實有一定的技術難度和門檻，因為要直接供應到腔體里面去激發(fā)等離子體，等離子體是直接作用于芯片的生產(chǎn)工藝當中的，其濃度、均勻度和穩(wěn)定度都由射頻電源和匹配器的工作來決定。所以說控制最關鍵的精度是比較難的。半導體設備的射頻電源功率從一千瓦到十千瓦，在面板生產(chǎn)時使用到了十五千瓦到五十千瓦的水平，和無線通訊的射頻功率比就大了很多，它們的應用是不同的。

幻實（主播）：現(xiàn)階段射頻電源和匹配器賽道里，國內(nèi)的玩家多不多？競爭的態(tài)勢怎么樣？

張德才（嘉賓）：目前來講還沒有能夠應用于半導體領域包括泛半導體領域的國產(chǎn)化射頻電源。

幻實（主播）：聽起來國產(chǎn)化很難，你們怎么就敢進呢？

張德才（嘉賓）：這個難是相對性的，其實從我們財盈的角度來看沒有那么難。并不是說技術有多難，主要是因為我們起步比較早，之前市場上不太重視這一塊。2015年后，我們就全部轉(zhuǎn)向到半導體設備技術支持和服務領域，這也是由于看到了半導體的整體發(fā)展和未來趨勢。公司有一定的技術經(jīng)驗積累和儲備，也培養(yǎng)和鍛煉出一批過硬的工程師。

談未來：國產(chǎn)替代需求強勁，

企業(yè)應努力適應多產(chǎn)品線的研發(fā)及管理

幻實（主播）：財盈現(xiàn)在產(chǎn)品的開發(fā)情況怎么樣了？有沒有客戶認證？

張德才（嘉賓）：我們首臺demo的射頻電源在今年年初的時候已經(jīng)送到客戶端進行了測試和驗證，目前為止依然在日常的工作，

幻實（主播）：客戶的反饋怎么樣？

張德才（嘉賓）：對方已經(jīng)驗收了，各項指標都符合國產(chǎn)替代的需求。

幻實（主播）：客戶付錢了嗎？

張德才（嘉賓）：付了。

幻實（主播）：我知道很多公司都是免費送首臺產(chǎn)品的，您首臺就能收到錢，可以說很強勢了。

張德才（嘉賓）：一開始我們就和客戶講這是國產(chǎn)替代產(chǎn)品?？蛻粲羞@種需求，急迫地要去替代，而現(xiàn)在要么只能買二手進口的，要么就是全新進口的，在有疫情的情況下有一部分產(chǎn)品真的很難買到。正好我們的demo機器就拿上去用。

幻實（主播）：所以機會都是給有準備的人，為了這件事財盈準備了多久？

張德才（嘉賓）：我們首先了解到客戶對機臺的應用要求不是很高，demo的機器當時是按照這個需求和水準去開發(fā)的，所以匹配度還是非常高的。我們拆解和分析了數(shù)萬件美、日、歐、韓等國家的進口電控部件，積累了幾萬份的技術資料、筆記，特別是半導體設備、電控部件。在維修中我們對它原理、結(jié)構(gòu)、設計、工藝和應用都有相當?shù)牧私狻?/span>同時在這個過程當中我們也發(fā)現(xiàn)了一些原有的問題。

幻實（主播）：把原廠產(chǎn)品的問題也發(fā)現(xiàn)了？

張德才（嘉賓）：對，任何一個產(chǎn)品它都是有一定的缺陷的，沒有設計地非常完美的產(chǎn)品。

幻實（主播）：我非常認同。波音飛機還都掉下來了，你說是吧？

張德才（嘉賓）：我們發(fā)現(xiàn)、解決并思考這些問題，去尋找創(chuàng)新的解決方案，然后形成我們公司自己的知識產(chǎn)權(quán)專利。

幻實（主播）：這也正好是我們這么多年的一個“打法”——從學別人變成創(chuàng)新，形成自己的東西。這非常棒。

張德才（嘉賓）：之前那些工作都算是積累和消化、吸收。財盈現(xiàn)在已經(jīng)取得的授權(quán)的專利有24件，在申請的專利也有10項，我們很重視知識產(chǎn)權(quán)的保護，也準備建立它的攻防體系，建立專利保護群。

舉一個例子來說，我們有一項射頻匹配器，主要關鍵零部件真空電容的發(fā)明專利，該專利是對該器件的革新性創(chuàng)新，有望打破國外對這種器件的壟斷。

我們的技術方案采用音圈馬達設計真空電容進行驅(qū)動，在結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化改善。原有的設計結(jié)構(gòu)損耗以及匹配速度比較慢，我們發(fā)明的專利具有高速響應，便于控制，匹配精度高的特點，極大程度的優(yōu)化了結(jié)構(gòu)和原來匹配速度慢的問題。比如說在7nm以下有些先進工藝制程僅僅有5秒鐘的時間，而傳統(tǒng)的匹配器光運作時間就要達到1~2秒，這還是在匹配器狀態(tài)比較好的情況下。所以5秒的制程有2秒在進行匹配動作，就影響了制程的效率，也會導致工藝的一致性和良率的降低。目前解決這個問題的方案是什么？是采用匹配器檔位切換的粗調(diào)，再加上射頻電源進行變頻的微調(diào)方式，讓反應時間縮短，更能適應這個制程，但是制程的過程波動較大，設備復雜度和成本就會上升。如果采用我們發(fā)明專利的技術方案，時間就會更快。

生產(chǎn)車間實景 （圖源：財盈半導體提供）

幻實（主播）：快到什么程度？

張德才（嘉賓）：它的反應時間是毫秒級。

幻實（主播）：前面說是兩秒反應完，您這里是幾十毫秒，這已經(jīng)不是一個數(shù)量級了。

張德才（嘉賓）：對，不是一個數(shù)量級的，制程的平穩(wěn)和連續(xù)性更好。

幻實（主播）：因為速度快了，制程就能穩(wěn)定，它有連貫性的好處。

張德才（嘉賓）：是的，在不增加設備復雜度和成本的基礎上壽命也變長了，理論上是傳統(tǒng)的三倍以上。

幻實（主播）：目前在電控這一塊已經(jīng)可以得心應手開出自己獨特的切入口了，那么未來您打算帶領財盈往哪些方向去發(fā)展呢？

張德才（嘉賓）：射頻電源和匹配器是半導體設備電控一種，當然半導體設備還有其他的電控部件，我們先聚焦于射頻電源和匹配器這個產(chǎn)品，實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，然后在此基礎上不斷地迭代和研發(fā)，直至達到乃至超過國外的進口產(chǎn)品的性能水平。

當我們有一定基礎之后，在其他半導體設備電控上也會適時的研發(fā)和布局。因為這類產(chǎn)品有個特點，單個產(chǎn)品的市場空間雖不大，但它是典型的“以小制大”卡脖子環(huán)節(jié)，此外毛利率和市場集中度也比較高，可以說既有優(yōu)勢也有劣勢。

因此，我們的經(jīng)營策略和商業(yè)模式就必須轉(zhuǎn)換思維，要具備適應這種多產(chǎn)品線的研發(fā)管理經(jīng)驗和能力，打造成一家專精的半導體設備電控部件供應商。這是我們3~5年之內(nèi)的規(guī)劃，那么更長遠一點的目標其實是更為廣闊的設備工業(yè)電源或者說是工業(yè)設備電控市場，比如說激光中的激光電源、廢氣/廢水分解處理的電源，單晶爐電源以及大型醫(yī)療設備的電源等等。其實這些領域都是被進口產(chǎn)品所占據(jù)的，國內(nèi)目前還是很薄弱，甚至是空白的。

幻實（主播）：未來財盈半導體要干的事情就是圍繞電源領域去發(fā)光發(fā)電。聽完張總的分享我很有感觸，過去我們一直說技術創(chuàng)新很難，尤其是國產(chǎn)替代進入深水區(qū)繼續(xù)往前走的時候，遇到的困難特別多。和您聊完后，我發(fā)覺您的這種發(fā)展路徑未嘗不是一種能讓大家來借鑒的方法：先從不起眼的工作干起來，就像您最開始做維修/維護，通過拆解別人的方案來學習，再慢慢總結(jié)琢磨，甚至可以放到桌面上大家一起探討交流。此外還能在學的過程中發(fā)現(xiàn)原廠的問題，后續(xù)設計自己的產(chǎn)品時進行優(yōu)化，這種路線完全可以給很多做機臺和零部件的公司一些借鑒。

您已經(jīng)走出來了，產(chǎn)品順利賣出，有收益了，能形成很好的正向循環(huán)，證明這條路可行。對于這種小而美的產(chǎn)業(yè)板塊，希望張總帶領財盈繼續(xù)堅持下去，因為國內(nèi)確實很需要它。守得住清貧一定能迎來曙光的。

采訪實錄 （圖右為幻實，圖左為張德才先生）

半導體產(chǎn)能的持續(xù)短缺加速了各大晶圓廠擴大產(chǎn)能的腳步。2022年全球半導體設備銷售額有望達到1140億美元，市場的關注點也逐漸從設備向設備上游轉(zhuǎn)移，國內(nèi)半導體設備企業(yè)實力壯大的同時，也驅(qū)動了設備零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使零部件國產(chǎn)化成為一種可能。

但實現(xiàn)全面國產(chǎn)化還面臨不少問題：一方面設備零部件種類繁多，另一方面技術難度大，精度要求高，驗證周期長，市場碎片化。能否真的迎來行業(yè)春天還要取決于上游產(chǎn)業(yè)鏈的整體技術實力。在提升實力的過程中，國內(nèi)企業(yè)可以先從國外已成熟的產(chǎn)品技術學起，通過細化、拆分、復盤、總結(jié)成自身經(jīng)驗，以此不斷推進優(yōu)化迭代和技術創(chuàng)新，這不失為一種正向循環(huán)的高效方法。