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(shí) （左） 財盈半導體董事長(cháng) 張德才（右）

• 談現狀：半導體設備零部件是典型的‘以小制大’卡脖子環(huán)節

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

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大咖談芯 | 從拆解維修走向專(zhuān)精特新，財盈談半導體設備零部件中射頻電源的應用與前景

談現狀：半導體設備零部件

是典型的‘以小制大’卡脖子環(huán)節

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

張德才（嘉賓）：芯片揭秘的聽(tīng)眾朋友們大家好。

幻實(shí)（主播）：我們知道半導體的材料、設備都是國內現在非常短缺的一種資源，您一直服務(wù)于半導體的設備商，幫他們去解決應用的問(wèn)題，對國產(chǎn)的設備的現狀是比較了解的。就您的觀(guān)察來(lái)看，目前國內半導體設備零部件的現狀如何？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(xiāo)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(xiāo)售總額達到了1026億美元，相較于前年增長(cháng)了44%。中國是半導體設備最大的市場(chǎng)，購買(mǎi)了將近全球1/3的半導體設備，國內的增長(cháng)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(lái)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(chǎng)呈現出一種高度壟斷的格局，在中美貿易摩擦、技術(shù)限制的情況下，國產(chǎn)化進(jìn)程也在加快并取得了一定的成果，但是這離實(shí)現完全自主可控還是有比較大的距離。

幻實(shí)（主播）：您剛剛說(shuō)目前國產(chǎn)化率在13%，已經(jīng)把海內外的差距說(shuō)出來(lái)了，其實(shí)也意味著(zhù)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(guān)注的點(diǎn)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(guò)程中還會(huì )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(xué)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(jìn)一步地向上游延伸，帶動(dòng)了設備零部件的供不應求，交貨期大多數延長(cháng)到12-15個(gè)月。

半導體設備分類(lèi) （圖源：財盈半導體提供）

幻實(shí)（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(lái)？

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

幻實(shí)（主播）：跟汽車(chē)很相似。

張德才（嘉賓）：大家日常生活里接觸汽車(chē)比較多，缺乏零部件會(huì )導致汽車(chē)的交付出現問(wèn)題。設備雖然沒(méi)有那么大的覆蓋面，但也面臨著(zhù)同樣的問(wèn)題。部分零部件的短缺導致很多國產(chǎn)設備廠(chǎng)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(chǎng)商也受限于美國的禁令，其根源還是我們在一些關(guān)鍵零部件上依賴(lài)于美國。可以說(shuō)，零部件相較于設備、整機而言，市場(chǎng)規模不算很大，但它是典型的“以小制大”的卡脖子環(huán)節。

幻實(shí)（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(lèi)(真空計、流量計)等，都屬于部件類(lèi)。

半導體主要設備的零部件種類(lèi) （圖源：財盈半導體提供）

幻實(shí)（主播）：這些部件和零件開(kāi)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(mén)檻主要體現在以下幾點(diǎn)：

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

傳統的國產(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(shuō)國內完全沒(méi)有這種產(chǎn)品，只不過(guò)在半導體及泛半導體產(chǎn)業(yè)目前來(lái)看還達不到應用水平。究其原因，主要的技術(shù)難點(diǎn)在于電源的波形和頻率、功率等參數不夠穩定，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(shí)（主播）：這樣說(shuō)來(lái)，我們科研端的高效產(chǎn)品可能都有了，但是到產(chǎn)業(yè)端，需要穩定大量的產(chǎn)品持續運轉時(shí)，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(jià)格更高的干泵和分子泵才能落實(shí)到實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)現功能，而這并非中國廠(chǎng)商所長(cháng)。真空計、流量計也是如此。中國儀表產(chǎn)業(yè)只能滿(mǎn)足一般類(lèi)型的真空測量要求，達不到半導體工藝的高精度要求。

幻實(shí)（主播）：一旦穩定性不好，會(huì )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(cháng)的，對材料的要求也比較高。中國廠(chǎng)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(chǎng)商可以按照圖紙做成型，但往往無(wú)法解決材料和表面的處理問(wèn)題，因此發(fā)展受到基礎的制約。此外，市場(chǎng)碎片化也比較明顯。

幻實(shí)（主播）：什么叫做市場(chǎng)碎片化？

張德才（嘉賓）：就是說(shuō)單一產(chǎn)品的市場(chǎng)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(lèi)產(chǎn)品的型號也是比較多的，不同類(lèi)別之間的工作原理差異顯著(zhù)。對此中國廠(chǎng)商往往興趣不高，動(dòng)力也不足，所以相關(guān)行業(yè)并未得到顯著(zhù)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(shí)（主播）：如您所說(shuō)，這就是被市場(chǎng)無(wú)形的手調控的結果，做了也賺不到大錢(qián)，還不一定能做出多大的市場(chǎng)空間。但是這種看起來(lái)挺“雞肋”的市場(chǎng)，你們?yōu)槭裁匆x擇進(jìn)來(lái)做？投身這個(gè)領(lǐng)域不覺(jué)得過(guò)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(zhuān)注于工業(yè)控制、自動(dòng)化、數控設備的維保解決方案。當時(shí)，工業(yè)設備基本上就是靠從國外進(jìn)口，國內這一塊相對來(lái)說(shuō)比較薄弱，缺乏相應的技術(shù)支持。那時(shí)候基本不用去跑業(yè)務(wù)，都是客戶(hù)過(guò)來(lái)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(hù)，像比較早的半導體制造公司，華虹NEC、先進(jìn)半導體等。只是那時(shí)整個(gè)半導體的體量還比較小，半導體設備的技術(shù)支持也非常缺乏。

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

幻實(shí)（主播）：之前來(lái)我們節目的嘉賓講過(guò)很多射頻器件方面的知識，您能不能也給大家展開(kāi)說(shuō)說(shuō)什么是射頻電源？它應用在什么地方？

張德才（嘉賓）：簡(jiǎn)單來(lái)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(lǐng)域，比如顯示面板、LED和太陽(yáng)能光伏行業(yè)、新材料，科學(xué)實(shí)驗中的等離子體發(fā)生、射頻感應加熱、醫療美容及常壓等離子體消毒清洗等領(lǐng)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(shí)（主播）：就是PVD和CVD，對吧？

薄膜沉積工藝類(lèi)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(gè)腔，每個(gè)腔體有上電極和下電極，每個(gè)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(wàn)。

幻實(shí)（主播）：也就是說(shuō)它是刻蝕機很重要的成本構成，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(shí)（主播）：這已經(jīng)是個(gè)很重要的成本構成了，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模。您作為設備的器件供應商，覺(jué)得技術(shù)難不難？

張德才（嘉賓）：確實(shí)有一定的技術(shù)難度和門(mén)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、均勻度和穩定度都由射頻電源和匹配器的工作來(lái)決定。所以說(shuō)控制最關(guān)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(shí)使用到了十五千瓦到五十千瓦的水平，和無(wú)線(xiàn)通訊的射頻功率比就大了很多，它們的應用是不同的。

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

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

幻實(shí)（主播）：聽(tīng)起來(lái)國產(chǎn)化很難，你們怎么就敢進(jìn)呢？

張德才（嘉賓）：這個(gè)難是相對性的，其實(shí)從我們財盈的角度來(lái)看沒(méi)有那么難。并不是說(shuō)技術(shù)有多難，主要是因為我們起步比較早，之前市場(chǎng)上不太重視這一塊。2015年后，我們就全部轉向到半導體設備技術(shù)支持和服務(wù)領(lǐng)域，這也是由于看到了半導體的整體發(fā)展和未來(lái)趨勢。公司有一定的技術(shù)經(jīng)驗積累和儲備，也培養和鍛煉出一批過(guò)硬的工程師。

談未來(lái)：國產(chǎn)替代需求強勁，

企業(yè)應努力適應多產(chǎn)品線(xiàn)的研發(fā)及管理

幻實(shí)（主播）：財盈現在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)情況怎么樣了？有沒(méi)有客戶(hù)認證？

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

幻實(shí)（主播）：客戶(hù)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(shí)（主播）：客戶(hù)付錢(qián)了嗎？

張德才（嘉賓）：付了。

幻實(shí)（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(qián)，可以說(shuō)很強勢了。

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

幻實(shí)（主播）：所以機會(huì )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(hù)對機臺的應用要求不是很高，demo的機器當時(shí)是按照這個(gè)需求和水準去開(kāi)發(fā)的，所以匹配度還是非常高的。我們拆解和分析了數萬(wàn)件美、日、歐、韓等國家的進(jìn)口電控部件，積累了幾萬(wàn)份的技術(shù)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、結構、設計、工藝和應用都有相當的了解。同時(shí)在這個(gè)過(guò)程當中我們也發(fā)現了一些原有的問(wèn)題。

幻實(shí)（主播）：把原廠(chǎng)產(chǎn)品的問(wèn)題也發(fā)現了？

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

幻實(shí)（主播）：我非常認同。波音飛機還都掉下來(lái)了，你說(shuō)是吧？

張德才（嘉賓）：我們發(fā)現、解決并思考這些問(wèn)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)權專(zhuān)利。

幻實(shí)（主播）：這也正好是我們這么多年的一個(gè)“打法”——從學(xué)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。財盈現在已經(jīng)取得的授權的專(zhuān)利有24件，在申請的專(zhuān)利也有10項，我們很重視知識產(chǎn)權的保護，也準備建立它的攻防體系，建立專(zhuān)利保護群。

舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)，我們有一項射頻匹配器，主要關(guān)鍵零部件真空電容的發(fā)明專(zhuān)利，該專(zhuān)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(shù)方案采用音圈馬達設計真空電容進(jìn)行驅動(dòng)，在結構上進(jìn)行了優(yōu)化改善。原有的設計結構損耗以及匹配速度比較慢，我們發(fā)明的專(zhuān)利具有高速響應，便于控制，匹配精度高的特點(diǎn)，極大程度的優(yōu)化了結構和原來(lái)匹配速度慢的問(wèn)題。比如說(shuō)在7nm以下有些先進(jìn)工藝制程僅僅有5秒鐘的時(shí)間，而傳統的匹配器光運作時(shí)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(jìn)行匹配動(dòng)作，就影響了制程的效率，也會(huì )導致工藝的一致性和良率的降低。目前解決這個(gè)問(wèn)題的方案是什么？是采用匹配器檔位切換的粗調，再加上射頻電源進(jìn)行變頻的微調方式，讓反應時(shí)間縮短，更能適應這個(gè)制程，但是制程的過(guò)程波動(dòng)較大，設備復雜度和成本就會(huì )上升。如果采用我們發(fā)明專(zhuān)利的技術(shù)方案，時(shí)間就會(huì )更快。

生產(chǎn)車(chē)間實(shí)景 （圖源：財盈半導體提供）

幻實(shí)（主播）：快到什么程度？

張德才（嘉賓）：它的反應時(shí)間是毫秒級。

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

張德才（嘉賓）：對，不是一個(gè)數量級的，制程的平穩和連續性更好。

幻實(shí)（主播）：因為速度快了，制程就能穩定，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(cháng)了，理論上是傳統的三倍以上。

幻實(shí)（主播）：目前在電控這一塊已經(jīng)可以得心應手開(kāi)出自己獨特的切入口了，那么未來(lái)您打算帶領(lǐng)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(gè)產(chǎn)品，實(shí)現國產(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(guò)國外的進(jìn)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(huì )適時(shí)的研發(fā)和布局。因為這類(lèi)產(chǎn)品有個(gè)特點(diǎn)，單個(gè)產(chǎn)品的市場(chǎng)空間雖不大，但它是典型的“以小制大”卡脖子環(huán)節，此外毛利率和市場(chǎng)集中度也比較高，可以說(shuō)既有優(yōu)勢也有劣勢。

因此，我們的經(jīng)營(yíng)策略和商業(yè)模式就必須轉換思維，要具備適應這種多產(chǎn)品線(xiàn)的研發(fā)管理經(jīng)驗和能力，打造成一家專(zhuān)精的半導體設備電控部件供應商。這是我們3~5年之內的規劃，那么更長(cháng)遠一點(diǎn)的目標其實(shí)是更為廣闊的設備工業(yè)電源或者說(shuō)是工業(yè)設備電控市場(chǎng)，比如說(shuō)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療設備的電源等等。其實(shí)這些領(lǐng)域都是被進(jìn)口產(chǎn)品所占據的，國內目前還是很薄弱，甚至是空白的。

幻實(shí)（主播）：未來(lái)財盈半導體要干的事情就是圍繞電源領(lǐng)域去發(fā)光發(fā)電。聽(tīng)完張總的分享我很有感觸，過(guò)去我們一直說(shuō)技術(shù)創(chuàng )新很難，尤其是國產(chǎn)替代進(jìn)入深水區繼續往前走的時(shí)候，遇到的困難特別多。和您聊完后，我發(fā)覺(jué)您的這種發(fā)展路徑未嘗不是一種能讓大家來(lái)借鑒的方法：先從不起眼的工作干起來(lái)，就像您最開(kāi)始做維修/維護，通過(guò)拆解別人的方案來(lái)學(xué)習，再慢慢總結琢磨，甚至可以放到桌面上大家一起探討交流。此外還能在學(xué)的過(guò)程中發(fā)現原廠(chǎng)的問(wèn)題，后續設計自己的產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，這種路線(xiàn)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(lái)了，產(chǎn)品順利賣(mài)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(lǐng)財盈繼續堅持下去，因為國內確實(shí)很需要它。守得住清貧一定能迎來(lái)曙光的。

采訪(fǎng)實(shí)錄 （圖右為幻實(shí)，圖左為張德才先生）

半導體產(chǎn)能的持續短缺加速了各大晶圓廠(chǎng)擴大產(chǎn)能的腳步。2022年全球半導體設備銷(xiāo)售額有望達到1140億美元，市場(chǎng)的關(guān)注點(diǎn)也逐漸從設備向設備上游轉移，國內半導體設備企業(yè)實(shí)力壯大的同時(shí)，也驅動(dòng)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(shí)現全面國產(chǎn)化還面臨不少問(wèn)題：一方面設備零部件種類(lèi)繁多，另一方面技術(shù)難度大，精度要求高，驗證周期長(cháng)，市場(chǎng)碎片化。能否真的迎來(lái)行業(yè)春天還要取決于上游產(chǎn)業(yè)鏈的整體技術(shù)實(shí)力。在提升實(shí)力的過(guò)程中，國內企業(yè)可以先從國外已成熟的產(chǎn)品技術(shù)學(xué)起，通過(guò)細化、拆分、復盤(pán)、總結成自身經(jīng)驗，以此不斷推進(jìn)優(yōu)化迭代和技術(shù)創(chuàng )新，這不失為一種正向循環(huán)的高效方法。