AI芯片背后的低调赢家

人工智能正在推动半导体器件产业迈向1.6万亿美元的规模。从数据中心和先进存储器到尖端逻辑电路和先进封装，人工智能正在推动半导体价值链上新一轮的投资。随着器件复杂性的不断提升，成功不仅取决于创新，还取决于能否以高良率和成本效益进行大规模生产。

在这篇关于半导体设备的新文章中，Yole Group的市场与技术分析师 Clara Grcevic探讨了计量和检测技术如何在人工智能时代发展成为价值创造和保护的战略推动力量。

计量与检测 (M&I) 技术的重要性日益凸显。随着工艺复杂性的增加，以及先进封装和异构集成带来的价值提升，工艺控制正从单纯的精度控制转变为提升良率、生产效率和价值保障的关键推动因素。

制造与集成（M&I）确实是晶圆制造设备（WFE）行业的重要组成部分，约占芯片生产线总投资的15%。2025年是又一个创纪录的年份，市场同比增长近16%，预计到2031年将达到约250亿美元。尽管其战略意义重大，但该市场仍然高度集中，由少数几家全球企业主导。仅KLA一家就占据了全球市场约一半的份额，而总部位于中国的供应商的市场份额仍然不到5%——见下图。

人工智能竞赛正在加速对尖端逻辑、DRAM/HBM 和先进封装技术的投资。随着器件架构日益复杂，工艺窗口不断缩小，对精确且频繁的工艺控制的需求也日益增长。虽然以往工艺控制主要集中在前端制造，但如今随着先进封装技术成为半导体制造的基础要素，工艺控制正向下游扩展。因此，前端和后端设备供应商都在积极调整自身，以应对这些新的工艺控制挑战。

人工智能驱动型应用的快速增长正在加速2.5D和3D集成以及芯片级架构的普及。因此，封装不再仅仅是制造流程的最后一步；它已成为性能、差异化和价值创造的重要来源，并带来了自身的计量和检测要求及挑战。这种转变反映在下图所示的市场动态中。以2025年为基准，先进封装在2031年之前将呈现最强劲的增长势头，尽管其绝对市场规模较小，但增速仍将超过逻辑和存储器。Yole Group预测，2026年至2031年间，先进封装计量和检测市场将以7.8%的复合年增长率增长。

器件价值的很大一部分是在先进封装之前或期间通过晶圆加工、中介层、存储器堆叠和组装而产生的。

因此，在此阶段发现的缺陷比在生产流程早期发现的缺陷成本要高得多。此时，关键问题不再仅仅是精度，而是不断增长的风险价值，这促使检验力度加大。

目的不总是要达到前端的精度，而是要在流程中的多个步骤中进行更多、更高通量的检测，以防止代价高昂的良率损失。

设备市场格局日趋多元化和竞争激烈。

先进封装技术的演进正在重塑制造与集成市场的竞争格局。前端过程控制长期以来一直由高性能系统主导，这些系统针对最高精度进行了优化，其中以KLA、应用材料和Lasertec等公司为代表。

在先进封装领域，需求更加多样化。虽然性能仍然重要，但客户越来越重视灵活性、成本效益以及利用适应性平台应对多个工艺步骤的能力。这为提供多传感器和多模态解决方案的新兴企业创造了机会，这些解决方案侧重于吞吐量和工艺覆盖率，而非绝对精度。

尽管如此，现有企业依然占据优势地位：该细分市场为成熟企业提供了巨大的增长机遇。KLA首席财务官布伦·希金斯(Bren Higgins)曾表示，先进封装领域过去在WFE（晶圆级封装）领域“几乎可以忽略不计”。而如今，它已发展成为一项重要的业务，预计到2025年将贡献约9.5亿美元的收入。因此，关键的变化并非领导地位的更迭，而是市场的扩张和多元化。

更广泛的半导体生态系统也在同步发展。传统上被视为低价值参与者的OSAT厂商，随着封装复杂性的增加，正在加大投资。与此同时，曾经与特定器件类型紧密相关的封装策略，如今正跨应用领域融合。例如，TSV等技术，此前主要用于DRAM，现在越来越多地应用于NAND和其他架构。尽管代工厂和IDM厂商仍然引领着最先进的晶圆级封装工艺，但OSAT厂商也在不断提升自身能力以保持竞争力。

例如，台积电正在将其部分产能转移给日月光和安靠等领先的OSAT厂商，这要求这些厂商投资更先进的工艺控制能力和更高端的计量和检测设备。

在人工智能驱动且日益复杂的半导体行业中，计量和检测步骤对于管理良率、成本和价值至关重要。在人工智能时代，竞争力不仅取决于设计先进的架构，还取决于能否高效地大规模生产这些架构。

随着价值更多地转向先进封装，检测强度将如何演变？随着工艺控制要求从微米级提升至纳米级，计量和检测技术能否快速扩展以支持大批量、高良率的混合键合工艺？哪些设备供应商最能把握这波新的增长浪潮？随着人工智能驱动的需求重塑制造业的优先事项，新兴企业能否挑战现有领导者的地位？

在晶圆制造设备 (WFE) 中，计量与检测 (M&I) 正扮演着核心角色，这主要受工艺复杂性不断增加和更快的良率优化需求的驱动。随着先进逻辑、DRAM、HBM、EUV 光刻和先进封装技术的不断发展，工艺控制强度持续提升，从而支撑了对高性能检测和计量解决方案的持续需求。

检测仍然是关键支柱，其驱动力来自更高的缺陷敏感性、向 3D 架构的过渡以及新兴的键合相关失效模式。与此同时，计量也在不断扩展，以满足更严格的套刻精度要求和日益复杂的材料需求，并在表面、形状和形貌控制方面展现出强劲的发展势头。

先进封装正在成为重要的增长驱动力。混合键合、面板级封装和玻璃基板等技术增加了关键控制点的数量，并为工艺控制创造了新的机遇。在整个生态系统中，光学计量、X 射线检测和掩模计量与检测领域的持续创新正在重塑竞争格局。

计量与检测 (M&I) 生态系统仍然高度集中，北美、欧洲和日本的领先企业主导着检测、套刻、关键尺寸 (CD) 和材料计量等领域的技术路线图。尽管亚洲的半导体制造需求持续增长，但价值创造仍然主要集中在这些成熟的中心地区。

与此同时，区域格局也在不断演变。中国正加速发展国内检测与计量生态系统，尤其是在光学检测与计量领域，以支持其更广泛的半导体产业发展目标。这将有助于构建更加多元化和充满活力的供应链，创新成果既来自全球领先企业，也来自区域挑战者。

随着行业的发展，竞争范围已从硬件扩展到数据分析、混合计量和应用驱动解决方案，这凸显了集成化、高价值过程控制策略的重要性。

计量与检测 (M&I) 正从传统的二维尺度扩展到复杂的三维结构、隐藏特征和异构集成。随着逻辑、存储器和先进封装架构变得日益复杂，工艺控制越来越依赖于能够捕捉隐藏缺陷和细微工艺偏差的先进技术。

在先进封装领域，许多关键的良率限制因素不再能从表面直接观察到，这就需要采用光学、电子束、X射线和声学等互补技术。这加速了多技术检测策略和混合计量技术的应用，这些策略将来自多个来源的数据结合起来，以提供更深入、更可靠的洞察。

尽管光学测量与检测仍然是高通量制造的支柱，但分辨率、材料灵敏度和亚表面分析方面日益增长的需求正在拓展电子束和X射线的应用范围。与此同时，计算计量和数据融合正成为下一代过程控制的关键推动因素。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

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