晚上九点,进门财经的电话会亮灯。
我原本以为,今天又要从GPU、HBM、算力卡这些热词讲起。结果分析师一上来,先讲了一个特别不性感的东西——探针卡。
说实话,这玩意儿名字听起来就像五金店配件。你很难第一眼对它产生什么浪漫想象。但它偏偏卡在半导体测试最要命的位置上。用一句不那么严谨、但很好懂的话说:测试机是大脑,探针台是舞台,探针卡就是那根把信号从大脑送到晶圆上的神经。
它不分析信号,不判断好坏。它只负责传。可问题是,传不过去,后面全白搭。
先别急,FT探针和探针卡不是一回事很多人一听“探针”,脑子里就自动合并同类项。其实不是。
后道测试大概分两道关。一道叫CP测试,也就是晶圆测试;一道叫FT测试,也就是成品测试。今天主角是CP环节里的探针卡。它跟wafer打交道,是晶圆级别的测试耗材。
FT那边也有探针,但它通常不是“卡”的角色,更多是放在socket基座上,去接触die。这个区别挺重要。不然聊着聊着,就容易把两家公司、两个赛道混成一锅粥。
我一开始也差点绕进去。嗯,准确说,是电话会里专门澄清了一下:探针卡属于晶圆测试环节,测的是wafer。FT探针,另一回事。
那探针卡到底干嘛的?
简单讲,测试机,也就是ATE,发出信号。信号先到探针卡,再通过下面密密麻麻的针,接触到晶圆上的pad点或者bump点。晶圆收到信号,给出反馈;反馈再原路传回测试机。测试机分析之后,判断这颗die是好的还是坏的。
你看,探针卡自己不做判断。它像一座桥。桥不决定你去哪,但桥断了,你哪也去不了。
拆开一张卡:最贵的,居然是针一张探针卡,大致拆成三块。
一块是PCB板。它负责跟ATE测试机连接,让电信号从测试机传下来。你可以把它理解成总站。
一块是空间转接基板。它要把晶圆端细密的焊盘间距,转接、放大到PCB能布线的间距。它像立交桥,把密密麻麻的小路,疏导成后端能接上的宽接口。
最后一块,是探针。也是最核心、最贵、最像耗材的那部分。探针大概占整张卡价值的50%到60%,甚至60%以上。这个比例,真不低。你拆开一看,最值钱的不是板子,是针尖。
按针的排布不同,探针卡分几类。
悬臂式、垂直式,主要面向成熟芯片。模拟、电源管理、低端逻辑,这些领域用得多。它们像老练工人,干的是成熟产线上的活。
薄膜式探针卡,主要用在射频、光这些对速率有要求的领域。以后如果走CPU技术路线,晶圆测试更多,薄膜探针卡也会更忙。
但今天真正站在C位的,是两类:2D MEMS和2.5D/3D MEMS。
2D MEMS,面向先进逻辑。GPU、手机芯片、CPU、AP,基本都在这个范围。它要解决的是:怎么把一颗复杂芯片,一次测好。
2.5D/3D MEMS,面向存储。NAND、DRAM、HBM,这些多平面垂直堆叠的东西。它像千层饼,也像叠起来的羊肉串。它要解决的是:怎么让一张卡一次多测几颗die,把效率拉满。
一个求“一次测好”,一个求“一次测多”。这俩逻辑,后面会反复打架。
针尖上有四道鬼门关,真不是夸张探针卡难在哪?难在针尖上。
第一关,共面度。
晶圆是个平面。探针卡上的针,也得尽可能在同一个平面上。不然你没法一次把所有die测完,只能反复下压。像盖章,章面不平,按一次不够,还得按三次。效率、损耗、成本,全上去了。
第二关,力学。
针要接触pad点或者bump点,就会有针痕,会有磨损。它得扛住阻抗,得能弹性恢复,得保证使用寿命。很多探针下压30万次左右就可能报废。设计寿命可能写100万次,但行业经验数据常常是30万次上下。对,很多卡活不到设计寿命。槽点就在这。
第三关,信号完整性。
它毕竟是传信号的核心部件。PCB、基板、针,整套系统要协同。不能让ATE的信号漏传、失真。信号一旦走丢,测试就失去意义。
第四关,热稳定性。
芯片越来越复杂,晶圆测试会在不同温度下做。50摄氏度测一道,150摄氏度测一道,250摄氏度再测一道。探针卡要在高温下保持正常。不能软,不能翘,不能乱。
这四关,每一关后面都是工艺、材料、经验的硬仗。
更关键的是,MEMS探针的制造,跟PCB钻针完全不是一个思路。PCB钻针很多是磨床磨出来的。MEMS探针用的是半导体级别工艺:光刻、薄膜沉积、合金化学沉积、CMP研磨、清洗、刻蚀……它更像造一座微型城市,而不是打一根铁针。
装配也不简单。针要固定到转接基板上,怎么bonding,怎么焊接,怎么装配,都是难点。过去很多靠人工插针。现在间距越来越小,精度越来越高,自动化植针机、绑定设备纷纷上场。个别精密环节,还得人工补位。
所以别小看一根针。它背后是一整套半导体级的手艺。
基板也在暗战:有机、陶瓷,后面还有玻璃基板,是探针卡里另一个关键材料。
它夹在探针头和PCB之间,要把芯片端细小的间距重新分布,放大到后端PCB的接口。它既要热稳定,又要平整,还要扛得住高速信号。
现在高端2D MEMS,尤其是算力用的,多用多层有机基板,也就是MLO。它的优势是层数高、孔位多、高速信号传输性能好。
2.5D MEMS,存储用的,多用多层陶瓷基板。陶瓷硬、平、热稳定性好、刚性强,能布更多针。
再往后看,玻璃基板正在招手。玻璃更硬、更平,加热后翘曲概率更低,能更好保证针的平面度和温度一致性。
至于PCB板,相对来说没那么关键。外采也能买到。三块拼图里,探针最重要,基板其次,PCB再次。
它不是设备,是耗材。这才是最迷人的地方探针卡最迷人的地方,在于它不是设备,而是耗材。
它像剃须刀刀片,像打印机墨盒。用着用着,就要换。
行业里一般按touch down次数衡量寿命。设计寿命可能100万次,但经验数据常常在30万次左右。更关键的是,很多探针卡根本用不到物理寿命,就提前退役了。
为什么?
因为芯片变了。
每一款芯片,引脚数量、排布、间距、测试要求都不一样。从设计验证到量产,至少对应一张专门开发的探针卡。探针卡的生命周期,跟特定芯片紧紧绑在一起。
芯片开始设计,开始流片,开始研发,定制化探针卡的需求就出来了。芯片产业化推进,转入量产,新增订单又跟上。芯片迭代越快,探针卡需求越旺盛。
所以,它的采购量,远远大于很多人想象。很多卡还没用到设计寿命,就报废、替换掉了。
这就是耗材逻辑的可怕之处。也是它性感的地方。
逻辑和存储,要的东西真不一样逻辑芯片和存储芯片,对探针卡的要求不一样。
逻辑芯片,看的是被测对象有多复杂。AI芯片、GPU,IO数量夸张增长。手机芯片几百个引脚够用,高端GPU可能要几千个。针数越来越多,针间距越来越小,承载电流越来越高,bump也在往更先进的方向升级。2D MEMS要做的,是把一颗复杂芯片一次测好。
存储芯片,看的是并行数。它希望一张卡一次多测几颗die,减少touch down次数,把测试效率拉起来。因为存储对产能、成本、速率更敏感。2.5D/3D MEMS要做的,是让单位时间里的被测对象尽可能多。
一个求“一次测好”,一个求“一次测多”。
但不管逻辑还是存储,探针卡的通胀逻辑都一样:芯片越复杂,针数越多;针数越多,卡越贵;芯片迭代越快,卡换得越勤。
间距从70微米向30微米缩短,针数从三四万根向6万根、7万根、8万根爬升。单针价格从四五十、五六十元,向80多元上涨。DRAM一张卡,24年可能500多万元,如今接近700万元,未来可能奔着800万、900万元去。
针尖虽小,价格却在跳舞。这个账,越算越有意思。
算账:价格在通胀,需求在放量探针卡市场怎么算?无非两个数:一张卡多少钱,一年需要多少张卡。
价格端,看针数、单针售价,再加基板、PCB等成本倍率。需求端,看一年要下压多少次,再除以单针有效寿命。
比如一年需要下压900万次,单针一年只能下压30万次,那就需要30张卡。简单,却暴力。
再往下拆,就是晶圆产能和bump数量。
存储和先进逻辑,今明两年都在大扩产。今年存储扩12万片,明年扩25万片。存量产能持续增长,被测对象就持续增长。
每张晶圆上,bump数量也在增长。先进封装让bump数、pad点数越来越多,针的损耗也越来越大。
全球探针卡需求,按25年口径,大约30亿美金,折合200亿人民币左右。逻辑非存储占七成,存储占三成。国内大约6到7亿美金,五六十亿人民币,占全球20%多。
但国内需求,可能迎来爆发。
DRAM今年采购需求十几亿,27年可能二十几亿。NAND相对没那么重要。注意,我这里说的是就晶圆测和探针卡口径,现阶段NAND的CP环节少,结构也简单,不是说他永远没需求。别误会。
真正重要的是HBM。
HBM像叠羊肉串。base die上面,要叠8层、10层、12层DRAM die。极端情况下,每叠一层就要测一下。每叠一个,测一下;每叠一个,测一下。CP测试量可能放大5到6倍,极端情况8到12倍。
正常量产里,良率做得好,可能每叠两个die测一次。但即便这样,叠10层也要多测5次。下压次数放大5倍,探针消耗指数级增长。
粗略测算,1万片HBM成品,大约需要5亿元探针卡。这比DRAM、NAND,甚至很多逻辑市场都要大。
逻辑这边,高端逻辑今年二十几亿,明年可能四五十亿,甚至如果国产算力卡出货超预期,可能冲到60亿以上。普通逻辑今年30亿左右,未来平稳增长。
合起来看,28年国内存储加逻辑需求,可能超过200亿。今年还不到100亿。两年时间,市场有望翻倍。
当然,这些测算里的假设,你可以自己调。分析师也说了,逻辑摆在这,数据大家可以按自己觉得fair的来。我觉得这个态度挺好,不装神弄鬼。
全球四座山,中国一把刀全球探针卡竞争格局,像四座大山。
FormFactor,全球龙头,份额20%以上。Technoprobe,意大利公司,全球约16%。MGC,日本公司,十几个点。MPI旺硅,台湾公司,约10%。
这四家,基本是全球算力公司和存储原厂买得最多的探针卡公司。
但格局在松动。
FormFactor份额从19年接近30%,跌到25年约20%。产能扩得慢,中国市场受影响,盈利也一般。毛利率四十几个点,净利率十几个点。怎么说呢,老大有老大的包袱。
Technoprobe毛利率爬坡到50%左右。MGC做存储探针卡,毛利率到50%,净利率从10%爬到二十几个点。MPI旺硅更漂亮,毛利率从21年40个点,到26年上半年接近60%;净利率从十几个点,到30%。台股市场也给了它千亿市值。
而中国大陆,强一股份正在杀出。
它是目前国内唯一进入全球前10的探针卡公司,去年全球市占率提升到4%。它是国内唯一具备2D和2.5D MEMS探针卡量产能力的公司。
客户名单很硬:B公司,你懂的,就是华为;还有摩尔、壁仞、中芯微、地平线等算力公司;存储那边有长鑫、长存;高频薄膜探针卡还接触高通等海外公司。
业绩也猛。21年到25年,收入复合增速70%以上。净利润24年转到2亿多,去年4亿多,今年上半年已经2亿多。
毛利率从21年35个点,提升到26年上半年60个点,翻倍。净利率35%左右,去年接近40%。这个盈利表现,碾压不少海外同行。说实话,有点东西。
强一凭什么猛?不是只靠国产替代四个字强一猛,不只是因为“国产替代”这四个字好听。
第一,产品高端。它主打高端逻辑、手机逻辑、存储卡,不做低毛利设备。FormFactor、Technoprobe有些设备拖累,毛利率可能只有三四个点。强一纯探针卡,轻装上阵。
第二,人工成本低。强一人工成本占8%左右,MPI占18%,Technoprobe占17%。国内工程师红利,加上自动化提效,规模效应一起来,毛利率就往上走。
第三,研发投入不低。研发费用率跟海外差不多,十几个点;研发人员占比20%左右。
第四,资本开支凶猛。海外FormFactor今年上半年资本开支还在下降,强一从24、25年开始持续加码。今年上半年资本开支投了6个亿。
产能随之快速爬坡。2D MEMS探针卡从四百多万只级别,提升到一年一千五百万只级别。月产约300万根针,月产值约2亿人民币,年化产值20到30亿。明年产能还可能继续翻倍扩,28、29年加速释放。
这背后,是算力贝塔,是存储贝塔,也是国产替代的贝塔。
当然,话说回来,强一也不是没有对手。只是目前在晶圆CP探针卡这个环节,它确实是国内top one。其他一些公司,比如泽丰、道格特、涛盛、依然,很多还没上市。和林微纳这类,更多在FT探针、海外客户那边,跟强一不在同一个竞争赛道。强一做的是晶圆CP探针卡,面向国内算力客户,海外生意没做太多。
这个区别,挺关键。别一激动,把不同环节的公司全塞进一个估值逻辑里。
最后说点真心话所以,探针卡不是配角。
它不制造芯片,却决定芯片能不能量产;它不分析信号,却决定信号能不能抵达;它不直接贡献算力,却卡在算力与存储的咽喉要道。
下游是高端算力和存储两大贝塔。上游是针、基板、PCB、MEMS工艺、自动化装配。中间站着强一股份这样正在崛起的国产龙头。
它像针尖上的舞者,在极小的间距里,跳出极大的市场。
芯片越复杂,它越忙;算力越爆发,它越贵;存储越堆叠,它越消耗。
一句话总结:探针卡,是一个藏在测试机与晶圆之间的隐形冠军赛道。针尖很小,但挑起的,是AI与存储的明天。
针尖上的战争,才刚刚开始。
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