半导体测试设备行业研究分析报告

2019年03月19日 作者:satoll

预计未来国内会出现5-10家在各自细分市场领先的测试设备企业,通过并购最终形成2-3家国际领先的半导体测试设备企业。

核心观点

行业概览

  • 半导体测试是半导体生产过程中的重要环节,其核心测试设备包括测试机、分选机、探针台。
  • 其中,测试机是检测芯片功能和性能的专用设备,分选机和探针台是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来的专用设备,与测试机共同实现批量自动化测试。
  • 受益于国内封装测试业产能扩张,半导体测试设备市场快速发展。
  • 2017年半导体测试设备市场规模为50.1亿美元。随着2018-2020年中国大陆多家晶圆厂陆续投产及量产,国内封测厂将陆续投入新产线以实现产能的配套扩张,将带动国内半导体测试设备行业高速增长。

 

投资机会

  • 目前半导体测试设备市场仍由海外制造商主导,少数优秀本土制造商奋起直追。
  • 其中,海外制造商泰瑞达、爱德万和科休占全球测试设备市场份额接近85%,同时以华峰测控、长川科技为代表的本土企业已掌握自主核心技术,成功进入国内封测龙头企业供应链体系。
  • 自主研发和并购将成为国内测试设备企业的必经之路。
  • 预计未来国内会出现5-10家在各自细分市场领先的测试设备企业,通过并购最终形成2-3家国际领先的半导体测试设备企业。

 

1、半导体测试设备简述

1.1 测试是贯穿半导体生产过程的核心环节

半导体的生产流程包括晶圆制造和封装测试,在这两个环节中分别需要完成晶圆检测(CP, Circuit Probing)和成品测试(FT, Final Test)。无论哪个环节,要测试芯片的各项功能指标均须完成两个步骤:一是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来,二是通过测试机对芯片施加输入信号,并检测输出信号,判断芯片功能和性能是否达到设计要求。

图1:半导体生产流程

资料来源:九鼎投资整理

测试环节通常由芯片设计公司委托晶圆厂、封测厂或者第三方测试公司(以下统称测试公司)进行,具体分为两种商业模式:一是芯片设计公司根据产品类型、功能和设计要求等向测试公司指定特定测试设备进行测试;二是如果芯片设计公司的产品属于技术上比较成熟的领域,芯片设计公司会直接委托测试公司,由测试公司根据自身设备排产情况选择相应的测试设备进行测试。因此,测试设备制造商在进行产品开发和渠道拓展时需要兼顾设计公司和测试公司两方的需求。

1.2 半导体测试的三大核心设备:测试机、分选机、探针台

半导体制造是人类迄今为止掌握的工业技术难度最高的生产环节,是先进制造领域皇冠上的一颗钻石。随着半导体技术不断发展,芯片线宽尺寸不断减小,制造工序逐渐复杂。目前国际上7 nm制程已进入产业化阶段,需要近2000道工序,先进的制程和复杂的工序将持续提升对于先进设备的需求。

晶圆制造环节设备包括光刻机、化学气相淀积设备、物理气相淀积设备、刻蚀机、离子注入机、褪火设备、清洗设备等;封装环节设备包括研磨减薄设备、切割设备、度量缺陷检测设备、装片机、引线键合设备、注塑机、切筋成型设备等;测试环节设备包括测试机(ATE,Automatic Test Equipment)、分选机(Handler)、探针台(Wafer Prober)等。这些设备的制造需要综合运用光学、物理、化学等科学技术,目前最先进的设备已经在进行原子级别的制造,具有技术含量高、制造难度大、设备价值高等特点。

在测试设备中,测试机用于检测芯片功能和性能,探针台与分选机实现被测芯片与测试机功能模块的连接。晶圆检测环节需要使用测试机和探针台,成品测试环节需要使用测试机和分选机,具体测试流程如下:

(1)晶圆检测环节(CP)

晶圆检测是指通过探针台和测试机的配合使用,对晶圆上的裸芯片进行功能和电参数测试,其测试过程为:探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置,芯片的Pad 点通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接,测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号,判断芯片功能和性能是否达到设计规范要求。测试结果通过通信接口传送给探针台,探针台据此对芯片进行打点标记,形成晶圆的Map图。

(2)成品测试环节(FT)

成品测试是指通过分选机和测试机的配合使用,对封装完成后的芯片进行功能和电参数测试,其测试过程为:分选机将被测芯片逐个自动传送至测试工位,被测芯片的引脚通过测试工位上的基座、专用连接线与测试机的功能模块进行连接,测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号,判断芯片功能和性能是否达到设计规范要求。测试结果通过通信接口传送给分选机,分选机据此对被测芯片进行标记、分选、收料或编带。

2、 行业发展现状和趋势

2.1 全球半导体产业稳步增长,中国市场发展强劲

随着PC、手机、液晶电视等消费类电子产品需求不断增加,同时在以先进制造、新能源汽车、物联网、5G、人工智能、云计算、大数据、新能源、医疗电子和安防电子等为主的新兴应用领域强劲需求的带动下,全球半导体产业持续增长。根据Gartner数据,2017年在存储器市场量价齐升的带动下,全球半导体市场规模同比增长22.2%,达到4,197亿美元,2007-2017年CAGR为3.95%,其中集成电路市场规模为3,402亿美元,占比81.4%。随着全球经济稳步增长,预计未来全球半导体市场规模增速在6%以上。

图2:2007-2017年全球半导体市场规模及增速

数据来源:Gartner

2017年国内集成电路市场规模为14,251亿人民币(折合2,069亿美元),同比增长18.9%,占全球集成电路市场规模的60.8%,2007-2017年CAGR为8.82%(高于全球3.95%的水平),中国已经成为全球最大的集成电路市场。随着产业结构的加快调整,中国集成电路的需求将持续增长,预计未来几年年均增速将达到10-15%,超过全球增长率。

图3:2007-2017年中国集成电路市场规模及增速

数据来源:中国半导体行业协会(CSIA)

注:中国统计口径为集成电路,约占半导体市场规模的80%,其余20%为分立器件、光电子芯片及传感器芯片。

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