半導(dǎo)體設(shè)備是半導(dǎo)體行業(yè)的支撐行業(yè),其制造工藝復(fù)雜,各個(gè)不同環(huán)節(jié)需要的設(shè)備也不同,從流程分類來看,半導(dǎo)體設(shè)備主要可分為硅片生產(chǎn)過程設(shè)備、晶圓制造過程設(shè)備、封測(cè)過程設(shè)備等。這些設(shè)備分別對(duì)應(yīng)硅片制造、集成電路制造、封裝、測(cè)試等工序,分別用在集成電路生產(chǎn)工藝的不同工序里。

以集成電路各類設(shè)備銷售額推算各類設(shè)備比例,在整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)中,晶圓制造設(shè)備主體占比 81%,封裝設(shè)備占 6%,測(cè)試設(shè)備占 8%,其他設(shè)備占  5%。

廣義上的半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備,分為前道量測(cè)(半導(dǎo)體量測(cè)設(shè)備)  和后道測(cè)試(半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備)。前道量測(cè)主要用于晶圓加工環(huán)節(jié),目的是檢查每一步制造工藝后晶圓產(chǎn)品的加工參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求或者存在影響良率的缺陷,屬于物理性的檢測(cè);半導(dǎo)體后道測(cè)試設(shè)備主要是用在晶圓加工之后、封裝測(cè)試環(huán)節(jié)內(nèi),目的是檢查芯片的性能是否符合要求,屬于電性能的檢測(cè)。測(cè)試分兩個(gè)階段,一個(gè)是CP(Chip  Probing)測(cè)試,也就是晶圓(Wafer)測(cè)試,另外一個(gè)是FT(Final Test)測(cè)試。

CP測(cè)試在整個(gè)芯片制作流程中處于晶圓制造和封裝之間。晶圓(Wafer)制作完成之后,成千上萬的裸DIE規(guī)則的分布滿整個(gè)Wafer。由于尚未進(jìn)行劃片封裝,芯片的管腳全部裸露在外,這些極微小的管腳需要通過更細(xì)的探針(Probe)來與測(cè)試機(jī)(Tester)連接從而進(jìn)行芯片測(cè)試,其目的有2個(gè),1個(gè)是監(jiān)控前道工藝良率,另一個(gè)是降低后道成本(避免封裝過多的壞芯片)。

FT測(cè)試,也就是把芯片封裝好再進(jìn)行的測(cè)試,封裝測(cè)試最重要的目標(biāo)就是避免將有缺陷的器件放入系統(tǒng)之中。需要用到的設(shè)備是測(cè)試機(jī)和分選機(jī)。

根據(jù) SEMI 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),測(cè)試設(shè)備中測(cè)試機(jī)在晶圓測(cè)試和成品測(cè)試兩個(gè)環(huán)節(jié)皆有應(yīng)用,因此占比最大達(dá)到 63.1%,分選機(jī)占 17.4%、探針臺(tái)占  15.2%。隨著全球半導(dǎo)體行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。按照 SEMI 對(duì)全球半導(dǎo)體專用設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展的預(yù)測(cè),2020 年及 2021  年,全球半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)規(guī)?；?qū)⒎謩e達(dá)到 52.2 億美元及 56.1 億美元。

測(cè)試機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

半導(dǎo)體測(cè)試機(jī)的技術(shù)核心在于功能集成、精度與速度、與可延展性。隨著芯片工藝的發(fā)展,一片芯片上承載的功能越來越多,測(cè)試機(jī)需要測(cè)試的范圍也越來越大,這就對(duì)測(cè)試機(jī)提出了考驗(yàn),測(cè)試機(jī)的測(cè)試覆蓋范圍越廣,能夠測(cè)試的項(xiàng)目越多,就越受客戶青睞。測(cè)試機(jī)龍頭企業(yè)主要是泰瑞達(dá)和愛德萬,二者市占率分別約為50%和40%;中高端芯片測(cè)試機(jī)幾乎被國外企業(yè)壟斷,國內(nèi)華峰測(cè)控和長(zhǎng)川科技在部分細(xì)分領(lǐng)域也有所突破,概倫電子致力打造存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)全流程EDA,實(shí)現(xiàn)DTCO(設(shè)計(jì)工藝協(xié)同優(yōu)化)真正落地的從數(shù)據(jù)到仿真的創(chuàng)新EDA解決方案。

探針臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

按照探針臺(tái)占整個(gè)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備投資的15.2%測(cè)算,2018年、2019年、2020年全球的探針臺(tái)市場(chǎng)規(guī)模約為56.6億元、46.2億元、42.96億元,疫情結(jié)束后2021年、2022年有望將達(dá)到51.56億元、59.29  億元的需求。國內(nèi)探針臺(tái)市場(chǎng)規(guī)模2019年約為10.25億元,2022年將增長(zhǎng)到15.69億元。

由于探針臺(tái)技術(shù)門檻高,研發(fā)周期長(zhǎng)且投入成本大,目前全球高端探針臺(tái)市場(chǎng)仍主要被日韓等國所占據(jù);近年來在國家對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的大力扶持下,國產(chǎn)化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程不斷加快,中國半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)將加速迎來國產(chǎn)替代的機(jī)會(huì),在國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)中,探針臺(tái)是我國目前最有希望能實(shí)現(xiàn)高國產(chǎn)化率的設(shè)備。

探針臺(tái)主要是東京電子(TEL)、東京精密(TSK),二者市場(chǎng)占有率合計(jì)超過  80%;國內(nèi)企業(yè)中長(zhǎng)川科技的主要產(chǎn)品為測(cè)試機(jī)和分選機(jī),探針臺(tái)處于研發(fā)階段;森美協(xié)爾科技(SEMISHARE)在2016年啟動(dòng)了對(duì)全自動(dòng)晶圓探針臺(tái)項(xiàng)目的研發(fā),并逐步開始布局工業(yè)級(jí)晶圓探針臺(tái)領(lǐng)域市場(chǎng),據(jù)行業(yè)消息,在2021年3月其推出國內(nèi)首款晶圓級(jí)A12全自動(dòng)探針臺(tái)?？偟膩砜?國內(nèi)廠商近幾年奮起直追,正在縮小與國外先進(jìn)廠商的技術(shù)差距。

國內(nèi)探針臺(tái)市場(chǎng)現(xiàn)狀:

分選機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

集成電路分選設(shè)備應(yīng)用于芯片封裝之后的FT測(cè)試環(huán)節(jié),它是提供芯片篩選、分類功能的后道測(cè)試設(shè)備。分選機(jī)負(fù)責(zé)將輸入的芯片按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的取放方式運(yùn)輸?shù)綔y(cè)試模塊完成電路壓測(cè),在此步驟內(nèi)分選機(jī)依據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行取舍和分類。分選機(jī)主要是愛德萬、科休&愛普生等,合計(jì)市場(chǎng)占率合計(jì)約  60%,國內(nèi)參與的企業(yè)主要有長(zhǎng)川科技等。

半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備行業(yè)屬于技術(shù)密集型和資本密集型相結(jié)合的行業(yè),集計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信、電子和微電子等技術(shù)于一身,對(duì)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作有著很高的要求,在技術(shù)、人才、客戶資源、資金、產(chǎn)業(yè)整合方面存在較高的進(jìn)入壁壘:

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展,芯片線寬尺寸不斷減小,耐高壓、耐高溫、功率密度不斷增大、制造工序逐漸復(fù)雜,對(duì)半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備要求愈加提高,測(cè)試設(shè)備的制造需要綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信、電子和微電子等學(xué)科技術(shù),具有技術(shù)含量高、設(shè)備價(jià)值高等特點(diǎn)。

2、客戶對(duì)測(cè)試的精度要求在提升,測(cè)試電壓精確到微伏(μV)、測(cè)試電流精確到皮安(pA)、測(cè)試時(shí)間精確到百皮秒(100pS)。對(duì)于極小電流和極小電壓的測(cè)試,測(cè)試設(shè)備要通過一些技術(shù)訣竅來克服信號(hào)干擾導(dǎo)致測(cè)試精度偏差的難題。

3、隨著大功率器件及第三代半導(dǎo)體功率器件的廣泛應(yīng)用,芯片的電路密度和功率密度更大,功率半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)的電流/電壓及脈寬控制精度的測(cè)試要求不斷提高。企業(yè)要具備較強(qiáng)的研發(fā)能力,能夠快速響應(yīng)客戶的技術(shù)要求,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)的升級(jí)和迭代。

4、客戶資源積累需要長(zhǎng)時(shí)間市場(chǎng)耕耘,半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備存在一個(gè)使用習(xí)慣和技術(shù)信任問題,一旦在產(chǎn)線/實(shí)驗(yàn)室投入使用,客戶在后期很難出現(xiàn)產(chǎn)品替換。在獲得半導(dǎo)體客戶訂單前,下游客戶特別是國際知名企業(yè)認(rèn)證的周期較長(zhǎng),測(cè)試設(shè)備的替換需要一系列的認(rèn)證流程,包括企業(yè)成立時(shí)間、發(fā)展歷史、環(huán)保合規(guī)性、測(cè)試設(shè)備質(zhì)量,內(nèi)部生產(chǎn)管理流程規(guī)范性是否達(dá)到客戶的要求等方面;客戶還需要結(jié)合產(chǎn)線安排和芯片項(xiàng)目的情況,對(duì)測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性、精密性與可靠性、一致性等特性要求進(jìn)行驗(yàn)證?？蛻魢?yán)格的認(rèn)證制度和長(zhǎng)認(rèn)證周期增加了新進(jìn)入的企業(yè)獲得訂單的難度和投入。

半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備國產(chǎn)替代化機(jī)會(huì)

1、5G換機(jī)潮、新能源汽車、通信驅(qū)動(dòng),半導(dǎo)體設(shè)備消費(fèi)力大增

2021年5G換機(jī)潮仍將延續(xù),有機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2021年智能手機(jī)銷量有望同比增長(zhǎng)10%。新能源汽車方面,當(dāng)前全球多國已宣布燃油車禁售時(shí)間,加之國內(nèi)政策補(bǔ)貼等,國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)前訂單非常飽滿,并可能有5-10年的持續(xù)高增長(zhǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)。通信領(lǐng)域,5G帶動(dòng)行業(yè)發(fā)展提速,行業(yè)空間再次被打開。因此半導(dǎo)體上游整體處于景氣向上狀態(tài),半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備整體行業(yè)份額也隨市場(chǎng)擴(kuò)張而增大。

2、中游晶圓廠資本開支大增,利好設(shè)備公司

雖然目前幾乎所有的晶圓代工和IDM公司的產(chǎn)能都已經(jīng)打滿,但依然無法滿足去年以來大幅增加的下游需求。因此,在這種情況下,各大晶圓廠紛紛加大資本開支,進(jìn)入大規(guī)模的擴(kuò)產(chǎn)階段。

3、長(zhǎng)期規(guī)模投資為國產(chǎn)裝備營造極佳的發(fā)展環(huán)境。

根據(jù)中國招標(biāo)網(wǎng)披露的國內(nèi)幾條晶圓廠的主要國產(chǎn)裝備中標(biāo)看國產(chǎn)化率正在逐步提升,隨著后期國產(chǎn)裝備逐步驗(yàn)證通過,以及晶圓廠工藝順利進(jìn)展、逐步提升產(chǎn)能,國產(chǎn)化率有較大提升空間

4、自主發(fā)展已成共識(shí),國產(chǎn)化進(jìn)程加速

華為、中興事件后,IC產(chǎn)業(yè)政策扶持力度加碼,未來隨著國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入密集建設(shè)期,國內(nèi)企業(yè)在國家政策和市場(chǎng)需求推動(dòng)下加大研發(fā),我國有望加快集成電路國產(chǎn)化集成,逐步實(shí)現(xiàn)從低端向高端替代,從而減少對(duì)集成電路進(jìn)口,減少國外依賴的局面。在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域也將奮起直追,逐步提高國產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量、擴(kuò)大國產(chǎn)測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)份額。