半导体存储器件测试设备行业市场突围战略研究

半导体存储器件测试设备行业市场突围战略研究 一、 半导体测试设备行业发展情况 根据SEMI统计，2021年，全球半导体设备销售额相比2020年的712亿美元增长了44%，达到1，026亿美元；中国大陆地区已成为半导体设备的最大市场，销售额增长58%，达到296亿美元；2021年，晶圆制造设备、封装设备、测试设备分别占半导体设备市场的85．6%、6．8%和7．6%。 半导体测试贯穿整个半导体制造过程，广义上的半导体测试设备包括前道量测设备和后道测试设备。前道量测设备包括量测类和缺陷检测类质量控制设备；后道测试设备包括测试机、探针台、探针卡等晶圆测试设备，及测试机、老化修复设备、分选机等封装测试设备。 根据SEMI统计，2020年，中国大陆半导体测试设备市场规模约为91．4亿元，2015-2020年复合增长率达29．3%；测试机占测试设备市场规模的63．1%；存储器件测试机和SoC（系统级芯片）测试机分别约占测试机品类的44%和23%，是最主要的应用领域。 二、 新型显示器件产业概况 显示器件在信息交流中承担了人机交互作用，是信息传输过程中的关键环节。按照显示原理的不同，主流的平板显示器件（FPD）可以分为主动发光显示（像素发光，短程成像）、被动发光显示（像素不发光，依靠外部光源）、激光投影显示（像素发光，长程成像）。其中，被动发光显示主要包括液晶显示（LCD）、电子纸显示（EPD）等，主动发光显示主要包括电致发光显示（EL）、等离子体显示（PDP）、场发射显示（FED）、发光二极管显示（LED）等。 当前，主动发光显示中的有源矩阵有机发光二极管显示（AMOLED）与被动发光显示中的薄膜晶体管液晶显示（TFT-LCD）主导显示器件产业发展；AMOLED工艺持续改进，应用形态快速拓展，技术创新与规模效应带动成本不断下降；TFT-LCD利用工艺成熟，成本低廉，长期保持市场份额，且在新技术加持下不断提升显示性能；与此同时，MiniLED、MicroLED、激光投影显示等技术崭露头角，市场关注度高、技术进步快，多元化的显示技术共同构成了新型显示的范畴。 新型显示器件行业属于资金和技术密集型行业，围绕新型显示技术发展起来的产业具有投资规模大、技术进步快、辐射范围广、产业集聚度高等特点，目前全球参与竞争主要企业仅十余家，主要集中在中国大陆地区、韩国、中国台湾地区及日本。经过多年的追赶和在政府的一系列政策支持下，我国新型显示器件行业迅速发展和提升，改变了全球显示器件产业的格局，成为重要的一极，国际话语权也日益增强。 根据中国电子信息产业发展研究院报告，截至2020年末，中国大陆已建成6代及以上新型显示器件产线35条，新型显示器件产线总投资达到1．24万亿元，年产能达到2．22亿平方米；2020年度，中国大陆新型显示器件产业营收达到4，460亿元，同比增长20%，增速领跑全球，全球占比40%，产业规模位居全球第一。 三、 分类状况 从技术原理上看，检测和量测包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术等。目前，在所有半导体检测和量测设备中，应用光学检测技术的设备占多数。光学检测技术基于光学原理，通过对光信号进行计算分析以获得检测结果。在生产过程中，晶圆表面杂质颗粒、图案缺陷等问题的检测和晶圆薄膜厚度、关键尺寸、套刻精度、表面形貌的测量均需用到光学检测技术。 四、 检测和量测设备竞争格局 全球半导体检测和量测设备市场呈现国外设备巨头垄断格局。根据数据，全球市场中，2020年科磊半导体市占率超过50%，应用材料、日立、雷泰光电、创新科技等前五大公司合计市场份额占比超过了82．4%，市场集中度较高。中国市场中，科磊半导体达到58．4%，呈一家独大格局，前五大公司合计市场份额占比达到78．1%。 本土企业市场份额较低，其中中科飞测产品主要包括无图形晶圆缺陷检测设备系列、图形晶圆缺陷检测设备系列、三维形貌测量设备系列和薄膜膜厚量测设备系列等产品，已应用于国内28nm及以上制程的集成电路制造产线。上海睿励致力于集成电路生产前道工艺检测领域设备研发和生产，产品主要为光学膜厚测量设备和光学缺陷检测设备，以及硅片厚度及翘曲测量设备等。上海精测半导体前道检测设备领域，以椭圆偏振技术为核心开发了适用于半导体工业应用的膜厚测量以及光学关键尺寸量测系统的产品，目前中科飞测、精测电子、上海睿励2021年在国内检测量测设备市场份额仅1．9%、0．7%、0．2%。 KLAInstruments和TencorInstruments相继成立于1976年和1977年，并于1997年合并成立科磊半导体，总部位于美国硅谷。该公司聚焦于检测设备的研发、生产和销售，其产品线涵盖了质量控制全系列设备。根据科磊半导体2022年年报披露显示，其检测和量测设备实现营业收入79．25亿美元，占比企业整体营收86%左右。 康特科技成立于1987牛，总部位寸以色列米格达勒埃姆克。该公司是半导体行业高端检测和量测设备的制造商，其产品应用于前道、先进封装等领域，为众多行业内领先的全球IDM、OSAT和代工厂提供服务。根据康特科技2021年年报披露显示，其全年实现营业收入2．70亿美元，其中检测和量测设备营收2．59亿美元，占比96．2%。 阿斯麦（荷兰）量测业务优势领域在套刻误差测量、电子束检测，应用材料（美国）优势领域也在电子束检测，新星测量仪器（以色列）优势领域在膜厚检测设备，日立（日本）则主要是CD-SEM（关键尺寸量测-电子束）处于行业领先地位，雷泰光电（日本）则聚焦EUV掩模版检测，创新科技（美国）优势在于关键尺寸测量和缺陷检测。 五、 检测和量测技术背景 在检测环节，光学检测技术可进一步分为无图形晶圆激光扫描检测技术、图形晶圆成像检测技术和光刻掩膜板成像检测技术。 在量测环节，光学检测技术基于光的波动性和相干性实现测量远小于波长的光学尺度，集成电路制造和先进封装环节中的量测主要包括三维形貌量测、薄膜膜厚量测、套刻精度量测、关键尺寸量测等。 六、 智能检测及自动化设备行业概况 智能测试及自动化设备行业主要应用于消费电子、平板显示工业、汽车电子、医疗电子及相关电子零部件产品的外观、性能、功能等多方面检测。该行业具备较强的定制化特征，融合光、机、电、算、软等多学科发展，技术含量较高。 电子产品功能多样化和设计复杂化导致产品检测种类繁多、精度要求高，检测范围囊括PCB、PCBA、芯片电路、功能性模组等诸多领域。在PCBA检测领域，ICT测试及FCT测试是广泛应用的、现代电子企业必备的生产测试工序。ICT测试的原理是通过探针接触测试点后通电，来检测成品线路板所有零件的焊接情况，可以有效检测漏装、错装、参数值偏差等问题。 FCT测试系通过模拟的成品线路板的运行环境，使其工作于各种设计状态，从而获取到各个状态的参数来验证测试目标板的功能好坏。在功能性模组检测领域，通常有显示测试、无线射频测试、音频测试、传感器测试等。显示屏测试主要用于检测LCD及OLED屏幕的亮度、颜色、对比度、均匀度等。无线射频测试主要检测无线电信号带宽、功率及频率等指标。 近年来，机器视觉技术快速发展，基于机器视觉开发的自动光学检测设备（AutomatedOpticalInspection，AOI）得到较大范围应用，如在PCB检测方面，机器通过摄像头自动扫描PCB，采集图像，测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较，经过图像处理，检查出PCB上缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来，供维修人员修整。 又如在显示屏检测领域，AOI可以自动检测显示屏的外观缺陷、颜色、坏点等情况，并通过算法判定是否通过检测。机器视觉技术具备检测速度快、准确率较高、可靠性高等优点，完全可以辅助甚至代替人工目检，实现自动检测。 七、 半导体测试设备行业发展趋势 （一）半导体测试设备市场需求持续旺盛 半导体行业技术变革持续带动行业增长。以半导体存储器件为例，其将在5G、AI及汽车智能化的驱动下步入下一轮成长周期。根据IDC统计，DRAM和DFlash一直占据半导体存储器件市场的主导地位，2020年占比分别超过50%和40%。市场广阔需求有利于半导体测试设备企业的发展壮大。 （二）半导体测试设备技术要求愈来愈高 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，对半导体测试设备在测试功能模块、测试精度、响应速度、应用程序定制化、平台可延展性以及测试数据的存储、采集和分析等方面提出愈来愈高的要求。 （三）半导体测试设备国产化水平加速提升 随着我国半导体产业发展阶段逐步走向成熟，在国际贸易争端频起的背景下具备自主可控和产业链安全等特点的国产设备将逐渐成为各大半导体厂商的首选，测试设备国产化水平加速提升，持续加强国内半导体制造业的支撑效力。 八、 检测设备行业面临的挑战 （一）检测设备行业产业创新能力有待提高 随着我国新型显示器件产线不断建设以及技术更新，国产面板检测设备在Cell/Module制程中应用已较为广泛，但在Array制程中检测设备国产化率仍然较低。国半导体测试设备在中低端领域已实现突破并占有一定的市场，但是在高端检测设备领域发力不足，与国际先进设备有较大差距。产业有待进一步提高创新能力和发展质量，加快科技创新成果向现实生产力转化。 （二）检测设备行业专业技术人才仍然稀缺 新型显示器件检测设备及半导体测试设备行业是知识和技术密集型的新兴战略产业，涉及精密光学、机械设计、电气设计、计算机、集成控制与信息处理等多个技术领域，并且要求对下游器件的制造流程、生产工艺以及技术发展和变迁趋势有深刻理解。近年来，我国对半导体全产业链的发展和相关人才培养的重视程度不断提升，政策支持力度不断加大，但相关的研发人才、管理人才培养周期较长、难度较大，高端人才仍存在一定缺口。 （三）检测设备行业行业资金实力需求较高 为保持技术的先进性、工艺的领先性和产品的市场竞争力，新型显示器件检测设备及半导体测试设备行业内企业需进行持续的研发投入，资金需求量较大。特别是新型显示器件及半导体器件产品类别众多，性能参数不尽相同，工艺节点演进较快，下游客户对检测设备的技术和性能要求不断提升，资金实力制约了部分检测设备厂商的规模化发展。