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1、半导体后道测试设备行业分析报告1、新兴领域需求旺盛，半导体行业进入上行周期根据WSTS统计，从全球半导体市场产品占比上来看，占比最大的为存储器和逻辑电路，2018年合计占比57.49%。其次是微处理器，占比为14%，模拟电路占比为12%。集成电路产业链主要包括核心产业链、支撑产业链以及需求产业链。核心 产业链包括集成电路设计、制造和封装测试，支撑产业链包括集成电路材 料、设备、EDA、IP核等，需求产业链包括通讯产品领域、消费电子领 域、计算机芯片领域、汽车/工业领域等。通常在晶圆制造环节使用的设 备被称为前道工艺设备，在封测环节使用的被称为后道工艺设备。集成电 路晶圆代工主要指以晶圆为原材料
2、，借助载有电路信息的光掩模，运用光 刻和刻蚀等工艺流程，将电路布图集成于晶圆上。晶圆经过光刻和刻蚀等 工艺流程的多次循环，逐层集成，并经离子注入、退火、扩散、化学气相 沉积、物理气相沉积、化学机械研磨等流程，最终在晶圆上实现特定的集 成电路结构。1.1 5G手机、自动驾驶和数据中心等新兴领域将是主要驱动力半导体行业是一个周期性较强的行业，主要由下游产品更新迭代来带动。在历史上，半导体行业的快速增长都预示着电子产品的时代革新。在2000年，出现互联网流行带动台 式电脑的需求。在2003年，消费电子新品涌现，出现便携式2G手机。2009年，由苹果带动的智能手机市场 爆发。2016年，各大通讯公司的
3、平板电脑开始热销。在未来，半导 体行 业下一轮的高速增长驱动因子将是：5G手机、自动驾驶和数据中心等。根据WSTS发布的2020年春季预测，2020年全球半导体行业销售量将 达到4260亿美元，同比增长百分之3.3，其中存储器将增长15%，逻辑 IC将增长2.9%。WSTS预测在2020年，半导体销量在美州和亚太地区 将有所增长。WSTS预测在2021年，全球半导体行业 将增长6.2%，其 中存储器将增长超过10%，全球所有地区都将迎来正增长。新冠疫情对众多传统行业带来了一定的冲击，但对于偏年轻化的互联网来 说，各个领域的需求都有明显的增加。根据Forbes及Fastly统计，新 冠疫情给流媒
4、体、互联网使用、社交媒体、教育科技分别带了 30%、 70%、40%、35%的流量增长。由于下游需求带动，半导体行业表现出 了较高弹性，需求并没有出现持续性下降。VLSI Research表明在全球 需求下降的大背景下，汽车和工业电子需求并没有下降，晶圆代工厂与 IDM厂商在持续投资来应对未来5G、云计算与数据中心的增长，以及电 脑和相关远程办公电子设备增长。1.2中国大陆半导体增速明显高于世界水平，但自给率依然较低中国大陆在半导体有着广泛的下游应用产品，覆盖通信及智能手机、电 脑、工业、医疗、消费电子、新能源汽车、物联网、5G等。中国大陆集 成电路销量大体趋势与世界保持一致，但增速明显高于世
5、界平均水平。中国大陆是集成电路需求大国，长期以来靠进口满足国内需求，贸易逆差 大。中国电子 专用设备工业协会统计表明，2019年中国大陆半导体晶圆 制造设备进口约和650亿元，而2019年国产半导体晶圆制造设备销售 约60亿元，国产设备在集成电路生产设备中占 有率低，特别是高端集成 电路生产线占有率不足10%。2中国大陆晶圆厂资本开支加速扩张，国 产设备进口替代势在必行中国大陆半导体设备需求自2012年以来增速明显，在2019年全球半导 体需求低迷的大环境下，国内半导体设备需求实现逆势增长，增幅约 2.59%。根据SEMI数据统计，2019年全球半导体制造设备销售额达 598亿美元，比2018
6、年的645亿美元的历史高点下降了 7%。中国台 湾地区是去年半导体设备的最大市场，销售额增长了 68%,达到171.2 亿美元。中国大陆以134.5亿美元的销售额保持其第二大设备市场的地 位。其次是韩国，为99.7亿美元，销售额同比下降44%。根据Wind数据统计，2009-2018年，半导体制造设备总体需求增速明 显，2018年全球半导体制造设备体量达502亿美元，占比超过80% , 测试设备为54亿美元，封装设备为40亿美元。根据VLSI Research数 据整理，在全球半导体制造设备占比中，占比最高的是刻 蚀设备和薄膜沉 积设备分别为30%和25%，其次是光刻设备占比约为23%，前道检
7、测设 备约为13%。2.1半导体先进制程发展驱动设备支出加速增长随着半导体芯片技术结点的不断缩小，生产相同单位量的晶圆的设备投入 呈加速上升趋势。根据中芯国际招股书披露，5纳米投资成本是14纳米 的两倍以上，28纳米的四倍以上，其募集资金的约81%将用来购置生产 设备及安装，设备购置是晶圆厂建厂最主要费用支出。SEMI在美国加州时间2020年7月21日发布了半导体制造设备年中 总预测-OEM视角，预测到2020年，原始设备制造商的半导体制造 设备全球销售额预计将增长6%至632亿美元，而2019年为596亿美 元，2021年将实现两位数的增长，创下700亿美元的纪录，预计多个 半导体细分领域的
8、增长将推动这一增长。晶圆厂设备领域包括晶圆加工、 工厂设施和掩模/掩模版设备，预计到2020年将增长5%,随后因存储 器支出的复苏以及对前 沿和中国市场的投资，到2021年将增长13%。 到2020年和2021年，晶圆代工和逻辑支 出将占晶圆制造设备总销售额 的一半左右，并将在2020年和2021年以个位数的速度增 长。2020年 DRAM和NAND支出都将超过2019年的水平，2021预计分别增长 20%以上。预计到2020年，由于先进封装产能增长需求，封装设备市 场将增长10%达到32亿美元，到2021年将增长8%达到34亿美 元。半导体测试设备市场预计将增长13%, 2020年将达到57
9、亿美元， 并在5G需求的支撑下在2021年继续保持增长势头。预计中国大陆、中 国台湾和韩国将在2020年的支出中居首位。中国大陆在晶圆代工和存储 领域的强劲支出有望使中国大陆在2020年和2021年的半导体设备总支 出中跃居首位。22本土晶圆厂数快速增长，国产半导体设备发展进 入景气周期 伴随着半导体产业的资本注入热潮，本土晶圆厂在建或规划的数量逐渐增 加，对半导体设备的需求将进一步提升。根据芯思想研究院的统计，截止 2019年底我国12英寸晶圆制造厂装机产能约90万片，较2018年增 长50% ； 8英寸晶圆制造厂装机产能约100万片，较2018年增长 10% ； 6英寸晶圆制造厂装机产能约
10、230万片，较2018年增长15% ； 5英寸晶圆制造厂装机产能约80万片，较2018年下降11% ； 4英寸 晶圆制造厂装机产能约260万片，较2018年增长30% ； 3英寸晶圆制 造厂装机产能约40万片，较2018年下降20%。根据中国电子专用设备工业协会的统计数据，2019年国产半导体设备销 售额预计为162亿元，同比增长约30%，2016-2019年中国半导体设 备制造商销售收入年均增长41.3%，实现总利润年均增长23.5%，出口 交货年均增长27.8%。2019年中国14家集成电脑晶圆 生产设备制造完 成集成电脑晶圆生产设备销售收入54亿元，占2019年中国集成电路生 产设备销售
11、收入的75.6%，中国电子专用设备工业协会预测2020年中国 主要半导体设备制造商销售收入将达200亿左右，同比增长20%左右。国产半导体设备销售按主要类别可分为集成电路、LED、光伏、面板等。 根据中国电子专用设备工业协会统计数据，2019年国产集成电路晶圆生 产设备产业得到快速发展，其 中集成电路设备同比增长约为56%，太阳 能电池设备同比增长约为40%3.日、美垄断后道测试高端市场，国内企业实力强劲3.1半导体检测重要性不断提升半导体检测是保证产品良率和成本管理的重要环节，随着半导体制造工艺 要求的提升，检测环节在半导体制造过程中的地位不断提升。根据摩尔定 律预测：每隔18-24个月，当
12、价格不变时，集成电路上可容纳的元器件 数目会增加一倍，性能也将提升一倍。现代芯 片的超复杂化与精细化将对 半导体检测设备有更高的要求。半导体检测适用于3个阶段：设计验证测试、过程控制检测、硅片拣选测 试和最终封装测试。过程控制检测被称为前道检测，包括缺陷检测和量测，主要运用光学、电子束量 等科学，是一种物理性、功能性的测试，运 用于晶圆加工制造过程。晶圆检测和成品测 试被称为后道检测，主要通过 测试机和分选机或探针台配合使用，分析测试数据，确定 具体失效原因， 并改进设计及生产、封测工艺，以提高良率及产品质量。硅片拣选测试通过探针台和测试机的配合使用，进行功能和电参数测试。探针台将晶圆逐片自动
13、传送到测试位置，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 性能在不同工作条件下是否达到设计规范要求。最终封装测试通过分选机 和测试机配合使用，对封装完成的芯片进行功能和电参 数测试。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在不同工作条件下是否达到设计 规范要求。根据SEMI数据统计，2018年国内集成电路测试机、分选机和探针台分 别占比63.1%、17.4%和15.2%，其它设备占比为4.3%。由于越来越多
14、的模拟、数字、高精度、高性能甚至更高功率的功能通过先 进的芯片设计和加工工艺或封装工艺集成在一块芯片或模块上，对测试机 内的功能模块、测试精度、响应速度、可定制性、数据分析的要求也越来 越高。根据长川科技招股书披露，分选机对自动化高速重复定位控制能力和测压 精度要求较高，误差精度普遍要求在0.01mm等级；分选机的批量自动 化作业要求具备较强的稳定性，对每小时运送芯片数量和故障停机比率要 求高；现代集成电路封装的多样性要求分选机具 备不同封装形式集成电路 进行测试时能够快速切换的能力，从而形成较强的柔性化生产 能力及适应 性；分选机对外部测试环境有高要求，包括温度、无磁场干扰等。探针台从操作上
15、来区分有：手动，半自动，全自动。从功能上来区分有： 高温探针台，低温探针台，RF探针台，LCD平板探针台，霍尔效应探针 台，表面电阻率探针台。探针 台是一种辅助执行机构，需要把量测的器件 放到探针台载物台上，在显微镜配合下，X-Y移动器件，找到需要探测的 位置，再通过探针座上的X-Y-Z，控制前部探针（射频或直流 探针）， 精准扎到被测点，从而使其讯号线与外部测试机导通，来得到所需要的电 性能参数。半导体探针台对精度要求非常严苛，重复定位精度要求达 0.001mm等级；晶圆检测 需具备多套视觉精密测量及定位系统，并具备 视觉相互标定、多个坐标系互相拟合的功 能；探针台对设备工作环境洁净 度极高
16、，除需达到几乎无人干预的全自动化作业，对传 动机构低粉尘提出 要求，还需具备气流除尘等特殊功能。3.2 SoC测试机及存储测试机结构占比较高根据Gartner数据统计，全球半导体测试设备市场中SoC测试机市占率 约为64%，第二名是存储测试机为18%，其次是射频测试机为16%， 占比最小的为模拟测试机约为2%。国内方面，根据赛迪顾问统计，中国大陆存储器测试机和SoC测试机分 别占比43.8%、23.5%。此外，数字测试机、模拟测试机、分立器件测 试机占比分别达到12.7%、12.0%、6.8%，射频测试机为0.9%。其产 品结构与国际差别较大，主要原因是我国先进制程芯片 国有化程度低。根据爱德万统计，2017-2019年全球SoC测试系统市场规模分别为22 亿美元、25.5亿美元、27亿美元，保持稳步增长。而存储测试机市场规 模分别为7.5亿美元、11.5亿美元、6.5亿美元，波动较大。VLSI Research预
