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、封測過程設(shè)備等。這些設(shè)備分別對應(yīng)硅片制造、集成電路制造、封裝、測試等工序,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,在整個半導(dǎo)體設(shè)備市場中,晶圓制造設(shè)備主體占比81%,封裝設(shè)備占6%,測試設(shè)備占8%,其他設(shè)備占5%。
廣義上的半導(dǎo)體檢測設(shè)備,分為前道量測(半導(dǎo)體量測設(shè)備)和后道測試(半導(dǎo)體測試設(shè)備)。前道量測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)計的要求或者存在影響良率的缺陷,屬于物理性的檢測；半導(dǎo)體后道測試設(shè)備主要是用在晶圓加工之后、封裝測試環(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。測試分兩個階段,一個是CP(Chip Probing)測試,也就是晶圓(Wafer)測試,另外一個是FT(Final Test)測試。
CP測試在整個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)來與測試機(jī)(Tester)連接從而進(jìn)行芯片測試,其目的有2個,1個是監(jiān)控前道工藝良率,另一個是降低后道成本(避免封裝過多的壞芯片)。
FT測試,也就是把芯片封裝好再進(jìn)行的測試,封裝測試最重要的目標(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)備是測試機(jī)和分選機(jī)。
根據(jù)SEMI的統(tǒng)計數(shù)據(jù),測試設(shè)備中測試機(jī)在晶圓測試和成品測試兩個環(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%、探針臺占15.2%。隨著全球半導(dǎo)體行業(yè)市場規(guī)模不斷擴(kuò)大,半導(dǎo)體測試設(shè)備市場也呈增長趨勢。按照 SEMI 對全球半導(dǎo)體專用設(shè)備市場規(guī)模發(fā)展的預(yù)測,2020年及 2021年,全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場規(guī)?；?qū)⒎謩e達(dá)到52.2億美元及56.1億美元。
測試機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
半導(dǎo)體測試機(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,測試機(jī)需要測試的范圍也越來越大,這就對測試機(jī)提出了考驗,測試機(jī)的測試覆蓋范圍越廣,能夠測試的項目越多,就越受客戶青睞。測試機(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%;中高端芯片測試機(jī)幾乎被國外企業(yè)壟斷,國內(nèi)華峰測控和長川科技在部分細(xì)分領(lǐng)域也有所突破,概倫電子致力打造存儲器設(shè)計全流程EDA,實現(xiàn)DTCO(設(shè)計工藝協(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。
探針臺發(fā)展現(xiàn)狀
按照探針臺占整個半導(dǎo)體檢測設(shè)備投資的15.2%測算,2018年、2019年、2020年全球的探針臺市場規(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)探針臺市場規(guī)模2019年約為10.25億元,2022年將增長到15.69億元。
由于探針臺技術(shù)門檻高,研發(fā)周期長且投入成本大,目前全球高端探針臺市場仍主要被日韓等國所占據(jù)；近年來在國家對半導(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,在國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場中,探針臺是我國目前最有希望能實現(xiàn)高國產(chǎn)化率的設(shè)備。
探針臺主要是東京電子(TEL)、東京精密(TSK),二者市場占有率合計超過80%;國內(nèi)企業(yè)中長川科技的主要產(chǎn)品為測試機(jī)和分選機(jī),探針臺處于研發(fā)階段；森美協(xié)爾科技(SEMISHARE)在2016年啟動了對全自動晶圓探針臺項目的研發(fā),并逐步開始布局工業(yè)級晶圓探針臺領(lǐng)域市場,據(jù)行業(yè)消息,在2021年3月其推出國內(nèi)首款晶圓級A12全自動探針臺?？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)探針臺市場現(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測試環(huán)節(jié),它是提供芯片篩選、分類功能的后道測試設(shè)備。分選機(jī)負(fù)責(zé)將輸入的芯片按照系統(tǒng)設(shè)計的取放方式運(yùn)輸?shù)綔y試模塊完成電路壓測,在此步驟內(nèi)分選機(jī)依據(jù)測試結(jié)果對電路進(jìn)行取舍和分類。分選機(jī)主要是愛德萬、科休&愛普生等,合計市場占率合計約60%,國內(nèi)參與的企業(yè)主要有長川科技等。
半導(dǎo)體測試設(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),集計算機(jī)、自動化、通信、電子和微電子等技術(shù)于一身,對產(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,對半導(dǎo)體測試設(shè)備要求愈加提高,測試設(shè)備的制造需要綜合運(yùn)用計算機(jī)、自動化、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)備價值高等特點(diǎn)。
2、客戶對測試的精度要求在提升,測試電壓精確到微伏(μV)、測試電流精確到皮安(pA)、測試時間精確到百皮秒(100pS)。對于極小電流和極小電壓的測試,測試設(shè)備要通過一些技術(shù)訣竅來克服信號干擾導(dǎo)致測試精度偏差的難題。
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)體測試系統(tǒng)的電流/電壓及脈寬控制精度的測試要求不斷提高。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,實現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)的升級和迭代。
4、客戶資源積累需要長時間市場耕耘,半導(dǎo)體測試設(shè)備存在一個使用習(xí)慣和技術(shù)信任問題,一旦在產(chǎn)線/實驗室投入使用,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,測試設(shè)備的替換需要一系列的認(rèn)證流程,包括企業(yè)成立時間、發(fā)展歷史、環(huán)保合規(guī)性、測試設(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)線安排和芯片項目的情況,對測試系統(tǒng)穩(wěn)定性、精密性與可靠性、一致性等特性要求進(jìn)行驗證。客戶嚴(yán)格的認(rèn)證制度和長認(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)體測試設(shè)備國產(chǎn)替代化機(jī)會
1、5G換機(jī)潮、新能源汽車、通信驅(qū)動,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2021年智能手機(jī)銷量有望同比增長10%。新能源汽車方面,當(dāng)前全球多國已宣布燃油車禁售時間,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)高增長發(fā)展態(tài)勢。通信領(lǐng)域,5G帶動行業(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)體測試設(shè)備整體行業(yè)份額也隨市場擴(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,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)在國家政策和市場需求推動下加大研發(fā),我國有望加快集成電路國產(chǎn)化集成,逐步實現(xiàn)從低端向高端替代,從而減少對集成電路進(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)測試設(shè)備市場份額。
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