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国金证券-电子行业深度研究:第三方测试快速增长,测试服务及测试设备迎来发展良机-230615.pdf
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国金证券-电子行业深度研究:第三方测试快速增长,测试服务及测试设备迎来发展良机-230615
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半导体测试是半导体后道工艺的核心环节,起到了保证芯片良率、降低芯片制造成本的重要作用。根据台湾地区工研
院的统计,集成电路测试成本约占设计营收的 6%-8%,假设取中值 7%,可测算出国内 2022 年半导体测试服务市场约
为 374 亿元。一方面,在自主可控的趋势下,半导体制造产业链正逐步向国内进行转移。伴随着制造产业链的转移,
半导体测试行业有望迎来快速发展。另一方面,我国高端芯片正处于崛起前夕,而芯片的高端化会对测试的需求量及
测试的单位价格均产生向上的拉动。自主可控叠加“量价双增”,我国半导体测试行业市场规模有望快速扩容。
第三方测试公司:产业链专业化、精细化分工的必然结果。相比于封测一体厂家,第三方测试服务厂家主要具备
以下特点:1)测试平台更具多样性,通用化程度高;2)测试机台更先进,重资产属性强,专业第三方测试机构
购买先进设备以满足高端测试平台所需;3)专业性更强,测试相关专利占比更高;4)出具独立测试报告,结果
客观公正,避免权责纠纷。此时推荐第三方测试公司我们判断主要有三大逻辑:1)高端芯片制造产业链有望回
流。 CPU/GPU/FPGA 等大芯片制造产业链有望迁移回国内,进而带动国内测试产业发展。2)精细化分工是半导
体行业发展必然结果,测试有望从封测一体厂商中分离。3)国内晶圆厂资本开支维持高位,扩产持续进行,与
之配套测试产业有望迎来快速发展。在台湾成熟产业链中,京元电子、欣铨、矽格凭借紧靠台积电的区位优势成
为全球龙头第三方测试厂商,以此为鉴,我们认为:在晶圆制造产业向中国内地进行转移的过程中,内地第三方
测试公司有望深度受益,迎来崛起契机。
测试机:重要后道检测设备,已初步实现部分机型国产替代。测试机为后道测试设备中最大的细分领域,在 CP、
FT 两个环节皆有应用。测试机在后道设备中的价值量占比最大,接近 70%,而分选机、探针台占比分别为 17%、
15%。模拟/数模混合测试机相对价值量小开发难度小,目前已初步实现国产替代;SoC 及存储测试机价值量较高
技术难度大,国产替代空间仍较大,目前 SoC 及存储测试机主要还是被爱德万和泰瑞达垄断,目前国内仅存在部
分替代机型,整体来看还是存在较大国产替代空白。此外,近年来我国晶圆厂建设迎来高峰期,国产替代白热化
趋势下,下游国产封测厂商密集启动募投,带动测试机的需求浪潮,驱动国产测试机市场快速扩容。我们认为:
在国产替代和大量新增需求的背景下,国产测试机公司将深度受益。
探针卡:晶圆与测试机连接者,自给率低,国产替代大有可为。从工艺路线上来看,探针卡主要可分为三代:悬
臂类、垂直类以及 MEMS 探针卡。目前,MEMS 探针卡正占比逐年提升,并已成为主流探针卡方案。根据 VLSI Research
的数据显示,2021 年探针卡市场规模达 23.70 亿美元,其中 MEMS 探针卡市场规模为 16.38 亿美元,约占总探针
卡的 69%,预计 MEMS 探针卡有望继续保持快速成长,2026 年 MEMS 探针卡市场规模将继续扩展有望达 22.56 亿美
元。目前,国内探针卡自给率极低,主要被海外巨头垄断,国产替代空间巨大。
建议积极关注第三方测试公司:伟测科技、利扬芯片;测试设备及核心耗材厂商:长川科技、华兴源创、和林微纳等。
半导体行业周期下行、中美贸易摩擦和美国收紧技术出口管制、竞争格局恶化的风险。
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2
内容目录
一、半导体测试是贯穿半导体设计、生产及封测的核心步骤............................................ 4
1、测试环节贯穿半导体生产制造,是芯片质量的把关者........................................... 4
2、产业链专业化分工,第三方测试公司应运而生................................................. 6
3、Chiplet 新技术及自主可控大趋势共同驱动我国半导体测试行业快速成长 ........................ 10
二、测试机:全球市场呈双寡头垄断格局,国产化率提升空间大....................................... 14
1、重要后道检测设备,客户粘性强且盈利水平高................................................ 14
2、模拟及功率测试机已实现初步国产替代,SoC/存储测试机逐步突破.............................. 16
3、需求侧:下游需求稳定及国产替代共驱我国半导体测试机市场扩容.............................. 19
三、探针卡:晶圆与测试机连接者,自给率低,国产替代大有可为..................................... 21
1、探针卡是晶圆测试的核心耗材,MEMS 探针卡已逐渐成为主流 ................................... 21
2、探针价值量占比高,是探针卡最关键的组成部分.............................................. 24
3、竞争格局相对集中,国产化率极低.......................................................... 26
四、投资建议................................................................................... 27
五、风险提示................................................................................... 28
图表目录
图表 1: 半导体检测设备主要分为前道量测设备和后道检测设备 ....................................... 4
图表 2: 晶圆制造环节主要进行过程控制检测,封测环节主要进行电性能检测 ........................... 5
图表 3: CP 测试系统示意图....................................................................... 5
图表 4: Mapping 示意图.......................................................................... 5
图表 5: FT 测试系统示意图....................................................................... 6
图表 6: CP 与 FT 测试的区别...................................................................... 6
图表 7: 半导体制造产业精细化分工,第三方测试厂商应运而生 ....................................... 7
图表 8: 第三方测试厂商受半导体行业下行周期影响相对较小 ......................................... 8
图表 9: 第三方测试厂商测试专利数量相对较高 ..................................................... 8
图表 10: 第三方测试厂商测试相关专利占比大 ...................................................... 8
图表 11: 集成电路测试服务产业链概况 ............................................................ 9
图表 12: 中国大陆和中国台湾主要第三方测试企业营收情况(单位:百万元) ......................... 10
图表 13: 全球 IC 测试服务市场规模(单位:亿元) ................................................ 10
图表 14: 中国大陆 IC 测试服务市场规模(单位:亿元) ............................................ 10
图表 15: Chiplet 技术相比 SoC 技术每个模块可以采用不同的工艺.................................... 11
图表 16: Chiplet 提高良率和集成度,降低成本,加速芯片迭代...................................... 11
图表 17: Chiplet 提升芯片良率.................................................................. 12
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图表 18: 不同芯片与 Chiplet 芯片测试对比 ....................................................... 12
图表 19: 中国大陆正在承接第三次产业迁移 ....................................................... 13
图表 20: 2021-2022 年全球共新建晶圆厂 29 座..................................................... 13
图表 21: 中国大陆晶圆产线有望扩产至原有产能 2.8 倍 ............................................. 13
图表 22: 国内主流晶圆厂及 IDM 厂商资本开支处于高位 ............................................. 14
图表 23: 半导体后道测试设备市场结构 ........................................................... 15
图表 24: 测试机公司、封测厂商、IC 设计公司形成协同生态......................................... 15
图表 25: 高毛利高投入带来盈利正循环 ........................................................... 16
图表 26: 测试机公司毛利率高于其他半导体设备公司 ............................................... 16
图表 27: 爱德万、泰瑞达半导体测试设备营收规模领先 ............................................. 17
图表 28: 爱德万、泰瑞达半导体测试设备市场份额达 65%............................................ 17
图表 29: SoC/存储测试机市场空间领先 ........................................................... 17
图表 30: SoC/存储测试机市场份额合计占 81%...................................................... 17
图表 31: 不同种类测试机区别对比 ............................................................... 18
图表 32: 国内外各大厂商测试机性能指标对比 ..................................................... 19
图表 33: 2023 年全球半导体测试设备市场规模有望达 70.7 亿美元,中国半导体测试设备市场占比达 36% .. 20
图表 34: 2022 年我国 IC 设计企业数量达 3243 家................................................... 20
图表 35: 2022 年我国 IC 设计企业销售额达 5345.7 亿元............................................. 20
图表 36: 2022 年度国产封测厂商募资扩产项目情况................................................. 21
图表 37: 探针卡是晶圆测试的核心耗材 ........................................................... 22
图表 38: MEMS 探针卡相比悬臂式探针卡、垂直式探针卡优势显著..................................... 23
图表 39: 2D MEMS 探针卡与 2.5D/3D MEMS 探针卡参数比较........................................... 24
图表 40: MEMS 探针卡市场规模成长快、比重大..................................................... 24
图表 41: 探针卡断面结构图 ..................................................................... 25
图表 42: 探针卡产业链 ......................................................................... 25
图表 43: 和林微纳已量产的用于 FT 测试的弹簧探针 ................................................ 25
图表 44: 2021 年全球前五大厂商共掌握探针卡市场 68%份额 ......................................... 26
图表 45: 前十大主流探针卡厂商 ................................................................. 26
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1、测试环节贯穿半导体生产制造,是芯片质量的把关者
半导体工艺制程越来越复杂,检测设备愈发重要。随摩尔定律的进一步发展,半导体芯片
晶体管密度越来越高,相关产品复杂度及集成度呈现指数级增长。新应用需求驱动了制程微缩
和三维结构的升级,使得工艺步骤大幅提升,成熟制程(以 45nm 为例)工艺步骤数大约需要
430 道,到了先进制程(以 5nm 为例)将会提升至 1250 道,工艺步骤将近提升了 3 倍;结构
上来看包括 GAAFET、MRAM 等新一代的半导体工艺都是越来越复杂,在数千道制程中,每一道
制程的检测对芯片的良率起到至关重要的作用。
半导体检测根据使用的环节以及检测项目的不同,可分为前道检测和后道检测。其中,前道量
测包括量测类和缺陷检测类,主要用于晶圆加工环节,目的是检查每一步制造工艺后晶圆产品
的加工参数是否达到设计的要求或者存在影响良率的缺陷,属于物理性检测;后道测试根据功
能的不同包括分选机、测试机、探针台,主要是用在晶圆加工之后、封装测试环节内,目的是
检查芯片的性能是否符合要求,属于电性能检测。
图表1:半导体检测设备主要分为前道量测设备和后道检测设备
来源:前瞻研究院,国金证券研究所
晶圆制造环节检测主要进行光学检测,封测环节主要进行电性能检测。半导体测试环节是避
免“十倍成本”的关键。所谓“十倍成本”是指芯片故障若未在测试环节中发现,那么在
后续电路板级别中发现故障导致的成本将在十倍以上。其中,封测环节主要可以分为:晶
圆测试和成品测试。晶圆测试主要是针对加工完的晶圆,进行电性测试,识别出能够正常工作
的芯片,需要使用的设备主要为测试机和探针台。成品测试主要是指晶圆切割变成芯片后,针
对芯片的性能进行最终测试,需要使用的设备主要为测试机和分选机。
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图表2:晶圆制造环节主要进行过程控制检测,封测环节主要进行电性能检测
来源:华峰测控招股书,国金证券研究所
晶圆测试(Chip Probing),简称 CP 测试,是指通过探针台和测试机的配合使用,对晶圆
上的裸芯片(gross die)进行功能和电学性能参数的测试。测试过程主要为:探针台将
晶圆逐片传送至测试位置,芯片端点通过探针、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,以判断芯片功能和性能是否达到设计规范要
求。对裸片的测试结果通过通信接口传送至探针台,探针台会根据相应的信息对芯片进行
打点标记,形成晶圆的 Mapping,即晶圆的电性能测试结果。CP 测试设备主要由支架、测
试机、探针台、探针卡等部件组成。CP 测试会统计出晶圆上的芯片合格率、不合格芯片
的确切位置和各类形式的良率等,可用于指导芯片设计和晶圆制造的工艺改进。
图表3:CP 测试系统示意图
图表4:Mapping 示意图
来源:伟测科技招股说明书,国金证券研究所
来源:伟测科技招股说明书,国金证券研究所
芯片成品测试(Final Test),简称 FT,FT 测试是在芯片封装后按照测试规范对电路成品
进行全面的电路性能检测,目的是挑选出合格的成品芯片,保障芯片在任何环境下都可以
维持设计规格书上所预期的功能及性能。通过分选机和测试机配合使用,测试过程主要为:
分选机将被测芯片逐个传送至测试工位,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至分选机,分选机据此
对被测芯片进行标记、分选、收料或编带。FT 测试系统通常由支架、测试机、分选机、
测试板和测试座组成。FT 测试环节的数据可以用于指导封装环节的工艺改进。
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