透視半導體測試設備：晶元良率的捍衛者

從兩起併購說起

2018年3月，美國半導體設備製造商KLA-Tencor花34億美元現金加股票鯨吞了以色列半導體設備製造商奧寶科技。

無獨有偶，兩個月後，先前向美國外國投資委員會（CFIUS）打小報告的美國半導體企業科休（Cohu）宣布將以7.96億美元現金加股票收購Xcerra。

這兩起併購都發生在半導體測試設備領域，引起了各方的高度關注。本次就讓我們窺探半導體測試設備，深入了解下這個行業的發展。

?何為測試設備？

我們通常所說的半導體包括了集成電路（IC）、光電子器件、分立器件和感測器四大類。為了便於解釋，我們這裡就重點說下集成電路，俗稱晶元。

集成電路測試設備就像一名耿直的檢驗員，每天做的事情就是存優汰劣，對生產過程中的工藝流程、晶圓半成品以及晶元成品進行檢驗，找出不符合要求的，確保生產良率，把好質量這一關。

圖 晶圓測試結果

從晶圓矽片到一顆小小晶元的誕生，需要歷經成百上千次的錘鍊，方可成材，整個過程大致可分為IC設計、IC製造和IC封裝測試等環節。其中，晶圓製造也稱為前道工序，封裝稱為後道工序。

圖 集成電路產業鏈示意圖

資料來源：招商證券

集成電路測試貫穿整個產業鏈，包括晶元設計中的設計驗證，晶圓製造中的晶圓測試和封裝完成後的成品測試。

表 集成電路測試環節

資料來源：《半導體製造技術》（電子工業出版社）

由於關係到生產成本，晶元的生產過程對良率（合格率）的要求極高。晶元生產工藝複雜，工序步驟涉及上百道，只要有一道工藝良率不達標就可能前功盡棄，所謂一著不慎，滿盤皆輸。就成熟的工藝製程，晶元製造和封裝環節的最終良率都要求在95%以上。

表 集成電路加工工藝合格率情況

資料來源：招商銀行、AMEC

集成電路測試設備大致分為兩類。

一類稱為工藝檢測設備，對生產過程中工藝流程進行檢測，側重於表面性檢測，包括尺寸形貌等，可細分光罩檢測、薄膜檢測、光學檢測和晶圓缺陷檢測等。KLA就是工藝檢測設備領域的老大。

另一類稱為自動化測試設備（Automatic Test Equipment ,ATE）。對晶元的性能和功能進行檢測，按功能可細分為SOC測試，RF測試、Memory IC測試等。Cohu就是ATE領域的龍頭。

自動化測試設備包括了測試機（對晶元性能和功能檢測的設備）、分選機（將經檢測的晶元分類放置）和探針台（為晶元與測試機對接提供平台）。在晶圓製造部分主要由測試機和探針台配合使用，在封裝測試部分主要由測試機和分選機配合使用。

圖 集成電路產業鏈及測試設備利用情況

資料來源：長川科技招股說明書

全球測試設備發展空間大、壟斷特徵顯著

集成電路測試設備在整個設備體系中具有重要地位。例如，國內封裝巨頭長電科技滁州封測項目採購的2000多台設備中，測試設備的採購比例就超過四分之一。

根據國際半導體協會（SEMI）統計，2017年，全球集成電路測試設備銷售額45.3億美元，增長25%，占所有設備比重為7.9%。過去五年，測試設備占整個設備的比重大致在8%-9%。據保守預計，2018年和2019年，全球測試設備每年市場規模大致在50億美元。

圖 集成電路測試設備市場規模和比重

資料來源：根據SEMI數據整理

目前，全球測試設備基本是美國和日本廠商的天下。其中，全球工藝測試設備呈現三足鼎立的格局，由美國的KLA、應用材料，日本的日立所把持，三家市場佔有率合計達到 70%。

表工藝檢測設備細分領域市場情況

資料來源：根據Gartner數據整理

全球自動化測試設備（ATE）呈現寡頭壟斷，由美國的泰瑞達（Teradyne）、科休（Cohu），日本的愛德萬（Advantest）三家廠商牢牢掌控，合計市場佔有率在90%以上。

表 ATE細分領域市場情況

資料來源：根據Gartner數據整理

泰瑞達和愛德萬基本壟斷了功能測試市場。

表 ATE功能細分市場情況

資料來源：根據Gartner數據整理

我國集成電路測試設備企業亟需加快轉型步伐

未來幾年，集成電路測試設備將迎來新契機。

在前道工序方面，隨著先進位程工藝的演進，工藝步驟不斷增多，加工精度也會隨之提高，這就要求廠商加大對檢測設備的技術研發力度。例如，當工藝製程推進到10nm以下，就要求測試設備廠商提高成像技術，滿足先進工藝對檢測的精度要求。

在後道工序方面，傳統封裝正在向先進封裝延伸。先進封裝是後摩爾時代的產物，主要有兩大方向：一是減小封裝體積，使其接近晶元大小；二是增加封裝集成度，實現從2D封裝向3D集成封裝跨越。

據預計，2016-2021年，先進封裝的複合增長率達7%，高於封測行業平均增長3-4%。隨著3D集成封裝的應用，工藝過程變得更為複雜，工序步驟會增加，對3D結構的檢測也將增加對設備的需求。

圖先進封裝兩大方向

資料來源：Gartner，太平洋證券研究院

目前，全球測試設備行業基本形成了壟斷的局面。我國測試設備行業起步晚，整體規模較小，產品主要用於後道封裝測試。

因此，我國檢測設備應抓住集成電路工藝技術升級的機遇，從後道封裝檢測逐步走向前道檢測，從自動化檢測向工藝過程檢測延伸，成功實現轉型。

本文由徐磊、楊曉穎提供有關素材

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