一文看懂晶元測試產業｜半導體行業觀察

來源：內容由 微信公眾號 半導體行業觀察 （ID：icbank） 綜合自「基業常青經濟研究院」，作者 李亞喬、陳凱， 謝謝。

從IDM到垂直分工，IC產業專業化分工催生獨立測試廠商出現。集成電路產業從上世紀60年代開始逐漸興起，早期企業都是IDM運營模式（垂直整合），這種模式涵蓋設計、製造、封測等整個晶元生產流程，這類企業一般具有規模龐大、技術全面、積累深厚的特點，如Intel、三星等。隨著技術升級的成本越來越高以及對IC產業生產效率的要求提升，促使整個產業逐漸向垂直分工模式發展。

1987年，台積電創立，將IC製造從IC產業中剝離出來，而後逐漸發展為設計、製造、封裝、測試分離的產業鏈模式。這種垂直分工的模式首先大大提升了整個產業的運作效率；其次，將相對輕資產的設計和重資產的製造及封測分離有利於各個環節集中研發投入，加速技術發展，也降低了企業的准入門檻和運營成本；再者，各環節交由不同廠商進行，增強企業的專業性和生產流程的準確性。此外，專業測試從封測中分離既可以減少重複產能投資，又可以穩定地為中小設計廠商提供專業化測試服務，以規模效應降低產品的測試費用，縮減產業成本。

集成電路測試卡位產業鏈關鍵節點，貫穿設計、製造、封裝以及應用的全過程。從整個製造流程上來看，集成電路測試具體包括設計階段的設計驗證、晶圓製造階段的過程工藝檢測、封裝前的晶圓測試以及封裝後的成品測試，貫穿設計、製造、封裝以及應用的全過程，在保證晶元性能、提高產業鏈運轉效率方面具有重要作用。

設計驗證，又稱實驗室測試或特性測試，是在晶元進入量產之前驗證設計是否正確，需要進行功能測試和物理驗證。

過程工藝檢測，即晶圓製造過程中的測試，需要對缺陷、膜厚、線寬、關鍵尺寸等進行檢測，屬前道測試。

晶圓測試（Chip Probing，又稱中測），是通過對代工完成後的晶圓進行測試，目的是在劃片封裝前把壞的祼片（die）挑出來，以減少封裝和晶元成品測試成本，同時統計出晶圓上的管芯合格率、不合格管芯的確切位置和各類形式的合格率等，能直接反應晶圓製造良率、檢驗晶圓製造能力。

晶元成品測試（Final Test，也稱終測），集成電路後道工序的劃片、鍵合、封裝及老化過程中都會損壞部分電路，所以在封裝、老化以後要按照測試規範對電路成品進行全面的電路性能檢測，目的是挑選出合格的成品，根據器件性能的參數指標分級，同時記錄各級的器件數和各種參數的統計分布情況；根據這些數據和信息，質量管理部門監督產品的質量，生產管理部門控制電路的生產。

IC測試是確保產品良率和成本控制的重要環節，在IC生產過程中起著舉足輕重的作用。IC測試是集成電路生產過程中的重要環節，測試的主要目的是保證晶元在惡劣環境下能完全實現設計規格書所規定的功能及性能指標，每一道測試都會產生一系列的測試數據，由於測試程序通常是由一系列測試項目組成的，從各個方面對晶元進行充分檢測，不僅可以判斷晶元性能是否符合標準，是否可以進入市場，而且能夠從測試結果的詳細數據中充分、定量地反映出每顆晶元從結構、功能到電氣特性的各種指標。因此，對集成電路進行測試可有效提高晶元的成品率以及生產效率。

設計驗證和過程工藝控制測試難以獨立分工，晶圓測試和晶元成品測試環節是專業測試公司主要業務形態。設計驗證部分由於涉及到信息保密以及市場需求不高的問題，難以外包，而過程工藝控制測試則對潔凈程度和生產過程中穩定性上的高要求，因此也難以獨立分工。晶圓測試和晶元成品測試分屬中道和後道測試部分，其信息保密及生產環境控制要求相對均不是太高，再加上第三方測試廠商的獨立性和專業性，可保證測試結果的有效性並能及時向上游反饋，提升晶元生產效率，因此，目前多數設計及代工廠商將晶圓測試和晶元成品測試外包給第三方專業測試廠商。

1.2 上游景氣、分工細化、自主可控需求驅動行業迅速成長，國內IC專業測試潛在市場空間至2020年可達300億元

1.2.1 上游景氣、分工細化、測試自主可控需求驅動行業高速發展，國內IC專業測試領域存在確定性機會

上游設計和晶圓製造景氣上行，以華為海思（Fabless）、中芯國際（Foundry）等為代表的IC設計和製造企業逐漸崛起，對第三方測試的需求增加，將帶動國內第三方專業測試快速發展。

由IC測試在產業鏈中的位置和服務對象可以看出，專業測試的需求來源於上游的IC設計和製造，因此其發展直接受上游景氣度的影響。近年來國內整個IC產業均發展迅速，2005~2014年大陸IC設計、製造、封測環節的複合增速分別為24%、12%、14%。其中IC設計領域增長最快，每年增速保持著20%以上，2017年國內IC設計營收達2073億元，在IC產業鏈中佔比最高，漲幅達26%。此外，國內IC設計行業企業數目增加迅速，特別是在2016年，IC設計公司較2015年增加了600多家，達到1362家，2017年增至1380家。

在IC製造方面，國內重點投資建設了大量晶圓廠，並進行了產線擴充。2017-2020年中國大陸新投產晶圓廠數量（12座）佔全球的41.94%，全球產能佔比也逐漸提升，2015年國內晶圓廠產能僅佔全球的10%左右，2020年有望達到18%，而到2025年則將達到22%以上，複合增速在10%以上。

規模化成本優勢明顯，測試專業化是大勢所趨。IC產業繼續高度細化分工，晶元測試走向專業化也必定是大勢所趨。首先，IC製程演進和工藝日趨複雜化，製程過程中的參數控制和缺陷檢測等要求越來越高，IC測試專業化的需求提升；其次，晶元設計趨向於多樣化和定製化，對應的測試方案也多樣化，對測試的人才和經驗要求提升，則測試外包有利於降低中小企業的負擔，增加效率。此外，專業測試在成本上具有一定優勢。目前測試設備以進口為主，單機價值高達30萬美元到100萬美元不等，重資產行業特徵明顯，資本投入巨大，第三方測試公司專業化和規模化優勢明顯，測試產品多元化加速測試方案迭代，源源不斷的訂單保證產能利用率。因此，除Fabless企業外，原有IDM、晶圓製造、封裝廠出於成本的考慮傾向於將測試部分交由第三方測試企業。

國內IC設計公司出於對接成本和國內對代工及封裝、測試環節的自主可控考慮更傾向於選擇大陸測試廠商。國內IC設計企業在與境外測試廠商包括代工廠商對接過程中存在著運輸和溝通對接成本高的問題，同時，基於國內對於晶圓代工及封裝、測試環節的自主可控考慮，在國內能提供專業IC測試服務的情況下，設計廠商更傾向於選擇大陸測試廠商。

1.2.2 國內IC專業測試潛在市場規模至2020年可達300億元

國內專業測試企業將受益於IC測試增量市場、測試自主化及專業化。國內專業測試未來的市場空間取決於三個方面：上游IC設計和晶圓代工產能擴張帶來的增量市場；國內測試逐漸成熟後替代境外測試廠商；國內半導體產業分工明細後更多設計、製造、封裝廠選擇第三方測試。

國內2017年IC專業測試潛在市場規模約為160億元，至2020年可達300億元。IC專業測試與IC設計企業息息相關，根據台灣工研院的統計，IC專業測試成本約佔到IC設計營收的6-8%，據此推算，國內2017年IC專業測試的潛在市場規模在160億元左右，至2020年將有望達到300億元，年複合增速達24%。

2 國內專業測試處於初級趕超階段，率先實現突破的公司先發優勢明顯

2.1 整體封測格局穩定，獨立專業測試市佔率超過50%

整體封測市場呈現台灣、大陸、美國三足鼎立局面，大陸封測產值達1890億元。整體封測市場方面，目前台灣、大陸、美國呈現三足鼎立格局，台灣連續多年封測市場佔全球接近一半，穩居第一；國內封測產業經過資本併購整合之後，進入全球封測第一梯隊，市場份額穩居前三，2017年產值達1890億元，長電科技、天水華天及通富微電進入全球前十；美國安靠佔據全球14.98%的市場份額。

獨立專業測試市佔率逐年提升。IC測試貫穿晶元製造的全流程，對保證晶元的性能和穩定性意義重大，測試獨立化不僅有助於其專業性的提升，更可將晶元設計、製造中的存在問題及時分析反饋，減少產能浪費，有效降低生產成本並提升效率。因此獨立專業測試佔全球IC測試的比重逐年提升，預計2020年將達到55.4%。

2.2 台灣專業測試佔據70%全球市場份額，國內專業測試處於初級趕超階段

台灣佔據全球專業測試70%的市場份額，處於絕對領先地位。台灣地區作為代工模式的優勢區域，擁有超過30家專業委外測試企業，無論是數量、質量還是規模上都具有絕對領先地位。根據台灣工研院IEK統計，2017年台灣IC測試產值為319.6億元（47億美元），全球市佔率約為70%。其中台灣的京元電子目前是全球專業委外檢測的龍頭企業，2017年營收達到43.55億元人民幣，凈利潤為4.94億元，市值為72.33億元，佔據台灣測試市場13.63%的份額，位於全球前十大封測廠中的第八位。

國內專業測試領域仍處於初級趕超階段，中小測試公司迅速發展。目前國內IC專業測試仍處於中早期發展階段，數十家中小測試公司伴隨上游設計、製造環節興起迅速發展。但與台灣京元電子等成熟企業相比，國內IC測試公司在規模、技術上仍有很大的差距。

獨立運作、市場導向的IC測試公司增速超越行業平均水平。目前國內IC專業測試企業主要有兩類。一類是具有國企背景的IC測試公司，例如華嶺股份、確安科技、華潤賽美科微的大股東分別為復旦微電子、華大電子、華潤電子。這類國企背景的IC測試廠商的定位介於內部測試部門和市場化測試服務商之間，大股東同時也是大客戶，擁有資源優勢的同時也存在擴張動力不足、市場化能力不強的問題，目前規模增速較為緩慢。另一類是以利揚晶元、威伏半導體、上海偉測半導體為代表的市場化專業測試廠商，這類企業直接服務於國內IC設計企業，具有較強的市場開拓能力，最近幾年發展迅速。

2.3 技術、規模領先的企業先發優勢明顯

目前國內專業測試產能嚴重不足，大部分測試廠商定位中低端市場，不具備開發測試方案和程序的能力。率先實現產能擴張、建立技術優勢的廠商先發優勢明顯，有望通過規模和技術壁壘迅速甩開與競爭者的差距。

首先，晶元測試作為Fabless模式下生產外包環節的一部分，製造業屬性很強，產能完全依賴於設備採購（資本投入），和傳統製造業一樣也會經歷產能爬坡和工藝優化的過程，伴隨規模而來的是經驗積累以及工藝領先的優勢。其次，規模也決定下遊客戶結構，大的設計廠商只會和有一定規模的測試廠商合作，規模上不去就很難承接大的訂單，客戶結構難以優化。因此，技術和規模領先的企業將走上技術領先-客戶開拓-融資擴產-產能爬坡-工藝優化-技術領先優勢擴大的良性循環，並將逐步拉開與競爭者的差距。

3 技術研發水平、市場化程度和資本運作能力構成IC專業測試企業核心競爭力

3.1 獨立測試方案開發能力、豐富的測試經驗構成技術壁壘

IC測試程序繁瑣，要求很高。晶圓測試和成品測試本質上都是集成電路的電學性能測試，包括晶元的電特性、電學參數和電路功能，其中功能是器件的行為（能力），特性是器件行為的表現，而特性參數是器件的主要特徵。因此，電性能測試就是對集成電路的電特性、電參數和功能在不同條件下進行的檢驗。此外，在IC測試的過程中還會相應地採取一系列測試規範以提高集成電路設計、工藝控制和使用水平，具體包括特性規範、生產規範、用戶規範和壽命終結規範，分別對應晶元工作條件的容許限度和電路性能達標的評價、生產過程中的在線測試、用戶驗收測試、可靠性評估。

技術研發重點在測試程序和測試方案開發。晶圓測試階段的測試程序即為製程管控程序，將開發完成的管控程序錄入機台對晶圓進行測試，成品測試階段的測試程序是基於晶元功能測試而開發的，通常是對晶元進行程序燒錄後作功能測試。測試方案開發，是基於不同的測試類型、晶元種類等對測試機台的搭配，以達到測試效率的提升，如晶圓測試是將探針台與測試機搭配，能夠實現並優化對不同尺寸及製程工藝的晶圓進行測試，而成品測試則是將分選機與測試機進行搭配。

IC測試需要大量經驗積累。測試企業依賴人才和經驗，需要不斷研發以適應新製程、新工藝需求。研發方面，IC測試隨晶元產品多樣化和摩爾定律發展不斷更新換代，測試企業需要不斷研發、引入和調試新的測試平台以適應新產品、新工藝、新製程的測試需求；人才方面，IC測試貫穿晶元生產的各個環節，測試工程師不僅要具備測試方案開發、設備調試等測試相關能力，還要兼備晶元設計、製造等領域的知識和經驗，我國目前集成電路人才斷檔明顯，測試工程師培養薄弱，具有市場化經驗的人才更是稀少；經驗方面，IC測試和傳統製造業一樣需要經歷產能爬坡和工藝優化的過程，需要具備不同客戶、不同產品的測試經驗。

3.2 市場化和資本運作能力強的專業測試企業可實現快速擴張

IC測試與上遊客戶緊密結合，測試方案開發和工藝流程優化能力來自於大量客戶帶來的不同類型晶元測試經驗。IC測試和上游設計、晶圓加工緊密結合，需要同客戶進行長時間的共同開發和磨合，結合客戶反饋才能不斷優化測試方案和工藝流程，與此同時長時間合作也會形成較高的壁壘。此外，大量客戶帶來的不同晶元測試經驗是提升測試方案開發能力和優化工藝流程的基礎。

IC測試要求具備較強的資本運作能力。IC測試對資本投入的要求高，目前國內發展階段決定了規模是發展的前提，因此與技術和市場實力相匹配的融資能力是企業發展壯大的支撐。

綜上所述，可從技術經驗、市場化程度和資本運作能力三個方面對IC專業測試企業進行評價，我們認為具備市場開拓能力、獨立測試方案開發技術能力、資本運作能力的IC設計公司更具發展潛力。

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