亟待崛起的中国集成电路测试设备

来源：内容来自华泰证券 ，作者章诚/肖群稀，谢谢。

集成电路是半导体产业的核心，占整个半导体行业规模的 80%以上。 半导体产业主要包括集成电路（Integrated Circuit，简称 IC）和分立器件两大类，各分支包含的种类繁多且应用广泛。集成电路应用领域覆盖了几乎所有的电子设备，是计算机、家用电器、数码电子、自动化、通信、航天等诸多产业发展的基础，是现代工业的生命线，也是改造和提升传统产业的核心技术。按其功能、结构的不同，集成电路又可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数模混合集成电路等。 集成电路的生产流程可分为设计、制造、封装与测试三个步骤。

集成电路的主要生产环节

集成电路的测试完整贯穿了集成电路三大生产过程，主要包括： 1）芯片设计中的设计验证； 2）晶圆制造中的晶圆检测； 3）封装完成后的成品测试。 无论哪个阶段，要测试芯片的各项功能指标必须完成两个步骤，一是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来，二是要通过测试机对芯片施加输入信号，并检测芯片的输出信号，判断芯片功能和性能指标的有效性。

集成电路的生产流程示意图

（1）设计验证环节

设计验证指芯片设计公司分别使用测试机和探针台、测试机和分选机对晶圆样品检测和集成电路封装样品的成品测试，验证样品功能和性能的有效性。

（2）晶圆检测环节

晶圆检测是指在晶圆制造完成后进行封装前，通过探针台和测试机配合使用，对晶圆上的芯片进行功能和电参数性能测试，其测试过程为：探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置，芯片的 Pad 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、采集输出信号，判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性。测试结果通过

通信接口传送给探针台，探针台据此对芯片进行打点标记，形成晶圆的 Map 图。

（3）成品测试环节

成品测试是指芯片完成封装后，通过分选机和测试机配合使用，对集成电路进行功能和电参数性能测试，保证出厂的每颗集成电路的功能和性能指标能够达到设计规范要求。其测试过程为：分选机将被检测集成电路逐个自动传送至测试工位，被检测集成电路的引脚通过测试工位上的金手指、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对集成电路施加输入信号、采集输出信号，判断集成电路在不同工作条件下功能和性能的有效性。测试结果通过通信接口传送给分选机，分选机据此对被测试集成电路进行标记、分选、收料或编带。

集成电路的检测环节至关重要，是提高芯片制造水平的关键之一。 集成电路生产需经过几十步甚至几百步的工艺，其中任何一步的错误都可能是最后导致器件失效的原因，同时版图设计是否合理、产品是否可靠，都需要通过集成电路的功能及参数测试才能验证。

集成电路测试的三大核心设备

设备制造业是集成电路的基础产业，是完成晶圆制造、封装测试环节和实现集成电路技术进步的关键，在集成电路生产线投资中设备投资达总资本支出的 80%左右（SEMI 估计）。

所需专用设备主要包括晶圆制造环节所需的光刻机、化学汽相淀积（CVD）设备、刻蚀机、离子注入机、表面处理设备等；封装环节所需的切割减薄设备、度量缺陷检测设备、键合封装设备等；测试环节所需的测试机、分选机、探针台等；以及其他前端工序所需的扩散、氧化及清洗设备等。 这些设备的制造需要综合运用光学、物理、化学等科学技术，具有技术含量高、制造难度大、设备价值高等特点。

集成电路的测试设备主要包括测试机、分选机和探针台等。 作为重要的专用设备，集成电路测试设备不仅可判断被测芯片或器件的合格性，还可提供关于设计、制造过程的薄弱环节信息，有助于提高芯片制造水平。其中：

测试机是检测芯片功能和性能的专用设备。 测试机对芯片施加输入信号，采集被检测芯片的输出信号与预期值进行比较，判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性。

分选机和探针台是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来并实现批量自动化测试的专用设备。 在设计验证和成品测试环节，测试机需要和分选机配合使用；在晶圆检测环节，测试机需要和探针台配合使用。

集成电路的三大测试设备示意图

集成电路测试设备的技术壁垒较高。 集成电路行业集计算机、自动化、通信、精密电子测试和微电子等技术于一身，是技术密集、知识密集的高科技行业，集成电路的可靠性、稳定性和一致性要求较高，对生产设备要求较高。

集成电路测试设备的技术难点：

（一）测试机

（1）由于集成电路参数项目越来越多，如电压、电流、时间、温度、电阻、电容、频率、脉宽、占空比等，对测试机功能模块的需求越来越多；

（2）客户对集成电路测试精度要求越来越高（微伏、微安级精度），如对测试机钳位精度要求从1%提升至 0.25%、时间测量精度提高到微秒级，对测试机测试精度要求越趋严格；

（3）随着集成电路应用越趋于广泛，需求量越来越大，对测试成本要求越来越高，因此对测试机的测试速度要求越来越高（如源的响应速度要求达到微秒级）；

（4）集成电路产品门类的增加，要求测试设备具备通用化软件开发平台，方便客户进行二次应用程序开发，以适应不同产品的测试需求；测试设备供应商对设备；

（5）状态、测试参数监控、生产质量数据分析等方面，结合大数据的应用，对测试机的数据存储、采集、分析方面提出了较高的要求。

（二）分选机

（1）由于集成电路的小型化和集成化特征，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；

（2）分选机的批量自动化作业要求其具备较强的运行稳定性，例如对 UPH（每小时运送集成电路数量）和 Jam Rate（故障停机比率）的要求很高；

（3）集成电路封装形式的多样性要求分选机具备对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；

（4）集成电路测试对外部测试环境有一定要求，例如部分集成电路测试要求在-55—150℃的多种温度测试环境、无磁场干扰测试环境、多种外场叠加的测试环境中进行，如何给定相应的测试环境是分选机技术难点。

（三）探针台

（1）探针台精度要求非常严苛，重复定位精度要求达到 0.001mm（微米）等级；

（2）晶圆检测对于设备稳定性要求较高，各个执行器件均需进行多余度的控制，晶圆损伤率要求控制在 1ppm（百万分之一）以内；

（3）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；

（4）探针台对设备工作环境洁净度要求较高，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。

本土测试设备企业进入成长期

集成电路产业链开始向专业化分工的垂直分工模式发展。 作为半导体行业的核心，集成电路在近半个世纪里获得快速发展。早期的集成电路企业以 IDM（Integrated Device Manufacturing）模式为主， IDM 模式也称为垂直集成模式，即 IC 制造商（IDM）自行设计、并将自行生产加工、封装、测试后的成品芯片销售。随着加工技术的日益成熟和标准化程度的不断提高，集成电路产业链开始向专业化分工方向发展， 逐步形成了独立的芯片

设计企业（Fabless）、晶圆制造代工企业（Foundry）、封装测试企业（Package & Testing House），并形成了新的产业模式——垂直分工模式。

在垂直分工模式下，设计、制造和封装测试分离成集成电路产业链中的独立一环。 据国际半导体协会统计，从全球产业链分布而言， 2015 年芯片设计、晶圆制造和封装测试的收入约占产业链整体销售收入的 27%、 51%和 22%。目前虽然全球半导体前 20 大厂商中大部分仍为 IDM 厂商，如三星（Samsung）、英特尔（Intel）、德州仪器（TI）、东芝（Toshiba）、

意法半导体（ST）等，但由于近年来半导体技术研发成本以及晶圆生产线投资成本呈指数级上扬，更多的 IDM 厂商开始采用轻晶圆制造（Fab-lite）模式，即将晶圆委托晶圆制造代工商制造，甚至直接变成独立的芯片设计企业，如超微（AMD）、恩智浦（NXP）和瑞萨（Renesas）等，垂直分工已成为半导体行业经营模式的发展方向。

集成电路行业的主要企业模式

我国垂直分工模式的芯片产业链初步搭建成形，产业上中下游已然打通，涌现出一批实力较强的代表性本土企业。 集成电路是基础性、先导性产业，涉及国家信息安全，做大做强集成电路产业已成为国家产业转型的战略先导。近年来，中国集成电路技术水平与国际差距不断缩小，产业已经进入快速发展的轨道，其中主要包括以华为海思、紫光展锐等为核心的芯片设计公司，以中芯国际、上海华虹为代表的晶圆代工制造商，以及以长电科技、华天科技、通富微电等为龙头的芯片封测企业，此外还包括采用 IDM 模式的华润微电子、士兰微等。构筑完成的产业生态体系具备实现集成电路专用设备进口替代并解决国内较大市场缺口的基础。

集成电路产业链结构示意图

一、上游——集成电路设计

近年来我国大陆地区芯片设计业发展迅速， 中国半导体行业协会数据显示该细分产业收入占比由 2010 年的 27%提高至 2015 年的 37%， 15 年销售额规模达 1,325 亿元，成为三个细分产业中增长最快的领域，有力带动了我国芯片设计水平的提高。

据 SEMI 统计， 2015 年全球芯片设计企业（Fabless）前 50 名厂商中，大陆企业占据 9位，而在 2009 年大陆只有 1 名企业入围，华为旗下海思半导体、紫光集团旗下紫光展锐等内资企业已具备一定全球市场竞争力，其中华为海思已进入全球芯片设计企业前 10 名的行列。我国集成电路设计企业的崛起有力推动了晶圆制造企业和封装测试企业的发展。

二、中游——晶圆制造加工

晶圆制造属于重资产领域，对设备和资金的需求很高，企业为保持竞争力而每年用于采购设备等资本性开支比例很高。同时制造企业需要不断追赶先进制程， 1995 年以来，芯片制造工艺经历了从 0.5 微米到目前 28nm、 16/14nm 的发展过程，从 65nm 开始，晶圆制造生产线投资呈几何级数的增长，随着集成电路制程节点的缩小，制造技术难度成倍增加，

能跟随工艺发展的制造厂商越来越少。

目前，在晶圆制造代工领域，全球市场高度集中， SEMI 数据显示 2015 年全球前 10 名厂商占据全球 91.7%的市场份额，其中台湾积体电路制造公司（TSMC）占据垄断地位。由于制造业投资回报期长、资金需求量较大，以及发达国家和地区针对先进技术采取授权许可等方式对我国大陆地区设置重重障碍，我国大陆地区集成电路制造领域中目前仅中芯国际（中芯国际集成电路制造有限公司）、上海华虹（上海华虹宏力半导体制造有限公司）等少数企业占据一定市场份额。

三、下游——封装与测试

基于我国在成本以及贴近消费市场等方面的优势，近年来全球半导体厂商纷纷将封测厂转移到中国，如飞思卡尔半导体（Freescale）于 2004 年在天津成立飞思卡尔半导体（中国）有限公司从事封测等业务。

目前封装测试业已成为我国集成电路产业链中最具有国际竞争力的环节。 国际先进技术的进入带动我国封测技术的不断提高，当前国内封测产业呈现外商独资、中外合资和内资三足鼎立的局面，内资封装产业已形成一定的竞争力，长电科技、华天科技、通富微电等内资企业已进入全球封测企业前 20 名，并通过海外收购或兼并重组等方式不断参与到国际

竞争中，先进封装产能得到大幅提升。

四、集成电路测试设备制造

贯穿生产全程的集成电路的测试设备制造企业也是产业链的重要组成之一。 集成电路测试设备的技术水平是集成电路测试技术进步的重要标志，测试设备在测试精度、测试速度、并测能力、自动化程度和测试可靠性等方面有着较高要求。由于测试环节是贯穿集成电路生产过程的重要流程，测试设备制造企业在产业链中也占据着重要地位，是上中下游各类企业完成检测工艺的有力支撑。

目前国内测试设备市场仍由海外制造商主导， 市场集中度高。 国外知名企业凭借较强的技术、品牌优势，在高端市场占据领先地位，面对我国较大的市场需求和相对较低的生产成本，纷纷通过在我国建立独资企业、合资建厂的方式占领大部分国内市场， 据中国半导体行业协会统计 2015 年在测试设备行业美国泰瑞达（Teradyne）、日本爱德万（Advantest）、美国安捷伦（Agilent）、美国科利登（Xcerra）和美国科休（Cohu）占据了约 80%以上的国内市场份额。

少数优秀的本土测试设备制造商正在奋起直追。 本土企业中，包括长川科技、上海中微半导体、北方微电子、七星电子、北京华峰等业内少数专用设备制造商通过多年的研发和积累，已掌握了相关核心技术，拥有自主知识产权，具备较大规模和一定品牌知名度，占据了一定市场份额，其中以长川科技、北京华峰为代表的测试设备优势企业产品已成功进入国内封测龙头企业供应链体系，奠定了一定的市场地位。与国外知名企业相比，国内优势企业对客户需求更为理解，服务方式更为灵活，产品性价比更高，具有一定的本土优势。

国内外集成电路测试设备主要制造商概况：

（1）美国泰瑞达（Teradyne）

泰瑞达成立于 1960 年，系美国纽约交易所上市公司（股票代码： TER），是全球知名的半导体测试设备供应商，产品主要用于半导体、板卡及电子系统的测试领域，能满足模拟、混合信号、逻辑器件、存储器及超大规模集成电路等领域的测试要求。 2001 年，泰瑞达在上海成立中国总公司，随后在北京、深圳、苏州、天津和无锡等地设立办事处。

（2）日本爱德万（Advantest）

爱德万成立于 1954 年，系东京证券交易所上市公司（股票代码： 6857）和美国纽约交易所上市公司（股票代码： ATE）。该公司在 2011 年成功收购惠瑞捷（Verigy）后成为全球半导体产业知名测试设备供应商，主要产品包括数字测试机、存储器测试机、混合信号测试机、 LCD Driver 测试机、动态机械手等。

（3）美国安捷伦（Agilent）

安捷伦自 1999 年从惠普研发有限公司分离出来，承袭惠普全部测试测量业务，该公司系纽交所上市公司（股票代码： A），产品覆盖电子测量和生命科学/化学分析两大领域。

（4）美国科利登（Xcerra）

科利登成立于 1976 年，系美国纳斯达克上市公司（股票代码 XCRA），是全球领先的半导体测试解决方案供应商，聚合了 Atg Luther&Maelzer、 Everett Charles Technologies（ECT）、 LTX-Credence、 Multitest 等四大半导体及电路板测试设备品牌。

（5）美国科休（Cohu）

科休成立于 1945 年，系美国纳斯达克上市公司（股票代码： COHU），是全球知名的半导体测试和检测分选机、 MEMS测试模组、测试接触器和温度子系统的供应商。科休先后收购了 Rasco、 Delta Design 和马来西亚 Ismeca，开展多品牌运营。

（6）日本爱普生（Epson）

爱普生成立于 1942 年，系东京证券交易所上市公司（股票代码： 6724），该公司产品线涉及范围较广，涵盖了喷墨打印机、打印系统、 3LCD 投影机、工业机器人、智能眼镜和传感系统等，在半导体测试领域，该公司首创了平移式分选机。

（7）台湾鸿劲科技（Hon Tech）

鸿劲科技成立于 1995 年，系一家半导体封装测试设备专业制造商，主要产品包括逻辑 IC 测试分选机、系统级 IC 测试分选机、闪存卡测试分选机和精密芯片自动光学检测的分选设备等。

（8）北京华峰

北京华峰成立于 1993 年，主要从事半导体元器件测试设备和专用智能化测试机的研制、生产、销售和技术服务，该公司拥有 STS 三大系列 10 多个型号的元器件测试机，产品应用于国防重点型号项目、民用电子、科研教学试验等领域。

（9）上海中艺

上海中艺成立于 2001 年，主要从事集成电路自动化设备的研发、制造、销售，主要产品包括集成电路分选机、编带机等。

5000 亿中国集成电路销售孕育 500 亿元设备销售市场

近三年全球半导体市场规模稳定在 3300 亿美元左右。2013 年以来随着全球经济的逐步复苏， PC、手机、液晶电视等消费类电子产品需求不断增加，同时在以物联网、可穿戴设备、云计算、大数据、新能源、医疗电子和安防电子等为主的新兴应用领域强劲需求的带动下， 2014 年全球半导体销售市场增速达 9.9%，销售规模达 3,358 亿美元， 2015~2016年全球半导体销售市场规模与 2014 年基本持平，根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）预测， 2017 年全球半导体市场规模有望增长至 3,465 亿美元。

全球半导体市场规模及增速

2016 年全球半导体专用设备市场已达 400 亿美元以上。 集成电路旺盛的市场需求带动产业的不断升级和投资的加大，有力促进了集成电路装备制造行业的发展，因此集成电路专用设备市场与集成电路产业景气状况紧密相关。 2014 年以来全球集成电路市场开始复苏，据国际半导体协会数据， 2015、 2016 年全球半导体专用设备销售规模分别达 365 亿美元

和 412 亿美元，其中测试设备销售额分别为 33 亿美元和 36 亿美元。

2017 年全球半导体测试设备市场有望保持 35 亿美元规模。 随着下游电子、汽车、通信等行业需求的稳步增长，以及物联网、云计算及大数据等新兴领域的快速发展，集成电路产业面临着新型芯片及先进制程的产能扩张需求，为包括测试设备在内的集成电路专用设备行业带来了广阔的市场空间。伴随着芯片尺寸及线条的缩小，用于检验和测试 FinFETs、3D NAND 等新型芯片的测试设备需求不断增加，由于尺寸减小相应参数信号也会减弱，这对测试设备提出更高要求。 SEMI 预测 2017 年全球半导体设备市场规模 411 亿美元，其中测试设备市场规模 35 亿美元。

全球半导体专用设备（含测试设备）市场规模及测试设备占比

2017 年中国集成电路专用设备销售规模有望达 500 亿元，中国设备市场的全球占比不断提高。 作为全球集成电路消费市场最大的国家，我国集成电路产业规模不断扩大，同时随着国际产能不断向我国大陆地区转移，英特尔（Intel）、三星（Samsung）等国际大厂陆续在我国大陆地区投资建厂，我国大陆地区对集成电路配套装备的需求很大。 2012~2016年我国大陆地区半导体专用设备销售规模由 25.0 亿美元增长至 64.6 亿美元，占全球市场比例由 6.8%提升到了 15.7%。SEMI 预计未来我国大陆地区集成电路专用设备市场仍将保持增长态势， 2017 年市场规模将达 72.4 亿美元（约合 500 亿元人民币）。

中国半导体专用设备市场规模及全球占比

趁机崛起的中国测试设备企业

以中国市场为核心的亚太地区（除日本）已成为全球最庞大的集成电路消费市场， 据 WSTS统计 2015 年占比已达 60%。 分地区而言，亚太地区（除日本）已成为全球半导体市场增长最为迅猛的区域， 2000~2015 年期间复合增长率达 9.54%，远高于全球 3.35%的水平，2015 年该地区半导体市场销售规模达 2,011 亿美元，占全球市场规模的 60%。中国市场

已成为推动亚太地区（除日本）发展的重要推动力，其次为北美（20.51%）、欧洲（10.22%）和日本（9.28%）。 WSTS 预测 2017 年亚太地区（除日本）仍将保持稳定增长，市场规模将达 2,078 亿美元。

我国已成为全球集成电路增长最快的主要消费市场。 近十余年来随着全球集成电路市场逐渐步入成熟发展阶段，全球产业增速有所放缓，然而与此同时，伴随着我国经济的高速发展，我国智能手机、平板电脑、汽车电子、工业控制、仪器仪表以及智能照明、智能家居等物联网市场快速发展，尤其智能手机和平板电脑市场快速增长，我国对各类集成电路产品需求不断增长，据 WSTS 统计 2000 年我国集成电路市场消费规模仅为 945 亿元人民币，到 2015 年已增长至 11,024 亿元人民币，年均复合增长率高达 17.80%， 2015 年我国集成电路消费市场规模在全球市场中所占比重超过 50%。

集成电路专用设备的进口依赖问题同样严重。 集成电路装备业具有较高的技术壁垒、市场壁垒和客户认知壁垒，由于我国集成电路专用设备产业整体起步较晚，目前国产集成电路专用设备行业规模仍然较小。 

中国半导体行业协会数据显示， 2015 年我国大陆地区半导体专用设备市场销售规模达 304.60 亿元，其中国产集成电路设备销售额仅为 22.92 亿元，国产市场份额仅占 7.5%，国内专用设备市场仍主要由美国应用材料（Applied Material）、美国泛林半导体（Lam Research）、日本东京电子（TokyoElectron）、日本爱德万（Advantest）、美国科磊（KLA-Tencor）等国外知名企业所占据。集成电路专用设备是集成电路产业发展的重要基石，专用设备的大量依赖进口不仅严重影响我国集成电路的产业发展，也对我国电子信息安全造成重大隐患。

全球集成电路产能重心转向中国是大势所趋，转移进程正在加速。 一方面，向我国转移产能可以更好的参与市场竞争；另一方面，我国具备低成本优势，也具备承接产能转移的基础。全球各大集成电路企业，如英特尔、三星、格罗方德（GlobalFoundries）、 IBM、日月光（ASE）、意法半导体（ST）、飞思卡尔半导体（Freescale）等已陆续在我国建设工

厂或代工厂，向我国转移产能。

除英特尔、三星与 SK 海力士大厂早已在中国插旗，在大陆建设 12 寸晶圆厂外，中芯国际、长江存储旗下武汉新芯、台积电、晋华集成、格罗方德等都已在内地多个城市布局 12 寸晶圆厂。根据 SEMI 发布的报告，预计 2017~2020 年间投产的半导体晶圆厂为 62 座，其中 26 座设于中国，占全球总数 42%。

中国在建 12 寸晶圆厂项目概况

我国发展最快的封装测试产业环节是测试设备最主要的需求领域。 测试设备市场需求主要来源于下游封装测试企业、晶圆制造企业和芯片设计企业，其中又以封装测试企业为主。

目前，封装测试业已成为我国集成电路产业链中最具国际竞争力的环节，封装测试产业在我国的快速发展有力促进了测试设备的市场需求。

我们认为，随着国内集成电路产品市场需求的不断增长以及国产芯片替代进口的不断推进，集成电路行业将迎来新一轮的投资周期， 以长川科技为代表的本土专用设备制造商有望充分受益集成电路产能转移带来的市场发展空间。

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