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测试设备：芯片良率的捍卫者 2018年3月，美国半导体设备制造商KLA-Tencor花34亿美元现金加股票鲸吞了以色列半导体设备制造商奥宝科技。 无独有偶，两个月后，先前向美国外国投资委员会（CFIUS）打小报告的美国半导体企业科休（Cohu）宣布将以7.96亿美元现金加股票收购Xcerra。 这两起并购都发生在半导体测试设备领域，引起了各方的高度关注。本次就让我们窥探半导体测试设备，深入了解下这个行业的发展。  何为测试设备？ 我们通常所说的半导体包括了集成电路（IC）、光电子器件、分立器件和传感器四大类。为了便于解释，我们这里就重点说下集成电路，俗称芯片。 集成电路测试设备就像一名耿直的检验员，每天做的事情就是存优汰劣，对生产过程中的工艺流程、晶圆半成品以及芯片成品进行检验，找出不符合要求的，确保生产良率，把好质量这一关。 从晶圆硅片到一颗小小芯片的诞生，需要历经成百上千次的锤炼，方可成材，整个过程大致可分为IC设计、IC制造和IC封装测试等环节。其中，晶圆制造也称为前道工序，封装称为后道工序。  资料来源：招商证券 集成电路测试贯穿整个产业链，包括芯片设计中的设计验证，晶圆制造中的晶圆测试和封装完成后的成品测试。 社） 由于关系到生产成本，芯片的生产过程对良率（合格率）的要求极高。芯片生产工艺复杂，工序步骤涉及上百道，只要有一道工艺良率不达标就可能前功尽弃，所谓一着不慎，满盘皆输。就成熟的工艺制程，芯片制造和封装环节的最终良率都要求在95%以上。 表 集成电路加工工艺合格率情况 资料来源：招商银行、AMEC 集成电路测试设备大致分为两类。 一类称为 工艺检测设备，对生产过程中工艺流程进行检测，侧重于表面性检测，包括尺寸形貌等，可细分光罩检测、薄膜检测、光学检测和晶圆缺陷检测等。KLA就是工艺检测设备领域的老大。 另一类称为 自动化测试设备（Automatic Test Equipment ,ATE）。对芯片的性能和功能进行检测，按功能可细分为SOC测试，RF测试、Memory IC测试等。Cohu就是ATE领域的龙头。 自动化测试设备包括了测试机（对芯片性能和功能检测的设备）、分选机（将经检测的芯片分类放置）和探针台（为芯片与测试机对接提供平台）。在晶圆制造部分主要由测试机和探针台配合使用，在封装测试部分主要由测试机和分选机配合使用。 图 集成电路产业链及测试设备利用情况 资料来源：长川科技招股说明书 全球测试设备发展空间大、垄断特征显著 集成电路测试设备在整个设备体系中具有重要地位。例如，国内封装巨头长电科技滁州封测项目采购的2000多台设备中，测试设备的采购比例就超过 四分之一。 根据国际半导体协会（SEMI）统计，2017年，全球集成电路测试设备销售额45.3亿美元，增长25%，占所有设备比重为7.9%。过去五年，测试设备占整个设备的比重大致在8%-9%。据保守预计，2018年和2019年，全球测试设备每年市场规模大致在50亿美元。 图 集成电路测试设备市场规模和比重 资料来源：根据SEMI数据整理 目前，全球测试设备基本是美国和日本厂商的天下。其中，全球工艺测试设备呈现三足鼎立的格局，由美国的KLA、应用材料，日本的日立所把持，三家市场占有率合计达到 70%。 表 工艺检测设备细分领域市场情况 资料来源：根据Gartner数据整理 全球自动化测试设备（ATE）呈现寡头垄断，由美国的泰瑞达（Teradyne）、科休（Cohu），日本的爱德万（Advantest）三家厂商牢牢掌控，合计市场占有率在90%以上。 表 ATE细分领域市场情况 资料来源：根据Gartner数据整理 泰瑞达和爱德万基本垄断了功能测试市场。 表 ATE功能细分市场情况  资料来源：根据Gartner数据整理 我国集成电路测试设备企业亟需加快转型步伐 未来几年，集成电路测试设备将迎来新契机。 在前道工序方面，随着先进制程工艺的演进，工艺步骤不断增多，加工精度也会随之提高，这就要求厂商加大对检测设备的技术研发力度。例如，当工艺制程推进到10nm以下，就要求测试设备厂商提高成像技术，满足先进工艺对检测的精度要求。 在后道工序方面，传统封装正在向先进封装延伸。先进封装是后摩尔时代的产物，主要有两大方向：一是减小封装体积，使其接近芯片大小；二是增加封装集成度，实现从2D封装向3D集成封装跨越。 据预计，2016-2021年，先进封装的复合增长率达7%，高于封测行业平均增长3-4%。随着3D集成封装的应用，工艺过程变得更为复杂，工序步骤会增加，对3D结构的检测也将增加对设备的需求。  图 先进封装两大方向 资料来源：Gartner，太平洋证券研究院 目前，全球测试设备行业基本形成了垄断的局面。我国测试设备行业起步晚，整体规模较小，产品主要用于后道封装测试。 
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