2022年半导体测试设备行业发展现状及细分产业分析

1、2022年半导体测试设备行业发展现状及细分产业分析1、半导体后道检测设备下游需求旺盛，行业周期性上行1.1、半导体检测行业重要性攀升，高端产品需求增加半导体检测贯穿于半导体设计、制造、封测的各个环节，不仅可以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。 半导体检测按照生产制造的工序流程可分为前道量检测和后道测试。其中：1）前道量检 测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，其应用光学、电子束检测等技术；2）而后道测试主要 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

2、是否符合要求。后道检 测的具体应用环节如下：设计验证：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；晶圆检测（CP）：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；成品检测（FT）：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。半导体后道检测设备主要包括测试机、分选机和探针台。根据 SEMI 数据统计，2018 年 三者合计占总市场规模比重超过 95%。其中测试机（63.1

3、%）是最主要的设备，贯穿集 成电路制造的所有环节，用于施加信号、采集数据并判断每道工序是否合格；而探针台 （15.2%）和分选机（17.4%）则分别用于晶圆检测和成品检测过程中，配合测试机完成 晶圆/芯片与测试机功能模块的连接。随着集成电路日趋复杂化，客户对半导体测试设备功能、精度和响应速度的要求随之提 高，因此半导体测试设备公司需要具有强大的研发能力，不断突破技术壁垒、完成产品 的迭代升级以适应客户的需求。1.2、海外龙头主导市场，国产替代浪潮下本土企业迎来发展机遇全球半导体设备行业销售额再创新高，国内市场占比攀升至约 29%。半导体专用设备市 场与半导体产业景气状况紧密相关，根据日本半导体

4、制造装置协会和SEMI数据，2019 年 受全球宏观经济低迷影响，半导体行业景气度呈现先低后高，全球半导体设备销售额同 比-7%至 597.5 亿美元，随着半导体行业周期性复苏叠加 AIOT 和汽车电子等新兴需求拉 升，2020 年市场逐步回暖至 712 亿美元，2021 年再度高增 44%至 1026 亿美元，创历史 新高，中国大陆地区稳居最大市场，销售额增长 58%达到 296 亿美元，连续第四年增长， 在全球市场的占比也从 2013 年的 12%攀升至 2021 年的 29%。后道测试设备市场高景气，竞争格局高度垄断。根据 SEMI 数据，全球半导体测试设备 占半导体专用设备销售额的比重

5、约为 8%，2021 年全球市场规模约为 77.9 亿美元，同比 增长 30%。竞争格局方面，头部厂商泰瑞达和爱德万合计市占率达 86%，第三名科休的 市场份额约为 10%。国产厂商加速突破，挑战海外龙头垄断地位。在摩尔定律驱动下，芯片设计的复杂度逐 渐增加，带来了测试难度的不断加大。由于检测设备的好坏对产品良率具有决定性意义， 间接影响芯片的整体生产成本，因此客户往往优先考虑产品性能而非价格因素。海外龙 头公司深耕多年，技术实力和验证经验丰富，产品性能更加成熟，客户在一定程度上形 成了对头部厂商的品牌粘性。近年来，在国内半导体行业工程师红利与政策红利不断加 持下，以公司为代表的一批国产设备厂

6、商不断打磨工艺技术，在部分细分领域如模拟测 试机方面产品性能显著提升，逐步得到下游客户的认可和复购订单，而在更高端的数字 测试机领域也已崭露头角，在市场化竞争中持续提升自身实力。同时近年来地缘政治格 局紧张、新冠疫情不确定性等加剧半导体供应短缺，国内供应链自主可控需求急切，值 此新一轮半导体产能扩张期&国产化浪潮，国内设备公司将继续把握时代发展机遇，挑 战海外龙头垄断地位2、测试机：SoC 测试机星辰大海，国产替代号角已经吹响2.1、测试机种类繁多，竞争壁垒高企测试机按照下游应用可分为模拟测试机（含分立器件、模拟、数模混合测试机）、SoC 测 试机、存储测试机和 RF 测试机。1）其中 SoC

7、 测试机（难度高）和存储测试机（难度最高）的研发难度大，模拟测试机 中除 IGBT 高电压、大电流测试机尚有一定难度外其他产品的研发难度不大。2）因数字测试机在产品架构和测试速度、主要参数等方面与模拟测试机有较大差别，因 此自研过程复杂，进程缓慢，目前国内仅有长川科技（D9000 产品）和个别友商实现了 SoC 测试机的量产出货，国产存储测试机尚待突破。3）除技术外，测试机行业的壁垒还体现在人才、客户验证、资金、产业链协同等方面。 其中客户验证壁垒主要由于下游客户认证的周期较长，设备替换意愿低，导致测试设 备行业头部效应显著；产业协同壁垒则要求测试设备企业在 Fabless 模式下，与 IC

8、设 计企业、晶圆制造企业、封装测试企业等建立稳定紧密的合作关系，协同开发产品。2.2、国产替代循序渐进，逐步突破打开广阔空间全球测试机市场高速增长。至 2027 年行业 规模或以 9%的复合增速增长至约 81 亿美元，主要驱动力为：消费电子领域对先进和小 型化半导体元件的需求不断增长、汽车电气化&智能化程度不断提高、5G 和物联网设备 的普及率不断提高、计算和 AI 应用中对 SoC 的需求不断增加等。我国测试机市场增速更高。2018 年国内半导体设备市场以及半导体测 试设备市场规模分别为 845 亿元（131 亿美元）和 57 亿元，可得测试设备占半导体设备 市场份额约 6.7%，进一步根据

9、测试机在测试设备市场约 63.1%的占比数据，可推算出 2018 年国内测试机占整体半导体设备市场的比重约为 4.3%。随着国内晶圆厂整体制程水平的 推进，更高性能的后道测试设备需求进一步提升，作为核心设备的测试机价值量占比有 望增加，我们假设 2019-2021 年测试机占半导体设备销售额的比重分别为 5%/5.5%/6%， 则对应国内测试机市场空间分别为 44/67/116 亿元，受益于国内新能源汽车市场和物联网 更为强劲的驱动，至 2025 年国内测试机市场规模有望以 20%的复合增速达到 240 亿元。下游需求结构决定细分设备市场空间，SoC&存储测试机市场占比高。2021 年全球半导

10、体市场中，逻 辑+MPU+MCU+DSP的市场规模约为2350亿美元，存储芯片市场规模约为1538亿美元， 分别占整体市场的比重为 42%和 28%，与相配套的测试机设备市场规模占比数据较为接 近，按应用领域分类，在全球半导体测试机市场中 SoC 测试机和存 储测试机占比分别为 50%、30%。在国内市场中，存储（43.8%）和 SoC（含纯数字类， 36.2%）测试机依旧占据主要份额，三者合计占比亦为 80%。海外龙头布局完善，国内厂商由精而全不断追赶。国际龙头泰瑞达、爱德万在存储、SoC 和模拟/数模混合领域布局全面且均具有成熟运作的产业化经验，以华峰测控和长川科技 为代表的国内领军企业选

11、择先在单一赛道沉淀，待产品成熟度提升，产销初具规模后再 对新赛道进行布局，稳扎稳打追赶海外巨头。模拟测试机已基本实现国产替代，产品性能接近世界领先水平。模拟测试机在所有机型 中属于较基础的品类，任务简单但难度上限非常高，需要精确测量细小电压、电流变化， 同时在持续工作中的稳定度方面亦有极高要求，测试机台需要长时间测试，一般每三个 月校准一次，所以要保证 3 个月的精度。国内厂商深耕多年，已取得了显著成绩，2021 年我国模拟测试机国产化率已接近 85%， 其中华峰测控占据近 50%市场份额，长川市占率约 28%。国产机台在产品性能方面已能 满足客户需求，通过产业调研我们观察到，国内头部封测客户

12、在模拟测试机国产替代上 进展乐观。数字测试机国产突破进行时，未来空间广阔。数字机壁垒在于：1）芯片底层架构，底层 架构的可拓展性是重要指标，需要经过市场洗礼；2）技术难点还在于数字测试机中的 ASIC 芯片，泰瑞达、爱德万能够直接与核心供应商 ADI 合作定制芯片，在提高测试频 率方面与后续梯队厂商形成代际差距。因此，目前市面上仍以台系、泰瑞达、爱德万等 厂商为主，国内市场竞争较激烈，国产化率较低。但目前长川已实现 SoC 测试机 D9000 的量产销售，可实现集合 200Mbps 数字测试速率、1G 向量深度和 128A 电流测试能力， 后续有望逐步实现产业化突破；其他友商也完成了初代产品的

13、出货，国产突破正加速进 行，未来成长空间可期。2.3、他山之石，可以攻玉：复盘海外龙头发展历程受益于行业景气度向上，叠加国产化浪潮，国内半导体测试设备行业正处在巨大的发展 机遇期，以长川、华峰为代表的头部公司有望高速成长，在全球后道测试设备行业的发 展进程中，内生外延的成长路径驱动行业份额不断集中，通过复盘龙头泰瑞达和爱德万 的发展历史，总结行业及公司重大发展节点，可以为国内产业发展趋势提供借鉴。双巨头泰瑞达（美国）与爱德万（日本）均属于测试机产品线的全能高端选手，其中泰 瑞达在 SoC 测试机领域更有优势，爱德万在存储器测试机上更胜一筹。在龙头的成长历程中，并购活动贯穿始终。泰瑞达自 198

14、0 年开始并购整合，至今已完成 十余次并购活动；爱德万也在近 20 年开始采取外延战略，并以其 2011 年收购惠睿捷 （VERIGY）为标志，形成了 ATE 市场双寡头的竞争格局；合适的并购活动既可缩短公 司切入新领域的时间成本，又可帮助公司进行产业资源整合、增强自身的实力，从而更 高效地达到战略目标。在龙头的并购历程中有两个关键节点值得关注：1）1995 年，泰瑞达通过收购 Megatest， 将 Catalyst 和 Tiger 系列测试系统收入囊中，进而成为高端 SoC 测试领域的领导者；2） 2011 年，爱德万作价 11 亿美元收购原 SoC 测试机领导者惠睿捷（VERIGY），跻

15、身全球 测试机巨头行列。双寡头不约而同地大力布局 SoC 测试机，说明攻克 SoC 测试机是测试设备公司做大做强的必经之路，不仅因为 SoC 是测试机领域最重要的下游应用之一，市 场份额大，同时还因 SoC 难度系数高，SoC 产品的突破也是公司自身技术实力的象征， 因此国内公司早一步研发、产业化，就更有望在未来胜出。高度重视研发，持续高投入抵御周期波动。半导体行业具有较强的周期属性，而穿越周 期的核心竞争力在于创新能力带来的产品附加值的提升，即便在行业下行周期，龙头厂 商依然投入高额研发，泰瑞达研发费用率维持在 15%左右，而爱德万在上一轮周期时平 均研发费用率在 25%左右，08/09 年

16、一度超过 30%，近年来虽然有所下滑，但依然保持了 15%左右的较高水平，通过提升研发实力实现内生增长是业内公司普遍认可的发展路径。泰瑞达成立于 1960 年代，公司主营产品包括全品类测试机、工业自动化产品等，在中国 大陆营收占总营收比重先下降后上升；公司 2021 年全年营业收入 37.03 亿美元，净利润 10.24 亿美元，其中在中国大陆实现 6.32 亿美元收入，约占全年营收的 17%；22Q1 实现 营收 7.55 亿美元，净利润 1.78 亿美元。爱德万主营产品包括全品类测试机（以存储、SoC 为主）、分选机等，2012-2021 年在中 国大陆营收比重逐年增长；公司 2021 财

17、年营业收入 4170 亿日元，净利润 873 亿日元， 其中在中国大陆实现 1033 亿日元收入，约占全年营收的 25%。3、分选机&探针台：分选机国产曙光已现，探针台国产化蓄势待发测试功能由测试机实现，而探针台和分选机实现的则是机械功能，将被测晶圆/芯片拣选 至测试机进行检测。探针台和分选机的主要区别在于，探针台针对的是晶圆级检测，而 分选机则是针对封装的芯片级检测。3.1、配套测试机市场稳步增长，市场空间不容小觑半导体分选机按照工作原理可分为重力式、平移式和转塔式分选机，其中重力式分选机 因结构较为简单研发难度较小，平移式分选机因兼容性、并行能力强研发难度最大，转 塔式研发难度居中；各类分

18、选机在应用情景上亦有一定区别，客户可根据需要自行选择 最合适的产品。分选机和探针台主要配合测试机使用，市场规模变化大致与测试机一致。我们预测至 2027 年全球分选机、探针台市场规模将达到 22、19 亿美元，至 2025 年我国 分选机、探针台市场规模有望达到 66、58 亿元。3.2、竞争格局优于测试机市场，分选机国产突破值得期待全球分选机市场分散，国内龙头成长空间广阔。全球分选机 市场份额前三名分别为科休（21%）、Xcerra（16%）和爱德万（12%），长川科技市占率 为 2%，位列全球第五，相较测试机市场，分选机市场竞争格局更为分散。长川已完成分选机品种全覆盖，国产分选机仍具有稀缺性。分选机业务作为长川科技的 基本盘业务，公司通过自研完成了重力式、平移式分选机的布局，并于 2