晶粒探针台产业深度调研及未来发展现状趋势

晶粒探针台产业深度调研及未来发展现状趋势半导体专用设备行业发展规模半导体专用设备市场与半导体产业景气状况紧密相关，其中芯片制造设备是半导体专用设备行业需求最大的领域，下游新兴产业的快速发展是半导体设备行业的最大驱动力。近年来，我国半导体专用设备制造行业销售收入呈逐年增长态势，2021年我国半导体专用设备制造行业销售收入为373．43亿元，较2020年增长130．53亿元。从半导体专用设备进出口来看，2021年我国半导体专用设备进口金额1365．86亿元，较2020年增长423．42亿元；出口金额33．45亿元，较2020年减少14．21亿元。2020年我国半导体专用设备市场规模突破1000亿元，达到1137．68亿元，较2015年增长826．37亿元；2021年我国半导体专用设备市场规模高达至1705．84亿元，较2020年增长568．16亿元。半导体设备定义及产业链半导体专用设备泛指用于生产各类半导体产品所需的生产设备，属于半导体行业产业链的支撑环节。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，细分又可以划分出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。半导体设备产业链中，上游为零部件和系统软件；中游为半导体设备，光刻机、刻蚀机、离子注入机、涂胶显影设备、氧化炉、CMP/CVD/PVD设备、质检及电学检测设备等；下游为半导体产品，主要包括分立器件、光电子器件、传感器和集成电路。半导体行业全球竞争格局（一）半导体行业产业分工明确，海外企业占据主导地位当下半导体行业垂直分工模式不断深化，各国/地区普遍选择将精力集中于半导体制造的某一关键环节上，如荷兰在极紫外（EUV）光刻机方面确立了垄断地位，日本具备化学品和生产设备方面的优势地位，韩国在存储芯片的设计和制造方面处于领先地位，中国台湾则在半导体代工中位居世界前列。但凭借完整的产业链和丰富的技术专利积累，美国企业在半导体领域长期保持了全面领先。据半导体产业协会（SIA）统计，2020年总部位于美国的半导体企业在全球半导体销售额中占据了47%的份额。（二）中国大陆半导体产业全方位成长第三次产业转移过程中，中国大陆依靠全球最大的消费市场吸引了大量产能：据SEMI统计，2021年至2022年全球预计建设投产的29座半导体晶圆厂中有8座位于中国大陆，占比达27．59%。与此同时，中国大陆也培育了一批优秀的半导体厂商。根据芯思想研究院的统计数据，中国大陆企业中芯国际2021年营收在全球代工企业中排名第四。同时，华为海思、紫光展锐、北方华创、中微、拓荆科技等一批优质半导体企业也在各自领域内快速增长。得益于产业转移与国家政策支持，中国大陆半导体产业全方位成长，在半导体设计、制造、上下游支持等方面均取得了长足的进步。半导体设备行业梳理半导体设备是支撑电子行业发展的基石，也是半导体产业链上游环节市场空间最广阔，战略价值最重要的一环。从整体来看，中国大陆的半导体设备行业，同全球半导体设备行业一样，享受着本土晶圆厂扩产，地方规划重点扶持的政策福利。从国内市场而言，供应链结构合理化和地缘的需求，带来了国内设备市场的动能。因此，国产设备商享有晶圆厂扩产+国产化提速的双重增速。半导体制造设备全球总销售额预计将在2022年再次突破记录达到1175亿美元，比2021的1025亿美元增长14．7%，并预计在2023年增至1208亿美元。全球半导体设备作为一个具有显著的周期性特点的行业，将实现罕见的连续四年的快速增长。本轮的半导体设备周期在全球范围内延续的时长超出预期。半导体设备行业发展基本情况及特点半导体设备主要包括前道工艺设备和后道工艺设备，前道工艺设备为晶圆制造设备，后道工艺设备包括封装设备和测试设备，其他类型设备主要包括硅片生长设备等。其中晶圆前道工艺设备整体占比超过80%，是半导体设备行业最核心的组成部分。从晶圆厂的投资构成来看，刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备是集成电路前道生产工艺中最重要的三类设备。其中，薄膜沉积设备投资额占晶圆厂投资总额的16%，占晶圆制造设备投资总额的21%。2013年以来，随着全球半导体行业整体景气度的提升，半导体设备市场也呈增长趋势。根据SEMI统计，全球半导体设备销售额从2013年的约318亿美元增长至2021年的1，026亿美元，年均复合增长率约为15．77%。由于半导体专用设备行业对制造工艺和标准要求严格，行业进入的技术壁垒、市场壁垒和客户认知壁垒较高，全球半导体设备市场集中度较高。目前全球前十大半导体设备制造商主要集中在美国、日本和荷兰。根据VLSIResearch数据，2020年全球半导体设备前十名厂商合计实现销售收入708亿美元，市占率为76．63%。中国半导体设备厂商因发展起步较晚，目前尚未进入全球行业前列。从需求端分析，根据SEMI统计数据，2013-2021年半导体设备在大陆销售额的年复合增长率达到31．07%。2021年，中国大陆半导体设备的销售额达到296．2亿美元，同比增长58．23%，发展势头强劲。半导体行业发展态势及面临的机遇与挑战（一）半导体行业发展面临的机遇1、半导体行业下游产业快速发展下游半导体应用需求的增长、半导体产能向中国大陆转移、半导体设备国产化需求增强等因素，促使国产半导体设备需求快速增长。未来几年，新能源、新一代显示技术、5G、物联网（IoT）、人工智能等为代表的新需求，将会对半导体形成巨大需求。相关半导体厂商纷纷扩产、升级产品线，以应对需求的增长、产品的升级换代。半导体产业经历了从美国到日本再到韩国、中国台湾的转移，目前正在经历向中国大陆的第三次转移，未来新增产能将有相当一部分在境内建设，这为国产半导体设备厂商提供了良好的机遇。此外，受近年国际环境影响，半导体行业供应链安全问题突出，半导体设备国产化的需求逐渐增强。半导体设备通常需要及时和专业的维护、保养，故障的及时排查、解决可以使客户顺利完成生产任务。客户产品的更新换代，也需要相关设备做出升级调整，境内半导体厂商有越来越强的设备国产化需求。2、半导体行业国家政策支持半导体产业是国民经济中基础性关键性和战略性的产业，作为现代信息产业的基础和核心产业之一，在保障国家安全等方面发挥着重要的作用，是衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志。国家为扶持集成电路行业发展，制定了多项支持政策，陆续出台了《集成电路设计企业及产品认定暂行管理办法》《集成电路布图设计保护条例》《集成电路布图设计保护条例实施细则》等法律法规保护集成电路知识产权；出台了《财政部、税务总局、国家发展改革委、工业和信息化部关于集成电路生产企业有关企业所得税政策问题的通知》《关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》等从税收、投融资等方面鼓励支持半导体行业发展；出台了《集成电路产业研究与开发专项资金管理暂行办法》《关于印发十三五国家科技创新规划的通知》等目标规划，将集成电路装备列为国家科技重大专项，积极推进各项政策的实施。这些政策为半导体产业发展突破瓶颈提供了保障。（二）半导体行业发展面临的挑战半导体设备行业具有投资周期长、研发投入大等特点，属于典型的资本密集型和技术密集型行业。从全球范围来看，半导体设备市场长期被阿斯麦、应用材料、东京电子、东京精密等国际巨头占据主要份额，且其在经营规模、认知度、运营时间、客户资源等方面都存在较大的先发优势，国产半导体设备厂商在规模、产品丰富度、研发投入、技术先进度等上存在一定差距，在与其竞争过程中面临较大的压力和挑战。近年来，国家对半导体行业给予鼓励和支持，但该行业属于技术密集型产业，经验积累和技术创新需要一定时间。对比国外先进厂商，我国半导体行业发展历程相对较短，现有半导体产业及其专用设备的人才和技术水平难以满足产业需求，这是造成半导体设备研发及制造技术相对薄弱的主要原因之一。未来，随着国家政策的支持、半导体产业的不断发展，我国半导体产业在人才、产品等方面逐步积累，将能与国外一流设备厂商形成有力竞争。半导体设备细分行业发展情况和趋势（一）半导体测试设备行业发展情况及竞争态势半导体测试设备的运用贯穿整个半导体制造过程，在半导体产业链中起着成本控制和保证品质的关键作用。芯片会经历晶圆、封测、PCB、电子系统、客户端等阶段，根据电子系统故障检测中的十倍法则，若芯片厂商未能及时发现芯片故障，则需在下一阶段耗费十倍的成本以排查和处理故障。此外，通过及时有效的检测，芯片厂商还可以合理筛选出不同性能等级的芯片或器件。因此，随着芯片生产成本日渐高涨，半导体测试设备的重要性也日渐凸显。根据SEMI统计，2021年全球半导体测试设备市场为78亿美元。随着半导体行业整体进入上升周期，半导体测试设备在可预见的未来将持续保持增长态势。全球半导体测试设备市场集中度高，各细分市场均被境外龙头企业所垄断，爱德万、科休、泰瑞达、东京电子、东京精密等境外企业占据了半导体测试设备市场的主要份额，境内企业与以上企业在整体规模、产品丰富度等方面存在一定差距。根据SEMI统计，2020年，全球半导体测试设备市场中泰瑞达、科休、爱德万共占据了97%的市场份额；而在中国大陆，这一数值则达到了92%。（二）探针台设备行业发展情况及竞争态势据SEMI统计，2020年全球半导体测试设备市场中探针台占据了15．2%的市场份额。半导体探针台设备行业集中度较高，目前主要由国外厂商主导，行业呈现高度垄断的竞争格局。从全球市场上看，东京精密、东京电子两家企业占据全球约七成的市场份额；从中国大陆市场上看，2019年东京电子、东京精密、惠特科技、旺矽科技占据了74%的市场份额，中国大陆市场进口替代空间巨大。（三）探针测试行业发展趋势1、探针测试设备将向高精度化方向发展现阶段半导体器件主要通过提高集成度的方式实现更多功能或更快响应。为此，半导体制造过程一般会缩小器件特征尺寸，如高端逻辑芯片的电路制程线宽已由微米级别缩小至纳米级别，最小已达3纳米；在LED芯片中，最小的MicroLED尺寸也已经缩小至50μm以下。此外，为避免器件集成度提高后单位制造成本过度上涨，业界一般使用更大尺寸的晶圆，通过在单片晶圆片上制造更多的芯片并提高边缘区域使用率的方法降低单位制造成本，目前主流晶圆尺寸已从4英寸、6英寸，逐步发展到8英寸和12英寸。对于探针台，晶圆尺寸增加导致探针的移动行程更大，而器件集成度提升的同时缩小了PAD尺寸，这又要求探针具备更高的操作精度（例如：目前晶粒的尺寸PAD约40μm，考虑到探针具有一定尺寸，实际允许的探针操作误差仅为约5μm）。因此，随着半导体工艺进步，探针台也在向高精度方向发展以适应生产要求，高效、高精度定位已日渐成为探针测试设备的一项重要性能评价指标。2、探针测试设备更新迭代速度较快根据半导体行业一代设备，一代工艺，一代产品的经验特征，下游半导体厂商新工艺迭代会带动半导体设备的同步更新，探针台设备也遵循该行业规律，例如，针对传统功率半导体器件的探针台即无法满足第三代化合物半导体器件测试需求。目前，半导体行业整体处于上行周期，行业景气度推动新材料、新工艺、新制程频繁迭代，因此探针台设备也必须保持快速更新换代以适应下游新需求。3、探针测试各类技术等级设备并存发展伴随半导体技术持续迅猛发展和半导体应用领域不断拓展，半导体器件种类日趋丰富。由于不同运用场景对半导体器件的功能、响应速度需求存在差异，因此各类性能、用途的器件或芯片大量并存，各器件的技术参数、制造工艺水平也不尽相同。以上现象决定了不同的产线需配置技术等级及性价比相当的半导体设备；即使在同一产线上，复杂程度不同的工艺环节也是根据其实际需要搭配使用各类技术等级的设备，因此产业内高、中、低各类技术等级生产设备并存发展且均有其对应的市场空间。中国大陆连续多年成为全球最大的半导体消费市场，消费重心一定程度上牵引产能重心，全球半导体产能正不断向中国大陆转移。伴随国家对半导体产业发展的重大战略部署，我国半导体产业快速发展，整体实力显著提升，设计、制造能力与国际先进水平不断缩小，封装测试技术逐步接近国际先进水平，核心技术水平不断取得突破，同时涌现出了一大