至于半导体设备测试,读这篇文章就足够了。

来源:内容来源于“九鼎投资”。谢谢你 半导体测试设备简介1.1测试是半导体生产过程的核心环节。半导体生产过程包括晶片制造和封装测试。在这两个环节中,分别需要完成晶圆测试(CP、电路探测)和成品测试(FT、FinalTest)。 无论哪一个环节,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仪的功能模块连接起来;二是通过测试仪向芯片施加输入信号,检测输出信号,判断芯片的功能和性能是否满足设计要求 图1:半导体生产过程的数据源:九大领先公司的投资排序和测试环节通常由芯片设计公司委托给晶圆厂、密封测试工厂或第三方测试公司(以下统称为测试公司)。有两种具体的商业模式:一种是芯片设计公司根据产品类型、功能和设计要求指定具体的测试设备来测试公司;其次,如果芯片设计公司的产品技术成熟,芯片设计公司将直接委托测试公司根据自己的设备调度情况选择相应的测试设备进行测试 因此,测试设备制造商在开发产品和拓展渠道时,需要考虑设计公司和测试公司的需求。 1.2半导体测试的三大核心设备:测试机、分选机和探针台半导体制造是迄今为止人类掌握的工业技术中最困难的生产环节。他们是先进制造领域皇冠上的钻石。 随着半导体技术的不断发展,芯片线宽尺寸越来越小,制造工艺越来越复杂。 目前,国际7纳米工艺已经进入工业化阶段,需要近2000个工艺。先进的工艺和复杂的工艺将继续增加对先进设备的需求。 晶圆制造设备包括光刻机、化学气相沉积设备、物理气相沉积设备、刻蚀机、离子注入机、除火设备、清洗设备等。包装设备包括研磨和减薄设备、切割设备、缺陷测量和检测设备、装片机、引线键合设备、注塑机、肋骨切割和成型设备等。测试设备包括自动测试设备(ATE)、处理器、探针站等。 这些设备的制造需要光学、物理、化学等科学技术的综合应用。目前,最先进的设备已经在原子级制造,具有技术含量高、制造难度大、设备价值高等特点。 在测试设备中,测试机用于测试芯片的功能和性能,探针台和分选机实现被测芯片与测试机功能模块的连接 晶圆检测环节需要使用测试仪和探针台,成品测试环节需要使用测试仪和分选机。具体测试过程如下:(1)晶圆检测环节(The wafer detection link)晶圆检测是指通过探针台和测试仪的合作,对晶圆上裸芯片的功能和电参数进行测试。测试过程如下:探针台自动将晶片逐片转移到测试位置,芯片的焊点通过探针和专用连接线与测试仪的功能模块连接,测试仪向芯片施加输入信号并采集输出信号,判断芯片功能和性能是否满足设计规范要求 测试结果通过通信接口传输到探针台,探针台相应地标记芯片以形成晶片的映射图。 (2)成品测试环节(finished product test link)成品测试是指通过分选机和测试机的配合,测试封装芯片的功能和电气参数。测试过程如下:分选机自动将被测芯片逐个传送到测试站,被测芯片的引脚通过测试站上的底座和专用连接线与测试机的功能模块连接,测试机向芯片施加输入信号并采集输出信号,判断芯片的功能和性能是否满足设计规范要求 测试结果通过通信接口传输到分选机,分选机相应地对测试芯片上的磁带进行标记、分类、收集或编织 02行业发展现状和趋势2.1全球半导体行业稳步增长。中国市场蓬勃发展。随着对个人电脑、手机和液晶电视等消费电子产品需求的不断增长,全球半导体行业在先进制造、新能源汽车、物联网、5G、人工智能、云计算、大数据、新能源、医疗电子和安全电子等新兴应用领域的强劲需求驱动下,继续增长。 根据高德纳(Gartner)的数据,受内存市场销量和价格飙升的推动,2017年全球半导体市场同比增长22.2%,至4,197亿美元。2007-2017年CAGR为3.95%,其中集成电路市场为3,402亿美元,占81.4% 随着全球经济的稳步增长,全球半导体市场预计未来将增长6%以上。 图2:全球半导体市场规模和增长数据来源:高德纳2017年国内集成电路市场规模为14,251亿元人民币(相当于2,069亿美元),同比增长18.9%,占全球集成电路市场规模的60.8%,CAGR 2007-2017年为8.82%(高于全球3.95%的水平),中国已成为全球最大的集成电路市场 随着产业结构的加速调整,中国对集成电路的需求将继续增长。预计未来几年平均年增长率将达到10-15%,超过全球增长率。 图3:中国集成电路市场规模和增长数据来源:中国半导体工业协会(CSIA)注:中国的统计口径是集成电路,约占半导体市场规模的80%,其余20%是分立器件、光电芯片和传感器芯片 2.2全球半导体制造重心转向中国,全球半导体制造重心转向中国大陆,是推动国内半导体设备发展的大势所趋。 一方面,中国市场需求大,但自给率低,供需不平衡。另一方面,中国的制造成本相对较低,随着技术、人才和产业链资源的不断发展,有了承接能力转移的基础。 世界知名的半导体企业,如英特尔、三星、SKHynix、TSMC、UMC和环球铸造(GlobalFoundry),纷纷或计划在我国建厂或替代工厂。 根据SEMI发布的一份报告,2017年至2020年间,全球共有62家半导体晶圆厂投入生产,其中26家位于中国,占全球总量的42%。 截至2017年底,中国内地12英寸晶圆厂的产能(根据设计产能)为525,000台/月,约占全球产能的12%。 据行业调研统计,中国大陆12英寸和8英寸晶圆厂建设投资将达到7228亿元(其中国内晶圆厂5303亿元,占73%),年均投资2409亿元(其中国内晶圆厂1768亿元) 表1:中国大陆在建或规划中的晶圆(8英寸,12英寸)来源:九鼎投资安排(截至2018年8月)随着半导体产业向中国转移,国内半导体设备需求快速增长。 SEMI在2018年年中的半导体展览会上发布了一份报告。2017年,全球半导体设备支出达到566.2亿美元,同比增长37.3%。中国半导体设备支出达到82.3亿美元,占世界的14.5%。据估计,到2019年,中国在半导体设备上的支出将增长46.6%,达到173亿美元,居世界首位。 图4:全球和中国半导体设备市场规模(单位:1亿美元)数据来源:SEMI(国际半导体设备和材料工业协会),2018.62.3中国封装测试行业快速发展,驱动测试设备市场需求根据WSTS数据,2017年全球半导体封装测试市场规模为529亿美元,2011-2017年CAGR为2.2% 随着全球半导体制造的重心转移到中国,中国封装和测试市场的全球市场份额逐年增加,从2011年的31.2%增至2017年的52.0% 2017年国内包装测试市场规模为275亿美元(相当于1880亿人民币),2011-2017年CAGR为9.9%,远高于全球增长率。封装和测试已经成为中国半导体产业链中最具国际竞争力的环节 图5:全球和中国半导体封装测试市场规模(单位:1亿美元)数据源:来自WSTS的全球数据,来自中国风能的数据(按1美元=6.88元人民币计算)。九大投资排序得益于政策资金的大力支持,中国密封测试企业逐步启动国内外并购步伐,继续扩大公司规模 其中,长甸科技联合产业基金和SMIC收购了新加坡兴科金鹏密封测试厂;华天科技收购美国FCI;;通福微动力有限公司联合收购AMD苏州和槟城密封测试厂;方静科技收购英飞凌智睿达部分资产 在并购的帮助下,国内制造商进入了实力大幅提升的快车道,实现了远超同行的快速增长,成为全球半导体密封行业的一支重要力量。 台湾占据了世界十大封闭测量厂中的五个,中国三个(长甸技术、华天技术、通福微功率)、美国和新加坡各一个 2017年,畅达科技、华天科技和通福微动力的总销售额占全球OSAT总收入的19.1%,占全球OSAT市场总规模的9.8%。 与此同时,随着晶圆厂生产能力向中国内地转移,国内密封测试厂相继投入新生产线,实现产能的配套扩张。预计未来五年,中国内地国内密封测试企业的销售额将占OSAT全球总销售额的40%以上,成为全球最大的密封测试设备销售市场。 表2:2018年部分封闭生产线规划信息来源:九鼎投资整合2.4全球半导体测试设备市场规模达到50.1亿美元。据SEMI数据统计,2015年至2017年三年间,中国在全球晶圆加工设备、测试设备、封装设备及其他设备的主要市场份额分别为80%、9%、6%和5% 根据这一计算,2017年全球半导体测试设备市场将达到50.1亿美元,其中测试机、分拣机和探针台将分别占65%、18%和17%。 相应的市场规模分别为33.1亿美元、9.2亿美元和7.8亿美元。 测试仪可分为SoC测试系统、存储器测试系统、模拟测试系统、数字测试系统、射频测试系统等。根据不同类型的测试产品。分拣机可分为分拣机和分拣机。位置、重力进料、转台等 下表总结了2017年全球半导体测试设备在各个细分市场的市场规模 表3:2017年各细分领域全球半导体测试设备市场规模数据源:超大规模集成电路测试机数据和九鼎投资半导体团队分拣机数据。随着2018年至2020年中国大陆许多晶圆厂的建设和大规模生产,国内封闭式测试厂将逐步投入新生产线,实现产能的配套扩张,带动国内半导体测试设备市场的快速增长 据九鼎投资市场调研分析,2017年国内半导体测试设备市场将达到42亿元人民币(不含存储测试设备),2020年国内半导体测试设备市场需求预计将达到80.6亿元人民币(不含存储测试设备) 表4:2018-2020年中国半导体测试设备市场需求计算数据源:9大投资研究2.5并购成为半导体测试设备行业的主旋律,市场集中度不断提高的半导体测试设备属于产品线丰富、细分众多的行业。自2000年以来,在这一领域进行了大规模的整合,世界上主要参与者的数量已经减少到大约5个 以世界领先的分拣企业Cohu为例。2008年和2013年,COHU分别收购了Rasco(重力分拣机和平行移动分拣机)和ISMeca(转台分拣机),丰富了其在分拣领域的整个产品线。2017年,Cohu分拣机的全球市场份额为21.5%。2018年5月,Cohu收购了世界第二大分拣机公司Xcerra,其主要业务是测试机和分拣机。cohu进一步将其分拣机的全球市场份额提高到38.5%,同时在检测机领域填充其空白色。 下表总结了四大巨头Teradyne、Advantest、Cohu和Xcerra的收购历史,它们约占全球半导体测试设备市场的80%。 表5:全球半导体测试设备行业并购的数据来源 目前,我国一些子行业已有优秀的测试设备企业,并取得了一些技术突破。我们相信,在未来五年,相对较高的净利率(约20%)和相对较快的增长率将足以支持一些子行业的优秀企业上市。预计未来中国将出现5-10家各自子行业领先的测试设备企业,最终通过并购形成2-3家国际领先的半导体测试设备企业。 03行业竞争格局3.1测试员:双寡头格局清晰,SoC已成为一个重要的战略领域。2017年,双寡头Teradyne和Advantest测试仪的销售额分别为13.7亿美元和12.4亿美元,全球市场份额分别为41.4%和37.5%。其主要测试产品是SoC和内存测试系统 在SoC测试领域,Terita于1995年收购Megatest,并通过Catalyst和Tiger测试系统成为SoC测试领域的领导者,而Edwin于2011年收购Huiruijie,使其在SoC测试领域迅速升级。泰瑞塔和埃德温在2017年垄断了SoC测试机全球市场份额的86.2% 此外,对撞机是除Teridah和Edwin之外拥有SoC测试机生产能力的少数企业之一。公司的SoC测试系统产品包括X系列、钻石系列和新推出的紧凑型DxVSoC测试系统。2017年,试验机的收入为1.56亿美元,市场份额为4.7% 在存储器测试领域,随着20世纪80年代半导体行业从家用电器进入个人电脑时代,对动态随机存取存储器的需求大增,日本在原有积累的基础上实现了动态随机存取存储器的大规模生产,并迅速取代美国成为动态随机存取存储器的主要供应商。在这种产业转移的背景下,埃德温率先布局了内存测试领域,1976年推出了全球首款动态随机存取存储器测试器T310/31,2017年实现了59.5%的全球市场份额。由于韩国在存储市场的垄断地位,韩国企业进出口公司(Exicon)和联合测试公司(UniTest)几乎瓜分了大部分剩余存储测试人员的市场份额。 表6:世界主要试验机企业概况资料来源:九鼎投资与安排当地企业经过多年的研发和积累,通过模拟/数字模拟测试和分立器件测试领域的进口替代,基本完成了国产化 其中国峰值测试与控制、长川科技、宏测试半导体模拟/数字模拟混合测试机的年出货量接近700台,占模拟测试机国内市场份额的85%。李安东科技、朱诺和鸿邦电子分立器件测试仪的国内总市场份额超过90% 然而,在SoC领域,本土企业尚未形成成熟的产品和市场突破。主要原因有两个方面:1)SoC芯片集成了微处理器、模拟IP核、数字IP核、内存控制接口等功能,不同的模块有不同的频率、电压和测试原理 同时,由于集成度高,测试的数据量和时间成倍增加,测试的功耗是传统测试项目的2-4倍,因此这类芯片的测试对测试机有更高的要求。2)数字测试模块的核心技术依赖固件与硬件系统的合作,涉及结构、算法、硬件设计等诸多领域的技术综合应用。地方企业不能通过简单的模仿来发展,必须通过自主创新来重新设计整个体系,这就要求在相关领域有更高的技术和经验。 表7:本地测试企业概况来源:九鼎投资分类SoC芯片的应用带动了大量SoC测试人员的需求,例如手机芯片是集成了中央处理器、图形处理器、基带芯片(负责通信)、图像处理器(ISP)等的SoC。 从过去10年的历史发展来看,测试机中SoC测试系统的比例基本稳定在60%以上,这也促使国外测试设备巨头关注SoC测试领域的布局。 我们相信,随着当地优秀团队的出现和技术突破,SoC测试机会就像模拟/数字/模拟测试机和分立器件测试机一样,逐渐实现进口替代和完全本地化。 3.2分选机:浓度相对分散,主要实现与试验机的匹配。与试验机相比,分选机具有相对多样化的产业壁垒,其竞争优势集中在一些用途上 对于分选机企业来说,分选机企业的核心竞争力是实现与试验机的良好匹配,满足多样化产品的不同需求,形成良好的服务能力,这也是行业内形成较为分散格局的重要原因。 2017年,全球排名前三的分拣机分别是科洛桑、对撞机和埃德温,市场份额分别为21.5%、17.0%和14.0%。 2018年5月,科赫收购对撞机进一步提高了全球半导体测试设备市场的集中度,从而形成科赫和埃德温分别占38.5%和14.0%的市场格局。 在分选机细分领域,也有一些知名企业,如:韩国的Techwing是世界领先的内存芯片测试分选机制造商,在内存芯片测试分选机领域的市场份额超过50%;ASM在转台分离器领域拥有54%的市场份额,而爱普生和本田在平移分离器领域拥有更高的市场份额。 当地分离器企业主要包括长川科技(重力式和卧式分离器)、金海通(卧式分离器)、上海钟毅(重力式分离器)、粮仓(转塔式分离器)等。 在各种分选机中,转塔式分选机的国内自给率最低(约8%),主要是因为转塔式分选机是UPH(每小时分选机数量)最高的一种分选机。在高速运行下,既要保证重复定位精度,又要保证较低的干扰率,这对分选机设备的发展提出了更高的要求。 表8:国内分选机企业概况资料来源:九鼎投资安排3.3探针站:最难开发,国有化率低,除分选机和试验机外,进口依存度高,另一种主要测试设备是探针站,开发难度很大,目前国有化率低,进口依存度高 虽然中国电子科技股份有限公司第45研究所、深圳硅半导体设备有限公司等国内企业在探针站制造领域取得了一定的成绩,但在探针站制造领域仍然无法与日本东京精密公司、美国质量保证公司、美国MicroXact公司、韩国Ecopia公司等国际企业的主导地位竞争。 在现有集成电路分选系统技术的基础上,中国长川科技开发了CP12晶圆测试探针台。CP12具有8-12英寸各种晶圆的测试能力,突破了超精密视觉定位、微米级运动控制、高冗余控制系统等技术难题,为未来进入市场奠定了坚实的基础。 半导体测试是半导体生产过程中的一个重要环节。其核心测试设备包括试验机、分选机和探针台 2017年,全球半导体测试设备市场将达到50.1亿美元。该行业发展迅速,进口替代量空非常大。 并购加剧了半导体测试设备市场的集中。泰瑞达、埃德温和科赫占据了全球测试设备市场的近85%。以华丰测控和长川科技为代表的国内检测设备企业已经掌握了自己的核心技术,受益于国内包装检测行业能力的拓展,并将快速发展。 我们相信,自主研发和并购将成为国内测试设备企业的必由之路。预计未来中国将有5-10家测试设备企业在各自的细分市场处于领先地位,最终将通过并购形成2-3家国际领先的半导体测试设备企业。

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