半导体测试设备：进口替代正当时.pdf

请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 Table_Title 检测设备系列之二：半导体测试设备 Table_Title2 进口替代正当时 Table_Summary 检测设备是大家关注但是在划分上通常并不清晰的一类设备。我们接下来的一系列报告希望能够深度挖掘检测设备的技术内核以及在不同行业中的不同应用。 半导体行业是首要分析的下游之一。大家口中的“半导体检测设备”可以进一步具体分为：狭义的检测（主要是 Defect Inspection）、 测量（Metrology）以及测试（Test）。 除去这三种工艺制程相关的“检测”设备外，在设计验证阶段还有第三方检测公司，主要做芯片的失效分析等。 本篇主要讨论的测试（Test）设备。 测试贯穿半导体生产制造多个环节，预计 2020 年全球半导体测试市场规模约为 47 亿美元、中国大陆约为 12 亿美元。半导体测试部分主要涉及两种测试（CP测试、FT 测试等）、三种设备（探针台、测试机、分选机等）。预计2020 年全球半导体测试设备市场规模约为47 亿美元，其中测试机、分选机、探针台约为 29.7、8.18、7.15亿美元；预计2020 年中国大陆测试设备市场规模约为11.6亿美元，测试机、分选机、探针台分别为7.32、2.02、1.76亿美元。 测试设备市场集中度同样较高，国内企业不断突破。半导体测试设备头部集中效应明显：1）测试机头部企业主要是泰瑞达和爱德万，二者市占率预计分别约为 50%、40%；中高端芯片测试机几乎被国外企业垄断，国内华峰测控和长川科技在部分细分领域也有所突破，北京冠中集创深耕 CIS芯片测试机，开始向 Memory领域渗透。2）探针台主要是东京电子、东京精密，二者市占率合计超过80%；国内企业中长川科技处于研发阶段，深圳矽电是国内规模最大对探针台生产企业。3）分选机主要是爱德万、科休&爱普生等，市占率合计约 60%； 国内企业主要有长川科技等。 投资建议：国内半导体行业发展正盛、国产设备替代步伐加快，建议关注华峰测控（国内半导体测试机龙头企业，华西证券机械&电子联合覆盖），其他受益公司包括长川科技（测试机、分选机等）、深圳矽电、北京冠中集创等。 风险提示：半导体设备行业波动；相关企业研发进度低于预期等。 评级及分析师信息 Table_IndustryRank 行业评级： 推荐 Table_Pic 行业走势图 Table_Author 分析师：刘菁 邮箱：liujing2hx168 SAC NO：S1120519110001 分析师：俞能飞 邮箱：yunfhx168 SAC NO：S1120519120002 联系人：田仁秀 邮箱：tianrxhx168 联系人：李思扬 邮箱：lisy3hx168 盈利预测与估值 Table_KeyCompany 重点公司 股票 股票 收盘价 投资 EPS(元) P/E 代码 名称 （元） 评级 2018A 2019E 2020E 2021E 2018A 2019E 2020E 2021E 华峰测控* 688200 254.00 未评级 1.48 1.66 2.13 2.85 171.6 153.0 119.2 89.1 资料来源：Wind，华西证券研究所（*华峰测控为华西证券机械&电子团队联合覆盖） -3%2%7%12%16%21%2019/02 2019/05 2019/08 2019/11 2020/02专用设备 沪深300证券研究报告|行业深度研究报告 仅供机构投资者使用 Table_Date 2020年 03月 01 日 20472证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 2 正文目录 1. 半导体测试贯穿芯片设计、晶圆制造和封装测试等多个环节 . 3 2. 预计2020年我国半导体测试设备市场需求约 11.6亿美元 . 6 3. 半导体检测设备领域国外企业仍优势显著 . 9 4. 国内测试机分选机不断突破，探针台尚在测试阶段 . 10 4.1. 华峰测控国内测试机龙头企业，计划进入 SoC 等更大空间细分市场 . 11 4.2. 长川科技测试机分选机为主，向探针台产品进军. 13 4.3. 冠中集创生产集成电路综合测试仪 . 17 4.4. 深圳矽电国内规模最大探针台生产企业 . 18 5. 风险提示 . 19 图目录 图 1 广义“检测”覆盖了半导体整个设计、生产制造和封测环节 . 3 图 2 半导体测试主要涉及 CP、FT测试 . 4 图 3 半导体测试主要涉及到的设备包括测试机、探针台和分选机等 . 5 图 4 晶圆制造及封测环节测试具体环节，涉及到的设备主要为测试机、探针台和分选机等 . 6 图 5 测试装备半导体的设备占比约 8%左右 . 7 图 6 中国半导体自给率与需求逐步递增(单位：十亿美元) . 7 图 7 测试设备中，测试机、分选机、探针台价值量占比约为 63%、17%、15% . 8 图 8 国内集成电路测试机市场主要为国外企业占据 . 11 图 9 近年华峰测控收入稳定快速增长 . 12 图 10 近年华峰测控利润增幅明显. 12 图 11 华峰测控毛利率和净利率水平近年维持高位 . 13 图 12 长川科技收入稳定增长 . 14 图 13 近年长川科技净利润有所波动 . 14 图 14 长川科技毛利率近年有所下滑（%） . 14 图 15 公司 2017年收入占比 . 15 图 16 公司 2018年收入占比 . 15 图 17 北京冠中集创产品系列 . 18 图 18 深圳矽电半导体测试探针台产品系列 . 19 表目录 表 1 2020 年全球半导体设备市场将恢复增长，国内将成为全球之最（单位：亿美元） . 7 表 2 预计 2020年全球半导体测试设备市场规模约为 47 亿美元 . 8 表 3 预计 2020 年我国半导体检测设备需求约为 11.6亿美元（单位：亿美元） . 8 表 4 国内半导体测试主要设备市场空间测算，2020 年测试机市场约为 7.32 亿美元（亿美元） . 9 表 5 全球部分重要半导体设备公司财务数据对比，泰瑞达、爱德万与排名靠前设备企业存在一定差距（单位：亿元人民币） . 9 表 6 半导体测试设备主要设备市占率、全球及国内市场空间预测 . 10 表 7 半导体测试机主要种类及区分. 10 表 8 华峰测控主要产品系列及应用领域 . 12 表 9 公司测试系统主要产品系列情况 . 16 表 10 公司分选系统主要产品系列情况 . 17 eXbWqVtVkViZkWdUxUpPpM7NaO9PtRpPoMmMlOrRoNlOrRnP6MqQxOuOoMwPvPmMsQ证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 3 不同于市场的观点 “半导体检测设备”中的“检测”是一个广义的感念。都称之为“检测”的设备又可以进一步具体分为：狭义的检测（主要是 Defect Inspection & review）、测量（Metrology）以及测试（Test）。除去这三种工艺制程相关的“检测”设备外，在设计验证阶段还有第三方检测公司，主要做芯片的失效分析。 四种设备都会含有“检测”或者“测试”的字眼，对产业不了解的情况下可能会有所混淆。本系列报告将逐个拆解研究。 “检”：狭义检测（主要是Defect Inspection）。 “量”：测量（Metrology），也叫量测。测量=量测。 “试”：测试（test）。 下表综述了半导体行业广义检测设备的分布情况。用不同颜色标注了狭义检测、量测和测试的工艺应用场合。我们未来的系列报告中将会一一展开。 图1 广义“检测”覆盖了半导体整个设计、生产制造和封测环节 资料来源：华西证券研究所整理 在半导体的实际制程中，大家一般是根据晶圆生产、晶圆制造、晶圆封测这样的环节来研究，我们之所以把设备按照功能或者目的来分，是因为设备厂家是按照目的来深耕各自领域的。 另外，检测设备在其他一些行业中或在不同的语境下还存在着其他的分类方法：比如尺寸检测，性能检测，逻辑检测，外观检测等等。本篇作为系列报告第二篇，将着重梳理半导体测试设备（测试机、探针台、分选机等）市场格局、重点企业等。 1.测试贯穿半导体生产制造多个环节 切 磨 抛 离子注入 扩散 镀膜 抛光 刻蚀 曝光 清洗验证测试（可靠性分析、失效分析、电性测试、电路修改等）中国赛宝、胜科纳米、苏试试验 /宜特 、聚跃、纳瑞s u r f a c e s c a n掩模版检测残留 /玷污 检测w a f e r - s i t e s套准测量几何尺寸测量有效性验证 ：对晶圆样品、封装样品有效性验证功能和电参数性能测试：C P （ 封 装 前 ） 、F T 测 试 （ 封 装后）泰瑞达、爱德万、东晶电子、东京精密、华峰测控、长川科技、精测电子相关公司缺陷检测K LA 、A MA T、H ita c h i、汉微科 、O p tim a无图形缺陷检测有图形缺陷检测r e vi e w S E ME - B e a m广义检测 设计前道：晶圆生产 中道：晶圆制造 后道：晶圆封测量测：K LA 、A MA T、H ita c h i、NA NO 、睿 励、中科飞测第三方检测测试掺杂浓度关键尺寸膜厚四探针电阻膜应力缺陷检测量测证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 4 测试设备广泛应用于集成电路生产制造流程，对于良率和品质控制至关重要，是必不可少的环节：1）集成电路的设计流程需要芯片验证，即对晶圆样品和集成电路封装样品进行有效性验证；2）在生产制造环节中可能由于设计不完善、制造工艺偏差、晶圆质量、环境污染等因素，造成集成电路功能失效、性能降低等缺陷，因此分别需要完成晶圆检测（CP, Circuit Probing）和成品测试（FT, Final Test）， 通过分析测试数据，能够确定具体失效原因，并改进设计及生产、封测工艺，以提高良率及产品质量。 因此半导体测试部分主要涉及两种测试（CP 测试、FT 测试等）、三种设备（探针台、测试机、分选机等）。 图2 半导体测试主要涉及CP、FT测试 资料来源：上海睿励，华西证券研究所 CP 测试：Circuit Probing，晶圆测试，芯片在 wafer 的阶段、封装之前，通过探针卡扎到芯片管脚上对芯片进行性能及功能测试，把坏的die 挑出来、减少封装和测试的成本。CP测试主要用到的设备是测试机和探针台等。 FT 测试：Final Test，成品测试，指的是芯片在封装完成以后进行的最终测试，只有通过测试的芯片才会被出货。FT测试设计到的设备包括测试机、分选机等。 也即 CP 测试是对整片 wafer 上的每个 die 测试，而 FT 测试是对封装好的 chip测试，CP测试通过之后才会去封装，封装好后的 chip进行 FT测试。 通常整个过程涉及多个测试项，有些测试项在CP测试时进行过，在 FT测试时就不用再次进行测试了，节省了 FT测试时间；但也有部分测试项必须在 FT测试时才会进行，不同的设计公司会有不同的要求。在 CP 测试阶段，尽可能选择那些对良率影响较大的测试项目，一些测试难度大，成本高但 fail 率不高的测试项目，可以放到FT阶段再测试。 各个环节测试芯片的各项功能指标均须完成两个步骤：一是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来，二是通过测试机对芯片施加输入信号，并检测输出信号，判断芯片功能和性能是否达到设计要求。 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 5 测试主要涉及到的设备包括测试机、探针台和分选机：测试机用于检测芯片功能和性能，尤其是客户对于集成电路测试在测试功能模块、测试精度、响应速度、应用程序定制化、平台可延展性以及测试数据的存储、采集和分析等方面提出愈来愈高的要求；探针台与分选机则是实现被测晶圆/芯片与测试机功能模块的连接。 图3 半导体测试主要涉及到的设备包括测试机、探针台和分选机等 资料来源：华峰测控招股说明书，华西证券研究所 在芯片设计验证阶段需要用到测试机、分选机和探针台，晶圆制造阶段的晶圆检测环节需要用到测试机和探针台，封装测试阶段的成品测试环节需要用到测试机和分选机: （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。 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 6 图4 晶圆制造及封测环节测试具体环节，涉及到的设备主要为测试机、探针台和分选机等 资料来源：华峰测控招股说明书，华西证券研究所 2.预计 2020 年我国半导体测试设备市场需求约 11.6 亿美元 2018 年全球半导体设备销售创下历史新高，根据今年 4 月国际半导体产业协会（SEMI）发布的报告信息，2018 年全球半导体制造设备销售总金额达 645 亿美元，较 2017 年 566.2 亿美元同比增长 14%。同时中国大陆首度跃升为第二大设备市场，同比增长 59%达到 131.1亿美元。 但至 2019 年半导体设备市场迎来负增长，根据 SEMI 数据，2019 年一、二季度全球半导体设备销售额分别为 137.9 亿、133.1 亿美元，二季度同比下滑 20%、环比下滑 3%。在此情况下，SEMI 年中设备预测报告指出，2019 年全球销售额将从去年高点的 645 亿美元降至 527 亿美元，降幅达到 18.4%，而中国台湾将逆市增长 21%达到123.1亿美元，超越韩国成为全球之最。 2020年，SEMI预测全球半导体设备市场有望在 memory支出和中国大陆新的项目推动下恢复增长，增幅 11.6%达到 588 亿美元，其中中国大陆市场将增长 24%达到145亿美元，超越韩国成为全球最大的半导体设备市场。 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 7 表 1 2020年全球半导体设备市场将恢复增长，国内将成为全球之最（单位：亿美元） 2016年 2017年 2018年 2019年(E) 2020年(E) 韩国 76.9 179.5 177.1 92.2 117.5 中国大陆 64.6 82.3 131.1 116.9 145 中国台湾 122.3 114.9 101.7 123.1 115.5 日本 46.3 64.9 94.7 61.4 89.6 北美 44.9 55.9 58.3 63.2 51.9 欧洲 21.8 36.7 42.2 37.9 33.6 其它地区 35.5 32 40.4 32.2 34.7 总计 412.3 566.2 645.5 526.9 587.8 资料来源：SEMI，华西证券研究所 半导体测试设备在半导体装备中占比为 8%，仅次于晶圆制造装备，国内半导体自给率和需求都逐步递增，未来市场逐步递增。 图5 测试装备半导体的设备占比约 8%左右 图6 中国半导体自给率与需求逐步递增(单位：十亿美元) 资料来源：SEMI，华西证券研究所 资料来源：前瞻产业研究院，华西证券研究所 根据 SEMI 数据，2018 年国内集成电路测试设备市场规模约 57.0 亿元，集成电路测试机、分选机和探针台分别占比 63.1%、17.4%和15.2%，其它设备占 4.3%。 80.30%8.30%6.80% 4.60%晶圆制造装备 测试装备 封装装备 其他前端装备证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 8 图7 测试设备中，测试机、分选机、探针台价值量占比约为63%、17%、15% 资料来源：SEMI，华西证券研究所 根据SEMI预测2020年全球半导体设备投资额为 588 亿美元，及各项占比情况，我们预计 2020 年全球半导体测试设备市场规模约为 47 亿美元、其中测试机、分选机、探针台市场空间分别约为 29.7、8.18、7.15亿美元。 表 2 预计2020年全球半导体测试设备市场规模约为 47亿美元 比重 2019年(E) 2020年(E) 全球半导体设备投资 526.9 587.8 测试设备占比 8% 8% 8% 全球测试设备市场规模 42.15 47.02 测试机占测试设备比重/市场规模 63.10% 26.60 29.67 分选机占测试设备比重/市场规模 17.40% 7.33 8.18 探针台占测试设备比重/市场规模 15.20% 6.41 7.15 其他设备占测试设备比重/市场规模 4.30% 1.81 2.02 资料来源：SEMI，华西证券研究所 随着技术水平的提高和国内大力新建及扩建产能，国内半导体设备投资将稳步增加，预计 2020年将达到145亿美元，相应检测设备亦将随之增长，预计 2020年将达到11.6 亿美元。 表 3 预计2020年我国半导体检测设备需求约为 11.6亿美元（单位：亿美元） 2016 2017 2018 2019E 2020E 国内半导体设备投资 64.6 82.3 131.1 116.9 145 半导体测试设备市场 5.17 6.58 10.49 9.35 11.6 资料来源：SEMI，华西证券研究所 结合 SEMI2018 年数据，假设各种设备的占比较为稳定，因此进一步测算，2019年测试机、分选机、探针台规模分别为 5.9、1.63、1.42 亿美元，2020 年分别为7.32、2.02、1.76亿美元。 测试机63.1%分选机17.4%探针台15.2%其他4.3%测试机 分选机 探针台 其他证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 9 表4 国内半导体测试主要设备市场空间测算，2020年测试机市场约为 7.32亿美元（亿美元） 占比 2019年 E 2020年 E 测试设备规模 9.35 11.60 测试机 63.10% 5.90 7.32 分选机 17.40% 1.63 2.02 探针台 15.20% 1.42 1.76 其他 4.30% 0.40 0.50 资料来源：SEMI，华西证券研究所 3.半导体检测设备领域国外企业仍优势显著 半导体测试设备行业集中度较高，美国泰瑞达（Teradyne）、日本爱德万Advantest）占据全球主要主要市场，2017 年二者市占率合计达到 87%，其他重要供应商还有东京电子、美国安捷伦（Agilent）、美国科利登（Xcerra）和美国科休（Cohu）占据了主要市场份额，其中泰瑞达主要产品为测试机，爱德万主要产品为测试机和分选机，科利登主要产品为测试机，东京电子产品系列较多，在测试设备方面主要产品为探针台。 从全球半导体设备企业排名收入利润数据可以看出，测试设备中全球排名前两位的泰瑞达和爱德万与第一集团的应用材料、阿斯麦、东京电子、拉姆研究等还存在较大差距，这也与设备价值量和市场空间相关，但是从毛利率方面看，二者的毛利率都维持在 50%以上，明显高于前四名企业。 表5 全球部分重要半导体设备公司财务数据对比，泰瑞达、爱德万与排名靠前设备企业存在一定差距（单位：亿元人民币） 收入 利润 毛利率 公司 代码 2017 2018 2019 2017 2018 2019 2017 2018 2019 应用材料 AMAT.O 966.32 1,199.26 1,033.50 228.27 230.29 191.45 44.9% 45.3% 43.7% 阿斯麦 ASML.O 706.33 858.81 905.41 165.29 203.37 197.17 45.0% 46.0% 44.7% 东京电子 8035.T 667.88 778.03 737.07 120.73 151.09 143.14 42.0% 41.2% 41.2% 拉姆研究 LRCX.O 546.83 717.83 663.65 115.85 154.28 150.65 45.0% 46.6% 45.1% 科磊半导体 KLAC.O 235.75 267.09 314.10 62.74 53.08 80.78 63.0% 64.1% 59.1% 泰瑞达 TER.O 139.61 144.18 160.10 16.84 31.01 33.43 57.3% 58.1% 58.4% 爱德万测试 6857.T 122.40 171.92 1.8(2019H1) 10.69 34.69 19.2(2019H1) 51.4% 54.5% 53.7%(2019H1) 资料来源：Wind，公司公告，华西证券研究所 从具体产品市场结构来看，均体现出非常高的头部集中度： 1）测试机头部企业主要是泰瑞达和爱德万，二者市占率预计分别约为 50%、40%；中高端芯片测试机几乎被国外企业垄断，国内华峰测控和长川科技在部分细分领域也有所突破，北京冠中集创深耕 CIS 芯片测试机，开始向Memory 领域渗透。 2）探针台主要是东京电子、东京精密，二者市占率合计超过 80%；国内企业中长川科技处于研发阶段，深圳矽电处于测试阶段。 3）分选机主要是爱德万、科休&爱普生等，市占率合计约 60%； 国内企业主要有长川科技等。 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 10 表6 半导体测试设备主要设备市占率、全球及国内市场空间预测 资料来源：上海睿励，华西证券研究所 表7 半导体测试机主要种类及区分 资料来源：上海睿励，华西证券研究所 4.国内测试机分选机不断突破，探针台尚在测试阶段 国内企业方面，从事半导体测试设备的企业主要有华峰测控、长川科技、北京冠中集创、深圳矽电等，其中华峰测控主要产品为测试机；长川科技主要产品包括测试机和分选机，探针台处于研发阶段；北京冠中集创深耕 CIS 测试机领域，目前处于验证阶段；深圳矽电主要为探针台。 国内半导体测试机市场同样呈现集中度较高的特点，根据赛迪顾问数据，2018年中国集成电路测试机市场规模为 36.0 亿元，其中泰瑞达和爱德万当年在中国销售收入分别约为 16.8 亿元和 12.7 亿元，分别占中国集成电路测试机市场份额的 46.7%、35.3%，合计占比达到 82%。国内公司产品以模拟及混合信号类测试系统为主，华峰测控与长川科技2018年测试机销售收入分别约为2.2 亿元和0.86亿元，分别占中国集成电路测试机市场份额的 6.1%和 2.4%。 设备 领先公司 预计市占率 全球市场空间2 0 2 0 E ( 亿 美 元 ) 国内市场空间2 0 2 0 E ( 亿 美 元 )泰瑞达 50%爱德万 40%分选机 爱 德 万 、 科 休 & 爱 普 生 60% 8.18 2.02探针台 东京精密，东京电子 80% 7.15 1.767.32测试机 29.67测试机 细分领域 测试芯片 引脚数量 特 点 & 难 点大功率测试机分率 器件 大 功率 器件 ，M OS管，二极管，三极管，IGB T元1 0引 脚测试芯片的耐高压，耐大电流特性难点 :支 持高 压， 大电 流模拟测试机 模拟电路，放大器，电源芯片测试模拟信号，频率10M Hz, 但对精度要求较高难点 :高 精度 抗外 界干 扰的 测试 机数模测试机ana log 电路 / l ogi c 低端A D/D A芯 片测试模拟信号，频率10M Hz, 但对精度要求较高难点 :高 精度 抗外 界干 扰的 测试 机S o C 测 试 机 1 000 引脚引脚多，信号频率高，最高可达10G Hz技术更新换代快芯片种类多。难点：高速数字信号测试、多引脚间的信号同步性好满足多种芯片测试要求的板卡，适应芯发展节奏M e m o r y 测 试 机 存储器 DRAM, NAND FLASH等存储 芯片 10 000 引脚 难点 :支 持高 速设 计信 号测 试， 大量 引脚1 00引 脚微处 理器 /lo gic /通 信芯 片等 纯数 字或 数模 混合数字射频混合芯片，高端AD/ DA芯片模拟测试机