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2021-2022半导体检测设备 行业 研究报告 晶圆制造环节检测设备龙 头 KLA, 封测环节检测设备龙头爱德万和泰瑞 达 , 三者均稳 居 2017-2020年全 球前 十大 半 导体 设 备 商 , 排名 分 别稳 定 在第 5、 第 6和第 8名 。 全 球半 导 体 设 备市 场 格局 稳 定 , CR10在 2018-2020年 均超 过 76%。 从 具 体位 次 看 , 第 1-8名 公司 排 名 三 年未变化 ( 仅 2020年泛林半导体和 东 京电子位次交换 , 但两者收入规模 相 差不大 ) , 第 9和第 10名公司 在 2019-2020年 也 相对 稳 定下 来 。 不同于其他龙头设备商 , 检测龙头业务更专 一 。 设备 龙 头应用材料 、 Lam、 东京电子等公司业务多涵盖 半 导 体制 程 的多个环 节 , KLA、 爱德万和 泰 瑞达则聚焦检测 设 备 , 对其他环节 业 务涉及较 少 , 在主营 环节具 备 绝对 支配 地位 。 投资建 议 : 考 虑到 半导体 检 测设 备行 业高度 景 气 和 国产 替代趋 势 , 重 点推 荐国内 半 导体 模拟 类测试设 备龙 头 , 拓 展 SoC及 大 功率 器 件领 域 打开 成 长空 间 的 【 华 峰测 控 】; 推 荐 【 华 兴源 创 】。 风险 提示 : SoC测试 机 和大 功 率器 件 测试 系 统研 发 不及 预 期 、 半 导体 行 业景 气 度下 滑 风险 、 产品 价 格下 降及毛 利 率下 滑的 风险 。 图表 : 2018-2020全球半导体设备销售额前十 图 : 半导体设备龙头主营业务分布 , 检测设备商业务相对专一 总述 : 检 测设 备龙头稳 居全 球十大半 导体 设备商 , 业务 专一地位 稳固 目录 3 封 测 环 节 : 泰 瑞 达 、 爱 德 万 检 测 设 备 双 龙 头 , 模 / 混 和 S o C 领 域 实 现 国 产 突 破 2 风 险 提 示 5 晶 圆 制 造 环 节 : 晶 圆 制 造 环 节 检 测 设 备 繁 多 , K L A 份 额 一 家 独 大 1 检 测 设 备 核 心 标 的 : 主 要 聚 集 在 封 测 环 节 , 大 规 模 国 产 化 仍 需 时 间 沉 淀 3 投 资 建 议 4 晶圆制造 环节 检测偏物 理性 , 封测环 节检 测偏电性 能 半导体 检 测设 备主 要用于 半 导体 制造 过程中 检 测芯 片性 能与缺 陷 , 贯 穿于 半导体 生 产过 程中 , 可分 为 晶 圆制造 环 节的 检测 设备和 封 测环 节的 检测设 备 。 晶圆制 造 环节 的检 测 : 偏 向 于外 观检 测 , 是 一 种物 理性 、 功能 性 的测 试 。 封测 环节 的 检测 : 按照 封 装前 后 分为 晶 圆检 测 ( CP) 和成 品 检测 ( FT), 主 要 系电 性 能的 检 测 。 4 数 据来 源 : 基 业 长青 , 东吴 证 券研 究 所 2020全球半导体设备销售 额 712亿美元 , 同 比 +19.2%, 中国半导体设备销售 额 187.2亿美 元 , 同比 +39.2%。 中国 半 导体设备 销 售额占比 从 2017年 14.5%提 升 至 2020年 26.3%, 首次成为半导 体 设备的最大 市 场 。 SEMI预测 2021/2022年全球半 导 体设备销售额 为 953/1013亿美元 , 假 设 中国市场占比稳 定 在 26%, 我 们 预 计 中 国 半 导 体 设 备 销 售 额 为 248/263亿 美 元 , 合 1604亿元 /1701亿元 , 分 别 同比 +32%/+6%( 人民 币兑 美 元 汇 率 取 6.468, 下 同 ) 。 2020年 , 晶圆制 造 环节占 半 导体 设备 销售 额 86.12%。 半 导体设 备 主要 包含 晶圆制 造 设 备 、( 封测环 节 ) 检测 设备 和 封装 设 备三 类 , SEMI报 告 披露 2020年 三 者分 别 占 比 86.1%、 8.5%和 5.4%。 晶圆制造主要包含八大环节 , 晶圆制造环节检测设备价值量占比约为 13%。 2020年 , 晶圆制造环节设备 销售 额 约 为 613亿美 元 , 因 此 我们 预计 2020年 全 球 晶 圆 制 造 环 节 检 测 设 备 市 场 规 模 为 79.69亿 美 元 。 2020年全 球 晶圆制 造 环节 检 测设备 市 场规 模 约 80亿美元 64.6 82.3 131.1 134.5 187.2 59.6 15.7% 14.5% 20.3% 22.5% 26.3% 25.3% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2016 2017 2018 全球半导体设备销售额 ( 亿美元 ) 中国销售额占比 ( 右 ) 2019 2020 2021Q1 中国半导体设备销售额 ( 亿美元 ) 图表 : 2020全球半导体设备销售额 712亿美元 图 : 2020全 球 半 导 体 设备销 售 额 测 算 ( 单 位 : 亿 美元 ) 5 资料来源 : SEMI, 6 资料来源 : KLA官网 , 半 导 体制 造 技术 , 晶圆 制造 环 节检 测 设备 ( 过程 工 艺控 制 ) 主 要 包括 量 测类 设 备和 缺 陷检 测 类设 备 , 价 值 量占 比 分别 为 40% 和 50%, 控制软 件 等其 他 设备 占 剩余 10%。 晶圆制造 环节 检 测设备 分为 量 测和缺 陷检 测 , 国产 化率 极 低 设备 生产设备 环节简介 价值量 占 比 ( 2018年 ) 2020规 模 测 算 ( 亿美 元 ) 市 场 供 应 商 晶圆 量测设备 膜 厚 测 量 准确确定经过多次薄膜 沉积 后晶圆薄膜 的 厚 11.4% 9 KLA( 市占率 45%)、 上 度 及性 质 。 可 分 为透 明 薄膜 和 不透 明 薄 膜 。 海精测 关 键尺 寸 扫 描 对栅极线条宽度 ( 线宽 ) 进 行实时测 量 , 对 10.5% 8 日立高 新 技术 、 应用 材 料 电 子显 微 镜 最 终性 能 、 良 率 和可 靠 性十 分 关 键 。 光 学关 键 尺寸 测 量设备 综合扫描电子显微镜 、 光学 薄膜测量仪 等多 设备功能 , 可同时测量 关键 线宽和形貌 结构 参数 , 用于 光刻 、 刻蚀 和 CMP工艺 后 。 9.5% 8 KLA( 50%)、 Nano、 上 海睿励 、 上海 精 测 40% 套 刻误 差 测量 通过数字化两层套刻目 标图 形的图像 , 用算 法获取套刻误差 , 对芯片 工 艺提升十分重 要 8.6% 7 KLA( 市占率 65%)、 ASML 制造 环节 检测 缺陷检测设 备 50% 有 图形 晶 圆检 测 设备 采 取 明场和暗 场 照 明 , 光线 反 射 /散射到光 传感器上形成图像 , 通 过对 比检测缺陷 并记 录 位置 。 29.6% 24 KLA( 市占率 72%)、 日 立高新 技 术 无 图 形 晶 圆 检 测 设备 用激光照射晶圆表面 , 多通 道采集散射 光并 抑制表面背景噪声 , 通 过 算 法提取和比 较多 通 道的 表 面缺 陷 信号 。 4.6% 4 KLA( 市占率 78%)、 日 立 高 新 技 术 设备 ( 过 电 子束 检 测设备 传 统 检测以光 学 为 主 ( 有 /无 图 形晶圆 检 测 均采用光学 ) , 电 子束在 先 进工艺使用较 多 其灵敏度高但是检测速 度较 慢 。 通过对 电子 束扫描元件所得二次电 子成 像的解析 , 寻找 晶 圆的 异 常 。 10.2% 8 程工 艺控 制 ) 宏 观缺 陷 检测 设 备 光 学 : 全 晶圆 片 表面 成 像 , 速 度较 快 。 局部 晶 圆 片 表 面 成 像 , 空 间 分 辨 率 更 高 , 通 过 对 5.6% 4 光学 : KLA、 Nano、 上海 不 同芯 片 同一 位 置比 对 等方 法 获取 缺 陷信息 睿励 、 中 科飞测 电 子束 : 利用 扫 描电 子 显微 镜 , 聚 焦 电子束 电子束 : KLA( 市占率 扫 描晶 圆 表面 , 接受 反 射回 的 电子 后 转换为 灰 度图 像 , 直 接 检测 晶 圆表 面 的刻 蚀 图形 。 85%)、 应用材料 控制软件及 其 他 10% 10.0% 8 根 据 Gartner数据 , 2020年 KLA占晶圆制造环节检测设备 市 场 58%的 销售额份 额 , 应用材 料 、 日立高新则分别占 比 12%、 5%, 三家合计占 比 75%, 市场集中度较高且 被海外公司垄断 , 国内主要公司有 上 海睿 励 、 精测电 子 、 赛腾 等 , 市 场份 额 不足 1%。 2018年 , KLA在 前道检测 多 数环节销售额市占 率 超 40%。 分产品 看 , 膜 厚检 测设备 主 要供 应商 为 KLA、 Nova, OCD测 量 设 备主要供 应 商 为 KLA、 Nano, 套刻误 差 测 量设备 主 要供应商 为 KLA、 ASML, 形貌测量 、 掩模板 检测 、 有 /无图形缺陷检测 等 环节 60%以上市 场被 KLA占 据 。 国产 设 备商 主 要切 入 点为 膜 厚 、 OCD 等环 节 。 图表 : 2018年 KLA各环节市占率均具显著优势 晶圆 制造环 节 检测 设 备 KLA一家独 大 , 2020年市占 率 达 58% 85% 78% 72% 66% 65% 45% 50% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 图 : 2020年全球市场销售 额 CR3达 75%, KLA一家独大 其他 13% Nova Measuring 3% Onto 3% ASML 6% 7 资料来源 : 各公 司 官网 , 智研 咨 询 , The Information Network, 图表 : 国产设备商主要布局膜厚 、 OCD等环节 KLA 58% AMAT 12% Hitachi 5% 公司名称 业务领域 上海精测 膜厚量测设备 ( EFILM系列 ) OCD测量设 备 ( EPRPOFILE系列 ) 电子束检测设 备 ( ULTRACView) 中科飞测 形貌及膜厚量 测 设 备 ( SKYVERSE-900) 表 面 缺 陷 检 测 设 备 ( SPRUCE系 统 ) 亚微米量级有 图 形 晶 圆 检 测 ( 智 能 视 觉 检 测 系 统 BIRCH) 上海睿励 膜厚量测设备 ( TFX3000P、 TFX3200) OCD测量设 备 ( TFX3000) 宏 观 缺 陷 检 测 设 备 ( FSD系列 ) 赛腾股份 2019年收购日 本 Optima株 式 会 社 , 半 导 体 业 务 占 比仍 较小 KLA: 晶 圆 制 造环 节 的检测 设 备龙 头 KLA于 1977 年在 美国 加 利福 尼 亚州 成 立 , 由 KLA 公司 和 Tencor Instruments 公司 合并而 成 。 目 前 为全 球 第 5 大半 导体设 备 公司 , 是 从事 半 导体 及 相关 纳 米电 子 产业 设 计 、 制 造制 程 控制 和 良率 管 理解 决 方案 的 领导 者 。 产 品 应用 范围 主要包 括 晶片 制造 、 晶圆 制 造 、 光掩 模制造 、 化合 物半 导体制 造 、 互 补式 金属氧 化 物半 导体 (CMOS)和图像 感 应器 制 造 、 太 阳能 制 造 、 LED 制造 、 资 料 存储 媒 体 /读写 头 制造 、 微电 子 器械 系 统制 造及 通 用 /实 验 室 应 用 等 。 图 : KLA主要产品 、 应用 领 域及 工 艺展示 8 资 料来 源 : 公 司 官网 , KLA: 27次 收 购快 速 获得大 量 技术 , 产品 结 构不断 拓展 KLA-Tencor KLA Instruments 1997年 KLA Instruments Corporation和 Tencor Instruments合并而成 2019年 收购 Orbotech切入 PCB检 测 、 面板检测和特殊半 导体检测 , 与过程控制 形成四大业务板块 1998年 Amray: 扫描电子显微镜缺陷检测系统 Nanopro: 晶圆量 测 -先进干涉技术 Quantox: 缺陷检测 -氧化物监测产品 Ultrapointe: 缺陷检测 -激光检测站 1999年 ACME Systems: 产量分析软件 2000年 Fab Solutions: 先进过程控制软件 FINLE: 光刻模型和分析软件 2001年 Phase Metrics: 存储检测与量测 2004年 Candela: 表面检测系统 Inspex: 晶圆检测系统业务 2006年 ADE: 硅晶圆检 测设备 2007年 OnWafer: 等离子刻蚀产品 SensArray:即时温度量测技术 Therma-Wave:计量设备服务 2018年 Nanomechanics:纳米缩进检测 Microvision:纳米硬度计 2010年 Ambios: 硅晶圆检测设备 2014年 Luminescent:发光器 2017年 Zeta:非接触轮廓仪 2008年 ICOS: 封装和互连检测解决方案 Vistec: 微电子检测设备 2019年 Filmetrics: 薄膜厚度量 测 Capres: 微型和纳米探 头 Qoniac: 光刻和图案化 过程控制方案 Orbotech: 良率控制方案 1977年 KLA Instruments 成立 9 资 料来 源 : 公 司 官网 , KLA: 龙 头 高 盈利 , 连续多 年 毛利 率 超 60% 150% 130% 110% 90% 70% 50% 30% 10% -10% -30% -50% 0 10 20 30 40 50 60 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 营业收入 (亿美元 ) yoy 图 : 2020年实现 营 收 58.06亿美元 , 同比 +27.09% 2016-2020年营 收 CAGR达 18.1%: 受 下 游半 导 体 行业需 求 影响 , 公 司营业 收 入和 净利 润波动较 大 。 2016年以来 公 司营 收 维持 高 增速 , 2020年营 收 58.06亿 美 元 , 同比 +27.09%, 2016-2020年 CAGR 达 18.1%; 2020年净利 润 12.17亿 美 元 , 同 比 +3.5%。 公司 高毛 利 率稳 步 上 升 : 20世 纪 80年 代 以来 , 公 司毛 利率 稳 步上 升 , 自 2016年 一 直稳 定 在 60%以 上 , 2020年 达 60.75%; 净 利 率 自 2012年 以 来 均 维 持在 20%左 右 , 2020年为 20.95%。 -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 毛利率 净利率 图 : 2020年毛利 率 为 60.75%, 净 利 率为 20.95% 图 : 2020年实现 净 利 润 12.17亿美 元 , 同 比 +3.5% 600% 500% 400% 300% 200% 100% 0% -100% -200% -10 -5 0 5 10 15 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 净 利 润 ( 亿 美 元 ) yoy 10 资料来源 : Bloomberg, 东吴证 券 研 究所 KLA: 过 程 控 制收 入 占比 超 80%, 来 自中 国 收入 约 50% 从产 品结 构 来看 , KLA超 80%的 收 入 来自 过 程控 制 : 2020年公 司 过程 控 制收 入 47.45亿 美 元 , 占 总营 收 比 重为 81.72%; 印刷 电 路板 、 显示 和 组件 检 测 7.27亿美 元 , 占 比 12.52%; 特色 工 艺 3.3亿美元 , 占比 5.67%。 从地 区来 看 , 来 自 中国 台 湾和 中 国大 陆 的收 入 超一 半 : 2020年来 自 中国 台 湾收 入 为 15.67亿美元 , 占总营 收比 重为 26.98%; 来 自中 国 大陆 收 入 为 14.58亿美 元 , 占 比 25.1%, 二 者 合计 占 比超 过 50%; 来自 韩 国收入 为 9.82亿美元 , 占比为 16.91%; 来 自日 本 收入 为 6.7亿 美 元 , 占 比 11.54%。 来 自东 亚 的收 入 占比 超 过 80%。 图 : 2020年来自 中 国台 湾 和大 陆 的收 入 占比 约 50% ( 单 位 : 亿 美 元 ) 图 : 2020年过程 控 制收 入 占比 81.72%( 单 位 : 亿 美元 ) 0 10 20 30 50 50 40 40 60 70 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 中 国台湾 中 国大陆 北美 韩国 欧洲 & 以色列 日本 亚 洲其 他 地区 0 10 20 30 60 70 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 全球服务和支持 图案化 晶圆检测 半导 体过程控制 半 导体特色工艺 11 资料来源 : Bloomberg,, 东吴证 券 研 究所 其他 印刷电路板 、 显示和组 件检测 KLA: 高 研 发 投 入 +合作研 发 模式 下 龙头地 位 稳 固 持续 高研 发 投入 : 公司 自 2012年研发 投 入占 比 维持 在 15%左右 , 多年 技 术研 发 沉淀 巩 固公 司 龙头地 位 。 与客户 共 同研 发 : 作为龙 头 有更 多的 客户资 源 和客 户端数 据 来进 行不 断反馈 和 修正 , 通 过客户 共 同研 发能否 尽 早发 现先 进工艺 中 可能 存在 的工艺 缺 陷 , 形成正 循 环 。 产品 更 新 速 度 快 : 从 产 品 的 迭 代 更 新 来 看 , KLA平 均每 年向 市 场新 推 出的 新 产品 数 量高 达 5-8件 ,并且 能 够领 先竞 争 对手 2代 以 上 , 2倍 速 的研 发 水平 使 得 公 司在最 为 前沿 的市 场领域 少 有竞 争对 手 。 图 : 自 2012年以来公司研发收入占比维持在 15%且投入金额 远高于同行公司 ( 单位 : 亿美元 ) 图 : 20年 KLA研发投入金额高于绝大多数同行全 年在半导体检测领域的收入 图 : 与客户共同研发形成正向循环 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 KLA占比 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 KLA研发投入 ONTO研发投入 ONTO占比 Lasertec研发投入 Lasertec占比 12 资料来源 : Bloomberg, 公司公 告 , 公司 年 报 , 东 吴证 券 研究所 目录 13 封 测 环 节 : 泰 瑞 达 、 爱 德 万 检 测 设 备 双 龙 头 , 模 / 混 和 S o C 领 域 实 现 国 产 突 破 2 风 险 提 示 5 晶 圆 制 造 环 节 : 晶 圆 制 造 环 节 检 测 设 备 繁 多 , K L A 份 额 一 家 独 大 1 检 测 设 备 核 心 标 的 : 主 要 聚 集 在 封 测 环 节 , 大 规 模 国 产 化 仍 需 时 间 沉 淀 3 投 资 建 议 4 以封 测为界 分 为晶 圆 检测 ( CP) 和成 品 测试 ( FT) 以封 测为 界 , 检 测 包括 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 。 无论是 晶圆检 测 或是 成品 检测 , 要 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 。 随 着 集 成 电 路 技术 不 断 发 展 , 芯 片线 宽 尺 寸 不 断 减 小 , 制 造 工 序 逐 渐 复杂 , 对 集 成 电 路 测试 设 备 要 求愈加 提 高 , 集成 电路测 试 设备 的制 造需要 综 合运 用计 算机 、 自 动化 、 通 信 、 电 子 和微 电子 等学科 技术 , 具 有技 术含 量高 、 设 备价 值高 等特点 。 图 : 集成电路检测原理 14 资 料 来 源 : 华 峰 测控 招 股书 , 东 吴 证 券 研 究 所 晶圆 检测 ( Circuit Probing, CP) : 晶 圆检 测 是指 在 晶圆 完 成后 进 行封 装 前 , 通 过探 针 台和 测 试机 的 配合 使用 , 对 晶圆 上的 裸芯片 进 行功 能和 电参数 测 试 。 流程 : ( 1) 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 ; ( 2) ATE测 试 机对 芯 片施 加 输入 信 号并 采 集输 出 信号 , 判断 芯 片功 能 和性 能 在不 同 工 作条 件下 是 否达 到 设计 规 范要 求 ; ( 3) 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 。 作用 : 该 环节 的目 的是确 保 在芯 片封 装前 , 尽 可能 地把 无效芯 片 筛选 出来 以节约 封 装费 用 。 所需 设备 : 探针 台 、 ATE测 试 机 图 : 晶圆检测在晶圆完成后 、 进行封装前利用探针台和测试机进行功能和电参数测试 15 资 料 来 源 : 华 峰 测控 招 股书 , 东 吴 证 券 研 究 所 晶圆 检测 ( CP) 发生 于 晶圆 完 成后 、 进 行封 装前 成品 测试 ( Final Test, FT) : 成 品测 试 是指 芯 片完 成 封装 后 , 通 过 分选 机 和测 试 机的 配 合使 用 , 对封 装完成 后 的芯 片进 行功能 和 电参 数测 试 。 流程 : ( 1) 分 选 机 将 被 测 芯 片 逐 个 自 动 传 送 至 测 试 工 位 , 被 测 芯 片 的 引 脚 通 过 测 试 工 位 上 的 基 座 、 专 用连 接线 与 测试 机 的功 能 模块 进 行连 接 ; ( 2) 测 试机 对 芯片 施 加输 入 信号 并 采集 输 出信 号 , 判 断 芯片 功能 和性 能 在不 同 工作 条 件下 是 否达 到 设计 规 范要 求 ; ( 3) 测 试结 果 通过 通 信接 口 传送 给 分选 机 , 分 选机据 此 对被 测芯 片进行 标 记 、 分选 、 收料 或 编带 。 作用 : 该 环节 的目 的是保 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 。 所需 设备 : 分选 机 、 ATE测 试 机 成品 测试 ( FT) 发 生 于芯 片 完成 封 装 后 16 资 料 来 源 : 华 峰 测控 招 股书 , 东 吴 证 券 研 究 所 图 : 成品测试在芯片完成封装后利用分选机和测试机进行功能和电参数测试 晶圆 测试 和 成品 检 测主 要 用到 自 动化 测 试系 统 ( Automatic Test Equipment, ATE, 又称为 测 试机 ) 、 分选 机和 探 针台 三 种设 备 , 其 中 ATE测 试 机 是检 测 设备 中 最重 要 的设 备 类型 , 价值 量 占比 约 为 63%: 根 据 SEMI, 2018 年国 内 ATE测试 机 、 分 选 机和 探 针台 市 占率 分 别为 63.1%、 17.4%和 15.2%, 其它 设 备占 4.3%。 ATE测 试 机的 检 测内 容 主要 为 功能 和 电参 数 检 测 : ATE测试 机 通过 计 算机 自 动控 制 , 能 够 自动 完 成对半 导体的 测 试 , 加快 检测电 学 参数 的速 度 , 降 低 芯片 测试 成本 , 主 要测 试内 容为半 导 体器 件的 电路功 能 、 电 性 能 参 数 , 具体 涵 盖 直 流 参 数 ( 电 压 、 电 流 ) 、 交流 参 数 ( 时 间 、 占空 比 、 总 谐 波 失 真 、 频 率 等 ) 、 功能测 试 等 。 表 : ATE测试 机 、 分 选 机 、 探 针台 设 备对比 17 资 料来 源 : 长 川 科技 招 股书 , ATE测试 机为晶圆 检 测和 成 品测试 的 核心 设备 测试环节 测试对象 主要技术壁垒 下游厂商 ATE 测试机 晶圆制造 、 封装测试 测试电压 、 电流 、 时间 、 温度 、 电阻 、 电容 、 频率 、 脉宽 、 占空比等 集成电路参数项目越来越多 , 精度越来 越高 , 响应速度越来越快 , 并且具备通 用化软件开发平台 , 结合大数据应用 封测厂 、 Fabless厂 、 晶圆厂 分选机 封装测试 将检测的集成电路逐个自 动 传至测试工位 , 被测试 集 成电路进行标记 、 分选 、 收料或编带 对自动化高速重复定位控制能力和测压 精度要求较高 , 达到 0.01mm, 设备要求 稳定性强 , 具备快速切换能力 , 抗干扰 能力强 封测厂 、 Fabless厂 、 晶圆厂 探针台 晶圆制造 对测试台测试的芯片打点 标记 , 形成 map图 精度要求严苛 ( 0.001mm) 级别 , 对设 备稳定性要求极高 , 需要具备视觉精密 控测量和定位系统 , 对系统算法提出很 高要求 , 工作环节必须洁净度极高 封测厂 、 Fabless厂 、 晶圆厂 衡量 ATE测 试 机 技术 先 进性 的 关键 指 标 : 主 要包 括 测试 功 能模 块 、 测 试 精度 、 响应 速 度 、 应 用程 序 定制化 和测试 数 据存 储 、 采集和 分 析等 , 其 技术核 心 在于 功能 集成 、 精 度 、 速度 与可延 展 性 。 功能集 成 : 芯 片 集 成 度 不 断 提 升 , 测 试 机 所 需 测 试 的范 围 也 不 断 扩 大 , 能 够 覆 盖 更 大 范 围的 测 试 机 更 受客 户青睐 ; 测试 精度 : ATE测试 机 精度 影 响对 不 符合 要 求产 品 的判 断 , 重 要 指标 包 括测 试 电流 、 电压 、 电容 、 时间 量 ; 响应速 度 : 下 游客 户为提 高 出货 速度 对测试 时 间要 求越 来越高 , 响应 速度 快的设 备 ; 可延 展性 : ATE测试 机 价格 投 入较 高 , 可 灵 活增 加 测试 功 能 、 提 升通 道 数和 工 位数 的 设备 能 够极 大 地降低 18 资 料来 源 : 华 峰 测控 招 股书 , 东吴 证 券研 究 所 客户成 本 。 ATE测试 机技术核 心 在于 功 能集成 、 精度 、 速度与 可 延展 性 表 : 衡量 ATE测试机 技 术先 进 性的 关 键指标 序号 核心技 术 指标 具体介绍 1 测试功 能 模块 功能模 块 的测 试覆 盖范围 越 大 , 越具 有先进性 2 测试精度 测试电 压 、 电 流等 参数的 精 度越 高 , 越具有 先 进性 3 响应速度 响应 /建立速 度 越快 , 测试 效 率越 高 , 并 行 测试 通 道越 多 , 越 具 有 先进性 4 应用程 序 定制化 应用程 序 开发 平台 越通用 化 , 以 便适 应不同 产 品的 定制 化测试需 求 , 越 具 有先 进 性 5 平台可 延 展性 平台越 具 有延 展性 , 以便 更 有效 地增 加测试 功 能 , 提升 通道数和 工位数 , 越具 有先 进性 6 测试数 据 存储 、 采 集 和分析 对芯片 的 状态 、 参 数监控 、 生产 质量 等数据 越 能更 好地 存储 、 采 集和分 析 , 以 促进 客户进 一 步优 化生 产 , 越 具 有先 进 性 ATE细 分 领域 多 元 , 市 场需 求 存在 差 异 : 不 同类 型 芯片 的 测试 需 求的 侧 重点 不 同 , ATE根据下 游 应用可 细分 为存 储 器 、 SoC、 模拟 /混 合 类和 功 率测 试 机等 ; 全 球 ATE市场以 存 储器 和 SoC测试为 主 , 国 内 模拟 / 混合测 试 、 数 字测 试等领 域 仍存 较大 市场空 间 。 ( 1) 模拟 /混合 类 测试 机 : 主 要 针对 以 模拟 信 号电 路 为主 、 数字 信 号为 辅 的半 导 体而 设 计的 自 动测 试 系 统 , 被 测 电路 主包 括 电源 管 理器 件 、 高精度 模 拟器 件 、 数据转 换 器 、 汽车 电子及 分 立器件 等 。 其中模 拟信号 是 指是 指信 息参数 在 给定 范围 内表现 为 连续 的信 号 , 或 在 一段 连续 的时间 间 隔内 , 其 代表信息 的特征 量 可以 在任 意瞬间 呈 现为 任意 数值的 信 号 ; 数字 信号是 指 人们 抽象 出来的 时 间上 不连 续的信 号 , 其幅 度 的取 值 是离 散 的 , 且 幅值 被 限制 在 有限 个 数值 之 内 。 模 拟 /混合 类 测试 机 技术 难 度整 体 不 高 , 代 表 企业 为国 外泰瑞 达 、 国 内华 峰测控 、 长川 科技 和上海 宏 测 。 表 : 模拟 /混 合 类测 试 机测 试 对象 、 技术 参 数及 主 要玩家 19 资 料来 源 : 半 导 体行 业 观察 , 东吴 证 券研 究 所 ATE测试 机细分领 域 多元 , 模 /混 和 SoC领域 实 现国产 突破 测试机分类 测试对象 单芯片引脚数 主要参数 技术难点和特点 代表性企业 功率测试机 MOS管 、 二极管 、 三 极管 、 IGBT元件等 10个引脚以内 速度 5-10MHz 除 IGBT等大电压 、 大电流的测试机相对有一定 难度外 , 普通分立器件测试对测试软件 、 算法 和工具几乎无特别要求 泰瑞达 ( ETS和 Flex系列 ) 向量深度 8-16MV 模拟测试机 放大器 、 电源芯片等 几个至几十个引 对测试软件 、 算法和工具要求不高 调试工 具 1-3种 华峰测控 ( STS8200) 协 议 1-2种 长川科技 ( CT系列 ) 并测几十到几百引 上海宏测 ( MTS737) 数模混合测试机 低端 AD/DA芯片等 对电压和电流的量测较多 , 只需基本的少量数 字通道和矢量 , 对速度 、 向量深度 、 算法等要 求不高 脚 脚 ( 2) SoC 测试 机 : 主 要针 对 以 SoC 芯片 的 测 试系 统 , SoC 芯片 即系 统 级芯 片 ( System on Chip), 通常可 以将 逻 辑 模 块 、 微 处 理 器 MCU/微 控 制 器 CPU 内核 模 块 、 数 字 信 号 处 理 器 DSP模 块 、 嵌 入 的 存 储 器 模 块 、 外 部进 行通 讯 的接 口 模块 、 含有 ADC /DAC 的模 拟 前 端模 块 、 电 源 管理 模 块 PMIC 等集 成在 一 起 , 设 计和封 装难 度高 于 普通 数 字和 模 拟芯 片 , SoC 测试 机被测 芯 片可 以 是微 处 理器 MCU、 CPU、 通信芯 片 等纯 数 字芯 片或 数模 混 合 /数字 射 频混 合 芯片 , 测试 引 脚数 可 达 1000 以上 , 对 信号 频 率要 求 较高 尤 其是 数 字通 道 测试频 率 要 求 较 高 。 目前 市 场 上 代 表 企 业为 泰 瑞 达 、 爱 德 万和 华 峰 测 控 。 表 : SoC测试 机 测试 对 象 、 技 术参 数 及主 要 玩家 图 : SoC测试 机 主要 面 向领域 物联 网 /模 块 测 试 SoC测试 MCU测试 射频测试 PMIC测试 CIS测试 20 资 料来 源 : 半 导 体行 业 观察 , 爱德 万 官网 , ATE测试 机细分领 域 多元 , 模 /混 和 SoC领域 实 现国产 突破 测试机分类 测试对象 单芯片引脚数 主要参数 技术难点和特点 代表性企业 SoC测试机 CPU、 GPU、 ASIC、 DSP、 MCU、 CIS、 显 示驱动芯片 、 高端 AD/DA芯片 、 射频芯 片等 几十至上千个引 脚 速 度 100MHz-1.6GHz 向量深 度 256-512MV 调试工 具 5-10种 协 议 100余种 并测几百到 几千引脚 SoC芯片总体测试要求非常高 , 对测试板卡速度 、 精度 、 向量深度 、 种类 、 测试方法和算法 、 调试工具 、 软件等要求非常高 , 因而其硬件系 统和软件系统的复杂度和技术要求极高 , 需要 持续研发以适应不断迭代的高端芯片和新的技 术标准协议 。 泰瑞达 ( UltraFlex和 J750系 列 ) 爱德万 ( V93000系列 ) 华峰测控 ( STS8300) ( 3) 存储测 试 机 : 存 储测 试 机主 要 针对 存 储器 进 行测 试 , 其 基 本原 理 与模拟 /SoC 不同 , 往 往 通过 写 入一些 数据 再校 验 读回 的 数据 进 行测 试 , 尽管 SoC 测试 机 也 能针 对 存储 单 元进 行 测试 , 但 SoC 测试 机的复 杂 程度 较高 , 且 许多 功能 在进行 存 储器 测试 时是用 不 到的 , 因 此出于 性 价比 及性 能的考 量 存储 芯片 厂商需 要 采购 存储器 测 试机 进行 测试 , 尽 管 存 储器 逻 辑 电 路 部 分 较为 简 单 , 但 由 于 存储 单 元 较 多 , 其 数据 量 巨 大 , 因此 存储测 试 机的 引脚 数较多 , 且对 频率 及信号 同 步性 要求 较高 , 目 前市 场上 存储测 试 机代 表性 企业为 爱 德 万 。 表 : 存 储 测试 机测 试对象 、 技术 参数 及主要 玩 家 图 : 爱德 万 T5系列概览 21 资 料来 源 : 半 导 体行 业 观察 , 爱德 万 官网 , ATE测试 机细分领 域 多元 , 模 /混 和 SoC领域 实 现国产 突破 测试机分类 测试对象 单芯片引脚数 主要参数 技术难点和特点 代表性企业 存储测试机 DRAM、 NAND Flash 等存储芯片 几百个引脚 速度 200MHz-6GHz 向 量深 度 256-512MV 调 试工 具 2-3种 协 议 2-3种 并测 数万个引脚 DRAM、 NAND测试对测试机要求很高 , 系统 、 软件 、 算法 、 调试工具系统庞大复杂 , 对新的 DRAM标准持续支持带来的研发投入大 , 技术 难 度大 , 同测数量要求可 达 1024DUT。 爱德
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