2018-2019半导体测试设备行业分析报告.pptx

2018-2019半导体测试设备行业分析报告,2018年11月06日,半导体测试设备国产化机遇正当时，建议关注本土测试设备行业龙头我们认为，受益于国内半导体产业逆周期投资和国家战略支持，中国大陆设备市场有望在全球产业增速趋缓的背景下逆势保持高速扩张，本土设备企业将迎来重大机遇，测试设备有望成为率先实现设备国产化突破的领域之一，建议关注本土测试设备行业龙头。,半导体测试贯穿完整制造过程，测试机、分选机、探针台是其核心设备半导体测试通常主要指半导体工艺中后道的性能测试，而广义的半导体测试还包括前道的工艺检测。测试工艺贯穿半导体设计、制造、封装与测试三大过程，是提高芯片制造水平和进行成品率管理的关键之一。测试机（ATE）是检测芯片功能和性能的专用设备，分选机和探针台是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来并实现批量自动化测试的专用设备。在,设计验证和成品测试（FT）中，测试机和分选机配合使用；在晶圆制造环节的硅片级测试（WET、CP）中，测试机和探针台配合使用。全球半导体及设备产业增速虽有放缓，中国大陆设备市场正逆势扩张据 SIA、SEMI 数据，18 年 6 月以来全球半导体销售额、北美半导体设备,制造商出货金额均出现了明显的增速放缓。2018 年以来，相比于海外产业周期见顶趋势显现，全球增速最高的中国大陆半导体销售市场继续保持强劲增长，中芯国际、长江存储为代表的国内一线晶圆厂建设进度稳步推进，在 2018Q1、Q2 全球设备销售同比增速回落的背景下，中国大陆设备市场分别同比增长 31%、51%，在上年同期 26%、11%的基础上进一步显著提升。我们认为国内正处于逆周期投资的半导体产业突破关键阶段，在本土投资的大力拉动和政策支持下，国内半导体设备市场有望逆势扩张。2019 年中国大陆设备市场或居全球之首，测试设备市场或达 108 亿元受益于本土产业投资向上及国家战略支持，SEMI 预计 18 年中国大陆有望以 118 亿美元/yoy+44%超越中国台湾成为全球第二大半导体设备市场， 19年有望以 173 亿美元/yoy+47%首次位居全球第一，18、19 年全球占比或达 19%、26%。测试设备销售额约占整个半导体市场销售额的 9%，我们预计 18、19 年中国大陆半导体测试设备市场空间约 74、108 亿元。国产测试设备发展已具备三大机遇，或是率先实现设备国产化的领域之一目前全球半导体测试机市场仍被泰瑞达、爱德万两大海外龙头占据，探针台市场东京电子、东京精密等企业技术实力较为领先。但我们认为国产测,试设备发展已具备三大机遇：1）国际 ATE 龙头技术进步及市场拓展或面临平台期；2）本土晶圆厂、封测厂发展迅速，产能从中国台湾及海外转到,中国大陆的过程为本土设备创造重大崛起机会；3）下游行业进入“后手机时代”，测试需求渐趋多元化，服务贴近客户需求、以应用为中心、成本更优化的国产设备有望更受青睐。建议关注本土测试设备行业龙头。风险提示：宏观经济下行及半导体行业周期性波动，国内芯片制造技术突破慢于预期、产业投资不及预期，国内半导体设备技术突破慢于预期。,(36)17-11 18-01 18-03 18-05 18-07,18-09,机械设备,沪深300,相关研究1机械设备: 行业周报（第四十四周）2018.112机械设备: Q3 盈利增速放缓，关注投资上行板块2018.113中国中车(601766,买入): 三季报稳中向好，铁路装备投资向上2018.10一年内行业走势图(%)10(2)(13)(25),正文目录,半导体测试核心设备：测试机、分选机、探针台.4测试工艺贯穿半导体生产过程，是进行成品率管理的重要途径 .4测试机、分选机、探针台是半导体测试环节三大核心设备.6,半导体测试设备中国市场渐趋庞大，本土企业高速成长正当时.8全球半导体及设备产业增速虽有放缓，中国大陆设备市场正逆势扩张 .82019 年中国大陆市场规模或居全球之首，测试设备市场或达 108 亿元.10泰瑞达、爱德万两大巨头垄断全球市场，本土测试设备企业步入成长期.12,全球龙头启示录：把握产业发展窗口期，内生、外延多维发力.16泰瑞达：雄踞全球市场的半导体测试设备国际龙头 .16爱德万：后来居上的全球半导体测试设备巨头.20风险提示.23,图表目录,图表 1： 半导体测试流程及设备示意图.4图表 2： 晶圆制造的前道工艺检测环节设备一览.4图表 3： IC 产品的不同电学测试.5图表 4： 集成电路的生产流程及性能测试环节示意图 .5图表 5： 探针台主要结构示意图.6图表 6： 测试机主要结构示意图.6图表 7： 集成电路测试设备的技术难点.7图表 8： 2015 年以来全球半导体设备月度销售规模及增速 .8图表 9： 2015 年以来中国大陆半导体设备月度销售规模及增速 .9图表 10： 北美半导体设备制造商月度出货金额 .9图表 11： 全球半导体设备销售额及增速 .10图表 12： 中国大陆半导体设备销售额及增速.10图表 13： 20052019 年全球半导体设备销售额的地区分布.10图表 14： 20052019 年中国半导体设备销售额的全球占比.10图表 15： 20112019 年中国大陆半导体设备销售规模及增速.11图表 16： 20062017 年全球半导体设备销售额的产品构成.11图表 17： 2017 年全球半导体设备销售额的产品构成 .11图表 18： 半导体设备市场构成.11图表 19： 中国大陆半导体设备细分市场空间测算.12图表 20： 2017 年全球前十大半导体设备供应商排名（按半导体业务营收排名）.12图表 21： 19992017 年全球半导体设备前 5 大公司市场占有率.13图表 22： 2017 年全球半导体设备厂商市场份额.13图表 23： 全球半导体设备企业主要产品分布图 .13图表 24： 全球半导体测试设备主要制造商概况 .14,图表 25： 2017 年中国大陆进口半导体设备占比.14图表 26： 中国半导体测试设备主要制造商概况 .15图表 27： 泰瑞达半导体测试设备产品一览.16图表 28： 泰瑞达公司 1987-2017 年公司净利润及营收同比情况.17图表 29： 泰瑞达公司发展历程.17图表 30： 泰瑞达并购史.18图表 31： 泰瑞达 2007-2017 营收及同比.18图表 32： 泰瑞达 2007-2017 年净利润及同比.18图表 33： 泰瑞达 2008-2017 年业务分布情况.18图表 34： 2017 年泰瑞达各项业务占比.18图表 35： 泰瑞达 2009-2017 年毛利率和研发费用占比情况.19图表 36： 泰瑞达历年市场地区分布 .19图表 37： 2017 年泰瑞达市场地区 .19图表 38： 泰瑞达在中国发展历史.19图表 39： 爱德万测试 2018 年发布针对 SSD、汽车 SoC 及 DRAM 领域三大产品系列升级 .20图表 40： 爱德万 1954 年以来重大事件及产品发展历程.21图表 41： 爱德万 2001-2018 年营收及同比情况 .21图表 42： 爱德万 2001-2018 年净利润及同比情况.21图表 43： 爱德万 2012-2018 年销售额按业务分布占比情况.22图表 44： 2017 年爱德万各项业务销售额占比情况.22图表 45： 爱德万 20092018 年毛利率和研发费用营收占比情况.22图表 46： 爱德万 20082018 财年销售额按地区分布情况.23图表 47： 爱德万 2017 财年销售额按地区分布情况.23,半导体测试核心设备：测试机、分选机、探针台,测试工艺贯穿半导体生产过程，是进行成品率管理的重要途径,广义的半导体测试包括前道的工艺检测和中后道的性能测试。其中，前段的工艺检测偏重于从微观角度在线监测晶圆制造的微观结构是否符合工艺要求（例如几何尺寸与表面形貌的检测、成分结构分析和电学特性检测等），而中后道的性能测试主要偏重于从芯片功能性的角度检测芯片的性能表现是否符合设计要求。而狭义的半导体测试，则主要指中后道的性能测试，对应设备包括：测试机、探针台、分选机等。,图表1： 半导体测试流程及设备示意图,晶圆制造前道的工艺检测主要是对工艺过程中半导体体内、表面和附加其上的介质膜、金属膜、多晶硅等结构的特性进行物理、化学和电学等性质的测定。按照所测定的特性，可以把这类检测分为三个方面：几何尺寸与表面形貌的检测、成分结构分析和电学特性检测。,图表2： 晶圆制造的前道工艺检测环节设备一览,中后道的性能测试完整贯穿了集成电路三大生产过程，主要包括：1）芯片设计中的设计验证；2）晶圆制造中的晶圆检测；3）封装完成后的成品测试。无论哪个阶段，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机的功能模块连接起来，二是要通过测试机对芯片施加输入信号，并检测芯片的输出信号，判断芯片功能和性能指标的有效性。图表3： IC 产品的不同电学测试,测试IC 设计验证在线参数测试硅片拣选测试可靠性终测,IC 生产阶段生产前硅片制造过程中硅片制造后封装的 IC封装的 IC,硅片/芯片级硅片级硅片级硅片级封装的芯片级封装的芯片级,测试描述调试和检验新的芯片设计，保证符合规格要求为了监控工艺，在制作过程的早期进行的产品工艺检验测试产品功能测试，验证每个芯片是否符合产品规格集成电路加电并在高温下测试，以发现早期失效使用产品规格进行的产品功能测试,图表4： 集成电路的生产流程及性能测试环节示意图设计验证环节是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。在线参数测试（WET, Wafer Electrical Test）是对硅片上的测试图形结构进行的电学测试。在线参数测试在完成前端工艺（例如扩散、光刻、注入）后进行得越早越好。典型的测试是在第一层金属被淀积并刻蚀后进行，这就允许接触式探针和特殊测试结构的压点进行电学接触。晶圆检测（CP, Chip Probe）是指在晶圆出厂后进行封装前，通过探针台和测试机配合使用，对晶圆上的芯片进行功能的测试。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。CP 最大的目的就是确保在芯片封装前，尽可能地把坏的芯片筛选出来以节约封装费用。,成品测试（FT, Final Test）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。因为封装本身可能影响芯片的良率和特性,所以芯片所有可测测试项目都必须在 FT 阶段测试一遍，而 CP 阶段则是可选测试。测试机、分选机、探针台是半导体测试环节三大核心设备集成电路的性能测试设备主要包括测试机、分选机和探针台等。作为重要的专用设备，集成电路测试设备不仅可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。在测试过程中探针台和分选机的作用比较相似，都是用作产品和测试机连接的媒，测试机是测试过程中最重要的装备，它的作用是判断产品参数和功能的有效性。具体而言：1）测试机是检测芯片功能和性能的专用设备。测试机对芯片施加输入信号，采集被检测芯片的输出信号与预期值进行比较，判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性。2）分选机和探针台是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来并实现批量自动化测试的专用设备。在设计验证和成品测试环节，测试机需要和分选机配合使用；在晶圆检测环节，测试机需要和探针台配合使用。,图表5： 探针台主要结构示意图,图表6： 测试机主要结构示意图集成电路测试设备的技术壁垒较高。集成电路行业集计算机、自动化、通信、精密电子测试和微电子等技术于一身，是技术密集、知识密集的高科技行业，集成电路的可靠性、稳定性和一致性要求较高，对生产设备要求较高。,图表7： 集成电路测试设备的技术难点,设备测试机分选机探针台,技术难点1、由于集成电路参数项目越来越多，如电压、电流、时间、温度、电阻、电容、频率、脉宽、占空比等，对测试机功能模块的需求越来越多；2、客户对集成电路测试精度要求越来越高（微伏、微安级精度），如对测试机钳位精度要求从 1%提升至 0.25%、时间测量精度提高到微秒级，对测试机测试精度要求越趋严格；3、随着集成电路应用越趋于广泛，需求量越来越大，对测试成本要求越来越高，因此对测试机的测试速度要求越来越高（如源的响应速度要求达到微秒级）；4、集成电路产品门类的增加，要求测试设备具备通用化软件开发平台，方便客户进行二次应用程序开发，以适应不同产品的测试需求；测试设备供应商对设备；5、状态、测试参数监控、生产质量数据分析等方面，结合大数据的应用，对测试机的数据存储、采集、分析方面提出了较高的要求。1、由于集成电路的小型化和集成化特征，分选机对自动化高速重复定位控制能力和测压精度要求较高，误差精度普遍要求在 0.01mm 等级；2、分选机的批量自动化作业要求其具备较强的运行稳定性，例如对 UPH（每小时运送集成电路数量）和 Jam Rate（故障停机比率）的要求很高；3、集成电路封装形式的多样性要求分选机具备对不同封装形式集成电路进行测试时能够快速切换的能力，从而形成较强的柔性化生产能力及适应性；4、集成电路测试对外部测试环境有一定要求，例如部分集成电路测试要求在-55150的多种温度测试环境、无磁场干扰测试环境、多种外场叠加的测试环境中进行，如何给定相应的测试环境是分选机技术难点。1、探针台精度要求非常严苛，重复定位精度要求达到 0.001mm（微米）等级；2、晶圆检测对于设备稳定性要求较高，各个执行器件均需进行多余度的控制，晶圆损伤率要求控制在 1ppm（百万分之一）以内；3、晶圆检测需具备多套视觉精密测量及定位系统，并具备视觉相互标定、多个坐标系互相拟合的功能；4、探针台对设备工作环境洁净度要求较高，除需达到几乎无人干预的全自动化作业，对传动机构低粉尘提出要求，还需具备气流除尘等特殊功能。,2015-01,2015-03,2015-05,2015-07,2015-09,2015-11,2016-01,2016-03,2016-05,2016-07,2016-09,2016-11,2017-01,2017-03,2017-05,2017-07,2017-09,2017-11,2018-01,2018-03,2018-05,2018-07,2018-09,半导体测试设备中国市场渐趋庞大，本土企业高速成长正当时设备制造业是半导体产业的基础，是完成晶圆制造、封装测试环节和实现集成电路技术进步的关键。所需专用设备主要包括晶圆制造环节所需的光刻机、化学汽相淀积（CVD）设备、刻蚀机、离子注入机、表面处理设备等；封装环节所需的切割减薄设备、度量缺陷检测设备、键合封装设备等；测试环节所需的测试机、分选机、探针台等；以及其他前端工序所需的扩散、氧化及清洗设备等。这些设备的制造需要综合运用光学、物理、化学等科学技术，具有技术壁垒高、制造难度大、设备价值及研发投入高等特点。我们认为国产测试设备的发展已具备三大机遇，或可成为实现设备国产化的前沿阵地。目前全球半导体测试机主要市场仍被泰瑞达、爱德万两大海外龙头占据，探针台市场东京电子、东京精密等企业技术实力较为领先。但我们认为国产测试设备的发展已具备三大机遇：1）国际 ATE 厂商面临拐点，海外测试设备研发投入有所收缩；2）本土晶圆厂、封测厂发展迅速，产能从台湾及海外转到中国大陆的过程是本土设备重大崛起机会；3）下游行业进入“后手机时代”，IoT、自动驾驶等应用变得分散，测试标准化程度变低，服务贴近客户需求、以应用为中心、成本更优化的国产设备将有望更受青睐。目前以长川科技为代表的本土厂商正处于进口替代的关键阶段。全球半导体及设备产业增速虽有放缓，中国大陆设备市场正逆势扩张受全球电子、汽车等半导体下游行业景气度走弱影响，全球半导体销售近期出现增速放缓迹象，但国内市场仍持续保持高速增长。2018 年 6 月以来全球半导体销售出现增速放缓迹象。据 SIA 数据，2018 年 69 月全球半导体销售额同比增速分别为 20.5%、17.4%、14.9%、13.8%，明显低于上年同期的 23.7%、24%、23.9%、22.2%。其中，美洲、欧洲、日本、亚太（不含日本）市场 2018 年 69 月同比增速均低于上年同期水平。相比于海外市场走弱，全球增长最快的中国大陆半导体市场则继续保持强劲增长，2018 年 69月分别同比增长 30.7%、 29.4%、 27.3%、 26.3%，在上年同期增速 25.5%、 24%、 23.2%、20%的基础上进一步提速。图表8： 2015 年以来全球半导体设备月度销售规模及增速,(%)302520151050(5)(10),(亿美元)450400350300250200150100500,全球半导体月度销售额,全球半导体月度销售额:同比,2015-01,2015-03,2015-05,2015-07,2015-09,2015-11,2016-01,2016-03,2016-05,2016-07,2016-09,2016-11,2017-01,2017-03,2017-05,2017-07,2017-09,2017-11,2018-01,2018-03,2018-05,2018-07,2018-09,2013-01,2013-04,2013-07,2013-10,2014-01,2014-04,2014-07,2014-10,2015-01,2015-04,2015-07,2015-10,2016-01,2016-04,2016-07,2016-10,2017-01,2017-04,2017-07,2017-10,2018-01,2018-04,2018-07,图表9： 2015 年以来中国大陆半导体设备月度销售规模及增速,半导体销售市场增速的回落也传导至半导体设备环节，2018 年 5 月以来北美半导体设备制造商出货量增速明显趋缓。据 SEMI 数据，2018 年 59 月北美半导体设备制造商出货金额同比增速由 19%持续下滑至 1.8%，9 月增速远低于上年同期的 37.6%，考虑到全球较多半导体设备龙头集中于北美地区，我们认为或预示全球设备销售增速趋缓。图表10： 北美半导体设备制造商月度出货金额,中芯国际、长江存储为代表的国内一线晶圆厂建设进度稳步推进，我们认为国内正处于逆周期投资的产业突破关键阶段。据中芯国际 18 年中报，公司 14 纳米 FinFET 技术研发已进入客户导入阶段，力求 19 年上半年开始风险生产；28 纳米 HKC+技术将于 18 年底试生产。据 SEMI 报道，18 年 9 月总投资 105 亿美元的“紫光南京集成电路基地项目”开工，月产存储芯片 10 万片。我们认为虽然海外设备市场增速或将放缓，但在国内主流制造企业大力投资拉动下，国内设备市场有望逆势扩张。相比于全球设备市场的增速回落，2018 年以来中国大陆设备市场保持高速增长，印证半导体产业投资景气向上趋势。2018Q1、Q2 全球半导体设备销售额同比增长 30%、 19%，明显低于上年同期的增速 58%、35%。中国大陆设备市场则与全球增速下滑趋势相反，2018Q1、Q2 同比增长 31%、51%，在上年同期 26%、11%的基础上显著提升。,151050,35302520,6040200,80,160140120100,(%),(亿美元),中国半导体月度销售额,中国半导体月度销售额:同比,(%)806040200(20)(40),(亿美元)302520151050,北美,北美：当月同比,2014-03,2014-06,2014-09,2014-12,2015-03,2015-06,2015-09,2015-12,2016-03,2016-06,2016-09,2016-12,2017-03,2017-06,2017-09,2017-12,2018-03,2014-03,2014-06,2014-09,2014-12,2015-03,2015-06,2015-09,2015-12,2016-03,2016-06,2016-09,2016-12,2017-03,2017-06,2017-09,2017-12,2018-03,2018-06,2018-06,图表11： 全球半导体设备销售额及增速,图表12： 中国大陆半导体设备销售额及增速,2019 年中国大陆市场规模或居全球之首，测试设备市场或达 108 亿元中国大陆设备市场的全球占比不断升高， 2018 年有望赶超中国台湾跃居全球第二大市场，2019 年或将跃升全球首位。20082017 年十年间，全球半导体设备市场的地区分布不断变化。 2016 年中国台湾以 122 亿美元市场规模位居榜首， 2017 年韩国则以 180 亿美元设备销售跃居第一，中国台湾、中国大陆分别以 115、82 亿美元紧随其后。据 SEMI 预计，2018 年韩国、中国大陆、中国台湾预计将分列世界前三大设备市场，韩国有望以 169 亿美元保持榜首地位，中国大陆有望以 113 亿美元超越中国台湾成为世界第二大市场， 2019年中国有望以 173 亿美元首次位居全球第一。值得关注的是，过去十年中国大陆市场的全球比重总体呈显著上升趋势，由 2008 年的 6%提高到 2017 年的 15%，据 SEMI 预测，2018、2019 年中国市场的全球占比有望大幅提升到 19%、26%。,图表13： 20052019 年全球半导体设备销售额的地区分布,图表14： 20052019 年中国半导体设备销售额的全球占比,中国大陆设备市场连续五年扩张， 2018 年有望首次突破百亿级别达 118 亿美元/yoy+44%，2019 年或将趋势延续达 173 亿美元/yoy+47%。中国大陆作为全球最大半导体消费市场，半导体产业规模不断扩大，随着国际产能不断向中国转移，中资、外资半导体企业纷纷在中国投资建厂，大陆设备需求不断增长。20122017 年，中国大陆地区半导体设备销售规模由 25 亿美元增至 82 亿美元，复合增速达 27%。受益于中国大陆进入晶圆厂建设高峰，我们认为设备市场将继续保持高速增长，SEMI 预计 2018、2019 年中国大陆市场规模有望分别达到 118 亿美元/yoy+44%和 173 亿美元/yoy+47%，大幅高于全球设备市场增速。,(%)806040200(20),(亿美元)200150100500,全球半导体设备销售额全球半导体设备销售额:当季同比,(%)3002001000(100),(亿美元)403020100,中国大陆半导体设备销售额中国大陆半导体设备销售额:当季同比,2006,2007,2008,2009,2010,2011,2012,2013,2014,2015,2016,2017,图表15： 20112019 年中国大陆半导体设备销售规模及增速,测试设备销售额约占整个半导体市场销售额的 9%。根据 SEMI 的数据统计，20152017年，晶圆加工设备、测试设备、封装设备、其他设备（前道设备等）三年累计销售额的占比分别为 80%、9%、6%、5%。,图表16： 20062017 年全球半导体设备销售额的产品构成,图表17： 2017 年全球半导体设备销售额的产品构成,403020100(10)(20)(30)(40),50,150100500,2011,2012,2013,2014,2015,2016,2017,2018E,2019E,%60,亿美元200,中国大陆,中国大陆:同比,0%中国大陆半导体测试设备市场空间测算测算方法：我们基于 SEMI 对 2018、 2019 年中国大陆半导体设备市场空间的预测值（118、173 亿美元），结合各类设备所占空间比例，预测 2018、2019 年中国大陆各类半导体设备的市场空间。图表18： 半导体设备市场构成,80%60%40%20%,晶圆加工设备100%,测试设备,封装设备,其他（晶圆制造前道设备等）,晶圆加工设备80%,测试设备9%,封装设备6%,其他（晶圆制造前,道设备等）5%,