半導(dǎo)體測試ATE產(chǎn)業(yè)詳解，國產(chǎn)機會在哪里？
半導(dǎo)體測試貫穿設(shè)計、生產(chǎn)過程的核心環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體測試就是通過測量半導(dǎo)體的輸出響應(yīng)和預(yù)期輸出并進行比較以確定或評估集成電路功能和性能的過程，其測試內(nèi)容主要為電學(xué)參數(shù)測試。一般來說，每個芯片都要經(jīng)過兩類測試：
（1）參數(shù)測試。參數(shù)測試是確定芯片管腳是否符合各種上升和下降時間、建立和保持時間、高低電壓閾值和高低電流規(guī)范，包括DC（Direct Current）參數(shù)測試與AC（Alternating Current）參數(shù)測試。DC參數(shù)測試包括短路測試、開路測試、最大電流測試等。AC參數(shù)測試包括傳輸延遲測試、建立和保持時間測試、功能速度測試等。這些測試通常都是與工藝相關(guān)的。CMOS輸出電壓測量不需要負載，而TTL器件則需要電流負載。
（2）功能測試。功能測試決定芯片的內(nèi)部數(shù)字邏輯和模擬子系統(tǒng)的行為是否符合期望。這些測試由輸入適量和相應(yīng)的響應(yīng)構(gòu)成。他們通過測試芯片內(nèi)部節(jié)點來檢查一個驗證過的設(shè)計是否正產(chǎn)工作。功能測試對邏輯電路的典型故障有很高的覆蓋率。
測試成本與測試時間成正比，而測試時間取決于測試行為，包括低速的參數(shù)測試和高速的矢量測試（功能測試）。其中參數(shù)測試的時間與管腳的數(shù)目成比例，適量測試的時間依賴于矢量的數(shù)目和時鐘頻率。測試的成本主要是功能測試。
半導(dǎo)體測試貫穿設(shè)計、制造、封裝、應(yīng)用全過程。從最初形成滿足特定功能需求的芯片設(shè)計，經(jīng)過晶圓制造、封裝環(huán)節(jié)，在最終形成合格產(chǎn)品前，需要檢測產(chǎn)品是否符合各種規(guī)范。按生產(chǎn)流程分類。半導(dǎo)體測試可以按生產(chǎn)流程可以分為三類：驗證測試、晶圓測試測試、封裝檢測。
（1） 驗證測試：又稱實驗室測試或特性測試，是在器件進入量產(chǎn)之前驗證設(shè)計是否正確，需要進行功能測試和全面的AC/DC。特性測試確定器件工作參數(shù)的范圍。通常測試最壞情況，因為它比平均情況更容易評估，并且通過此類測試的器件將會在其他任何條件下工作。
（2） 晶圓測試：每一塊加加工完成后的芯片都需要進行晶圓測試，他沒有特性測試全面，但必須判定芯片是否符合設(shè)計的質(zhì)量和需求。測試矢量需要高的故障覆蓋率，但不需要覆蓋所有的功能和數(shù)據(jù)類型。晶圓測試主要考慮的是測試成本，需要測試時間最小，只做通過/不通過的判決。
（3） 封裝測試：是在封裝完成后的測試。根據(jù)具體情況，這個測試內(nèi)容可以與生產(chǎn)測試相似，或者比生產(chǎn)測試更全面一些，甚至可以在特定的應(yīng)用系統(tǒng)中測試。封裝測試最重要的目標(biāo)就是避免將有缺陷的器件放入系統(tǒng)之中。晶圓測試又稱前道測試、“Circuit porbing”（即CP測試）、“Wafer porbing”或者“Die sort”。
晶圓測試大致分為兩個步驟：
①單晶硅棒經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)制程制作的晶圓，在芯片之間的劃片道上會有預(yù)設(shè)的測試結(jié)構(gòu)圖，在首層金屬刻蝕完成后，對測試結(jié)構(gòu)圖進行晶圓可靠性參數(shù)測試（WAT）來監(jiān)控晶圓制作工藝是否穩(wěn)定，對不合格的芯片進行墨點標(biāo)記，得到芯片和微電子測試結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計量；
②晶圓制作完成后，針對制作工藝合格的晶圓再進行CP測試（Circuit Probing），通過完成晶圓上芯片的電參數(shù)測試，反饋芯片設(shè)計環(huán)節(jié)的信息。完成晶圓測試后，合格產(chǎn)品才會進入切片和封裝步驟。
封裝測試：在一個Die封裝之后，需要經(jīng)過生產(chǎn)流程中的再次測試。這次測試稱為“Final test”（即通常說的FT測試）或“Package test”、成品測試。在電路的特性要求界限方面，F(xiàn)T測試通常執(zhí)行比CP測試更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。芯片也許會在多組溫度條件下進行多次測試以確保那些對溫度敏感的特征參數(shù)。商業(yè)用途（民品）芯片通常會經(jīng)過0℃、25℃和75℃條件下的測試，而軍事用途（軍品）芯片則需要經(jīng)過 -55℃、25℃和125℃。
不同測試環(huán)節(jié)的測試參數(shù)和應(yīng)用場景稍有區(qū)別。晶圓測試的對象是未劃片的整個晶圓，屬于在前端工序中對半成品的測試，目的是監(jiān)控前道工藝良率，并降低后道封裝成本。而成品測試是對完成封裝的集成電路產(chǎn)品進行最后的質(zhì)量檢測，主要是針對芯片應(yīng)用方面的測試，有些甚至是待機測試，以保證出廠產(chǎn)品的合格率。CP測試與成品測試的測試參數(shù)大體是相似的，但由于探針的容許電流有限，CP測試通常不能進行大電流測試項。此外，CP測試的常見室溫為25℃左右，而成品測試有時需要在75-90℃的溫度下進行。
半導(dǎo)體檢測是產(chǎn)品良率和成本管理的重要環(huán)節(jié)，在半導(dǎo)體制造過程有著舉足輕重的地位。面臨降低測試成本和提高產(chǎn)品良率的壓力，測試環(huán)節(jié)將在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)更為重要的地位。摩爾定律預(yù)測，芯片上的元器件數(shù)目每隔18個月會增加一倍，單位元器件的材料成本和制造成本會成倍降低，但芯片的復(fù)雜化將使測試成本不斷增加。
根據(jù)ITRS的數(shù)據(jù)，單位晶體管的測試成本在2012年前后與制造成本持平，并在2014年之后完成超越，占據(jù)芯片總成本的35-55%。另外，隨著芯片制程不斷突破物理極限，集成度也越來越高，測試環(huán)節(jié)對產(chǎn)品良率的監(jiān)控將會愈發(fā)重要。
ATE 迭代速度較慢，設(shè)備商充分享受技術(shù)沉淀成果
ATE迭代速度較慢，主力產(chǎn)品生命周期長。半導(dǎo)體自動化測試系統(tǒng)不屬于工藝設(shè)備，和制程的直接相關(guān)度較低，產(chǎn)品迭代速度較慢，單類產(chǎn)品的存在時間較長，設(shè)備商享受技術(shù)沉淀成果。市場目前主流的ATE多是在同一測試技術(shù)平臺通過更換不同測試模塊來實現(xiàn)多種類別的測試，提高平臺延展性。例如國際半導(dǎo)體測試機龍頭泰瑞達的模擬及數(shù)?；旌蠝y試平臺ETS-364/ETS-600由Eagle Test System于2001年推出，目前仍在泰瑞達官網(wǎng)銷售。愛德萬的V93000機型、T2000機型分別于1999年、2003年推出。根據(jù)愛德萬官方數(shù)據(jù)，2014年V93000出貨超過500臺，截至2015年3月16日累計出貨4000臺，2017年更是創(chuàng)下累計出貨5000臺的記錄，即使在2019年也有單筆訂單超過30臺的情況。
而這兩款機型之所以能夠維持如此好的銷售成績，是因為ATE設(shè)備僅需更換測試模塊和板卡就可實現(xiàn)多種類測試以及測試性能提升，而不需要更換機器。V93000在更換AVI64模塊之后將測試范圍擴大到了電源市場和模擬市場，而更換PVI8板卡后不僅可以實現(xiàn)大功率電壓/電流的測量，并且測試速度更快，測量更精準(zhǔn)，更換WaveScale板卡后可實現(xiàn)高并行，多芯片同測及芯片內(nèi)并行測試，大大降低了測試成本與時間。而T2000也可以通過組合不同的模塊完成對SoC器件、RF、CMOS圖像、大功率器件以及IGBT的測試。于是一款A(yù)TE設(shè)備可以在市場上存在20年之久且依然有良好的銷售業(yè)績，設(shè)備商從而可以享受技術(shù)沉淀的成果。
半導(dǎo)體測試機的技術(shù)核心在于功能集成、精度與速度、與可延展性。隨著芯片工藝的發(fā)展，一片芯片上承載的功能越來越多，測試機需要測試的范圍也越來越大，這就對測試機提出了考驗，測試機的測試覆蓋范圍越廣，能夠測試的項目越多，就越受客戶青睞。同時，企業(yè)購買測試機就是為了把不符合要求的產(chǎn)品精準(zhǔn)地判斷出來，于是測試機的測試精度也成了技術(shù)核心之一，測試精度的重要指標(biāo)包括測試電流、電壓、電容、時間量等參數(shù)的精度，先進設(shè)備一般能夠在電流測量上能達到皮安（pA）量級的精度，在電壓測量上達到微伏（μV）量級的精度，在電容測量上能達到0.01皮法（pF）量級的精度，在時間量測量上能達到百皮秒（pS）。
同時，隨著市場對半導(dǎo)體的需求越來越大，半導(dǎo)體生產(chǎn)商為了提高出貨速度，會希望測試的時間越少越好，這就要求測試機的測試速度越快越好，主要指標(biāo)有響應(yīng)速度等，先進設(shè)備的響應(yīng)速度一般都達到了微秒級。最后，因為半導(dǎo)體的測試要求不同且發(fā)展很快，而測試機的投入較高，測試機的可延展性也成為了買家關(guān)心的重點，這項技術(shù)具體體現(xiàn)在測試機能否根據(jù)需要靈活地增加測試功能、通道和工位數(shù)。例如愛德萬的T2000測試機就可以通過組合不同的測試模塊從而靈活實現(xiàn)對數(shù)字、電源、模擬、功率器件、圖像傳感器和射頻的測試等。
跟隨半導(dǎo)體產(chǎn)品不斷推進的測試需求。測試機的價格相對昂貴，通常為數(shù)百萬元，針對不同測試對象而頻繁更換測試機將帶來大量資本開支。因此，目前的高端測試機已經(jīng)由自動測試設(shè)備向開放式測試平臺方向發(fā)展，基于開放式系統(tǒng)（如OpenStar2000等），通過搭建自定義的PXI模塊，以適應(yīng)日益增多的待測參數(shù)需求，增強了測試機的靈活性和兼容性。
由于元器件設(shè)計和生產(chǎn)工藝的不斷進步，器件性能迅速提升，產(chǎn)品生命周期越來越短，相應(yīng)的測試設(shè)備也必須及時升級換代，近年來國內(nèi)集成電路測試需求主要包括：
①模擬信號測試強調(diào)大功率、高精度、覆蓋關(guān)鍵交流參數(shù)；②數(shù)字信號測試從中低速向高速跨越式發(fā)展，測試通道數(shù)倍增；③混合信號測試從模擬信號測試中逐漸剝離，追求高速、高帶寬、高采樣率，射頻（RF）測試的需求日漸增長；④存儲器測試產(chǎn)品更新?lián)Q代較快，需要獨立的測試平臺。
半導(dǎo)體測試設(shè)備具備可觀的市場空間。半導(dǎo)體檢測（包括過程工藝控制與半導(dǎo)體測試）的廣泛應(yīng)用以及對良率和成本的重要性，總體檢測設(shè)備的投資與光刻、刻蝕等關(guān)鍵工藝相差無幾。
根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，在全球半導(dǎo)體設(shè)備市場中，近年來前段晶圓加工設(shè)備部分，光刻、刻蝕、薄膜沉積設(shè)備各占約20%的市場；在檢測設(shè)備領(lǐng)域，包括工藝過程控制、CP測試、FT測試等，其占整個半導(dǎo)體設(shè)備市場空間的大致在15%~20%，其中半導(dǎo)體測試設(shè)備（包括ATE、探針臺、分選機）大概占比8%~10%。
半導(dǎo)體測試設(shè)備主要包括三類：ATE、探針臺、分選機。其中測試功能由測試機實現(xiàn)，而探針臺和分選機實現(xiàn)的則是機械功能，將被測晶圓/芯片揀選至測試機進行檢測。探針臺和分選機的主要區(qū)別在于，探針臺針對的是晶圓級檢測，而分選機則是針對封裝的芯片級檢測。根據(jù)SEMI，ATE大致占到半導(dǎo)體測試設(shè)備的2/3，探針臺和分選機合計占到半導(dǎo)體測試設(shè)備的1/3。
從ATE的歷史發(fā)展看，1960s行業(yè)起步，在1990s~2000s伴隨下游行業(yè)快速增長。在半導(dǎo)體行業(yè)上一輪大的景氣周期中（2001年-2009年），全球半導(dǎo)體測試設(shè)備銷售額在2006年達到頂點，當(dāng)年銷售額達到64.2億美元，占半導(dǎo)體設(shè)備總銷售額的15.9%。
值得注意的是，在這一時期半導(dǎo)體測試設(shè)備行業(yè)處于快速成長期，下游需求旺盛，市場也在不斷推出更適應(yīng)當(dāng)前需求的新產(chǎn)品，測試成本占比較高，在2003年到2006年半導(dǎo)體測試設(shè)備占半導(dǎo)體設(shè)備總銷售額的比重都超過15%。
而隨著測試產(chǎn)品逐步成熟，下游需求增長放緩，市場競爭開始加劇，測試設(shè)備成本被壓縮，主要的成本向前道（主要是光刻、刻蝕、薄膜沉積設(shè)備、過成功工藝控制等）傾斜，同時測試設(shè)備市場份額逐步向頭部集中。目前全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場已經(jīng)非常成熟，測試設(shè)備占半導(dǎo)體設(shè)備銷售額穩(wěn)定在8%~10%。
根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2018年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備整體市場規(guī)模約56.3億美元，其中，SoC類和數(shù)字集成電路測試設(shè)備市場規(guī)模約為25.5億美元。2015-2018年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備需求穩(wěn)步增長，年均復(fù)合增速達到19.0%。
對應(yīng)測試在半導(dǎo)體設(shè)計制造過程的應(yīng)用，半導(dǎo)體測試系統(tǒng)企業(yè)的客戶包含：（1）IDM模式下，IDM廠商。（2）晶圓分工模式下，IC設(shè)計企業(yè)（Fabless）、代工廠、封裝測試企業(yè)（OSAT）。
此外，對國際大廠而言，原始設(shè)備制造商（OEM）是非常重要的一類客戶，主要通過直接采購、以及通過對代工廠、封測廠的間接采購。從對ATE的需求量來看，封測環(huán)節(jié)>制造環(huán)節(jié)>設(shè)計環(huán)節(jié)。在封測環(huán)節(jié)，成品測試要求每一顆都要全參數(shù)測試，測試量大。晶圓制造環(huán)節(jié)，由于是半成品，所以以測試基本功能和主要參數(shù)為主，一般都是多工位測試，測試效率高，整體對測試機的需求量低于封測廠。設(shè)計公司買測試機目的是工程驗證，以及問題驗證和解決，對測試機的需求量相對較小。
因而，對ATE廠商來說，晶圓制造廠商（包括IDM和代工廠）以及封測廠是設(shè)備直接采購主力。值得注意的是，設(shè)計廠商、以及OEM也是重要的客戶，包括直接采購，以及通過對代工廠、封測廠的間接采購。代工廠、封測廠往往會基于OEM、IDM以及設(shè)計廠的要求或建議來采購ATE。從泰瑞達的客戶結(jié)構(gòu)看，近幾年，單一客戶曾創(chuàng)造當(dāng)年10%以上的收入的客戶包括蘋果公司、臺積電等。
根據(jù)泰瑞達年報，2012-2013年公司來自蘋果公司的收入占公司總收入達到10%、12%。2016-2017年公司來自臺積電的收入占比達到12%~13%。而考慮直接采購、以及通過代工廠與封測廠間接采購，在2014-2016年某OEM客戶收入占泰瑞達總收入的比重達到22%、23%、25%，這其中包含了通過臺積電、JA Mitsui Leasing公司的銷售。
近兩年，來自華為的需求快速增長，根據(jù)泰瑞達2019年年報，2017-2019年公司來自華為的銷售收入（包括直接采購，以及通過代工廠、封測廠采購）的占比分別達到1%、4%、11%。泰瑞達2019年收入22.95億美元，由此計算2019年公司來自華為的銷售收入達到2.52億美元。
從國內(nèi)公司的情況看，國內(nèi)ATE廠商需求主要來自國內(nèi)封測廠，主要是受益國內(nèi)封測產(chǎn)業(yè)近年來的快速擴張。包括長電科技、華天科技、通富微電等3家國內(nèi)封測領(lǐng)先企業(yè)，2013-2018年合計收入規(guī)模從93.2億元擴張至382.0億元，年均復(fù)合增速32.6%；相對應(yīng)的，三家企業(yè)2013-2018年資本開支水平從17.7億元增長至81.8億元，年均復(fù)合增速35.9%。
這一時期，持續(xù)快速擴張的國內(nèi)封測巨頭是國內(nèi)ATE廠商最重要的客戶，占據(jù)收入份額的絕大部分。以長川科技為例，2014-2016年公司的前兩大客戶華天科技、長電科技占公司總收入的比重每年均超過60%，前五大客戶收入占比均在80%左右。
而隨著當(dāng)下國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全面國產(chǎn)化，產(chǎn)業(yè)鏈前端的制造、設(shè)計環(huán)節(jié)，對國內(nèi)ATE需求將得到顯著提升，豐富的產(chǎn)業(yè)鏈客戶有助于國內(nèi)ATE需求的穩(wěn)健攀升。以華峰測控為例， 2018年公司收入2.19億元，是2016年收入的1.95倍。其中客戶結(jié)構(gòu)顯示以下變化：（1）客戶集中度進一步下降，2018年公司前五大客戶集中度僅38.6%，較2016年下降10.1個百分點。（2）發(fā)展了豐富的設(shè)計企業(yè)客戶資源。
2017-2018年設(shè)計企業(yè)芯源系統(tǒng)連續(xù)兩年進入公司前五大客戶，2017-2018年公司來自芯源系統(tǒng)的收入分別為1458萬元、1444萬元。根據(jù)公司招股書，公司擁有百家集成電路設(shè)計企業(yè)客戶資源，也與超過三百家以上的集成電路設(shè)計企業(yè)保持了業(yè)務(wù)合作關(guān)系。（3）制造環(huán)節(jié)的客戶需求在增加。
設(shè)計廠商主要負責(zé)芯片的設(shè)計環(huán)節(jié)，他們會直接對測試設(shè)備產(chǎn)生需求，也會間接推動自己的代工廠購買同一家企業(yè)的測試設(shè)備從而產(chǎn)生需求。隨著國內(nèi)研發(fā)能力的不斷增強，不少國內(nèi)芯片設(shè)計企業(yè)開始占據(jù)領(lǐng)先地位，根據(jù)智研咨詢數(shù)據(jù)，2018年中國有11家企業(yè)上榜全球前五十芯片設(shè)計企業(yè)，而在2009年，這個數(shù)據(jù)僅為1家，而隨著5G、AI等新一輪科技逐漸走向產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)芯片行業(yè)將會迎來良好發(fā)展，從而給國內(nèi)測試設(shè)備市場帶來需求。
我們統(tǒng)計了10家芯片設(shè)計上市公司的數(shù)據(jù)，包括匯頂科技、兆易創(chuàng)新、紫光國微等，10家公司2019Q3營業(yè)收入155.5億元，同比增長49.7%；10家公司2019年歸母凈利潤57.6億元，同比增長81.6%。2016-2019年十家公司歸母凈利潤的年均復(fù)合增速達到44.3%。
華為產(chǎn)業(yè)鏈加速國產(chǎn)化的機遇。處于供應(yīng)鏈安全考量，華為產(chǎn)業(yè)鏈有望加速國產(chǎn)化，包括代工行業(yè)、封測行業(yè)都有望受益華為需求向國內(nèi)轉(zhuǎn)移的良好機遇。華為對ATE的需求路徑包括：（1）華為自身的測試需求，包括各部門的實驗室等。（2）對產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)需求的增長，包括對代工環(huán)節(jié)、封測環(huán)節(jié)的需求增長，由此推動ATE需求。其中華為可能影響對應(yīng)代工廠、封測廠對ATE產(chǎn)品的選擇。
根據(jù)泰瑞達2019年年報，2019年泰瑞達來自華為（包括直接及間接）的收入占公司總收入比重達到11%，達到2.52億美元，來自華為的需求正快速增長，未來需求仍然有進一步提升的空間。根據(jù)泰瑞達2016年年報，在2014-2016年某OEM客戶收入占泰瑞達總收入的比重達到22%、23%、25%（其中包含了通過臺積電、JA Mitsui Leasing公司的銷售），由此計算該OEM客戶2014-2016年貢獻泰瑞達收入達到3.62億美元、3.77億美元、4.38億美元。
在封測環(huán)節(jié)，目前為止華為主要以外包測試為主，主要是國內(nèi)及中國臺灣封測廠。以華為海思為例，2018年收入501億元，同比增長34%。按照采購成本60億美元，其中封測成本占比25%計算，則華為海思每年的封測訂單需求為15億美元；同時海思仍保持較高的增長。因此，華為等半導(dǎo)體需求大客戶的轉(zhuǎn)單將給中國內(nèi)地封測廠商帶來明顯增量，使得中國內(nèi)地封測行業(yè)的景氣度回升高于全球平均水平。
在制造環(huán)節(jié)，中芯國際第一代14nm FinFET已成功量產(chǎn)并于2019Q4貢獻有意義的營收（客戶以國內(nèi)為主，產(chǎn)品涵蓋中低端手機CPU、Modem及礦機等），產(chǎn)能計劃從當(dāng)前3-5K/月擴充至2020年底的15K/月；12nm FinFET已進入風(fēng)險生產(chǎn)，同時第二代FinFET N+1技術(shù)平臺研發(fā)與客戶導(dǎo)入進展順利。）。
國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)將充分受益邏輯廠與存儲器廠雙倍投資強度，具體的擴產(chǎn)邏輯有所區(qū)別：
1.晶圓代工廠。代工模式的核心在于“服務(wù)”，晶圓代工廠通常提供一個工藝技術(shù)平臺，根據(jù)客戶需求提供客制化產(chǎn)品與服務(wù)，發(fā)展壯大的關(guān)鍵在于覆蓋更多的客戶、滿足客戶更多的需求，因而晶圓代工廠的擴廠也是為了匹配客戶需求、通常是順應(yīng)市場需求發(fā)展趨勢的。當(dāng)市場需求旺盛時，積極的資本開支以滿足日益增長的下游需求，也是公司未來成長的動力。面向客戶需求，晶圓代工廠的產(chǎn)能擴張情景主要有2類：（1）產(chǎn)能需求。即現(xiàn)有產(chǎn)能利用飽滿，為匹配客戶產(chǎn)能需求而擴大產(chǎn)能。（2）工藝需求。即為滿足客戶更多需求或者擴大客戶覆蓋面，進行工藝升級而新增產(chǎn)能。
2019年以來行業(yè)的積極變化是，產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)攀升，晶圓代工廠產(chǎn)能利用率不斷提升，促使代工廠積極規(guī)劃資本開支。以中芯國際為例，根據(jù)公司季度報告，中芯國際19Q4的產(chǎn)能利用率進一步提升至98.8%，公司計劃2020年資本開支31億美元，較2019年的20億美元大幅提升。
2.存儲器廠。與代工廠不同，存儲器廠采用IDM模式，直接提供半導(dǎo)體產(chǎn)品。由于存儲芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度高，各家廠商的產(chǎn)品容量、封裝形式都遵循標(biāo)準(zhǔn)的接口，性能也無太大差別，在同質(zhì)化競爭情況下，存儲廠商通過提升制造工藝，提供制造產(chǎn)能，利用規(guī)模優(yōu)勢降低成本，從而贏得市場。為了提高競爭力、搶占市場份額，存儲器廠可能采取逆市擴張的策略。當(dāng)前中國存儲器產(chǎn)業(yè)面臨重大機遇，促使國內(nèi)存儲器廠商積極進行工藝研發(fā)與產(chǎn)能建設(shè)，長期性與規(guī)模性的下游投資將對國產(chǎn)裝備創(chuàng)造極佳的成長環(huán)境。其中長江存儲與合肥長鑫都將在2020年進入積極的產(chǎn)能爬坡期，預(yù)期將促使設(shè)備需求大幅增長。
集成電路從功能、結(jié)構(gòu)角度主要分為數(shù)字集成電路、模擬集成電路與數(shù)/模混合集成電路三類，其中：數(shù)字集成電路主要與數(shù)字信號的產(chǎn)生、放大和處理有關(guān)，數(shù)字信號即在時間和幅度上離散變化的信號；模擬集成電路主要與模擬信號的產(chǎn)生、放大和處理有關(guān)，模擬信號及幅度對時間連續(xù)變化的信號，包括一切的感知，譬如圖像、聲音、觸感、溫度、濕度等；數(shù)/?；旌霞呻娐肥侵篙斎肽M或數(shù)字信號，輸出為數(shù)字或模擬信號的集成電路。
根據(jù)WSTS，2018年全球半導(dǎo)體銷售額中，集成電路銷售額3933億美元，占83.9%。包括存儲器1580億美元，占比33.7%；邏輯電路1093元，占比23.3%；微處理器672億美元，占比14.3%；模擬電路588億美元，占比12.5%。由于不同類型芯片的測試需求的側(cè)重點不同，半導(dǎo)體測試系統(tǒng)包括多個細分領(lǐng)域。半導(dǎo)體測試機主要細分領(lǐng)域為存儲器、SoC、模擬、數(shù)字、分立器件和 RF測試機。
全球ATE市場以存儲器和SoC測試占據(jù)絕大部分。而國內(nèi)在模擬測試、分立器件測試等領(lǐng)域仍然有良好的市場空間。根據(jù)泰瑞達年報，2018年全球ATE市場約40億美元。結(jié)構(gòu)方面，2017年全球ATE市場為33.5億美元，其中SoC測試設(shè)備24億美元，占ATE總市場的71.6%；存儲器測試系統(tǒng)6.5億美元，占19%；而余下的3億美元，則分散在模擬測試、數(shù)字邏輯測試、RF測試等眾多領(lǐng)域。
根據(jù)賽迪顧問，2018年國內(nèi)ATE市場36.0億元，同比增長41.7%。其中存儲器測試機和SoC測試機分別占比43.8%、23.5%。此外，數(shù)字測試機、模擬測試機、分立器件測試機占比分別達到12.7%、12.0%以及6.8%，RF測試機為0.9%。
國內(nèi)ATE需求結(jié)構(gòu)與全球整體有較大差異，主要是由下游市場需求所決定。由于國內(nèi)目前高端芯片的國產(chǎn)化仍然處于較低水平， 所以SoC測試系統(tǒng)需求占比較全球整體水平有較大差距，未來伴隨汽車電動化、5G和人工智能等的迅速發(fā)展和未來中國在SoC芯片和封測領(lǐng)域的國產(chǎn)化，國內(nèi)SoC測試需求有望持續(xù)攀升。
存儲芯片與邏輯芯片的測試區(qū)別。存儲器芯片必須經(jīng)過許多必要的測試以保證其功能正確，這些測試主要用來確保芯片不包括以下錯誤：存儲單元短路、存儲單元開路、存儲單元干擾等。由于存儲單元類型多樣化，存儲器內(nèi)部還有大量的模擬部件，其中一些部件不能直接進行存取操作，而且存儲器的每一個單元可能處于不同的狀態(tài)，按邏輯測試方法測試需要龐大的測試圖形，這些特性決定了存儲器測試要求與模擬電路和數(shù)字電路不同。存儲器芯片測試時使用測試向量進行錯誤檢測，測試向量是施加給存儲芯片的一些列功能，即不同的讀和寫的功能組合。
存儲測試系統(tǒng)需求由存儲芯片擴產(chǎn)驅(qū)動。存儲器是一個周期性極強的產(chǎn)業(yè)，強于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體周期性。下游需求的周期波動、市場份額集中的格局、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化屬性導(dǎo)致存儲器行業(yè)歷史上容易出現(xiàn)大幅的波動。由于存儲器行業(yè)的強周期性，行業(yè)的資本開支也呈現(xiàn)較強的波動，從而導(dǎo)致存儲測試系統(tǒng)需求的周期波動。
在2007年之前，存儲器測試還占據(jù)全部半導(dǎo)體自動測試設(shè)備市場的30%~40%；在2008年金融危機后，雖然到2010年存儲器產(chǎn)品銷售額已有良好的恢復(fù)，占半導(dǎo)體總市場的比重恢復(fù)至2006-2007年水平，但存儲器測試設(shè)備的市場已經(jīng)進一步被侵蝕，2009年存儲器測試設(shè)備比重降至11%左右，此后存儲器測試設(shè)備基本在17%~22%之間。
由于2017-2018年存儲器行業(yè)需求高景氣，國際存儲器巨頭紛紛擴產(chǎn)，推動了存儲測試系統(tǒng)的快速增長。根據(jù)愛德萬年報，2017-2018年全球存儲ATE銷售額分別為7.5億美元、11.5億美元。2019年由于下游存儲器行業(yè)景氣下滑，對存儲測試系統(tǒng)的需求也受到較大影響。根據(jù)愛德萬年報，2019年全球存儲ATE市場6.5億美元。
SOC測試占據(jù)大部分市場，趨勢持續(xù)向上。進入新世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)大范圍推廣。同時，蘋果推出智能手機、谷歌推出安卓系統(tǒng)，移動通訊進入爆發(fā)期，迅速取代PC成為新的驅(qū)動力。
不同于臺式電腦，人們對智能手機等消費類電子產(chǎn)品提出了輕薄短小、多功能和低功耗等新要求。在20世紀(jì)90年代中期誕生的SoC技術(shù)滿足了人們這一需求，反過來對于消費類電子產(chǎn)品日益增長的需求也促使著SoC芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而SoC芯片的快速發(fā)展也帶來了對SoC測試設(shè)備的大量需求，SoC測試設(shè)備逐漸成為自動測試設(shè)備市場新的增長驅(qū)動力。根據(jù)愛德萬年報，2017-2019年全球SoC測試系統(tǒng)市場規(guī)模分別為22億美元、25.5億美元、27億美元，保持穩(wěn)步增長。
SoC芯片可使系統(tǒng)級產(chǎn)品具有高可靠、實時性、高集成、低功耗等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、航空航天、移動通信、消費類電子、汽車電子、醫(yī)療電子設(shè)備等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)芯片不同， SoC芯片集成了微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核以及片外存儲器控制接口等功能，其核心技術(shù)在于IP核的復(fù)用，這些模塊可以是模擬、數(shù)字或數(shù)?；旌项愋?，不同模塊的頻率、電壓、測試原理也不同。同時，高集成度造成測試的數(shù)據(jù)量和時間成倍增長，測試功耗也是傳統(tǒng)測試項目的2~4倍。因此SoC的復(fù)雜性使得傳統(tǒng)測試機難以滿足需求，專業(yè)的SoC測試機具有強大的并測能力，通過合理規(guī)劃調(diào)度各個IP核完成并發(fā)測試，有效地降低了測試時間和測試成本。由于產(chǎn)品難以復(fù)制，客戶愿意支付更高的溢價購買設(shè)備。
根據(jù)WSTS，2018年全球模擬芯片銷售額588億元，占全球集成電路銷售額的14.9%。模擬芯片的兩個主要用途包括電源管理與信號鏈路。模擬IC產(chǎn)品在各大電子系統(tǒng)基本上都會使用到，涉及下游應(yīng)用有通信、汽車、工控醫(yī)療、消費類家電產(chǎn)品等。在數(shù)字電路系統(tǒng)中也會提供電源管理、穩(wěn)壓等功能。其中電源管理芯片是模擬芯片的主要部分。
根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2017年電源管理芯片占模擬芯片的53%左右（包括標(biāo)準(zhǔn)power IC和模擬ASSP用途的power IC），電源管理用途在家電、工業(yè)用途相對較為成熟，技術(shù)更新迭代較慢，技術(shù)壁壘相對較低，國內(nèi)布局廠商較多，包括圣邦股份、矽力杰、韋爾股份、富滿電子、中穎電子等。信號鏈路芯片可細分為非power IC的模擬ASSP、放大器、比較器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片等，根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2017年信號鏈路芯片占模擬芯片的47%，國內(nèi)布局廠商較少，以華為海思、圣邦股份為主。
模擬測試系統(tǒng)是國內(nèi)ATE的重要組成部分，下游模擬芯片的需求穩(wěn)定帶來了模擬測試系統(tǒng)的穩(wěn)定需求。根據(jù)賽迪顧問，2018年國內(nèi)模擬測試機市場規(guī)模4.3億元，占國內(nèi)ATE的12.0%。一方面，模擬芯片下游應(yīng)用非常廣泛，而單一下游市場規(guī)模相對較小，競爭者通常專注差異市場，廠商之間的產(chǎn)品重疊度較低、競爭較小。另一方面，模擬芯片產(chǎn)品生命周期較長，模擬類產(chǎn)品下游汽車、工業(yè)用途要求以可靠性、安全行為主，偏好性能成熟穩(wěn)定類產(chǎn)品的同時資格認(rèn)可相對較為嚴(yán)格，同時先進制程對于模擬類產(chǎn)品推動作用較小，基本不受摩爾定律推動，因此模擬類產(chǎn)品性能更新迭代較慢。因此模擬類產(chǎn)品生命周期較長，一般不低于10年。
目前國內(nèi)ATE廠商的測試機產(chǎn)品主要集中在模擬測試以及數(shù)模混合測試系統(tǒng)。在國內(nèi)模擬測試系統(tǒng)領(lǐng)域，包括華峰測控、長川科技等國內(nèi)ATE領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)占據(jù)了相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。根據(jù)華峰測控的招股說明書，公司2018年境內(nèi)模擬測試相關(guān)收入1.73億元，占中國模擬測試機市場的份額為40.14%。
自動測試設(shè)備（ATE，Automatic Test Equipment）是檢測芯片功能和性能的專用設(shè)備，測試機對芯片施加輸入信號，采集被檢測芯片的輸出信號與預(yù)期值進行比較，判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。ATE行業(yè)從1960s誕生以來，其發(fā)展大致可歸納為以下幾個階段：
（1）起步階段：1960s~1970s，行業(yè)成立初期，在仙童半導(dǎo)體的主導(dǎo)下得以發(fā)展。ATE行業(yè)最早產(chǎn)生于1960s，龍頭企業(yè)泰瑞達便是成立于1960年，但行業(yè)最開始的發(fā)展并不是由這些獨立的設(shè)備商引導(dǎo)，而是由半導(dǎo)體企業(yè)主導(dǎo)的。ATE最開始就是由仙童半導(dǎo)體、德州儀器等企業(yè)生產(chǎn)用于內(nèi)部使用，在70年代末之前，仙童半導(dǎo)體掌握著全球范圍70%的ATE市場。
（2）發(fā)展初期：1980s，ATE市場開始成為廣泛的市場，獨立的設(shè)備商嶄露頭角。隨著CMOS技術(shù)開始起步，高管腳數(shù)門陣列器件的時代到來，測試要求提升，但仙童半導(dǎo)體在開發(fā)新的ATE系統(tǒng)上卻遭遇失敗，隨后將其ATE部門賣給斯倫貝謝。而在這一段時間，日本愛德萬在日本大力發(fā)展本國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的背景下得到迅速發(fā)展，泰瑞達從模擬測試供應(yīng)商成長為數(shù)字測試和存儲測試供應(yīng)商，另外還包括GanRad、LTX、Agilent（安捷倫）等眾多ATE公司出現(xiàn)，ATE發(fā)展成為廣泛的市場。
（3）規(guī)模階段：1990s，主要的ATE設(shè)備商開始形成規(guī)模，并開始出現(xiàn)合并行為。根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)，1991年全球半導(dǎo)體銷售額僅546億美元，到2000年增長至2044億美元，增長274.%。隨著下游半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展，設(shè)備商也得以規(guī)模成長，同時行業(yè)開始出現(xiàn)并購活動，行業(yè)主要參與者開始顯現(xiàn)，到90年代末期，行業(yè)內(nèi)主要的10多家企業(yè)形成了行業(yè)競爭格局。
（4）聚焦階段：2000s，行業(yè)出現(xiàn)大規(guī)模整合，主要競爭者減少至5家左右。2008年泰瑞達250百萬美元收購Eagle拓展閃存測試、379百萬美元收購Nextest加強模擬測試業(yè)務(wù)；2004年科利登以660百萬美元收購NPTest（2002年從Schlumberger的ATE部門分離出來），進入高端SOC測試領(lǐng)域，2008年LTX收購科利登，改名為LTX-Credence；2011年愛德萬以1100百萬美元收購惠睿捷，使得其在SOC測試市場份額得以迅速發(fā)展。全球ATE行業(yè)持續(xù)聚焦，到2009年泰瑞達、愛德萬、惠睿捷、科利登四家企業(yè)占據(jù)全球ATE設(shè)備行業(yè)87%的市場份額。
（5）平衡與聯(lián)盟階段：2010s~，由于下游半導(dǎo)體行業(yè)進入成熟的周期性發(fā)展階段，設(shè)備行業(yè)也呈現(xiàn)平穩(wěn)發(fā)展；同時，行業(yè)集中度已經(jīng)非常高，行業(yè)內(nèi)并購的機會稀缺，近年來，全球ATE主要企業(yè)更加專注于市場份額鞏固，以及可能地尋求其他領(lǐng)域的發(fā)展以拓寬可觸及的市場空間。
以2011年愛德萬收購惠睿捷為標(biāo)志，以泰瑞達、愛德萬為中心的雙寡頭格局日漸清晰。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2017年泰瑞達、愛德萬兩家企業(yè)在全球半導(dǎo)體測試機行業(yè)的市場份額達到87%。其中泰瑞達在SOC測試領(lǐng)域具有較高的優(yōu)勢；而愛德萬在存儲器測試領(lǐng)域處于領(lǐng)軍地位，在SOC測試市場相對于泰瑞達、惠瑞捷屬于后進入者，但其SOC測試設(shè)備市場份額逐漸穩(wěn)步上升。根據(jù)泰瑞達2017年年報，2017年泰瑞達在ATE市場的份額已經(jīng)達到50%左右。而在模擬測試機等其他測試機領(lǐng)域，市場參與者較多，格局相對分散。
根據(jù)美國的半導(dǎo)體行業(yè)調(diào)查公司VLSI Research發(fā)布的按銷售額排名的2019年全球前十大半導(dǎo)體設(shè)備廠商，測試設(shè)備商占據(jù)兩個席位，分別是日本的愛德萬公司（第6）、以及美國的泰瑞達公司（第8）。2019年愛德萬、泰瑞達銷售額（包括服務(wù)收入）分別為24.7億美元、15.5億美元。
從產(chǎn)品類型上看，泰瑞達、愛德萬形成了SOC測試、存儲器測試、模擬信號測試、數(shù)?；旌闲盘枩y試等全面的產(chǎn)品系列，同時對5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等新興趨勢進行了積極開發(fā)布局，代表著行業(yè)最前沿的水平。目前國內(nèi)半導(dǎo)體測試設(shè)備與國際水平仍有很大差距。
國內(nèi)半導(dǎo)體測試設(shè)備領(lǐng)先企業(yè)包括華峰測控、長川科技、武漢精鴻等，其中在模擬測試機領(lǐng)域，國內(nèi)包括華峰測控、長川科技已經(jīng)占據(jù)國內(nèi)相當(dāng)一部分市場份額，在存儲測試機領(lǐng)域，根據(jù)中國招標(biāo)網(wǎng)，武漢精鴻已經(jīng)取得長江存儲訂單，在SoC測試機領(lǐng)域，包括華峰測控等已經(jīng)在積極布局。
根據(jù)賽迪顧問數(shù)據(jù)，2018年中國集成電路測試機市場規(guī)模為36.0億元，其中：泰瑞達和愛德萬產(chǎn)品線豐富，兩者2018年中國銷售收入分別約為16.8億元和12.7億元，分別占中國集成電路測試機市場份額的46.7%、35.3%；華峰測控產(chǎn)品以模擬及混合信號類測試系統(tǒng)為主，與長川科技2018年測試機銷售收入分別約為2.2億元和0.86億元，分別占中國集成電路測試機市場份額的6.1%和2.4%。
國內(nèi)目前主要的測試設(shè)備商包括華峰測控、長川科技、武漢精鴻等。其中在模擬測試機領(lǐng)域，國內(nèi)包括華峰測控、長川科技已經(jīng)占據(jù)國內(nèi)相當(dāng)一部分市場份額，在存儲測試機領(lǐng)域，根據(jù)中國招標(biāo)網(wǎng)，武漢精鴻已經(jīng)取得長江存儲訂單，在SoC測試機領(lǐng)域，包括華峰測控等已經(jīng)在積極布局。
來源：廣發(fā)證券
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