半导体行业深度报告

阅读量:27次|2021-04-16

一、详解测试:贯穿IC设计、生产、封测过程的核心环节
半导体测试定义与基本工作机

半导体测试作为半导体设计、生产、封装、测试流程中的重要步骤,是使用特定器具,通过对待检器件DUT (Device Under Test)的检测,区别缺陷、验证器件是不是满足设计目标、分离好品与坏品的过程。

半导体测试可以确保生产芯片达到要求良率,减少相关成本浪费,同时提供有效测试数据,改善设计与制造。

根据电子系统故障检测中的“十倍法则”:若芯片测试未能发现芯片设计制造的相关故障问题,那么在电路 板(PCB)级别发现故障的成本则会升至芯片级别的十倍。以此类推成本以指数形式增长。

半导体测试基本工作机制为:编写程序-产生测试向量-施加给DUT-产生输出反馈-与编程值进行对比-得出测 试结果。

半导体测试环节分类及对应设备

半导体测试环节不仅是封装后的成品测试(FT),其涉及到整个芯片生产流程,以保证芯片符合标准要求。IC生 产流程中所经历的测试大致上可以分为设计验证、工艺监控测试、晶圆测试、成品测试、可靠性测试以及用户测试。 其中前四个发生在制造过程中,为主要研究对象。

测试过程中需要设备有分选机、探针机、测试机以及光学显微镜、缺陷观测设备等,对应不同测试环节。

行业进一步划分:

封测一体的困境&封、测分离的趋势

现有状况:行业内仍习惯于将封装与测试合并在一起,简称“封测”,并着重关注封装,测试仅为附带步骤。

封装与测试对企业要求不同:封装企业的核心技术是专注于封装工艺制程的研究,是在充分了解材料特性和力 学基础上的组装和加工。而独立第三方集成电路测试公司的专长在于软件和硬件的结合对产品做价值判断,重 点在于测试方案的开发,基于芯片的工作原理实现对芯片性能参数和功能的量测。

先进工艺的集成度和电路的复杂度日益攀升:产品进入高性能CPU、GPU、NPU、DSP和SoC时代,测试验证 和量产的费用慢慢的升高,根据中国台湾工研院的统计,IC专业测试成本约占到IC设计营收的6%-8%,现有封 装为主、测试为辅的一体化构造已经无法满足测试需求。

测试完成度不够:封测一体的模式更多是属于自检,测试的内容主要是芯片的基本电性能测试和接续测试,很 多更深层次的测试要求,比如功能、性能和可靠性,则需要专业测试企业来完成,这是芯片交付必须的品质保 证环节。

目前趋势:将封装和测试两个工序分开,分别交由专业团队来独立完成是行业发展的趋势。

二、知己知彼:测试的全球格局与行业龙头
全球半导体需求侧概述:测试设备产业链中,测试设备生产商作为上游企业,负 责供给设备;中游企业为封测厂商、第三方独立集成电 路测试商等需要用测试设备提供测试服务的企业;产 业链最下游为采取Fabless模式的芯片设计商(如高通、 华为海思),其设计得出的芯片需要晶圆代工厂加工和 测试商测试,才能最终得到应用。所以测试服务与设备 需求量的增长,最终取决于芯片应用场景范围的增长、芯片 需求量的上升、芯片设计公司设计型号的多样与代工厂 生产芯片数量的变动。近年来随着各类新型电子科技类产品的出现以及现有电子科技类产品 的更新换代,人们对电子科技类产品的需求慢慢的变大。根据全 球半导体贸易协会(WSTS)的统计,2019年全球半导 体市场规模达到了4089.88亿美元,其中集成电路市场规 模达到3303.5亿美元,占半导体市场总规模的80.8%。

全球半导体设备需求侧详述:半导体专用设备是集成电路产业的重要支撑,价值量较高,集中应用于晶圆制造和封测两个环 节。在晶圆制造环节使用的设备被称为前道工艺设备,在封测环节使用的被称为后道工艺设备 。前道工艺设备进一步细分为晶圆处理设备和其他前端设备,如光刻机等;后道工艺设备分为 测试设备和封装设备。半导体专用设备行业与半导体行业整体景气程度密切相关,且波动较大。目前自2015年起,该 行业处于上行周期,2019年受半导体景气下行影响,销量短暂下跌后,预测2020-2022年半导体设备市场规模持续上升,在2020年市场规模达到 689亿美元,2022年达到761亿美元。预计2020年,中国大陆、中国台湾和韩国将成为支出的 领先地区。对中国大陆的强劲晶圆代工和内存投资预计将首次推动该地区在过去一年的整个半 导体设备市场中名列前茅。

全球半导体测试设备需求侧详述:2018年全球半导体测试设备市场规模为56.3亿美元,占全球半导体设备市场的8.7%。2018年全球半导体设备市场中,晶圆处理设备占比最大,市场规模为522亿美元(占比 80.93%);检测设备次之,市场规模为56亿美元(占比8.68%);封装设备再次,市场规模 为40亿美元(占比6.20%)。自2015年降至最低之后,全球半导体测试设备市场规模跟随半导体景气程度好转,逐年提升, 2018年全球测试设备市场规模同比增长25.11%,明显高于同期半导体设备平均增速(13.97% )。

测试机:双寡头格局清晰,SoC成为重要战略领域

双寡头泰瑞达(Teradyne)、爱德万(Advantest)测试机销售额分别为13.7亿美元、12.4亿 美元,全球市场占有率分别为41.4%、37.5%,其主要测试机产品为SoC和存储器测试系统。

分选机:集中度相对分散,主要实现与测试机的配套

对于分选机企业来说,实现 与测试机的良好配套,满足 多样化产品的不同需求,以 及形成良好的服务能力是分 选机企业的核心竞争力,这 也是形成分选机行业较分散 格局的重要原因。2017年分选机全球排名前三 的企业分别为科休、科利登 和爱德万,市场占有率分别为 21.5%、17%和14%。2018 年5月科休收购科利登进一 步提升了全球半导体测试设 备市场集中度,至此形成了 科休和爱德万市占率分别为 38.5%和14%的市场格局。关键词:6路模拟量采集器

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