芯片發展趨勢催生第三方檢測市場需求高漲，ATE設備亟需國產化

2020年《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》印發，中國政府第一次將封測企業拆分為封裝企業和測試企業，預示著中國大陸緊缺的第三方專業測試公司正逐步加速走上市場的舞臺。近年來，傳統芯片廠商交由封測廠商來完成的芯片測試業務，越來越多地被交給獨立測試廠商完成。國內IC產業專業分工的趨勢不斷發展，獨立的IC測試廠商逐漸被行業重視起來。

芯片自動化測試設備能夠通過計算機編程取代人工勞動，自動化的完成測試序列，極大程度地優化檢測流程，提升效率，是全球半導體設備產業之中的重要組成部分。然而整個國際芯片測試設備市場90%以上份額被美日所占領，國產ATE中高端設備產業急需發展。


發展歷程

半導體測試設備主要經歷啟動期、震蕩期、高速發展期三個階段。1960-1995年期間，20世紀60年代，半導體測試設備主要測試簡單模擬IC，測試速度小于10MHz，代表機型為仙童5000C；70年代，測試設備可測試中小規模IC，測試速度可達40MHz，代表機型為愛德萬TR4100；同時期，隨著家電行業的興起，半導體器材逐步從軍工延伸到家電領域，帶動半導體測試設備不斷發展。

1996-2012年期間，20世紀90年代，半導體測試設備測試對象發展至LSI/VLSI，測試速度提升至500MHz，代表機型有愛德萬T-3330和泰瑞達A500。隨著2010年物聯網、人工智能、云計算等技術的發展，拓寬了半導體器件的應用領域，推動全球半導體測試設備產業規模擴大。

2013年至今，該階段半導體測試設備測試對象擴展至SoC/MEMS等，測試速度提升至0.1-1GHz，代表機型有愛德萬T2000、泰瑞達UltraUFLEX。


全球半導體第三方檢測分析市場蓬勃發展

根據全球市場研究機構 Markets and Markets 的預測，全球失效分析市場將由2020 年的 39 億美元增長至 2025 年的 59 億美元，同時，Markets and Markets 指出，半導體及相關電子產業屬于亞太地區失效分析市場最大的應用領域，半導體產業的快速發展推動了失效分析市場的增長。

根據 QY Research 數據，包括失效分析等測試項目在內的全球半導體第三方實驗室檢測分析市場規模目前已突破 30 億美元，預計在 2028 年達到 75 億美元，在半導體行業整體技術快速迭代的發展過程中，半導體檢測分析的需求增速將超過半導體行業整體市場增速。


我國半導體產業發展迅猛，第三方實驗室檢測分析需求隨之提升

① 產業鏈轉移疊加產業政策加碼，我國半導體產業迅猛發展

受國際貿易摩擦和半導體技術封鎖等因素的影響，國家高度重視集成電路產業，出臺了各類政策鼓勵支持國內半導體產業發展、加快國產替代進程。2020年 8 月，國務院發布《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》，從稅收、融資、人才、市場等多個維度支持國內半導體相關企業的發展。

在我國政策大力支持，以及全球產業鏈分工變化的大背景下，全球集成電路產業正在進行第三次產業轉移，產業轉移會引發產業發展方向的變化和資源的重新配置，新興市場主體能夠有更多機會進入市場，進而帶動整個行業的革新和發展。

中國作為產業轉移的承接國，已經憑借勞動力成本優勢和招商引資鼓勵政策、人才培養政策逐步承接了部分半導體封測和晶圓制造業務，推動了芯片設計、晶圓制造、封裝測試等產業環節的完善和發展。5G 建設的不斷深入也帶動了物聯網、智能汽車等產業的發展，未來集成電路、分立器件、光電器件等市場的需求有望持續增長。

中國半導體行業協會的數據顯示，2021 年，中國集成電路行業銷售額為10,458.30 億元，同比增長 18.20%，其中設計業銷售額為 4,519.00 億元，制造業銷售額為 3,176.30 億元，封裝測試業銷售額為 2,763.00 億元，分別同比增長19.60%、24.07%、10.10%。根據國家統計局統計，國內集成電路產量已從 2012年的 779.61 億塊增長到 2021 年的 3,594.30 億塊，復合增長率達到15.54%。


② 半導體產業鏈國產化趨勢為測試分析市場提供發展契機

在國際貿易摩擦背景之下，發展半導體產業已上升至國家戰略層面，推動半導體產業技術進步是國家堅定不移發展的大方向。在半導體國產化趨勢深化的大環境下，且在國家科技重大專項與產業投資基金的支持下，我國半導體產業鏈不斷完善，國內已陸續涌現一大批優秀的芯片設計、芯片制造及封測廠商。

根據半導體行業協會年會報告數據，目前國內的芯片設計廠商已由 2016 年的 1,362 家增長至 2021 年的 2,810 家，2016 年至 2021 年，國內集成電路設計行業產值復合增速高達 22.41%。芯片設計廠商通常基于終端應用需求升級對于產品設計方案進行創新，帶來下游制造、封裝等多領域的工藝演進，也會催生最前端材料及半導體設備的變革。由海外企業主導的設備及材料領域在近年來亦有所突破，國產替代趨勢不減。半導體產業國產化必然經歷反復研制與試驗的過程，測試與分析市場也將迎來下游旺盛的檢測分析需求。檢測分析實驗室綜合運用多學科、多領域的檢測分析技術，向半導體產業鏈各方提供多方位檢測分析結果，助力產業鏈技術升級發展，為產業鏈國產化保駕護航。


③ 我國半導體第三方實驗室檢測分析市場空間廣闊

檢測分析行業為各產業升級發展提供支撐性服務，與下游細分行業融合發展，新興領域檢驗檢測市場受益于新興領域自身的高速發展，在整體檢測檢驗市場中的收入占比逐漸提升。

國家市場監督管理總局數據顯示，2021 年針對電子電器、機械等新興領域的第三方檢測機構收入規模共計 737.71 億元，同比增長23.48%，其增速遠高于檢驗檢測整體行業增速。根據中國半導體協會數據，預計到 2024 年，我國半導體第三方實驗室檢測分析市場規模將超過 100 億元，2027 年行業市場空間有望達到 180-200 億元，年復合增長率將超過 10%。


芯片集成度上升，CP測試環節愈發重要

CP測試是指通過探針臺和測試機的配合使用，對晶圓上的裸芯片進行功能和電參數測試。其測試過程為：探針臺將晶圓逐片自動傳送至測試位置，芯片的Pad （Passivation opening，指封裝在芯片內部的硅片管腳）點通過探針、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號，判斷芯片功能和性能是否達到設計規范要求。測試結果通過通信接口傳送給探針臺，探針臺據此對芯片進行打點標記，形成晶圓的Map圖。

CP測試成本分為固定成本和可變成本。其中，固定成本主要包含DFT開發成本、設備成本以及測試程序制作和調試；可變成本主要對應測試時間成本，主要考慮提高DFT測試效率，增加同測數以及盡可能提高測試程序效率。

CP測試在整個芯片制作流程中處于晶圓制造和封裝之間，測試對象是針對整片晶圓（Wafer）中的每一個晶粒（Die），目的是確保整片（Wafer）中的每一個Die都能基本滿足器件的特征或者設計規格書，通常包括電壓、電流、時序和功能的驗證。由于Die的規格較小，進行探測的探針（Probe）需要具備極高精度，因此壁壘較高。

CP測試的具體操作是在晶圓制作完成之后，成千上萬的裸Die（未封裝的芯片）規則地分布滿整個Wafer。由于尚未進行劃片封裝，只需要將這些裸露在外的芯片管腳，通過探針（Probe）與測試機臺（Tester）連接，進行芯片測試就是CP測試。


FT測試復雜性增加，ATE結構測試成為主流

成品測試（FT-Final Test）主要是指通過分選機和測試機的配合使用，對封裝完成后的芯片進行功能和電參數測試。其測試過程為：分選機將被測芯片逐個自動傳送至測試工位，被測芯片的引腳通過測試工位上的基座、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號，判斷芯片功能和性能是否達到設計規范要求。測試結果通過通信接口傳送給分選機，分選機據此對被測芯片進行標記、分選、收料或編帶。

成品測試在整個芯片測試產業鏈中占據了大部分的成本。在成品測試中，邏輯驗證占時間的60%以上，且制造后的調試時間將造成較大的機會成本。因此，如何降低成品測試的時間成本成為半導體第三方測試廠商的重要突破方向。成品測試目前主要采取兩種方式：功能測試 (Functional Test)和結構測試(Structural Test) 。

功能測試方法的基本原理是“黑箱理論”，在測試中，將檢驗待測設計看作待測黑箱，不需要進一步了解芯片內部具體情況，只需要將一系列的測試向量通過測試機試加到被測芯片的輸入管腳上，然后運行測試，被測芯片就會輸出相應的測試響應。功能測試往往耗費時間長、成本相對較高。

與功能測試相對的是結構測試（白盒測試）。結構測試是在對于電路結構清楚的基礎上，通過芯片的輸出管腳來觀測內部信號的狀態。由于清楚電路結構，結構測試可以開發各種測試產生算法，自動對電路產生相應的測試向量并將測試反饋和自動生成的期望響應對比，快速評估測試質量。過去十多年里DFT快速發展，ATE得到普及，結構測試當下已經在FT等大部分場合取代高成本的功能測試；不過，SLT從性質上也是功能測試，與主流ATE測試各有優勢，目前滲透率也在逐步提升。