隨著芯片製程越來越小，其工藝難度也呈指數型上升。以10nm工藝為例，全工藝步驟數超過1300道，7nm工藝則超過1500道，其中（zhōng）任何一道工藝出錯都（dōu）可能導致生產的集成（chéng）電路不合格（gé），拉低良品率。
因此，為（wéi）了及時發現不穩定因素、提高生產良率，測試環節貫穿在集成電路的生產流（liú）程裏，測試設備則是其中（zhōng）的（de）關鍵。
本文來自長（zhǎng）江證券的半導體測試設備報告，詳解了（le）半（bàn）導體測試過程、設備分類、以及國內外市場格（gé）局。
一（yī）、測試設（shè）備貫穿生產流程：探針台、分（fèn）選（xuǎn）機、測試機（jī）
正如開篇提及，集成電路工藝繁多複（fù）雜，其中（zhōng）任何一道工藝出錯都可能導致生產的集成電路不合格（gé），拉低良品（pǐn）率（lǜ）。因此，測試環節對於集成電路生產而（ér）言至關重要。
集成電路測試設備不僅可用於判斷被（bèi）測芯片或器件的合格性，同時還可提供關於設計、製造過程的（de）薄弱環節信息，有助於提高芯片製造水（shuǐ）平，從（cóng）源頭提（tí）高芯片的性能（néng）和可靠性。
集成電路的（de）測試環節，主要包括芯片設計中的設計驗證、晶（jīng）圓製造中的晶圓測試（CP測試）和（hé）封裝完成後的（de）成品測（cè）試（FT測試）。
集成電路（lù）測試設（shè）備主要包（bāo）括測（cè）試機、探針台和分選機。在所有（yǒu）的測試環節中都會用（yòng）到測試機，不同環節中測（cè）試機需要和分選機或探針台配（pèi）合使用。
1、設計（jì）驗證階段：驗證芯（xīn）片設計有效性，對測試設備需求少
芯（xīn）片設計公司通常會使用半導體測試設備對晶圓或芯片樣品進行測試（shì），以驗證芯片樣品功能和性（xìng）能（néng）的有效性（xìng），並（bìng）指導芯（xīn）片設（shè）計（jì）。設計驗證階段對測試設備（bèi）需求較少。
2、晶圓測試階段：測試機+探針台，測試晶圓，節省封裝成本（běn）
晶圓（yuán）測試又稱為CP測試，是指在晶圓製造完成（chéng）後和進行封裝前，通過探針台和（hé）測試機配合使用，對晶（jīng）圓上的每一個芯片晶粒進行功（gōng）能和電參數性能（néng）測試的過程，是（shì）晶圓製造的（de）最後一道工序。晶（jīng）圓測試一般在晶圓廠、封測廠或專門的測試代（dài）工廠進行，主要用到的設備為測試機和探針台，此外還（hái）有定（dìng）製化的測試電路板和探針卡，探針卡上裝有探針。
晶圓測試過程：首先將探針卡固（gù）定到測試電（diàn）路板上，然後把測試電路板安裝到測試機（jī）的機（jī）頭上，再將測試機頭倒置於探針台上。探針台上部有孔（kǒng）供探針卡插入。一旦安裝完畢，測（cè）試（shì）機、測試電路板、探針卡和探針台都固定不動，探針台（tái）內部的機械手臂控製晶圓（yuán）移動，並將每一顆芯（xīn）片晶（jīng）粒上的接觸（chù）孔對準探針，然（rán）後向（xiàng）上頂使探（tàn）針準確插入（rù）晶粒的接觸孔，最後完成測試。
接觸孔的直（zhí）徑通常（cháng）都是1-2um級別，因此，晶圓測試對探針台的精度要求非常（cháng）高，如果（guǒ）稍（shāo）有偏（piān）差，探針將有較大可（kě）能紮壞晶圓，因此，探針（zhēn）台的技術難度較大。
晶圓測試的目（mù）的是把好的和壞的晶（jīng）粒分別挑出（chū）來，並進行標記形成晶圓的Map圖，此後隻對性能良好的晶粒進行封裝，以節省後續的封裝（zhuāng）成本（běn）。
3、成品測試階段：測試機+分選機，測（cè）試芯片，提高良率
封裝測試又稱為FT測試或終測，一般（bān）在（zài）封測廠完成，是指芯片完成（chéng）封（fēng）裝後，通過分選機和測試機配合，對每一顆芯片進行電參數性能測（cè）試，保證出廠（chǎng）的每顆集成電路的功能和性能指標能夠達到設計規範要（yào）求，目的在於提高出廠芯片良率（lǜ）。封裝測試（shì）主要用到測（cè）試機和分選機，此外還有定製化的測試電路板和底座。
成品測試的過程：分選機將待測芯片逐個自動傳送並放入測試底座。底（dǐ）座和測試電路（lù）板把芯片的引腳與測試機的測試板卡連接，測試機對集成電路施加輸入信號、采集輸出信號，判斷集成電路在（zài）不同工作條件下功能（néng）和性能的有效性。最後，測（cè）試結果（guǒ）通過通信接口傳送給分（fèn）選機（jī），分選機據此對被測試（shì）的集成電路（lù）進行標（biāo）記、分選、收（shōu）料或（huò）編帶。
成品測試的目的是把好的和壞的芯（xīn）片分別（bié）挑出來，隻有好的芯片才會被銷售給終端客戶，以（yǐ）保證芯片出貨時的良率。
二、測試機定製（zhì）化，探（tàn）針台、分選機通用測試機、探針台（tái）、分選機所（suǒ）應用的環節並不相同，其技術難度也各有差異。測試（shì）機屬於定製（zhì）化（huà）設備，探針台、分選機則更（gèng）加通用（yòng）。
1、測（cè）試機由機身和內部的測試板卡構成，均由測試機廠設計和製造。
測試機機身是一種標準化的設備，內（nèi）部可以插入不同的測試板卡。測試機廠（chǎng）會設計出一係列的測試板卡，每一種測試板卡可以滿足對某些功能的測試，測試廠在做芯片測試的時候，需要根據芯片的功（gōng）能特性選擇不同的測試板卡進行搭配。
此外（wài），每一種芯片都需要編寫一套特有的測（cè）試程序。因此，測（cè）試機的定製性主要體現在測試板卡的定製（zhì）和測試程序的定製（zhì）。當一款芯片更新換代時（shí），測試機的機身不需要更換，內部的測（cè）試板卡則會根據接下來（lái）要測試的芯片做調整，測試程序則（zé）一（yī）定需要更新。
2、探針台和分選機則是（shì）相（xiàng）對通用設備，適用範圍較廣。
探針台主要根據晶圓尺寸選型，分選機（jī）主要根（gēn）據芯片（piàn）封裝方式和測試（shì）並行度要求選型（xíng）。不同的晶圓和芯（xīn）片，通常不需要對探針（zhēn）台和分選（xuǎn）機（jī）做（zuò）太大改（gǎi）動（dòng）。
測試行業尤其是測試機行業，更多的工作是軟件的（de）編寫，包括底（dǐ）層的對設備的控製（zhì）程序，和上層的對芯片的（de）測試程序。
底層的控製程序類似於操作係統，不同品牌的測試機的控製（zhì）係統不同，而上層的測試程序類似於應用軟件，在該種測試（shì）機的控（kòng）製係統的基礎上編寫，每一款芯片都有自己定製化的測（cè）試程序。
測（cè）試機、探針台和分選機三類（lèi）測試設（shè）備的（de）技術難度對比來（lái）看，測試機（jī）和探針台技術難度相較分選機而言更高。
測試機（jī）、探（tàn）針台和分選（xuǎn）機三者為獨立銷售的設備，測（cè）試機、探針台和分選機生產廠商在研發（fā）時均已考慮（lǜ）了不同廠商產品之間搭配使用（yòng）的可行性，在產品和連接線設置上均（jun1）有行（háng）業（yè）通用接口，可實現不同廠商不同類型（xíng）設備（bèi）的搭配組合（hé），無須從同一廠商配（pèi）套采購。
但在實際采（cǎi）購設備時，測試設備的定（dìng）製化屬性決定了該行業特殊的業務模式，即通用設備（bèi）通常由晶圓廠和封測廠自行決定采購，而定製化設備則由芯片設計（jì）公司（sī）主導設備（bèi）品牌的選擇：
1）探（tàn）針台和分選機屬於通用設（shè）備，通常由晶圓廠或（huò）封測廠自主采購；
2）測（cè）試機、探針卡、測試電路板和底座均屬於定製化設（shè）備，由芯片設（shè）計（jì）公司根據自己芯片的特點（diǎn）指定供應商，再由晶圓廠和封（fēng）測廠進行（háng）采購。封測廠和晶圓廠自主決定購買的定製設備相對較少。
三（sān）、測試設（shè）備難度較低，有裏率先突破國際壁壘
集成電路設備主要（yào）包括矽片製造設備、晶圓加工處理設備、封裝設備和（hé）測試設備等，由（yóu）於集成電路製造工序複雜、流程較長，不同環節所需（xū）設備各不相同（tóng），且技術難度及價值（zhí）量也存在明顯差異。
總體（tǐ）而言，光刻機（jī）、刻蝕機等晶圓加工處理設備技術壁（bì）壘更高（gāo）、難度更大，由全球少數幾家巨頭壟斷。而測試設備的技術（shù）門（mén）檻相對稍低，國產測試設備有望在各種半導體設備中率先突圍。
從（cóng）半導體設備分（fèn）產品市場規（guī）模占比（bǐ）情況來看，半導體設備所占（zhàn）市場份額與技術難度基本成（chéng）正比（bǐ），技術難度更高的產品享有更（gèng）高市場溢（yì）價（jià）。晶圓處理設備占比最大，原因在於在集成（chéng）電路製造、封（fēng）裝、測試等環節中（zhōng），晶圓製造工藝最為複雜、工序（xù）最多、技術壁壘最高，設備成（chéng）本也更高。
2018年晶圓處理設備、封（fēng）裝設備、測試設備和其他設備的市場規模分別約為502、54、40和25億美元，市場規模占（zhàn）比分別約為80.8%、8.7%、6.4%和（hé）4.0%。
目前，全（quán）球（qiú）集成（chéng）電路先進測試設備製造技術基本掌握在美（měi）國、日本等集成電路產業發達（dá）國家的（de）廠商手中。
在測試機市場，美國泰瑞達（Teradyne）和日本愛德萬（Advantest）為雙巨頭，合計占據了（le）測試機市場80%以（yǐ）上份額，且近年（nián）份額呈現不斷提升趨（qū）勢。
探針（zhēn）台技術壁壘較高，市場也處於雙強壟斷態勢（shì），東京電（diàn）子和東京精密兩家日本公司占據了絕大部分市場份額。
分選機技術難度相對（duì）較低，目前沒有（yǒu）在技術上（shàng）絕對領先或在市場（chǎng）份額上處於絕對壟斷地位（wèi）的龍頭，競爭格局相對較為分散，主要的參與者包括美（měi）國（guó）Cohu、日本EPSON、日本愛德萬、新加坡STI、中國台灣的鴻勁和中（zhōng）國大陸的（de）長川科技等。回望國內，目（mù）前國內的測試設備企業長川科技、北京華（huá）峰（fēng）、佛山聯動、北京冠中等已經取得一定突破，進入（rù）了長電科技、華天科技、通富微電（diàn）、日月光等海內外知名封測廠（chǎng）。
國內廠商在分立器件測（cè）試機、模擬測試（shì）機和分選機等中低端領域實現或部分實現了國產替代，並在數（shù）字（zì）測試機、探（tàn）針台等難度較（jiào）大的測試設備領域已有布局，但探針台和高端測試機（jī）依舊由海外龍頭壟斷。
在近來中（zhōng）美貿易摩擦背景下，半導體設備的國產替代進程或將加速，遵循先易後難的邏輯，國產測試設備（bèi）有望在各種半導體設備中率先崛起。
四、測試設（shè）備需求攀升，大陸封測產業（yè）發達（dá）測試（shì）設備通常壽命較長（zhǎng），更新（xīn）需求較（jiào）少，最主要的需（xū）求是新（xīn）增需求。影響（xiǎng）測試設備新增需求的四大（dà）因素包括下遊芯片需求、芯（xīn）片複雜度、半導體（tǐ）產業轉移和測試的並（bìng）行度。其中最（zuì）核心的影響因素是下遊芯（xīn）片需求和芯片複雜度。
近年來，芯（xīn）片的複雜度不斷攀（pān）升，測試（shì）設備的需求受芯片複雜度提（tí）升和下遊景氣度波動雙重影響。
2015年（nián）至2018年，隨著半導（dǎo）體（tǐ）產業（yè）景氣度上升，全球半導體測試設備銷售額迅速增長，至2018年達到約54億美元（yuán）。
2018年下半年來，全球半導體產業景氣度有（yǒu）所下滑，預計2019年測試設備市場需求同比2018年略有下（xià）滑，全球市場空間預計超過50億美元。
隨著供應鏈去庫存、5G需求拉動等因素，預計2020半導體產業景氣（qì）度將恢複，半導體測（cè）試設備市場空間有望超過60億（yì）美回望（wàng）中國。近年來，中國大陸（lù）半導體設備市場需求增長迅速，據SEMI預測，2019年中國（guó）大陸半導體設備市場在全球占比或達約20%。
分產品來看，2019年中（zhōng）國大（dà）陸數字測試機市場空（kōng）間約30~35億人民幣，存儲器測試機市場空（kōng）間約8~9億人民幣，模擬測試機市場空（kōng）間約5~6億人民幣，分選機（jī）和探針台市場空間則各約9至（zhì）10億人民幣。
五、行業競爭激烈，國產替代加速
測試設備市（shì）場近年來競爭日趨激烈，行業整合加速（sù）。
2011年愛德萬收購惠瑞捷，高端測試機市場形成了（le）泰（tài）瑞達和愛德萬雙家頭壟斷局麵。而泰瑞達和愛德萬之外的測（cè）試機公司，則（zé）在中低端市場競爭激烈，相互之間不斷整合。LXT、Credence、ECT和（hé）Multitest經過一係列合並（bìng）、並購整合，成為全球第三（sān）大（dà）測試機公司Xcerra，但（dàn）收入體量仍與泰瑞達和（hé）愛德萬（wàn）差距較大，2018年Cohu收購了（le）Xcerra。而從2018年（nián）以來，國（guó）產半導體測試設備向中國大陸外市（shì）場拓展和在中國大陸市場的（de）國產替代進程均明（míng）顯提速。
國產替代進程提速是（shì）因為中國本土芯片設計公司近年來蓬勃發展，對芯片測試的需求增長迅速，但受中美貿易摩擦（cā）影響（xiǎng），供應鏈的安全日益受到重視，國產測（cè）試設備（bèi）將得到更多的試（shì）用機會，在（zài）中低端模擬測試機和分選（xuǎn）機領域（yù），國產替（tì）代明顯提（tí）速。國產測試設備加速海外拓展（zhǎn），短期因素，是近期中國大陸封測廠設備采購支出低迷（mí）；長期因素，是國產設備在模擬、電源等細分領域技術實力增強，逐步參與（yǔ）全球競爭（zhēng）。
自2018H2以來，國內封測產業投資低迷，設備采購支出葵縮，促使國產測試設備公司加（jiā）速向海外擴張。
北京華峰的模擬測試機早年已在中國台灣和東南亞展開銷售，並在美國、日本、意大利設立辦事處，目前（qián）海外收入占比已超過30%。
長川科技在中國香港和日本設立子公司，並在中國台灣設立辦事處，加快公司國際（jì）化步伐，推廣其模擬（nǐ）測試機和分選機產品，收購新加坡分選機製造公司STI已獲證監會（huì）通過，進一（yī）步進軍東南亞市場。佛山聯動在（zài）電源（yuán）管理和大功（gōng）率分立器件測試方麵技術不錯，測試機已經進入東南亞封測廠。
長期來（lái）看，半導體封測產業持續向中國大陸轉移，特別是東（dōng）南亞的封測代工廠，近幾（jǐ）年隨著中國封測產業高速增（zēng）長，東南亞部分封測廠運營困難，因（yīn）此逐漸被收購。中國封測廠去東南亞收購封測（cè）產能也成為了趨勢。
測試設備貫穿芯片製造的整個流程，對於確保芯片的性能和可靠性至關重要（yào）。在半導體製造工藝日益複雜的當下，完備（bèi）的測試設備流程能夠及時發現不穩定（dìng）因素、提高生產良率。
與晶圓（yuán）加工製造相比，我國大（dà）陸的封測產業較為成熟，長電科技、天水華天、通富微電等都在近年來取得了不俗的市（shì）場成（chéng）績，這也導致了國（guó）內市場對（duì）於封測設備需求增加。
在中（zhōng）美貿易摩擦背景下，國產測試設備有望在各種半導體設備中率先崛起，進一步加快國產化突圍的步伐。
