隨著芯片製程（chéng）越來越小，其工藝難度也（yě）呈指數型上升（shēng）。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（qí）中任何一道工藝出錯都可能導致生產的集成電路不合格，拉低良品率。
因此，為了及時發現（xiàn）不穩定因素、提高生產良率，測試環節貫（guàn）穿在集成（chéng）電路（lù）的生產流程裏，測試設備則是其中的關鍵。
本文來自長江證券的（de）半導體測（cè）試設備報告，詳解了半導體測試過程、設備分類（lèi）、以及國內外市場格（gé）局。
一、測試設備貫穿生產流（liú）程（chéng）：探針台、分選機、測試機
正如開篇提及，集成電路工藝繁多複雜，其中任何（hé）一道工藝出錯都可能導致生產的集成電路不合格，拉低良品率。因此，測試（shì）環節對於集（jí）成電路生產而言至關重要。
集成電路測（cè）試設備不僅可用於判斷被測芯片（piàn）或器件的合格性，同時還可提供關於設計、製造過程的薄弱環節信息，有助於（yú）提高芯片製造水平，從源頭提高芯片的性能和可靠性。
集（jí）成電路的測試環（huán）節，主要（yào）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）和封裝完成後（hòu）的成品測試（FT測（cè）試）。
集（jí）成電路測試設備主要包括測試機、探針台和分選機。在所有的（de）測試環節（jiē）中都會用到（dào）測試（shì）機，不同環節中測（cè）試機需要和分選機或探針台配合使用。
1、設計驗證階段：驗證芯片設計有效性，對（duì）測試設（shè）備需求少
芯片（piàn）設計公司通常會使用半導體測（cè）試設備對晶（jīng）圓或芯片樣（yàng）品進行測試，以驗證芯片樣品功（gōng）能（néng）和性能（néng）的有效（xiào）性（xìng），並指導芯片設計。設（shè）計驗證階段對測試設備需求較少。
2、晶圓測試階段：測試機（jī）+探針（zhēn）台，測試晶圓，節省封裝成本
晶圓測試又（yòu）稱為CP測試，是指在晶圓製造完成（chéng）後和進行封裝前，通過探針台和測試機配合使用，對晶圓（yuán）上（shàng）的每一個芯片晶粒進行功能和電參數性能測試的過程，是晶圓製造的最後一道工序。晶圓測試一般在晶圓廠、封測廠或專門的測試代工廠進行，主要用（yòng）到的設（shè）備為測試機和（hé）探針台，此外還有定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（jiāng）探針卡固定到測試電路板上（shàng），然後把測試電路板安裝到測試機的機頭上，再將測試（shì）機（jī）頭倒置於探針台上。探針台上部有孔供探針卡插入。一旦安裝完畢，測試（shì）機、測試電路板、探針卡和探針（zhēn）台（tái）都固定不動（dòng），探針台內部的（de）機械手臂控製晶圓移動，並將每一顆芯片晶粒上的接觸孔對準探針，然後向上頂（dǐng）使探（tàn）針準（zhǔn）確插入晶粒的接（jiē）觸孔，最後完成測（cè）試。
接觸孔的直徑通常都是1-2um級別，因此（cǐ），晶（jīng）圓測試對（duì）探針台的精度要求非常高，如果稍（shāo）有偏差，探針（zhēn）將有較大可（kě）能紮壞晶圓，因（yīn）此，探針台的技術難度較大。
晶圓測試（shì）的目的是把好的和壞的晶粒分別挑出來，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（fēng）裝，以節省後（hòu）續的封裝成（chéng）本。
3、成（chéng）品測試階段：測試機+分選機，測試芯片，提高良率
封裝測試又稱為FT測試或終測，一般在封測廠完成，是指（zhǐ）芯片完成封裝後，通（tōng）過分選機和測試機配合，對每一顆芯片（piàn）進行電參數性能測試，保證出廠的每顆集成電路的功（gōng）能和性能指標能夠達（dá）到設（shè）計規範要求，目的在於提高出廠芯片良率。封裝（zhuāng）測試主要用到測試機和分選機，此外還有定製化的測試電路板和底座（zuò）。
成品測試（shì）的過程：分選機將待測芯片逐個（gè）自動傳送並放入測（cè）試（shì）底座。底座（zuò）和測試電路板（bǎn）把芯片的引腳與測試機的測試板卡連接，測試機對集成電（diàn）路施加輸入信號、采集輸出信號，判斷（duàn）集成電路在不同工作條件下功能和性能的有效性。最後，測試（shì）結果通過通信接口傳送給分選機，分選機（jī）據此（cǐ）對被測試的集成電路進行標記、分（fèn）選、收料（liào）或編帶。
成品測試的目的是把好的和壞的芯片分別挑出來，隻有好的芯片才會被銷售給終（zhōng）端客戶，以保證芯片出貨時的良率。
二、測試機定製化，探針台、分選機通用測試機、探針台、分選機所應用的環節並不相同，其技術難（nán）度（dù）也各有差（chà）異。測試（shì）機屬於定製化（huà）設備（bèi），探針台、分選（xuǎn）機（jī）則更加通用。
1、測試機由機身和內部的測試板卡（kǎ）構成（chéng），均（jun1）由測試機廠設計（jì）和製造。
測試機機身是一種標準化的設備，內部可（kě）以插入不同的測試板卡。測試機（jī）廠會設計出一係列的測試板卡（kǎ），每一種測試板卡可以滿足對某些功能的測（cè）試，測試廠在做芯片（piàn）測試（shì）的時候，需要根據芯片的功能特性選擇不同的測試板卡進行搭配。
此外，每一種芯片都（dōu）需要（yào）編寫一套特有（yǒu）的（de）測試程序。因此，測試機的定製性主要體現在測試板卡的定製和測試程序的定製。當一款芯片更新換代時，測試機的（de）機身不需要更換，內部的測試板卡則會根據接下來要測試的芯片（piàn）做調整，測試程序則一定需要更新（xīn）。
2、探針台（tái）和分選機則是相對通用設備，適用範圍較廣。
探針台主要根據晶圓尺寸選型，分選機主（zhǔ）要根據芯片（piàn）封裝方式和測（cè）試並行度要求選型。不同的晶圓和芯片，通常不需要對探針台和分選機做太大改動。
測試行業尤其是測試機行業，更多的工（gōng）作是軟件的編寫，包括底層的對（duì）設備的（de）控製程序（xù），和上層的對（duì）芯片的測試程（chéng）序。
底層（céng）的控製程序類似於操作係統，不同品牌的測試機（jī）的（de）控製係統不同，而上層的測試程序類似（sì）於（yú）應用軟件，在該種測試機的（de）控製係統的基礎上編寫，每一（yī）款芯片都有（yǒu）自（zì）己定製化的測試程序。
測試機、探針台和分選機三類測試（shì）設備的技術（shù）難（nán）度對比來看，測試機和探針台技術難度相較分選機而言更高。
測試機、探針台和分選（xuǎn）機三者為獨立銷售的設備，測試機、探針台和分選機生產廠商在研發時均已考慮了不同廠商產品之間搭配使用的可（kě）行（háng）性，在（zài）產品和連接線設置上均有行業通（tōng）用（yòng）接口，可實現不同廠商不同（tóng）類（lèi）型設備的搭配組合，無須從同（tóng）一（yī）廠商配套采購。
但在實際采購設備時，測試設（shè）備的定製化屬性決定了該行業特殊的業務模式，即通用設備通常由晶圓廠和封測（cè）廠自行決定采（cǎi）購，而定製化設備則由芯片設計公司主導設備品牌的選擇：
1）探針台和分選機屬於（yú）通用設備，通常由晶圓廠或封測廠自主采購；
2）測試機、探針卡、測（cè）試電（diàn）路板和底座均屬於定製化設（shè）備，由芯片設計公司根據自己芯片的特點指定供應商，再（zài）由晶（jīng）圓廠和封（fēng）測廠進行采購。封測廠和（hé）晶圓廠自主決定購（gòu）買的定（dìng）製設（shè）備相對較少。
三、測試設備難度（dù）較（jiào）低，有裏率先突破國際壁壘
集成電路設備主要包括矽片製造設（shè）備、晶圓加工處理設備、封裝設備（bèi）和測試設備等，由於集成電路製造（zào）工序複雜、流程較（jiào）長，不同（tóng）環節所需設備各不相同，且技術難度及價值量也存在明顯（xiǎn）差異。
總體而言，光刻機、刻蝕機等（děng）晶（jīng）圓（yuán）加工處理設（shè）備技術（shù）壁壘更高、難度更大，由全球少數幾（jǐ）家巨頭壟斷。而（ér）測試設（shè）備的（de）技術門檻相對稍低，國產測試（shì）設備有望在各種半導體設備中率先突圍。
從半導體設備分產品市場規模占比情況（kuàng）來看，半導體設備所占市場份額與技術難度基本成正比（bǐ），技術難度更高的產品享有更（gèng）高市場（chǎng）溢價。晶圓處理設（shè）備（bèi）占比最大，原因在於在集成電路製造、封裝、測試等環節中（zhōng），晶圓製造工藝最為（wéi）複雜（zá）、工序（xù）最多、技術（shù）壁壘最高，設備成本（běn）也更（gèng）高。
2018年（nián）晶圓（yuán）處理設備、封裝設備、測試設備和其他設備的市場規（guī）模（mó）分別約為502、54、40和25億美元，市場規模占比分別約為80.8%、8.7%、6.4%和4.0%。
目前，全（quán）球集成電路先進測試設備製造技術基本掌握在美國、日本等（děng）集成電路產業發達國家的廠商手（shǒu）中。
在測試機市場，美國泰（tài）瑞達（dá）（Teradyne）和日本（běn）愛德萬（wàn）（Advantest）為雙巨頭，合計占據了測試（shì）機（jī）市場80%以上份額，且近年份額呈現不（bú）斷提升趨勢。
探針台技術壁壘較高，市場也處於雙強壟斷態勢，東京電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較低，目前沒有（yǒu）在技術上絕（jué）對（duì）領先或在市（shì）場份額上處於絕對壟斷地位的龍頭，競爭（zhēng）格局相對（duì）較為分散，主要的參與（yǔ）者包括美國Cohu、日本EPSON、日本愛德萬、新加坡STI、中國台（tái）灣的鴻勁和中國大陸的長川科技等。回望國內，目前（qián）國內的測（cè）試設備企業長（zhǎng）川科技、北京華峰、佛山（shān）聯動、北（běi）京冠中等已經取得一定突破，進入了（le）長電科技、華天科技、通富微電、日月（yuè）光等海內外（wài）知名封測廠。
國內廠商在分（fèn）立器件測試機、模擬測試（shì）機和分選機等中低（dī）端（duān）領域實現或部分實現了國產替代，並在數字測試（shì）機、探針台等難度較大的測試設備領域已有布（bù）局，但（dàn）探針台和高端測（cè）試機依舊由海外龍頭壟斷（duàn）。
在近來中美貿易摩（mó）擦背景下，半導（dǎo）體設（shè）備的國產替代進程或將加速，遵循先易後難的（de）邏輯（jí），國產測試設備有望在（zài）各種半導體設備中率（lǜ）先崛起。
四、測（cè）試設備（bèi）需求攀升，大陸封測（cè）產業發達測試設備通常壽命較長，更新需求（qiú）較少，最主要（yào）的需求是（shì）新增需求。影響測試設備新增（zēng）需求的四（sì）大因素包括下遊芯片需求（qiú）、芯片複雜度、半導體產業轉移（yí）和（hé）測試的並行度。其中（zhōng）最核心的影響因素是下遊芯片需求和芯片複雜度。
近年來，芯（xīn）片的複雜度不斷（duàn）攀升，測試（shì）設備的需（xū）求受（shòu）芯（xīn）片複雜度提升和下遊景氣度波動（dòng）雙重影響（xiǎng）。
2015年至（zhì）2018年，隨著半導體產業（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。
2018年下半（bàn）年來，全球半導體產業景（jǐng）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（dòng）等因素，預計2020半導體（tǐ）產業（yè）景氣度將恢複，半導體（tǐ）測試設備市場空間有望超過60億美回望中國。近年來，中（zhōng）國大陸半導體設備市（shì）場需求增長迅速，據SEMI預測，2019年中國大陸半導體設備（bèi）市場在全（quán）球占比或達約20%。
分產品來看，2019年中國大陸（lù）數字測試（shì）機市場空間（jiān）約30~35億人民幣，存儲器測試機市場空間（jiān）約8~9億人（rén）民幣（bì），模擬測試機市場空間約5~6億人民（mín）幣，分選機和探針台市（shì）場空間則各約9至10億人民幣。
五、行業競爭激烈，國產替代加速
測試設備市場近年來競爭日（rì）趨激烈，行業（yè）整合加（jiā）速。
2011年愛德萬收購惠（huì）瑞捷，高端測試（shì）機市場形成了泰瑞達和愛德萬雙家頭壟斷局麵。而泰瑞達和愛（ài）德（dé）萬之外的測（cè）試機公（gōng）司（sī），則在中低端市場競爭激烈，相互之間不斷整合。LXT、Credence、ECT和Multitest經過一係列（liè）合並（bìng）、並購整合，成為全球（qiú）第三大測試機公司Xcerra，但收入體量仍與泰瑞達和愛德萬差距較大，2018年Cohu收購了Xcerra。而從2018年以來（lái），國產半導體測試設備向中國大陸外市場拓展（zhǎn）和在中國大陸（lù）市場的國產替代進（jìn）程均明顯提速。
國產替代（dài）進程提速是因為中國本土芯片設計公司近年（nián）來蓬勃發展，對芯片測試的需求增長迅（xùn）速，但受中美（měi）貿易摩擦（cā）影響，供應鏈的安全日益受到重視，國（guó）產測試設備將得到（dào）更多的試用機會，在中低端模擬測試機和（hé）分選機領域，國產替代明顯提速。國產（chǎn）測試設備加速海外拓展，短期因素，是近期中國大陸封測廠設備采購支出低迷；長期因素，是國（guó）產設備在模擬、電源等細分領域技術實力增強，逐步參與全球競爭。
自2018H2以來，國內封測產業投資低迷，設備采購支（zhī）出葵縮，促使（shǐ）國產測試設備公（gōng）司加速向海外擴張。
北京華峰的模擬測試機早（zǎo）年（nián）已在中國台灣和東南亞展開銷售（shòu），並在美國、日本、意大利設立辦事處，目前海外收入占比已超過（guò）30%。
長川科技在中國香港和日本設（shè）立子公司，並在中國台灣設立辦事處，加快公司國際化步伐，推（tuī）廣其（qí）模擬測試機和分選機產品，收購新（xīn）加坡分選機製造公（gōng）司STI已獲證監會通過，進一（yī）步進軍東南亞市場。佛山（shān）聯動在電（diàn）源管（guǎn）理和大功率分（fèn）立器件測試方麵技術不錯，測試機已經進入東南亞封（fēng）測廠。
長期來看，半（bàn）導體封測產業持（chí）續向中國（guó）大陸轉（zhuǎn）移，特別是東南亞的封測代工（gōng）廠，近幾年隨著（zhe）中國封測產業（yè）高速增長，東南亞部分封測廠運營困難（nán），因此逐漸被收購。中（zhōng）國封測廠去東南亞收購封（fēng）測產能也成為了趨勢。
測試設備貫穿芯片製造的整個流程（chéng），對於確（què）保芯片的性能（néng）和可靠性至關重要。在半導體製（zhì）造工藝日（rì）益複雜的當下，完備的測試設備流程能夠及時發現不穩定（dìng）因（yīn）素（sù）、提高生產良率。
與（yǔ）晶圓（yuán）加工製造相比，我國大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（bú）俗（sú）的市場成績，這也導致了國內市（shì）場對於封測設備需求增（zēng）加。
在中美貿易摩擦背景下，國產測試設備有（yǒu）望在各（gè）種半導體設備中率先崛起，進一步加（jiā）快國產化突圍的步伐。
