电子行业深度研究：第三方测试快速增长，测试服务及测试设备迎来发展良机

半导体测试是半导体后道工艺的核心环节，起到了保证芯片良率、降低芯片制造成本的重要作用。根据台湾地区工研院的统计，集成电路测试成本约占设计营收的6%-8%，假设取中值7%，可测算出国内2022年半导体测试服务市场约为374亿元。一方面，在自主可控的趋势下，半导体制造产业链正逐步向国内进行转移。伴随着制造产业链的转移，半导体测试行业有望迎来快速发展。另一方面，我国高端芯片正处于崛起前夕，而芯片的高端化会对测试的需求量及测试的单位价格均产生向上的拉动。自主可控叠加“量价双增”，我国半导体测试行业市场规模有望快速扩容。 第三方测试公司：产业链专业化、精细化分工的必然结果。相比于封测一体厂家，第三方测试服务厂家主要具备以下特点：1）测试平台更具多样性，通用化程度高；2）测试机台更先进，重资产属性强，专业第三方测试机构购买先进设备以满足高端测试平台所需；3）专业性更强，测试相关专利占比更高；4）出具独立测试报告，结果 客观公正，避免权责纠纷。此时推荐第三方测试公司我们判断主要有三大逻辑：1）高端芯片制造产业链有望回流。CPU/GPU/FPGA等大芯片制造产业链有望迁移回国内，进而带动国内测试产业发展。2）精细化分工是半导体行业发展必然结果，测试有望从封测一体厂商中分离。3）国内晶圆厂资本开支维持高位，扩产持续进行，与之配套测试产业有望迎来快速发展。在台湾成熟产业链中，京元电子、欣铨、矽格凭借紧靠台积电的区位优势成为全球龙头第三方测试厂商，以此为鉴，我们认为：在晶圆制造产业向中国内地进行转移的过程中，内地第三方测试公司有望深度受益，迎来崛起契机。 测试机：重要后道检测设备，已初步实现部分机型国产替代。测试机为后道测试设备中最大的细分领域，在CP、 FT两个环节皆有应用。测试机在后道设备中的价值量占比最大，接近70%，而分选机、探针台占比分别为17%、15%。模拟/数模混合测试机相对价值量小开发难度小，目前已初步实现国产替代；SoC及存储测试机价值量较高技术难度大，国产替代空间仍较大，目前SoC及存储测试机主要还是被爱德万和泰瑞达垄断，目前国内仅存在部分替代机型，整体来看还是存在较大国产替代空白。此外，近年来我国晶圆厂建设迎来高峰期，国产替代白热化趋势下，下游国产封测厂商密集启动募投，带动测试机的需求浪潮，驱动国产测试机市场快速扩容。我们认为：在国产替代和大量新增需求的背景下，国产测试机公司将深度受益。 探针卡：晶圆与测试机连接者，自给率低，国产替代大有可为。从工艺路线上来看，探针卡主要可分为三代：悬 臂类、垂直类以及MEMS探针卡。目前，MEMS探针卡正占比逐年提升，并已成为主流探针卡方案。根据VLSIResearch的数据显示，2021年探针卡市场规模达23.70亿美元，其中MEMS探针卡市场规模为16.38亿美元，约占总探针卡的69%，预计MEMS探针卡有望继续保持快速成长，2026年MEMS探针卡市场规模将继续扩展有望达22.56亿美元。目前，国内探针卡自给率极低，主要被海外巨头垄断，国产替代空间巨大。 建议积极关注第三方测试公司：伟测科技、利扬芯片；测试设备及核心耗材厂商：长川科技、华兴源创、和林微纳等。半导体行业周期下行、中美贸易摩擦和美国收紧技术出口管制、竞争格局恶化的风险。 内容目录 一、半导体测试是贯穿半导体设计、生产及封测的核心步骤4 1、测试环节贯穿半导体生产制造，是芯片质量的把关者4 2、产业链专业化分工，第三方测试公司应运而生6 3、Chiplet新技术及自主可控大趋势共同驱动我国半导体测试行业快速成长10 二、测试机：全球市场呈双寡头垄断格局，国产化率提升空间大14 1、重要后道检测设备，客户粘性强且盈利水平高14 2、模拟及功率测试机已实现初步国产替代，SoC/存储测试机逐步突破16 3、需求侧：下游需求稳定及国产替代共驱我国半导体测试机市场扩容19 三、探针卡：晶圆与测试机连接者，自给率低，国产替代大有可为21 1、探针卡是晶圆测试的核心耗材，MEMS探针卡已逐渐成为主流21 2、探针价值量占比高，是探针卡最关键的组成部分24 3、竞争格局相对集中，国产化率极低26 四、投资建议27 五、风险提示28 图表目录 图表1：半导体检测设备主要分为前道量测设备和后道检测设备4 图表2：晶圆制造环节主要进行过程控制检测，封测环节主要进行电性能检测5 图表3：CP测试系统示意图5 图表4：Mapping示意图5 图表5：FT测试系统示意图6 图表6：CP与FT测试的区别6 图表7：半导体制造产业精细化分工，第三方测试厂商应运而生7 图表8：第三方测试厂商受半导体行业下行周期影响相对较小8 图表9：第三方测试厂商测试专利数量相对较高8 图表10：第三方测试厂商测试相关专利占比大8 图表11：集成电路测试服务产业链概况9 图表12：中国大陆和中国台湾主要第三方测试企业营收情况（单位：百万元）10 图表13：全球IC测试服务市场规模（单位：亿元）10 图表14：中国大陆IC测试服务市场规模（单位：亿元）10 图表15：Chiplet技术相比SoC技术每个模块可以采用不同的工艺11 图表16：Chiplet提高良率和集成度，降低成本，加速芯片迭代11 图表17：Chiplet提升芯片良率12 图表18：不同芯片与Chiplet芯片测试对比12 图表19：中国大陆正在承接第三次产业迁移13 图表20：2021-2022年全球共新建晶圆厂29座13 图表21：中国大陆晶圆产线有望扩产至原有产能2.8倍13 图表22：国内主流晶圆厂及IDM厂商资本开支处于高位14 图表23：半导体后道测试设备市场结构15 图表24：测试机公司、封测厂商、IC设计公司形成协同生态15 图表25：高毛利高投入带来盈利正循环16 图表26：测试机公司毛利率高于其他半导体设备公司16 图表27：爱德万、泰瑞达半导体测试设备营收规模领先17 图表28：爱德万、泰瑞达半导体测试设备市场份额达65%17 图表29：SoC/存储测试机市场空间领先17 图表30：SoC/存储测试机市场份额合计占81%17 图表31：不同种类测试机区别对比18 图表32：国内外各大厂商测试机性能指标对比19 图表33：2023年全球半导体测试设备市场规模有望达70.7亿美元，中国半导体测试设备市场占比达36%20 图表34：2022年我国IC设计企业数量达3243家20 图表35：2022年我国IC设计企业销售额达5345.7亿元20 图表36：2022年度国产封测厂商募资扩产项目情况21 图表37：探针卡是晶圆测试的核心耗材22 图表38：MEMS探针卡相比悬臂式探针卡、垂直式探针卡优势显著23 图表39：2DMEMS探针卡与2.5D/3DMEMS探针卡参数比较24 图表40：MEMS探针卡市场规模成长快、比重大24 图表41：探针卡断面结构图25 图表42：探针卡产业链25 图表43：和林微纳已量产的用于FT测试的弹簧探针25 图表44：2021年全球前五大厂商共掌握探针卡市场68%份额26 图表45：前十大主流探针卡厂商26 1、测试环节贯穿半导体生产制造，是芯片质量的把关者 半导体工艺制程越来越复杂，检测设备愈发重要。随摩尔定律的进一步发展，半导体芯片晶体管密度越来越高，相关产品复杂度及集成度呈现指数级增长。新应用需求驱动了制程微缩和三维结构的升级，使得工艺步骤大幅提升，成熟制程（以45nm为例）工艺步骤数大约需要430道，到了先进制程（以5nm为例）将会提升至1250道，工艺步骤将近提升了3倍；结构上来看包括GAAFET、MRAM等新一代的半导体工艺都是越来越复杂，在数千道制程中，每一道制程的检测对芯片的良率起到至关重要的作用。 半导体检测根据使用的环节以及检测项目的不同，可分为前道检测和后道检测。其中，前道量测包括量测类和缺陷检测类，主要用于晶圆加工环节，目的是检查每一步制造工艺后晶圆产品的加工参数是否达到设计的要求或者存在影响良率的缺陷，属于物理性检测；后道测试根据功能的不同包括分选机、测试机、探针台，主要是用在晶圆加工之后、封装测试环节内，目的是检查芯片的性能是否符合要求，属于电性能检测。 图表1：半导体检测设备主要分为前道量测设备和后道检测设备 来源：前瞻研究院，国金证券研究所 晶圆制造环节检测主要进行光学检测，封测环节主要进行电性能检测。半导体测试环节是避免“十倍成本”的关键。所谓“十倍成本”是指芯片故障若未在测试环节中发现，那么在后续电路板级别中发现故障导致的成本将在十倍以上。其中，封测环节主要可以分为：晶 圆测试和成品测试。晶圆测试主要是针对加工完的晶圆，进行电性测试，识别出能够正常工作的芯片，需要使用的设备主要为测试机和探针台。成品测试主要是指晶圆切割变成芯片后，针对芯片的性能进行最终测试，需要使用的设备主要为测试机和分选机。 图表2：晶圆制造环节主要进行过程控制检测，封测环节主要进行电性能检测 来源：华峰测控招股书，国金证券研究所 晶圆测试（ChipProbing），简称CP测试，是指通过探针台和测试机的配合使用，对晶圆上的裸芯片（grossdie）进行功能和电学性能参数的测试。测试过程主要为：探针台将晶圆逐片传送至测试位置，芯片端点通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号，以判断芯片功能和性能是否达到设计规范要求。对裸片的测试结果通过通信接口传送至探针台，探针台会根据相应的信息对芯片进行打点标记，形成晶圆的Mapping，即晶圆的电性能测试结果。CP测试设备主要由支架、测试机、探针台、探针卡等部件组成。CP测试会统计出晶圆上的芯片合格率、不合格芯片的确切位置和各类形式的良率等，可用于指导芯片设计和晶圆制造的工艺改进。 图表3：CP测试系统示意图图表4：Mapping示意图 来源：伟测科技招股说明书，国金证券研究所来源：伟测科技招股说明书，国金证券研究所 芯片成品测试（FinalTest），简称FT，FT测试是在芯片封装后按照测试规范对电路成品进行全面的电路性能检测，目的是挑选出合格的成品芯片，保障芯片在任何环境下都可以维持设计规格书上所预期的功能及性能。通过分选机和测试机配合使用，测试过程主要为：分选机将被测芯片逐个传送至测试工位，被测芯片的引脚通过测试工位上的基座、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号，判断芯片功能和性能是否达到设计规范要求。测试结果通过通信接口传送至分选机，分选机据此对被测芯片进行标记、分选、收料或编带。FT测试系统通常由支架、测试机、分选机、测试板和测试座组成。FT测试环节的数据可以用于指导封装环节的工艺改进。 图表5：FT测试系统示意图 来源：伟测科技招股说明书，国金证券研究所 CP测试的主要目的在于挑出坏的裸片，减少后续的封装和FT测试成本；FT测试的主要目的确保芯片符合交付要求，避免将不合格的芯片交付给下游用户。相比于FT测试，CP测试的技术要求更高，难度更大。芯片在完成封装后处于良好的保护状态，体积也较晶圆状态的裸片增加几倍至数十倍，因此FT测试对洁净等级和作业精细程度的要求较CP测试低一个级别，但测试作业的工作量和人员用工量更大。CP测试和FT测试在确保芯片良率、控制生产成本、指导IC设计和生产工艺改进等方面都起到了至关重要的作用。 图表6：CP与FT测试的区别 晶圆测试（CP） 芯片成品测试（FT） 产业链 位置 芯片封装前 芯片封装后 测试设备 测试机、探针台 测试机、分选机 测试目的 挑出坏的裸芯片，以减少后续封装和成品测试成本，测试数据用于指导芯片设计和晶圆制造的工艺改进 确保每颗芯片成品向客户交付前能够达到设计要求的指标 客户群体 IC设计公司、晶圆厂、封装厂、IDM IC设计公司、封装厂、IDM 来源：伟测科技招股说明书，国金证券研究所 2、产业链专业化分工，第三方测试公司应运而生 受成本、专业度及研发精力投入方向等多重因素影响，半导体产业链趋