测试设备行业深度：本土封测产业链崛起，测试设备迎国产化新机

测试设备：半导体后道封装关键环节。半导体测试主要分为封装前晶圆测试（CP）和封装后成品测试（FT），CP测试旨在通过电学参数检测等测试晶圆上每一颗颗粒的有效性，标记异常颗粒，减少后续封装和测试的成本，FT测试旨在测试封装后芯片的功能实现及稳定性。从设备角度，分为探针台、分选机、测试机三类。 探针台的作用为在CP车市中传送晶圆、连接Pad点，并对接测试机执行CP测试，分选机的作用则是连接封装后芯片的引脚，对接测试机执行FT测试，并对测试后芯片进行标记、分选。市场空间方面，据SEMI数据，2022年半导体测试设备全球市场规模75.2亿美元，约占半导体设备总市场的7%。从结构上看，2020年测试机、分选机、探针台市场规模占比分别为63.1%、17.4%和15.2%。 复盘海外龙头路径，重思国产成长动力。测试设备整体上形成了日本厂商爱德万、美国厂商泰瑞达双寡头垄断的格局，二者分别在存储测试和SOC测试领域占据优势。 而国内市场的成长性有望来自以下方面：首先，测试设备下游以封测厂商和晶圆制造厂商为主，国产测试设备有望受益下游制造厂商份额提升。据芯思想研究院数据，本土封测厂商全球份额逐年提升，2022年合计达24.54%。其次，先进封装技术演进带来的封装复杂度提升、高频测试需求增加、环境测试复杂度提升也为测试设备带来需求增量。此外，测试设备的商业模式具有一定特殊性，虽然直接用户为中游制造厂商，但终端设计公司通常在设备选择上拥有较高话语权，本土测试设备公司有望伴随国内芯片设计公司共同成长。 海外巨头主导市场，国产替代正当时。全球半导体测试设备行业呈现海外龙头垄断格局，国内诸多厂商处于产品验证突破阶段： 1）测试机：测试机在测试设备中占据最大比重，2021年泰瑞达、爱德万分别占据51%和33%的全球份额，国内厂商长川科技、华峰测控相继推出数字测试机产品，在细分的存储测试赛道则有精智达、悦芯科技等厂商处于突破阶段； 2）分选机：分选机市场相对更加分散，全球龙头为科休，长川科技通过收购STI介入市场，高端的三温、多工位分选机是国产突破重点方向； 3）探针台：日本厂商主导，国内长川科技、矽电股份有所布局。 投资建议：半导体测试设备是半导体设备国产化的新方向，本土封测厂商规模快速壮大，为国产测试设备带来发展良机。我们看好国产测试设备厂商的产品线突破，建议关注：1）测试机：华峰测控、长川科技、精智达、联动科技、精测电子（子公司武汉精鸿）；2）分选机：长川科技、金海通；3）探针台：矽电股份（IPO中）。 风险提示：下游封测行业景气波动；研发进度不及预期；行业竞争加剧。 重点公司盈利预测、估值与评级 1测试设备：半导体后道封装关键环节 1.1半导体测试设备简介 半导体测试设备是用于测试半导体器件的专用设备。在半导体生产过程中，需要对半导体芯片、集成电路、晶体管等进行严格的测试，确保其质量和性能符合规定标准。半导体测试设备通过各种测试方法来评估和验证半导体器件的电性能、尺寸、稳定性等参数。半导体测试设备在半导体生产过程中起到了至关重要的作用，可以确保产品的质量和性能符合要求，提高产品的可靠性和稳定性，同时也为故障分析和维修提供了有效的手段。 半导体检测设备包括前道量测设备（又称半导体量测设备）以及后道测试设备（又称半导体测试设备）。其中，前道量检测包括量测类和缺陷检测类，主要用于晶圆加工环节，将对特定测试结构的测量结果作为晶圆是否可以正常出货的卡控标准，属于物理性测试；半导体后道测试分为封装前晶圆测试和封装后成品测试，使用设备包括分选机、测试机、探针台，目的是检查芯片的性能是否符合要求，属于电性能检测。同时，在芯片设计阶段，还可以通过第三方检测进行验证测试以及测试机、探针台和分选机进行有效性验证。 表1：广义的半导体检测设备类别 根据SEMI数据，2022年全球半导体设备市场规模为1074亿美元，其中，晶圆制造设备、测试设备以及封装设备分别为941亿美元、75.2亿美元以及57.8亿美元。据SEMI数据，2020年，集成电路测试设备中测试机、分选机和探针台的占比分别为63.1%、17.4%和15.2%，测试机为测试设备第一大细分领域。 图1：全球半导体设备市场规模和构成（十亿美元） 图2：2020年测试机、分选机与探台针市场占比 在工作方式上，测试机是检测芯片功能和性能的专用设备，测试机对芯片施加输入信号，采集被检测芯片的输出信号与预期值进行比较，判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性。分选机和探针台是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来并实现批量自动化测试的专用设备。 因此在晶圆制造阶段的晶圆检测环节需要用到测试机和探针台，封装测试阶段的成品测试环节需要用到测试机和分选机。 图3：半导体测试设备在半导体生产过程中的应用 1.2测试系统种类繁多，深度绑定终端设计用户 测试系统类型主要按下游测试的芯片/器件种类区分的，下游被测芯片/器件种类很多，每种芯片都有不同的测试项目，测不同的参数，以确保其质量和性能。 常见的测试系统分类包括分立器件测试系统、功率半导体器件测试系统、模拟及数模混合芯片测试系统、数字及SOC芯片测试系统以及存储类芯片测试系统。 表2：半导体测试设备分类 分立器件测试系统主要用于测试小信号器件，如二极管、三极管等。它需要进行电学性能测试，包括耐压、电流和电压的测试，以及短路性能等。 功率半导体器件测试系统适用于测试功率二极管、功率三极管、功率MOSFET、IGBT等。它需要进行电学性能测试，包括电流和电压的测试，以及热阻、开关时间等特性的测试。 模拟及数模混合芯片测试系统主要用于测试电源管理芯片、功率放大器、数据转换器芯片等。它需要进行电学性能测试和功能测试，包括最大/最小电流电压测试、频率测试、动态参数测试等。 数字及SOC芯片测试系统适用于测试CPU、GPU、ASIC、MCU等。它需要支持高速测试、大向量深度和多种协议测试，以满足复杂的硬件和软件系统要求。 存储类芯片测试系统专用于测试DRAM、NAND、Flash等存储器件。它需要具备高速、大向量深度和大量测试通道，以应对存储器件数量庞大的测试需求。 这些测试系统根据被测器件/芯片类型和测试项目的特点，定制了不同的测试功能和性能要求，以确保器件/芯片的质量和性能满足市场和客户的需求。 尽管测试设备的直接客户多为封测厂商和晶圆制造厂商，但终端用户为芯片设计公司。由于被测芯片在功能上有较大的差异性，诸多测试设备企业在芯片设计阶段就已与设计企业针对芯片的测试功能、参数要求以及测试程序进行深入的交流，因此作为终端用户的芯片设计公司亦在封测厂商的测试设备选择上拥有一定的话语权。与终端设计公司的深度绑定与合作是测试设备行业重要的竞争壁垒。 1.3封装技术演进带来测试需求增长 摩尔定律的发展已经陷入瓶颈，集成电路制程进入后摩尔时代。随着制程进展的放缓，先进封装技术成为提升芯片性能的关键。先进封装技术可以通过采用更先进的封装结构和材料，实现更高的集成度、更快的数据传输速率和更好的散热性能。 例如，3D封装、系统级封装等先进封装技术可以提高器件的性能和功能，并实现更高的芯片密度、更低的功耗和更好的可靠性。在摩尔定律面临瓶颈的情况下，通过先进封装技术可以继续提升芯片性能，满足市场对更高性能和更小尺寸的需求。 据Yole数据统计，2022年全球封装市场规模约达151亿美元，其中，先进封装全球市场占比约47%，预计到2028年全球封装市场将达318亿美元，其中，先进封装占比将达77%，先进封装市场规模在2022-2028年实现13%的年均复合增速。 图4：封装发展进程 先进封装技术的演进，将推动半导体测试需求增长，主要体现在如下方面： 1）先进封装的复杂性增加，如3D封装和系统级封装的应用，使得测试变得更加困难和复杂，需要更先进的测试设备来满足需求。 2）高速通信和高频测试需求的增加，需要测试设备具备更高的频率范围和更快的数据处理能力。 3）先进封装技术的应用也带来了温度和环境测试的挑战，测试设备需要提供温度控制和环境模拟功能以满足不同工作条件下的可靠性测试。 4）对半导体器件可靠性和寿命的要求越来越高，测试设备需要进行长时间的可靠性测试，评估器件在不同环境和工作条件下的稳定性和寿命。 综上所述，先进封装技术的演进推动了半导体测试需求的增长，测试设备需要不断创新和改进，以满足复杂封装结构、高速通信、温度环境等多样化的测试需求，提高测试效率和可靠性。 而伴随算力芯片需求兴起，包括Chiplet在内的多芯片、3D封装技术和先进封装的结合使用，进一步拉动半导体测试需求。Chiplet技术是将一类满足特定功能的die（裸片），通die-to-die内部互联技术将多个模块芯片与底层基础芯片封装在一起，形成一个系统芯片。其与主流的系统级封装不同点在于，组成Chiplet的各die之间是相对独立的，整合过程更为复杂。因此，为节省测试成本、提高测试效率以及保证芯片良率，Chiplet芯片在晶圆（CP）测试阶段以及终测（FT）测试阶段会增加测试机需求。 图5：SOC、sip、Chiplet的对比 2伴随国产封测及设计公司共同成长 2.1短期成长动力：本土半导体制造资本支出增长 半导体测试设备企业下游客户主要为晶圆制造厂商、封装测试厂商以及芯片设计公司，下游行业的资本开支景气度直接影响半导体测试设备的市场规模。从下游需求来看，国内半导体制造厂商资本支出的提升如晶圆厂扩产以及封测厂产能扩张将持续带动半导体测试设备市场的高速增长。据IC Insights数据，2022年全球半导体资本开支181.7亿美元，同比增长19%。而我们将分晶圆厂、封测厂、设计公司三个方面讨论国内下游的资本开支趋势。 图6：全球半导体行业资本开支（十亿美元） 晶圆厂端，尽管全球资本支出面临行业周期性波动，但中国大陆地区因存量产能仍不满足本土需求，大陆晶圆厂仍处于积极扩产中。根据ICInsight数据，2021年中国大陆地区晶圆产能仅占全球16%，少于韩国和中国台湾。 图7：2021年全球晶圆产能区域分布 封测厂端，大陆封测厂商规模逐年增长，全球份额持续提升。据芯思想研究院数据，2022年全球委外封测行业整体营收达到3154亿元，较2021年增长9.82%。 其中，前十大委外封测公司中，中国大陆有四家（长电科技JCET、通富微电TFMC、华天科技HUATIAN、智路封测），市占率为24.54%，较2021年23.53%增加1.01个百分点。同时，通富微电2022年营收超过200亿元，较2021年增长30%，份额超过力成科技成为全球第四大委外封测公司，我们认为本土封测厂商份额持续提升将是长期趋势，亦将为上游测试设备带来需求增量。 表3：2021与2022年委外封测（OSAT）行业营收前十名排行 设计公司方面，诸多国内Fabless厂商自建封测线亦将带来设备需求。出于增强技术和测试工艺的协同效应等原因的考虑，头部模拟厂商逐步开始自建封测中心，包括艾为电子、圣邦微电子、思瑞浦、中瓷电子等诸多模拟厂商均进行了封测产能的投资。 表4：Fabless厂商自建封测线情况 2.2长期成长动力：本土IC设计公司壮大 长期来看，测试设备行业受益于下游本土IC设计公司的壮大和份额提升带来的需求增量。目前中国大陆的芯片设计公司全球份额仍处于较低水平，并不满足大陆市场的需求。如前文所述，测试机公司通常与终端芯片设计公司有较强的绑定合作关系，国产测试设备有望伴随国内芯片设计龙头共同成长。 需求端，据全球半导体行业协会（SIA）数据，2021年，中国大陆为全球最大的芯片消费市场，约占全球芯片市场的35%，全球芯片市场5559亿美元，中国1925亿美元。而另一方面，供给侧国产芯片设计公司份额仍旧较低。据IC Insights数据，2021年美国芯片设计公司占据了全球IC市场总额的54%，其次是韩国公司，占据22%的份额，中国台湾占9％，而欧洲和日本供应商的