半导体行业新周期系列报告之六：测试机：AI浪潮和存储复苏驱动行业持续成长

测试机：AI浪潮和存储复苏驱动行业持续成长 ——半导体行业新周期系列报告之六 作者： 刘凯执业证书编号：S0930517100002 2024年2月28日 证券研究报告 目录 1、什么是测试机、分选机、探针台/探针卡 2、全球测试机行业：AI浪潮和存储复苏驱动行业持续成长 3、投资建议：关注长川科技/华峰测控/精智达/华兴源创 4、风险提示 请务必参阅正文之后的重要声明2 半导体测试机又称半导体自动化测试机，与半导体自动化测试系统同义。两者由于翻译的原因，以往将Tester翻译为测试机，诸多行业报告沿用这个说法，但现在越来越多的企业将该等产品称之为ATEsystem，测试系统的说法开始流行，整体上无论是被称为Tester还是ATEsystem，皆为软硬件一体。 半导体测试机测试半导体器件的电路功能、电性能参数，具体涵盖直流参数（电压、电流）、交流参数（时间、占空比、总谐波失真、频率等）、功能测试等。 集成电路测试贯穿了集成电路设计、生产过程的核心环节，具体如下： 第一、集成电路的设计流程需要芯片验证，即对晶圆样品和集成电路封装样品进行有效性验证； 第二、生产流程包括晶圆制造和封装测试，在这两个环节中可能由于设计不完善、制造工艺偏差、晶圆质量、环境污染等因素，造成集成电路功能失效、性能降低等缺陷，因此，分别需要完成晶圆检测（CP,CircuitProbing）和成品测试（FT,FinalTest），通过分析测试数据，能够确定具体失效原因，并改进设计及生产、封测工艺，以提高良率及产品质量。无论哪个环节，要测试芯片的各项功能指标均须完成两个步骤：一是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来，二是通过测试机对芯片施加输入信号，并检测输出信号，判断芯片功能和性能是否达到设计要求。 图表1：集成电路测试原理 资料来源：华峰测控招股说明书 请务必参阅正文之后的重要声明 3 晶圆检测环节需要使用测试机和探针台，成品测试环节需要使用测试机和分选机，具体测试流程如下： 晶圆检测环节：晶圆检测是指在晶圆完成后进行封装前，通过探针台和测试机的配合使用，对晶圆上的裸芯片进行功能和电参数测试。探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置，芯片的Pad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，判断芯片功能和性能在不同工作条件下是否达到设计规范要求。测试结果通过通信接口传送给探针台，探针台据此对芯片进行打点标记，形成晶圆的Map图。该环节的目的是确保在芯片封装前，尽可能地把无效芯片筛选出来以节约封装费用。 成品测试环节：成品测试是指芯片完成封装后，通过分选机和测试机的配合使用，对封装完成后的芯片进行功能和电参数测 试。分选机将被测芯片逐个自动传送至测试工位，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在不同工作条件下是否达到设计规范要求。测试结果通过通信接口传送给分选机，分选机据此对被测芯片进行标记、分选、收料或编带。该环节的目的是保证出厂的每颗集成电路的功能和性能指标能够达到设计规范要求。 请务必参阅正文之后的重要声明 4 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。在设计验证和成品测试环节，测试机需要和分选机配合使用；在晶圆检测环节，测试机需要和探针台配合使用。 成品测试是指芯片完成封装后，通过分选机和测试机配合使用，对集成电路进行功能和电参数性能测试，保证出厂的每颗集成电路的功能和性能指标能够达到设计规范要求。其测试过程为：分选机将被检测集成电路逐个自动传送至测试工位，被检测集成电路的引脚通过测试工位上的金手指、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对集成电路施加输入信号、采集输出信号，判断集成电路在不同工作条件下功能和性能的有效性。测试结果通过通信接口传送给分选机，分选机据此对被测试集成电路进行标记、分选、收料或编带。 重力下滑式分选机：采取管到管或管到卷带进出料方式，适用SOP/TSSOP/SSOP/HSOP/QSOP/DIP/TO等封装外型集成电路的自 动分选。 平移式分选机：采取盘到盘或盘到卷带进出料方式，适用QFP/QFN/LQFP/PLCC/SOP/TSOP/BGA/PGA/LGA等封装外型集成电路的自动分选。 以长川科技分选机C6430型号为例，该型号产品关键指标UPH、JamRate、TestForce与同类型的EPSONNS-8040SH之间的对 比情况如下： 图表2：长川科技分选机C6430型号与EPSONNS-8040SH对比 资料来源：长川科技招股说明书 备注1：长川科技C6430型号产品性能指标摘自浙江省电子信息产品检验所出具的《检验报告》（报告编号：16AW0670），Epson的NS-8040SH产品性能指标摘自其官网公开产品信息。 备注2：UPH指每小时运送芯片数；JamRate指故障停机比率；TestForce指分选机测压模组上对于被测电路和测试夹具施加的测试压力，用于确保被测电路与测试夹具间的良好接触，具备稳定的测试条件。 请务必参阅正文之后的重要声明 5 图表3：集成电路生产及测试具体流程 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：华峰测控招股说明书6 图表4：半导体制造的测试设备 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：精智达招股说明书7 集成电路行业集计算机、自动化、通信、精密电子测试和微电子等技术于一身，是技术密集、知识密集的高科技行业，集成电路的可靠性、稳定性和一致性要求较高，对生产设备要求较高，集成电路测试设备技术壁垒较高： （1）测试机：①由于集成电路参数项目越来越多，如电压、电流、时间、温度、电阻、电容、频率、脉宽、占空比等，对测试机功能模块的需求越来越多；②客户对集成电路测试精度要求越来越高（微伏、微安级精度），如对测试机钳位精度要求从1%提升至0.25%、时间测量精度提高到微秒级，对测试机测试精度要求越趋严格；③随着集成电路应用越趋于广泛，需求量越来越大，对测试成本要求越来越高，因此对测试机的测试速度要求越来越高（如源的响应速度要求达到微秒级）；④集成电路产品门类的增加，要求测试设备具备通用化软件开发平台，方便客户进行二次应用程序开发，以适应不同产品的测试需求； ⑤测试设备供应商对设备状态、测试参数监控、生产质量数据分析等方面，结合大数据的应用，对测试机的数据存储、采集、分析方面提出了较高的要求。 衡量半导体测试机技术先进性的关键指标包括测试功能模块、测试精度、响应速度、应用程序定制化和测试数据存储、采集和 分析，具体介绍如下表所示： 图表5：衡量半导体测试机技术先进性的关键指标 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：华峰测控招股说明书8 （2）分选机：①由于集成电路的小型化和集成化特征，分选机对自动化高速重复定位控制能力和测压精度要求较高，误差精度普遍要求在0.01mm等级；②分选机的批量自动化作业要求其具备较强的运行稳定性，例如对UPH（每小时运送集成电路数量）和JamRate（故障停机比率）的要求很高；③集成电路封装形式的多样性要求分选机具备对不同封装形式集成电路进行测试时能够快速切换的能力，从而形成较强的柔性化生产能力及适应性；④集成电路测试对外部测试环境有一定要求，例如部分集成电路测试要求在-55—150℃的多种温度测试环境、无磁场干扰测试环境、多种外场叠加的测试环境中进行，如何给定相应的测试环境是分选机技术难点。 （3）探针台：①探针台精度要求非常严苛，重复定位精度要求达到0.001mm（微米）等级；②晶圆检测对于设备稳定性要求极高，各个执行器件均需进行多余度的控制，晶圆损伤率要求控制在1ppm（百万分之一）以内；③晶圆检测需具备多套视觉精密测量及定位系统，并具备视觉相互标定、多个坐标系互相拟合的功能；④探针台对设备工作环境洁净度要求极高，除需达到几乎无人干预的全自动化作业，对传动机构低粉尘提出要求，还需具备气流除尘等特殊功能。 请务必参阅正文之后的重要声明 9 目录 1、什么是测试机、分选机、探针台/探针卡 2、全球测试机行业：AI浪潮和存储复苏驱动行业持续成长 3、投资建议：关注长川科技/华峰测控/精智达/华兴源创 4、风险提示 请务必参阅正文之后的重要声明10 2.1、SoC和存储测试机2024年市场规模33-36和13-16亿美金 根据爱德万在2024年1月31日发布的FY2023Q3财报观点： 2022、2023和2024年SoC测试机市场规模40、33-34、33-36亿美元。 2022、2023和2024年存储测试机市场规模12、11、13-16亿美元。 2023年，全球半导体测试机行业的下滑主要由于：消费电子（智能手机和个人电脑）需求放缓，半导体资本支出削减持续的时间比预期的要长。爱德万预计在2024年下半年，全球半导体测试机行业趋于复苏。 随着生成式人工智能需求不断增长，爱德万预计全球半导体测试机行业的需求也将增加。 在HPC/AI应用的驱动下，SoC测试机行业预计将在2024年下半年看到需求上升。 在高性能DRAM需求的推动下，存储器测试机市场需求也有望迅速恢复。 图表6：测试机行业市场空间 资料来源：爱德万公开路演PPT 请务必参阅正文之后的重要声明 11 根据泰瑞达在2024年1月31日发布的FY2023Q4财报观点：2024年全球SoC和存储测试机市场规模39.0和10.5亿美元。 图表7：测试机行业市场空间 正文之后的重要声明 请务必参阅 资料来源：泰瑞达公开路演PPT12 图表8：AI推动半导体行业发展 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：爱德万公开路演PPT13 图表9：测试机行业将显著受益于AI行业 正文之后的重要声明14 请务必参阅 资料来源：爱德万公开路演PPT14 图表10：存储行业市场规模预测（单位：十亿美元） 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：Gartner《Gartner2023年10月12日：Semiconductor&ElectronicsForecastUpdate3Q23》，光大证券研究所。备注：2017-2022年为实际数据，2023-2027年为Gartner预测数据15 图表11：2023和2024年半导体行业细分领域市场份额和同比增速（单位：%） 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：Gartner《Gartner2023年10月12日：Semiconductor&ElectronicsForecastU1p6date3Q23》，光大证券研究所。备注：2023-2024年为Gartner预测数据 2.3、DRAM和NANDFlash在2024年有望连续4个季度持续涨价 •据TrendForce集邦咨询研究显示，DRAM产品合约价自2021年第四季开始下跌，连跌八季，至2023年第四季起涨。NANDFlash方面，合约价自2022年第三季开始下跌，连跌四季，至2023年第三季起涨。在面对2024年市场需求展望仍保守的前提下，二者价格走势均取决于供应商产能利用率情况。 •2024Q1：2024年针对第一季价格趋势，TrendForce集邦咨询维持先前预测，DRAM合约价季涨幅约13~18%；NANDFlash则是18-23%。 •2024Q2：虽然目前市场对2024Q2整体需求看法仍属保守，但DRAM与NANDFlash供应商已分别在2023Q4下旬，以及2024Q1调升产能利用率，加上NANDFlash买方也早在2024Q1将陆续完成库存回补。因此，DRAM、NANDFlash在2024Q2合约价季涨幅皆收敛至3~8%。 •2024Q3：进入传统旺季，需求端预期来自北美云端服务业者（CSP）的补货动能较强，在预期DRAM及NAND