隨著芯片製程越來越小，其（qí）工藝難（nán）度（dù）也呈指數型上升。以10nm工藝為例，全工（gōng）藝步驟數超過1300道，7nm工（gōng）藝則超過1500道，其中任何一道（dào）工藝出錯都可能導（dǎo）致生產的集成電路不合格，拉低良品率。
因此，為了及時發現不穩定因素（sù）、提高生產良率，測（cè）試環節貫穿（chuān）在（zài）集成電路的生（shēng）產流（liú）程裏，測試設備則是其中的（de）關鍵。
本文來自長（zhǎng）江證券的半導體測試設備報告，詳解了半導體測試過程、設（shè）備分類、以及國內外市場格局。
一、測試設備貫穿生（shēng）產流程：探針台、分選機（jī）、測試機
正如開篇提及，集成電（diàn）路工（gōng）藝繁多複雜，其中任何一道（dào）工藝出（chū）錯都可能導致生產的集成電路不合格，拉低良品率。因此，測試環（huán）節對於集（jí）成電路生產而言至關重要。
集（jí）成電（diàn）路測試設備（bèi）不僅可用於判斷被測芯片或器件的合格性，同時還可（kě）提供關於設計、製造過程的薄（báo）弱環節信息，有助於提（tí）高芯片（piàn）製造水平（píng），從源頭提高芯片的性能和可靠性。
集成電路的測（cè）試環節，主（zhǔ）要包括芯片設（shè）計中的設計驗證、晶圓製造中的晶圓測（cè）試（CP測試）和封（fēng）裝完成（chéng）後的成品測試（FT測試）。
集成電路測試設備主要包括測試機、探針（zhēn）台和分選機。在所有的測試（shì）環節中都（dōu）會用到測試機，不同環節中（zhōng）測試（shì）機需（xū）要和分（fèn）選（xuǎn）機或探針台配合使用。
1、設計驗證階段：驗證（zhèng）芯片設計有效性，對測試設備需求（qiú）少
芯片設計公司通常會使（shǐ）用半（bàn）導體測試設備對晶圓或芯片樣品進行測試，以（yǐ）驗證芯片樣（yàng）品功能和性能的有效性，並指導芯片設計。設計驗證階段對測試設備需求較少。
2、晶圓測試（shì）階段（duàn）：測試機+探針台，測試晶圓，節省封裝成本
晶（jīng）圓測試又稱為CP測試，是指在晶圓製造完成後和進行封裝前，通過探針台和測試機（jī）配合使用，對晶圓上的每一個芯片晶粒進（jìn）行功能和電（diàn）參數性能測試（shì）的（de）過程（chéng），是晶圓製（zhì）造的最後一道工（gōng）序。晶圓測試一般在晶圓廠（chǎng）、封測廠或專門的測試代工（gōng）廠進行，主要用到的設備為測試機和探針台，此外還（hái）有定製化的測試電路板和探針卡，探（tàn）針卡上裝（zhuāng）有探針。
晶圓測試（shì）過程：首先將探（tàn）針卡固定到測試（shì）電（diàn）路（lù）板上，然後把測試電路板安裝（zhuāng）到測試機的機頭上，再將測試機頭倒置於探（tàn）針台（tái）上。探針台上（shàng）部有孔供探針卡插入。一旦安裝（zhuāng）完畢，測試（shì）機、測（cè）試電路板、探針卡和探針台都固定不動，探針台內部的機械手臂控製（zhì）晶圓移動，並將每一（yī）顆（kē）芯片晶粒上的接觸孔對（duì）準探（tàn）針（zhēn），然後向上頂使探（tàn）針準確插入晶粒的接觸孔，最後完成測試。
接觸孔的直徑通常都是1-2um級別，因（yīn）此，晶圓測試對探（tàn）針台的精度要求非常高，如果稍有偏差（chà），探針將（jiāng）有較大可能紮壞晶圓，因此，探針台（tái）的技術難度較（jiào）大。
晶圓測試的目的是把好的和壞的晶粒分別挑出來，並進行（háng）標記形（xíng）成晶圓的Map圖，此後隻對性能良好的晶粒進（jìn）行封裝，以節省後續的封裝成本。
3、成品測試（shì）階段：測試機+分選機，測試芯片，提高良率
封裝測（cè）試又稱為FT測試或終測，一般（bān）在封測（cè）廠完成，是指芯片完成封（fēng）裝後，通過（guò）分選（xuǎn）機（jī）和（hé）測試機配合，對每一顆芯片進行電（diàn）參數性能測試，保證（zhèng）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求（qiú），目的（de）在於提高出廠芯片良率。封裝（zhuāng）測試主要（yào）用到測試機和分選機，此外還有定（dìng）製化的測試電路板和底座。
成品測（cè）試的過程：分選機將待測芯片逐個自（zì）動傳送並放入測試底座（zuò）。底（dǐ）座（zuò）和（hé）測試電路板把芯片的（de）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（gōng）能和性能的有效性。最後，測試結果通過通信接口傳送給分選機，分選（xuǎn）機據此對被測試的集成電路進行標記、分選、收料或編帶。
成品測試的目的是把好（hǎo）的和壞的芯片分別挑出來，隻有好的（de）芯片才會（huì）被銷（xiāo）售給（gěi）終端客戶，以保證芯片出貨時的良率。
二、測試機定製化，探針台、分選機（jī）通用測試機、探針台、分選機（jī）所應（yīng）用的環節並不相同，其技術難度（dù）也各有（yǒu）差異（yì）。測試機屬於定製化設備，探針台（tái）、分選機則更（gèng）加通用。
1、測試機由機身和內（nèi）部的測試板卡構成，均由測試機廠設計和製造。
測試機機（jī）身是一（yī）種標準化的設備，內部可以插入不同的測試板卡。測試機廠會設計出一係列的測試（shì）板卡，每一種測試板（bǎn）卡可以滿足對某些功（gōng）能的測試，測（cè）試廠在（zài）做芯片測試（shì）的時候，需要根據芯片的（de）功（gōng）能（néng）特性選擇不（bú）同的測（cè）試板（bǎn）卡進行搭配。
此外，每一種芯片都需要編寫一套特有的測試程序。因（yīn）此，測試機的定製性主要體（tǐ）現（xiàn）在測試板卡（kǎ）的定製和測（cè）試（shì）程序（xù）的（de）定製。當一款芯（xīn）片更（gèng）新換（huàn）代時，測試機的機身不需要更換，內部的測試板（bǎn）卡則會根據接下來要測試的芯片做調（diào）整，測試程序則一定（dìng）需要更新。
2、探（tàn）針台和分選機則是相對通（tōng）用設備，適（shì）用範圍較廣。
探針台主要根據晶圓尺（chǐ）寸選型，分選機主要根據芯片封裝方式和測試並行度要（yào）求選型。不同的晶圓和芯片，通常不需要對探針台和分選機（jī）做太大改動。
測試行業尤其是（shì）測試機行（háng）業，更多的工作是軟件的編寫，包（bāo）括底層的對設備的控製程序，和上層的對芯（xīn）片的測試程序。
底層（céng）的控製（zhì）程序類似於操作係（xì）統，不同品牌的測（cè）試機的控（kòng）製係統不同，而（ér）上層的測試程序類似於應用軟件（jiàn），在該種測試機的控製（zhì）係統的基礎上編寫，每一（yī）款芯片都有自己定製化的測（cè）試（shì）程序。
測試機、探針台和分選機三類測（cè）試設備的技術難度（dù）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、探針台和分選機三者為獨（dú）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（jiān）搭配使用的可行性，在產品和連接線設置上（shàng）均（jun1）有行業通用接口，可實現不同廠商不同類型設備的（de）搭配（pèi）組合，無須從（cóng）同一廠商配套采購。
但在實際采購設備時，測試設（shè）備的定製（zhì）化屬（shǔ）性決定了該行（háng）業特殊的業務模式，即通用設備通常由晶圓廠和封測廠自行決定采購，而定製化設備則由（yóu）芯片設計公司主導設備品牌的選擇：
1）探針台（tái）和分選機屬於通用設備，通常由晶圓廠或封測廠自主采購；
2）測試機、探針卡、測（cè）試電路板和底（dǐ）座（zuò）均屬於定製化設備，由芯片設計公司根據自己芯片的（de）特點指定供應商，再（zài）由晶圓廠（chǎng）和封測廠進行采購（gòu）。封測廠和晶圓廠自主決定（dìng）購買的定（dìng）製設（shè）備相對（duì）較少。
三（sān）、測試設備難度較低（dī），有裏（lǐ）率先突破國際壁壘
集成電路設備主要包括矽片製造設備、晶圓加工處理設備、封裝設備（bèi）和測試設備等，由於集（jí）成電路製造工序複雜、流程較長，不同（tóng）環節所需設備各（gè）不相同，且技術難度及價值量也存在明顯差異。
總體（tǐ）而言，光刻機、刻蝕（shí）機等晶圓加工（gōng）處理設備技術壁壘（lěi）更高、難度更大，由全（quán）球少數幾家巨頭壟（lǒng）斷。而測試設備的技術門檻相對稍低，國產測試設備有望在各種半（bàn）導體設備中率先突圍。
從半導體設備分產（chǎn）品市（shì）場規模占比情況來看，半（bàn）導（dǎo）體設（shè）備所占市場（chǎng）份額與技術難度基本成正比，技術難度更高的產品享有更高市場溢價（jià）。晶圓處理設備占比最大，原因在於在（zài）集成電路製造、封裝、測試等環節（jiē）中，晶圓製造工（gōng）藝最為複雜、工序最（zuì）多、技術壁壘最高，設備成本也更高。
2018年晶圓處（chù）理設備、封裝設備、測試設備和其他設備的市場規模（mó）分別約為502、54、40和25億（yì）美元，市場規模占比分別約為80.8%、8.7%、6.4%和4.0%。
目前，全球集（jí）成電路先進測試設備製造技術基本（běn）掌握在美國、日本等集成電路產業發達國家的廠商手中。
在測試機市場，美國（guó）泰瑞達（Teradyne）和日本愛德萬（Advantest）為雙巨頭，合計占據了測試機市場80%以上份額，且近年份額呈現不斷提（tí）升趨勢。
探針台技術壁（bì）壘（lěi）較高，市場也處於雙強壟斷態勢，東京電子和東京精密（mì）兩家日本公司占（zhàn）據了絕大部分市場份額。
分選機（jī）技術難度相對較低，目前（qián）沒有在技術上絕對（duì）領先或在市（shì）場份額上（shàng）處於絕對壟斷地位的龍頭，競爭格局相對較（jiào）為分散，主要的參與者包（bāo）括美國Cohu、日本EPSON、日本愛德萬、新加坡（pō）STI、中國台（tái）灣的鴻勁和中國大陸的長川科技等。回望國內，目前國內的測試設備企業長（zhǎng）川科技、北京（jīng）華峰、佛山聯（lián）動、北京冠中（zhōng）等已經取得（dé）一定突破，進入了長（zhǎng）電科技、華（huá）天科技、通富微電（diàn）、日月光等海內外知名封測廠。
國內廠商在分立器件測試機、模擬測試機和分選機等（děng）中低端領域（yù）實現（xiàn）或（huò）部分實現了國產替代，並在數字（zì）測試機、探針台等難度較（jiào）大的測試設備領域已有布局，但探針台和高端測試機依舊由海外龍頭壟斷。
在近來中美貿易摩（mó）擦背（bèi）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（cè）試設備有望在各種半導體設備（bèi）中率先崛起。
四、測試設備需求攀（pān）升，大陸封測產（chǎn）業發（fā）達測試（shì）設備通常壽命較長，更新需求較少，最主要的需求是新增（zēng）需求。影響測試設備新增需求的四大因素包括下遊芯片需求（qiú）、芯片複雜度、半導體（tǐ）產業轉移和（hé）測試的（de）並行度。其中（zhōng）最核心的（de）影響因素是下遊（yóu）芯片需求（qiú）和芯片複雜度。
近年來，芯片的複雜（zá）度不斷攀升，測試設備的需求受芯片複雜度提升和下遊景氣度波動雙（shuāng）重影響。
2015年至2018年，隨著半導體產業景氣度上升，全（quán）球半導體測試設（shè）備銷售（shòu）額迅速增長，至2018年達到（dào）約54億美元。
2018年下（xià）半年來，全球半導體產業（yè）景氣度有所下滑，預計2019年測試設備市場需求同比2018年略有下滑，全球市（shì）場空間預計（jì）超過50億美元。
隨著供應鏈去庫存（cún）、5G需求拉動等因素，預計2020半導體產業景氣度將恢複，半導（dǎo）體測試設備（bèi）市場空間有望超過60億美回望中國。近年來，中（zhōng）國大（dà）陸半導體設備市場需求增長迅速，據SEMI預測，2019年中國大陸半導體設備市場在全球占比或達約20%。
分產品來看，2019年中國大陸數字測試機市場空間約30~35億人民幣，存儲器測試（shì）機市場空間約8~9億人民幣，模擬測試機（jī）市場空間約5~6億人民幣，分選機（jī）和探針台市場空（kōng）間（jiān）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（shè）備市場近年來競爭日趨激（jī）烈，行業整（zhěng）合加速。
2011年愛德萬收購惠瑞捷，高端測試機市場形成（chéng）了泰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試機公司，則在（zài）中低端市場競爭（zhēng）激烈，相互之間不斷整合。LXT、Credence、ECT和（hé）Multitest經過一係列合並、並購整合，成為全球第三大測試機（jī）公司Xcerra，但收入（rù）體（tǐ）量仍與泰瑞達和愛德萬差距較大，2018年Cohu收購（gòu）了Xcerra。而（ér）從2018年以來，國產半導體測（cè）試（shì）設（shè）備向中國（guó）大陸外市場拓展和在中國大陸市場的國產替代進程均（jun1）明顯提速（sù）。
國產替代進程提速是因為（wéi）中國本土芯片設計公司近（jìn）年來蓬勃發展，對芯片測試的需求增長迅速，但受中（zhōng）美貿易摩擦影響，供應（yīng）鏈的安全日益受到重視，國產測試設備將得到更多的試用機會，在（zài）中低端模擬測試機和分選機（jī）領域，國產替代明顯提速。國產測試設備加速海外拓展（zhǎn），短期因素，是近期中國大陸（lù）封測廠設備（bèi）采購支出低迷；長期（qī）因素，是國（guó）產設備（bèi）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（lái），國內封測產業投資低迷，設備采購支出葵縮，促（cù）使國（guó）產測試設備公司加速向海外擴張。
北京華峰的模擬測試（shì）機早年已在中國台灣和東（dōng）南亞展（zhǎn）開銷售，並在美國、日本、意（yì）大利設立辦（bàn）事處，目前海外收入占（zhàn）比已超過30%。
長川科技在中（zhōng）國香港（gǎng）和日本設立（lì）子公司（sī），並（bìng）在中國台灣設立辦事處，加快公司國際化步（bù）伐，推廣其模擬測試機和分選機產品，收購新加坡分選機製造公司STI已獲（huò）證監會通過，進一步進（jìn）軍東南（nán）亞市場。佛山聯動在電源管理和大功率分立器件測（cè）試方麵技術不錯，測試機已經進入東南亞封測廠。
長期來看，半導體封測產業持續向中國大陸轉移，特別是東南亞的封測代工廠，近幾（jǐ）年隨著（zhe）中國封測產業高速增長，東南亞部分封測（cè）廠運營困（kùn）難，因此逐漸被收購。中國封測廠去東南亞收（shōu）購封測（cè）產能也成為了趨（qū）勢。
測（cè）試設備貫（guàn）穿芯片（piàn）製造的整個流（liú）程，對於確保芯片的性能和可靠性至關重要。在半導體製造工藝日益複雜的當下，完備的測試設備流程能（néng）夠及時發現不穩定因素、提（tí）高生（shēng）產良率。
與晶圓加工製造相比，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（jìn）年來取得（dé）了不俗（sú）的市場成績，這也導致了國內市場對於（yú）封測設備需求增加。
在（zài）中美貿易摩擦（cā）背景下，國產測試（shì）設備有望在各種半導體設備中率先崛起，進一步加快國（guó）產化突圍的步伐。
