半导体检测产业链简析

半导体产业链由上游、中游、下游三大部分组成,上游包括半导体材料半导体设备两部分,中游包括设计、制造、封测三大环节。其中,封装测试是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,并为芯片提供机械物理保护,并利用集成电路设计企业提供的测试工具,对封装完毕的芯片进行功能和性能测试

IDM到垂直分工,IC产业专业化分工催生独立测试厂商出现。集成电路产业从上世纪60年代开始逐渐兴起,早期企业都是IDM运营模式(垂直整合),这种模式涵盖设计、制造、封测等整个芯片生产流程,这类企业一般具有规模庞大、技术全面、积累深厚的特点,如Intel三星等。随着技术升级的成本越来越高以及对IC产业生产效率的要求提升,促使整个产业逐渐向垂直分工模式发展。

图表:半导体测试工艺流程

1987年,台积电创立,将IC制造从IC产业中剥离出来,而后逐渐发展为设计、制造、封装测试分离的产业链模式。这种垂直分工的模式首先大大提升了整个产业的运作效率;其次,将相对轻资产的设计和重资产的制造及封测分离有利于各个环节集中研发投入,加速技术发展,也降低了企业的准入门槛和运营成本;再者,各环节交由不同厂商进行,增强企业的专业性和生产流程的准确性。此外,专业测试从封测中分离既可以减少重复产能投资,又可以稳定地为中小设计厂商提供专业化测试服务,以规模效应降低产品的测试费用,缩减产业成本。

集成电路测试卡位产业链关键节点,贯穿设计、制造、封装以及应用的全过程。从整个制造流程上来看,集成电路测试具体包括设计阶段的设计验证晶圆制造阶段的过程工艺检测、封装前的晶圆测试以及封装后的成品测试,贯穿设计、制造、封装以及应用的全过程,在保证芯片性能、提高产业链运转效率方面具有重要作用。

IC测试是确保产品良率和成本控制的重要环节,在IC生产过程中起着举足轻重的作用。IC测试集成电路生产过程中的重要环节,测试的主要目的是保证芯片在恶劣环境下能完全实现设计规格书所规定的功能及性能指标,每一道测试都会产生一系列的测试数据,由于测试程序通常是由一系列测试项目组成的,从各个方面对芯片进行充分检测,不仅可以判断芯片性能是否符合标准,是否可以进入市场,而且能够从测试结果的详细数据中充分、定量地反映出每颗芯片从结构、功能到电气特性的各种指标。因此,对集成电路进行测试可有效提高芯片的成品率以及生产效率。

设计验证和过程工艺控制测试难以独立分工,晶圆测试和芯片成品测试环节是专业测试公司主要业务形态。设计验证部分由于涉及到信息保密以及市场需求不高的问题,难以外包,而过程工艺控制测试则对洁净程度和生产过程中稳定性上的高要求,因此也难以独立分工。晶圆测试和芯片成品测试分属中道和后道测试部分,其信息保密及生产环境控制要求相对均不是太高,再加上第三方测试厂商的独立性和专业性,可保证测试结果的有效性并能及时向上游反馈,提升芯片生产效率,因此,目前多数设计及代工厂商将晶圆测试和芯片成品测试外包给第三方专业测试厂商。

由IC测试在产业链中的位置和服务对象可以看出,专业测试的需求来源于上游的IC设计和制造,因此其发展直接受上游景气度的影响。近年来国内整个IC产业均发展迅速,2005~2014年大陆IC设计、制造、封测环节的复合增速分别为24%、12%、14%。其中IC设计领域增长最快,每年增速保持着20%以上,2017年国内IC设计营收达2073亿元,在IC产业链中占比最高,涨幅达26%。此外,国内IC设计行业企业数目增加迅速,特别是在2016年,IC设计公司较2015年增加了600多家,达到1362家,2017年增至1380家。在IC制造方面,国内重点投资建设了大量晶圆厂,并进行了产线扩充。2017-2020年中国大陆新投产晶圆厂数量(12座)占全球的41.94%,全球产能占比也逐渐提升,2015年国内晶圆厂产能仅占全球的10%左右,2020年有望达到18%,而到2025年则将达到22%以上,复合增速在10%以上。

图表:半导体测试设备企业产品系列对比

规模化成本优势明显,测试专业化是大势所趋。IC产业继续高度细化分工,芯片测试走向专业化也必定是大势所趋。首先,IC制程演进和工艺日趋复杂化,制程过程中的参数控制和缺陷检测等要求越来越高,IC测试专业化的需求提升;其次,芯片设计趋向于多样化和定制化,对应的测试方案也多样化,对测试的人才和经验要求提升,则测试外包有利于降低中小企业的负担,增加效率。此外,专业测试在成本上具有一定优势。目前测试设备以进口为主,单机价值高达30万美元到100万美元不等,重资产行业特征明显,资本投入巨大,第三方测试公司专业化和规模化优势明显,测试产品多元化加速测试方案迭代,源源不断的订单保证产能利用率。因此,除Fabless企业外,原有IDM、晶圆制造、封装厂出于成本的考虑倾向于将测试部分交由第三方测试企业。

国内IC设计公司出于对接成本和国内对代工及封装测试环节的自主可控考虑更倾向于选择大陆测试厂商。国内IC设计企业在与境外测试厂商包括代工厂商对接过程中存在着运输和沟通对接成本高的问题,同时,基于国内对于晶圆代工及封装测试环节的自主可控考虑,在国内能提供专业IC测试服务的情况下,设计厂商更倾向于选择大陆测试厂商。

图表:半导体测试设备企业分选机产品系列对比

国内专业测试企业将受益于IC测试增量市场、测试自主化及专业化。国内专业测试未来的市场空间取决于三个方面:上游IC设计晶圆代工产能扩张带来的增量市场;国内测试逐渐成熟后替代境外测试厂商;国内半导体产业分工明细后更多设计、制造、封装厂选择第三方测试。IC专业测试与IC设计企业息息相关,根据台湾工研院的统计,IC专业测试成本约占到IC设计营收的6-8%,据此推算,国内2017年IC专业测试的潜在市场规模在160亿元左右,至2020年将有望达到300亿元,年复合增速达24%。

来源:基业常青、广发证券、SEMI
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