半导体测试设备行业五大壁垒构成雷火竞技（附报告目录）

　　半导体测试设备主要包括测试系统（也称为“测试机”）、探针台和分选机。其中测试系统是检测芯片功能和性能的专用设备。在测试设备中，测试系统用于检测芯片功能和性能，技术壁垒高，尤其是客户对于半导体测试在测试功能模块、测试精度、响应速度、应用程序开发平台通用性、平台可延展性以及测试数据的存储、采集和分析等方面提出愈来愈高的要求。探针台与分选机实现被测晶圆/芯片与测试系统功能模块的连接。

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　　测试系统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。作为重要的半导体专用设备，测试系统不仅可判断被测芯片的合格性，还可提供关于设计、制造过程的薄弱环节信息，有助于提高芯片制造水平。因此，检测设备作为能够优化制程控制良率、提高效率与降低成本的关键，未来在半导体产业中的地位将会日益凸显。

　　根据工艺环节不同，测试系统主要用于晶圆测试和成品测试。晶圆检测是指在晶圆出厂后进行封装前，通过探针台和测试系统配合使用，对晶圆上的芯片进行功能的测试。其测试过程为：探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置，芯片的Pad 点通雷火竞技过探针、专用连接线与测试设备的功能模块进行连接，测试系统对芯片施加输入信号、采集输出信号，判断芯片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。该环节的目的是在芯片封装前，尽可能的将无效的芯片标记出来以节约封装费用。

　　成品测试是指芯片完成封装后，通过分选机和测试系统配合使用，对芯片进行功能和电参数性能测试，保证出厂的每颗芯片的功能和性能指标能够达到设计规范要求。其测试过程为：分选机将被检测芯片逐个自动传送至测试工位，被检测芯片的引脚通过测试工位上的测试爪、专用连接线与测试系统的功能模块进行连接，测试系统对芯片施加输入信号、采集输出信号，判断芯片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芯片进行标记、分选、收料或编带。该环节是保证出厂每颗集成电路功能和性指标能够达到设计规范要求。

　　半导体测试系统又称半导体自动化测试系统，与半导体测试机同义。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 ATE system，测试系统的说法开始流行，整体上无论是被称为 Tester 还是 ATE system，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（电压、流）、交流参数（时间、占空比、总谐波失真、频率等）、功能测试等。

　　第一、半导体的设计流程需要芯片验证，即对晶圆样品和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，造成半导体功能失效、性能降低等缺陷，因此，分别需要完成晶圆检测（CP, Circuit Probing）和成品测试（FT,Final Test），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。

　　随着半导体技术不断发展，芯片线宽尺寸雷火竞技不断减小，耐高压、耐高温、功率密度不断增大、制造工序逐渐复杂，对半导体测试设备要求愈加提高，测试设备的制造需要综合运用计算机、自动化、通信、电子和微电子等学科技术，具有技术含量高、设备价值高等特点。

　　根据 SEMI 的统计数据，测试设备中测试机在晶圆和成品两个环节皆有应用，因此占比最大达到 63.1%，其他设备分选机占 17.4%、探针台占 15.2%。按照 SEMI 对全球半导体专用设备市场规模发展的预测，2020 年及 2021 年，全球半导体测试设备市场规模或将分别达到 52.2 亿美元及 56.1 亿美元。

　　目前通过多年的技术积累，国内企业在模拟 IC 和功率半导体测试机领域国产化替代有了相当的进步，但在技术难度最高的 SoC 与存储类芯片测试领域还需要更多的突破。

　　半导体封装测试环节包括晶圆研磨及切割、上片、焊线、塑封、激光打印、切割成型、测试。其中激光打印涉及的生产设备为激光打标设备，其主要作用为在半导体元器件上高速打印器件公司名称及产品型号等内容，是封装环节的必要设备，属于半导体封装测试设备。

　　半导体激光打标是通过计算机控制软件，利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，快速在芯片上留下永久性标记的一种打标方法。在封装产线上，激光打标设备与分选机相连接，通过分选机的分选，传送，激光打标设备在芯片上完成打印标识，因此，行业内也将激光打标设备归类到分选设备类别中，半导体激光打标设备是激光打标技术在半导体后道封测环节的一个应用分支。

　　在半导体应用领域，激光打标设备优劣的主要衡量指标主要包括打标的效率（UPH 值），重复精度以及其控制系统能否与封装产线集成，实现加工信号和数据的精准传递以及精益生产系统的全流程管理。作为封测工艺的一环，激光打标的 UPH 值会影响封测产线整体的生产效率。

　　根据半导体工艺流程，激光打标设备分为前道晶圆生产环节和后道封测环节。其中，前道激光打标设备通常与切割或视觉检测系统及其他机械自动化模块集成为激光一体化设备，设备价值比较高，技术难度大，目前主要以进口设备为主。对于后道封测环节的激光打标设备，国内企业经过多年的技术创新和应用经验积累，目前技术比较成熟，国产激光打标设备占比超过 50%，但在全自动激光打标应用领域，由于技术门槛较高和应用推广不足，该领域还是以德国 ROFIN、韩国 EO 等进口设备为主。

　　半导体测试设备行业属于技术密集型和资本密集型相结合的行业，集计算机、自动化、通信、电子和微电子等技术于一身，对产业化运作有着很高的要求，在技术、人才、客户资源、资金、产业整合方面存在较高的进入壁垒，具体如下：

　　半导体测试系统涵盖多门学科的技术，包括计算机、自动化、通信、电子和微电子等，为典型的技术密集、知识密集的高科技行业，用户对测试系统的可靠性、稳定性和一致性要求较高，由于芯片技术和复杂程度不断提升，测试设备企业须具有非常强大的研发能力，产品持续迭代升级，方可应对客户不断提高的测试参数和功能以及效率要求。半导体测试系统的技术壁垒也比较高。具体技术壁垒如下：

　　A、随着制造成本的提升，测试效率要求不断提高，测试系统的并行测试能力不断提升。在相同的测试时间内，并行测试芯片数量越多，则测试效率越高，平均每颗芯片的测试成本越低。此外，随着并行测试数越多，对测试系统的功能、测试系统资源同步能力、测试资源密度和响应速度及并行测试数据的一致性及稳定性要求就越高。

　　B、随着封装技术的发展，功能复杂的混合信号芯片越来越多，通常内部含有MCU 系统、数模/模数转换系统、数字通信接口、无线通信接口、无线快充、模拟信号处理或者功率驱动系统等；另一方面，随着汽车电子和新能源下游应用的推广，功率半导体和第三代半导体器件不仅需要测试直流参数，还需要测试更多范围的动态参数，对于测试机系统的功能模块要求也越来越高。

　　C、随着芯片的技术和封装水平的提升，对测试系统测试精度的要求不断提升。客户对测试系统各方面的精度要求在提升，测试电压精确到微伏（μV）、测试电流精确到皮安（pA）、测试时间精确到百皮秒（100pS）。对于极小电流和极小电压的测试，测试设备要通过一些技术诀窍来克服信号干扰导致测试精度偏差的难题。因此，从测试系统的设计来看，每个元器件的选择、电路板的布局到系统平台结构的设计都需要深厚的基础储备和丰富的测试经验。

　　D、随着大功率器件及第三代半导体功率器件的广泛应用，芯片的电路密度和功率密度更大，功率半导体测试系统的电流/电压及脉宽控制精度的测试要求不断提高。企业要具备较强的研发能力，能够快速响应客户的技术要求，实现产品技术的升级和迭代。

　　E、测试系统软件须满足通用化软件开发平台的要求，符合客户使用习惯。从技术层面来看，某个系列的测试系统会称为一个测试平台，在这个系列的测试平台上，测试系统能够满足某大类（如模拟或数模混合信号）芯片的测试需求，客户可以根据具体不同应用要求的芯片在测试平台上进行测试程序的二次开发。因此，随着集成电路产品门类的增加，客户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。

　　⑥测试系统对数据整合、分析能力的提升以及与客户生产管理系统集成要求的提升。

　　一方面，客户要求测试设备对芯片的状态、参数监控、生产质量等数据进行大数据分析，另一方面，随着测试功能模块的增多，整套测试系统的各个测试模块测试的数据须进行严格对应合并，保证最终收取的数据与半导体元芯片严格一一对应，并以最终合并的数据进行分析对被测的芯片进行综合分档分级。如：汽车电子要求测试系统须满足静态 PAT，动态 PAT 及离线 PAT 技术的要求，即通过对测试器件关键参数进行统计计算得到该批次器件性能的分布，然后自动地提高测试的标准，保证测试通过的器件的一致性和稳定性。

　　半导体测试系统企业需要具备多年的技术研发、产品应用和服务经验，才能积累和储备大量的技术数据，一方面，对产品的升级迭代做出快速的响应，满足半导体行业产品更新换代较快的要求；另一方面，深厚的技术储备能确保设备性能参数持续改良优化，确保测试系统在量产中的长期稳定性和可靠性。对于行雷火竞技业新进入者，需要经过较长时间的技术储备和产品应用经验积累，才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡，较难在短期内全面掌握所涉及的技术，因此本行业具有较高的技术壁垒。

　　半导体测试设备行业属于技术密集型产业。目前，本科大专院校中没有对应的学科专业。因此，半导体测试设备行业人才主要靠企业培养。研发技术人员不仅需要掌握各类技术、材料、工艺、设备、微系统集成等多领域专业知识，还需要经过多年的实践工作并在资深技术人员的“传、帮雷火竞技、带”下，才能完成测试设备的知识储备和从业经验雷火竞技，才能成长为具备丰富经验的高端人才；对于企业的管理人才则需要具备丰富的从业经验，熟悉产业的运作规律，把握行业的周期起伏，才能指定符合企业发展阶段的发展战略；在市场拓展和销售方面，也需具备相当的技术基础和丰富的行业经验，以便能够及时、准确传递公司产品技术特点和客户的技术要求，因此企业的技术营销型人才一般通过售后服务或技术部门内部转化，成熟销售人员的培养周期长。

　　目前，国内半导体测试设备行业专业人才较为匮乏，虽然近年来专业人才的培养规模不断扩大，但仍然供不应求，难以满足行业发展的需要，而行业内具有丰富经验的高端技术人才更是相对稀缺半导体。对于行业领先的企业来说，在企业的发展历程中，都会形成了企业人才培养的方法和路径，并形成人才梯队。随着半导体行业处于长期景气周期，有技术和经验的高端人才的需求缺口日益扩大，人才的聚集和储备成为市场新进入企业的重要壁垒。

　　为保持技术的先进性、工艺的领先性和产品的市场竞争力，半导体测试设备企业在技术研发方面的资金投入也越来越大。企业的产品必须达到一定的资金规模和业务规模，才能获得生存和发展的空间，从研发项目立项、试产、验证、优化、市场推广到销售的各个环节都需要投入较高人力成本和研发费用。半导体产品类别众多，市场变化快、性能参数不尽相同，对测试设备企业的产品规格和性能指标都提出了较高的要求，企业需要较好的现金流支持企业长期的研发投入和长周期的客户认证投入。

　　随着半导体产业分工的进一步精细化，在 Fabless 模式下，产业协同壁垒主要体现在测试设备企业须与半导体上游设计企业、与晶圆制造企业及封装测试企业等建立稳定紧密的合作关系。由于测试设备是在封测企业产线端对晶圆或芯片是否满足设计的功能和性能进行检测，因此，测试设备企业往往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。在下游封装测试企业端，测试设备企业，根据封测企业的要求，结合设计企业的要求，提供符合客户使用习惯和生产标准的测试程序。通过与上下游客户的协作，最终确保芯片测试的质量、效率和稳定性满足上下游的要求。在产业协同的大背景下，半导体测试系统企业前期的投入较大，协同积累需要相当时间。对于新进入者而言，市场先进入者已建立并稳定运营的产业协同将构成其进入本行业的一大壁垒。

　　客户资源积累需要长时间市场耕耘，在获得半导体客户订单前，下游客户特别是国际知名企业认证的周期较长，测试设备的替换需要一系列的认证流程半导体设备，包括企业成立时间、发展历史、环保合规性、测试设备质量，内部生产管理流程规范性是否达到客户的要求等方面；客户还需要结合产线安排和芯片项目的情况，对测试系统稳定性、精密性与可靠性、一致性等特性要求进行验证。因此，客户认证周期为 6-24 个月，个别国际大型客户的认证审核周期可能长达 2-3 年。客户严格的认证制度增加了新进入的企业获得订单的难度和投入。