隨著芯片製程越來越小，其工藝難度也呈指數型上升。以（yǐ）10nm工藝為例，全工藝步驟數（shù）超過1300道，7nm工藝則超過1500道，其（qí）中任何一道（dào）工藝出錯都可（kě）能導致生產的集成電路不合格，拉低良（liáng）品率。
因此，為了及時發現不穩定因素、提高生產良率，測試環節貫穿在集成電路的生產流程裏，測試設備則是其（qí）中的關鍵。
本文來自長江證券的半導體測試設備報告，詳解了（le）半導體測試過程、設備分類、以及國內外市場格（gé）局。
一、測試（shì）設備貫穿生產流程：探針台、分選機、測試機
正如開篇提及，集成電路工藝繁多複雜，其中任何一道工藝出錯都可能導致生產的集成電（diàn）路不合（hé）格，拉低良品率。因此，測試環節對於集成電路生產而言至關重要。
集成電路測試設備不（bú）僅可用於判斷被測芯（xīn）片或（huò）器件的合格性，同時還可提供關於設計（jì）、製造過程的薄弱環節信息，有助於提高芯片製造（zào）水平，從源頭提高芯片的性能和可靠性（xìng）。
集成電路的測試環節，主要包括芯片設計中的設計驗證、晶圓製造中的晶（jīng）圓（yuán）測試（CP測試）和封裝完成後的成品測試（FT測試）。
集成電路測試設備主要包括測試機（jī）、探針台和分選機。在所有的測試環節中都會用到測（cè）試（shì）機，不同環節中測試機需要和分選機或探針台配合使用。
1、設計驗（yàn）證階段：驗證芯片設計有效性，對測試設備需求少
芯片設計公司通常會使用（yòng）半導體測試設備對晶圓（yuán）或芯片樣（yàng）品進行測試（shì），以驗證芯片樣品功能和性能的有效（xiào）性，並指導芯片設計。設計驗證階段對測試設備需求較少。
2、晶圓測試階段：測試機+探針台，測（cè）試晶圓，節省封裝成本
晶圓測試又稱為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配合（hé）使用，對晶（jīng）圓上的每一個芯片晶粒進行功能和電參數（shù）性能測試的過程（chéng），是晶圓製造的最（zuì）後一道工序。晶圓測試一般在晶圓廠、封測（cè）廠或專門（mén）的測試代工廠進行，主要用到（dào）的設備（bèi）為測試機和探針台，此外還有（yǒu）定製（zhì）化的測試電路板和（hé）探針卡，探針卡（kǎ）上裝（zhuāng）有探針。
晶圓測試過程：首先將探針卡固定到測試電路板上（shàng），然後把測試電（diàn）路板安裝到測試機的機（jī）頭上，再將測試機頭倒置於探針台上。探針台上部有孔供探針卡插入。一旦安裝完畢，測（cè）試機、測試（shì）電路板、探針卡和探針台都固定不動，探（tàn）針台（tái）內部的機械手臂控製晶圓移動，並將每一顆芯（xīn）片晶粒上的接觸孔對準探針，然後向上頂使探針準確插入晶粒的接觸孔，最後完成測（cè）試。
接觸（chù）孔的直徑通常都是1-2um級別（bié），因此，晶圓測（cè）試（shì）對探（tàn）針台的精度要求非常高，如（rú）果稍有（yǒu）偏差，探針將有較大可能紮壞晶圓，因此（cǐ），探針台的（de）技術（shù）難度較大。
晶圓測試的目的是把（bǎ）好的和壞的晶粒分別挑出來，並進行（háng）標記形成晶圓的Map圖，此後（hòu）隻對性能良好的晶粒進行封裝，以節省（shěng）後續的封裝成本。
3、成品測試階（jiē）段（duàn）：測試機+分選（xuǎn）機，測試芯片，提高良率
封裝（zhuāng）測試又稱為FT測試或終測，一般在封測廠完成，是（shì）指芯片完成（chéng）封（fēng）裝後，通（tōng）過分選機和測試機配合，對每一顆芯片進（jìn）行（háng）電參數性能測（cè）試，保證出廠的每顆集成電路的功能和（hé）性能指標（biāo）能夠達到設計規範要求，目的在於提高出廠芯片良率。封裝測試主要用到測試機和（hé）分選機，此外還（hái）有定製化的測試電路板和底座。
成（chéng）品測試（shì）的過程：分選機將待測（cè）芯片逐個自（zì）動傳送並放入測試底座（zuò）。底座和測試電路板把芯片的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（shū）出信號，判斷集成電路在不同工作條件下功能和性能的有效性。最後，測試結果通過通信接口傳送給（gěi）分選機，分選機據此對被測試的集（jí）成電路進行標記（jì）、分選、收料或編帶。
成品測試的目的是把好的和壞的芯片分（fèn）別挑出來，隻有好的芯片才會被銷售（shòu）給終端客戶，以保證（zhèng）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（tàn）針台、分選機所應用的環節並不相同（tóng），其技術難度（dù）也各有差異。測試機屬於定製化設備，探針台、分選機則更加通用。
1、測試機由機身和內部的測試板卡構成，均由測試機廠設計和製造。
測試機機身是一種標（biāo）準化的（de）設備，內部可以插入不同的測試板卡。測試（shì）機廠會設計（jì）出一係列的測試板卡，每一種測試板卡可以滿足對某些功能的測試（shì），測試廠在做芯片測試的時候，需要根據芯片的功能特性選擇不同的測試板卡進行搭（dā）配。
此外，每一種芯片都需要編寫一套特有的測試程序。因此，測試機的定製性主要體現在測試板卡的定製和測試程序的定製。當一款芯片更新換代時，測試機的（de）機身不需（xū）要更換，內部的測試板卡則會根（gēn）據接下來要測試的芯片做調整，測試程序則一定（dìng）需（xū）要更新。
2、探針台和分選機則是相對通用設備，適用範圍較廣。
探針台主要根（gēn）據晶圓尺寸選型，分選機主要根據芯片（piàn）封（fēng）裝方式和測試並行度要求選型。不同（tóng）的晶圓和芯片（piàn），通常（cháng）不需要對探針台和分選機做太大改動。
測試行業尤其是測試機行業，更多的工作是軟件（jiàn）的編寫，包括底層的對設備的控製程序，和上層的對芯片的測試程序。
底層的（de）控製程序類似於操作係統，不同品牌的測試（shì）機的控製係統不（bú）同，而上層的測試程序類似於應用軟件，在該種測試機的控製係統（tǒng）的基礎上編寫（xiě），每一款芯片都有自己定製化的測試程序。
測試機（jī）、探針台和分選機三類測試設備的技術難度對比來看，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（zhě）為獨立銷售的設備，測試機、探針台和分選機生產廠商在（zài）研發時均已考慮了不同廠商產品之間搭配使用的（de）可行性（xìng），在產品和連接線設置上均有行業通用接口，可（kě）實現（xiàn）不同廠商不同類型（xíng）設（shè）備的搭配（pèi）組合，無須從同一廠商配套采購。
但在實際采購設備時，測試（shì）設（shè）備的定製化屬性決定了該行業特殊的業（yè）務模式，即通用設備（bèi）通常由晶圓廠和封測廠（chǎng）自行決（jué）定采購，而（ér）定製化設備則由芯片設計（jì）公司主導設備品牌的選擇：
1）探針台和分選機屬於通（tōng）用設備（bèi），通常由晶圓廠（chǎng）或封（fēng）測廠自主采購；
2）測試機、探針卡、測試電路板和底座均屬於定製化設備，由芯片設計公（gōng）司根據自己（jǐ）芯片（piàn）的特點指定供應商，再由晶（jīng）圓廠和封測廠進行采購（gòu）。封測廠和晶圓廠自主決定購（gòu）買的定（dìng）製設備相（xiàng）對（duì）較少。
三、測試設備難度較低，有裏（lǐ）率（lǜ）先突破（pò）國（guó）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（shè）備、封裝設備和測（cè）試設備等，由於集成電路製造工序複雜、流（liú）程較長，不同環節所需（xū）設備各（gè）不相同，且技術難度及價（jià）值量（liàng）也存在明顯差異。
總體而言，光刻機、刻蝕機等晶圓加工處理設備技術壁壘更高、難（nán）度更大，由（yóu）全球少數（shù）幾家巨頭壟斷。而測試設備的技術門檻（kǎn）相對稍低，國產測試設備有（yǒu）望在各種半導體（tǐ）設備中率先突圍。
從半導（dǎo）體設備分產品（pǐn）市場（chǎng）規模占比情況來看，半導體設備（bèi）所占市場份（fèn）額與技術難度基本成正比，技術難度更（gèng）高的產品享有更高市場（chǎng）溢（yì）價。晶圓處理設（shè）備占比最大，原因在於在集成電路製（zhì）造、封裝、測（cè）試等環節中，晶圓製造工藝最為複雜、工序最多、技術壁壘最（zuì）高，設備成本也（yě）更（gèng）高。
2018年晶（jīng）圓處理設備、封裝設備、測試設備和（hé）其他設備的市場規模分（fèn）別約為502、54、40和25億美（měi）元，市場規模占比分別約為80.8%、8.7%、6.4%和4.0%。
目前，全球集成電路先進測試設備製造技術基本掌握在美（měi）國、日本等集（jí）成電路產業發達國家（jiā）的廠商手中。
在（zài）測試（shì）機市場，美國泰瑞達（Teradyne）和日本愛德萬（Advantest）為雙（shuāng）巨（jù）頭，合計占據了（le）測試機市場80%以上份額，且近（jìn）年份額呈現不斷提升趨勢（shì）。
探針台技術壁壘較高，市場也處（chù）於雙強壟斷態勢，東京電子和東京（jīng）精密（mì）兩家日本公司占（zhàn）據了絕大部分市場份額。
分（fèn）選機技術難度相對較低，目前沒有在技術上絕對領先或在市場份額（é）上（shàng）處（chù）於絕對（duì）壟斷地位的龍頭，競（jìng）爭格局相對（duì）較為（wéi）分散（sàn），主要的參與者包括美國Cohu、日本EPSON、日本愛德（dé）萬、新加坡STI、中（zhōng）國台灣的鴻（hóng）勁（jìn）和中國大（dà）陸的長川科技等。回望國內，目前國內（nèi）的（de）測試設備企業長川科技、北京華（huá）峰、佛山聯動、北京冠中等（děng）已經取得一定（dìng）突破，進（jìn）入了長電科技、華（huá）天科技（jì）、通富微（wēi）電、日月光等海內外知名封測廠（chǎng）。
國內廠商在分立器件測試機、模擬測試（shì）機和分選機等中低端領域（yù）實現或部分實現了國產替代，並在數字測試機、探針台等難度較大的測試設備領域已（yǐ）有布局，但探針（zhēn）台和高端測試機依舊由海外龍（lóng）頭壟斷。
在近來（lái）中美貿易摩擦背（bèi）景下，半導體設備的國產替代進程（chéng）或將加速（sù），遵循先易後難的邏輯，國產測試設備有望在各種半（bàn）導體設備中率（lǜ）先崛起。
四、測試設備需求攀升，大陸封測產業發達測試設備通常壽命較長，更新需求較（jiào）少，最主要的需求是新（xīn）增需求。影響測試（shì）設備新增需求的（de）四大因素包括下遊芯片需求、芯片複雜度、半導體產業轉移和測試（shì）的並行度。其中最核心的影響因素是下遊芯片需（xū）求和芯片複雜度。
近年來，芯（xīn）片的複雜度不斷攀（pān）升（shēng），測試設備的需求受芯（xīn）片複雜度提升和下遊景氣度波動雙重影（yǐng）響。
2015年至2018年，隨著半導體產業景氣度上升，全球半導體測試設備（bèi）銷售額迅速增長，至2018年達到約54億美元。
2018年下半年來，全球半導體產業景氣（qì）度有所（suǒ）下滑，預計2019年測試設備市場需（xū）求同（tóng）比2018年略有下滑，全球市場空間預計超過50億美元。
隨（suí）著供應鏈去庫存、5G需（xū）求拉動等因素（sù），預計2020半導體產（chǎn）業景氣度將恢複，半導體測試設備市場空間有望超過60億美（měi）回望中國（guó）。近年來，中國大陸半導體設備市（shì）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（lái）看，2019年中國大陸數字測試機（jī）市場空間約30~35億人民幣（bì），存儲器測試（shì）機市場空間約（yuē）8~9億人民幣，模擬測試機市場空間約5~6億人民（mín）幣（bì），分選機和（hé）探針台市場空間則各約9至（zhì）10億人民幣。
五（wǔ）、行業（yè）競爭激烈，國產替代加速
測試設備市場近年來競爭日趨激烈，行業整合加速（sù）。
2011年愛德萬收購（gòu）惠瑞捷，高端測試（shì）機市場形（xíng）成（chéng）了泰瑞達和愛德萬雙家頭壟斷局麵。而泰瑞達和愛德（dé）萬之外的測試機公司，則在中低端（duān）市場競爭激烈，相互之（zhī）間不斷整合。LXT、Credence、ECT和Multitest經過一係列合並、並購整合，成為全球第三大測試機公司（sī）Xcerra，但收（shōu）入（rù）體量仍與（yǔ）泰瑞達和愛德（dé）萬差距較大，2018年Cohu收購了Xcerra。而從2018年以來，國（guó）產半導體測試設備向中國大陸外市場拓展和在中國大陸（lù）市場的國產替代進程均明顯提速。
國產（chǎn）替（tì）代（dài）進程提速是因為中國本土芯片設計公司近年（nián）來蓬勃發展，對芯片測試的需求增長迅速，但受中美貿易摩擦影響，供應鏈的安全日益受到重（chóng）視，國產（chǎn）測試設備將得到更多（duō）的試用機會，在中低端模擬測試機和分選機領域，國產替代明顯提速（sù）。國產測試設備加速海外（wài）拓展，短期因素，是近期中國大陸封測廠設備采購支出低迷；長期因（yīn）素，是國產設備在模擬、電源等細分領域技術實力增強，逐（zhú）步參與全球競爭。
自2018H2以來，國內封測產（chǎn）業投資低迷，設備（bèi）采購支出（chū）葵縮，促使（shǐ）國（guó）產測試設備公司加速向海外（wài）擴張。
北京華峰的模擬測試機（jī）早年（nián）已在中國台灣和東南亞展開銷售（shòu），並在美國、日本、意（yì）大利設立辦事處，目前（qián）海外收入占比已超過30%。
長川科技在中國香（xiāng）港和日本設立子公司，並在中（zhōng）國台灣設立辦事處，加快公司國（guó）際化步伐，推廣其模擬測（cè）試機和分選機產品（pǐn），收購新加坡（pō）分選機製（zhì）造公司STI已獲證監會通過，進一步進軍東南（nán）亞市場。佛山聯動在電（diàn）源管（guǎn）理和大功率分立器件測試方麵技術不錯，測試（shì）機（jī）已經（jīng）進入東南（nán）亞封測廠。
長期（qī）來看，半導（dǎo）體封測產業持續向中國大陸轉移，特別是東南亞的封測（cè）代工廠，近幾年隨著中國封測產業高速增長，東南（nán）亞部分封測廠運營困難，因此逐漸（jiàn）被收（shōu）購。中國封測廠去東南亞收購（gòu）封測產能也成為了趨勢（shì）。
測試設備貫穿芯片製造的整個流程，對於確保芯片的性（xìng）能和可靠性至關重要。在半導體製造工藝日益複雜（zá）的當下，完備的測試設備流程能夠及時發現不穩定因素、提高生產良率。
與晶圓加工製造相比，我國大陸的封測（cè）產業較為（wéi）成熟，長電科技、天水華天、通富微電等都在近（jìn）年來取得了不俗（sú）的市場成績，這也導致了國內市場對於封測設備需求（qiú）增加。
在中美貿易摩擦背景下，國產測試設（shè）備有（yǒu）望在各種半導體設備中（zhōng）率先崛起，進一步加快國產（chǎn）化突圍的步（bù）伐。
