新闻中心
解码全球半导体ATE产业中国成色几何
作者:凯时app登录首页  来源:  时间:2022-01-02 07:35  点击:

  在这一篇文章中,我们将着重描写国产ATE市场,探寻几家主要国内ATE厂商的实力。

  从总体背景上看,随着中国大陆及中国台湾等地半导体产业的持续快速发展,全球半导体产业区域结构正在发生巨大变化。中国大陆半导体行业虽总体起步较晚,但是凭借着巨大的市场潜力、人力成本优势以及良好的产业政策环境,吸引了大批全球领先的半导体企业相继来华投资建厂。与此同时,中国本土厂商也在快速崛起,整个产业呈快速增长态势。

  半导体设备制造业是集成电路的基础产业,是完成晶圆制造、封装、测试环节的基础,是实现集成电路技术进步的关键,在集成电路产业中占有极为重要的地位。基于此,我国ATE产业也进入了蓬勃发展的阶段。

  ATE市场起步于1960s,在1990s~2000s伴随下游行业快速增长。行业成立初期,在仙童半导体的主导下得以发展。龙头企业泰瑞达便是成立于1960年,但行业最开始的发展并不是由这些独立的设备商引导,而是由半导体企业主导的。ATE最开始就是由仙童半导体、德州仪器等企业生产用于内部使用,在70年代末之前,仙童半导体掌握着全球范围70%的ATE市场。

  随着测试产品逐步成熟,下游需求增长放缓,市场竞争开始加剧,测试设备成本被压缩,主要的成本向前道(主要是光刻、刻蚀、薄膜沉积设备、过成功工艺控制等)倾斜,同时测试设备市场份额逐步向头部集中。目前全球半导体测试设备市场已经非常成熟,测试设备占半导体设备销售额稳定在8%~9%,在测试设备端,由于技术难度大,测试设备技术跟随新技术的发展,美日具有先发制定标准优势,因此全球测试设备市场基本被爱德万(Advantest)和泰瑞达(Teradyne)两家垄断,紧随其后的有科休、美国国家仪器、台湾致茂科技等企业。

  以2018年数据为例,当年,Advantest以近50%市占率位居第一,并在Memory IC测试设备领域占据绝对市场份额;Teradyne以近40%市占率位居全球第二,紧随其后,分别在SoC、存储测试测试设备领域占据绝对市场份额。

  不过随着国产半导体产业的不断发展,国内测试设备产业正在不断崛起。我国ATE的发展从1983年国家六五科技攻关项目正式起动国产ATE测试系统研制开始,该项目于1988年通过电子部组织的国家鉴定,并获电子部一等奖。

  国内ATE市场需求主要来自国内封装和测试厂,主要是受益于国内封测产业近年来的快速扩张。如长电科技、华天科技、通富微电等3家国内封测规模最大的企业,2013-2020年合计收入规模从93.2亿元扩张至429.0亿元。

  这一时期,持续快速扩张的国内封测巨头是国内ATE厂商最重要的客户,占据其设备销售收入份额的绝大部分。而随着当下国内半导体产业全面国产化趋势,产业链前端的制造、设计环节,对国内ATE需求将得到显著提升,丰富的产业链客户有助于国内ATE需求的稳健攀升。

  设计厂商主要负责芯片的设计环节,他们会直接对测试设备产生需求,也会间接推动自己的代工厂购买同一家企业的测试设备从而产生需求。随着国内研发能力的不断增强,不少国内芯片设计企业开始占据领先地位,数据显示,目前中国芯片企业已经超过2000家,与五年前相比增长了近一倍。随着5G、AI等新一轮科技逐渐走向产业化,国内芯片行业将会迎来良好发展,从而给国内测试设备市场带来需求。

  我国集成电路产业正在不断发展,装备制造业技术水平正在不断提高,国产集成电路专用设备已成为各大集成电路厂商的重要选择。

  受中美贸易摩擦影响,供应链的完整性和安全性日益受到重视,国产测试设备将更频繁地进入集成电路厂商的试用或采购清单,模拟测试机和分选机已经实现或部分实现国产替代,探针台和SoC、存储、射频等高端测试机国产替代进程明显提速。

  以华峰测控、长川科技、华兴源创等为代表的自主研发为基础的国产测试设备公司以及以并购和成立合资企业模式发展的精测电子和摩尔精英正持续加大投入研发,积累技术,在模拟测试机领域努力扩大国产替代比例,在SoC、存储、RF测试机领域努力成为率先实现国产替代的中国厂商。

  为了能够更好了解国产测试设备公司的产品技术实力以及产品线定位,我们不仅将在文章中盘点各家产品线以及对应市场还将对比各家产品与国际领先厂商产品的差距,以期能够更加准确的得到目前各家国内厂商的实力。在展开盘点厂商前,首先有必再次盘点半导体测试机的种类以及所对应芯片和市场规模。

  北京华峰测控技术股份有限公司(简称为“华峰测控”)成立于1993年,科创板上市企业,由航空航天工业部第一研究院下属企业北京光华无线电厂出资设立,为国内最早量产全浮动源技术的模拟测试系统供应商,掌握了先进的半导体测试技术,产品线涵盖了包括分立器件、功率器件、模拟及数模混合等所有模拟测试机产品线,也是模拟测试机国内技术最领先厂商。华峰测控2009年突破全浮动技术,当年推出32工位全浮动的MOSFET晶圆测试系统STS 8202,又于2012年1月推出了基于全浮动源的STS 8200模拟及混合信号测试平台,二者均为国内同级别率先量产的半导体测试设备,缩小了与泰瑞达ETS系列产品的差距。目中金公司研究部:2020 年3 月18 日目前公司第三代浮动V/I源与国外主要竞争对手的同类技术水平基本相当。国内主要同业者长川科技则在2017年才推出全浮动V/I 源架构的第三代数模混合测试系统CTA8290D。2018年,公司又成功开发出新一代STS8300平台。目前华峰测控已经成为国内三大封测厂(长电、华天、通富)模拟测试领域的主力测试平台供应商、并打入IDM厂商(华润微电子)及芯片设计大客户(华为、矽力杰、圣邦等)的供应链,并在美国、欧洲、日韩等海外市场也有销售,于2020年其STS系列模拟测试机累计装机超过了3000台。

  华峰测控的主力产品是:STS8200、STS8250、STS8300三个系列。STS8200系列测试系统一般用于模拟、电源管理、模拟开关等信号链类模拟芯片测试,该系列根据配置又衍生了用于MOSFET等分立器件测试的STS8202、用于大功率分立器件IGBT测试的STS8203、以及适用于A/D转换器、D/A转换器、运算放大、数字位移计等芯片测试的数模混合信号高引脚测试的STS8250等多个子系列产品。STS8300系列是公司2018年开发的在STS8250基础上的升级款新一代“All in ONE”即将所有测试板卡装在测试头中,且支持高引脚的模拟测试机,该平台不仅可对应STS8200系列所有芯片的测试且将并测能力提升到了64工位以上,可主要用于手机电源管理等高端模拟芯片的测试。华峰测控依托单价约在70-100万左右的高端数模混合测试机STS8205和STS8300有望推高公司整体产品的单价,目前主力形成销售的是单价约在40-80万的STS8200系列。另外华峰测控募投项目规划内容除升级现有模拟及大功率测试产品外,也将推进SOC测试相关产品开发,预计2024年拥有年产200台SOC测试机能力。但鉴于SOC测试机比模拟测试机门槛更高且在技术路线上存在巨大差异性,因此对于华峰测控来讲在SOC测试机上要形成其在模拟测试机上的市场占有率和优势地位需要经过一系列的高投入和技术攻坚战。

  华峰测控作为一家本土优秀的测试机厂商,其模拟测试机主要能测哪些类别的芯片以及其对应的市场大概有多大,见下图华峰测控产品线战略布局图,我们可以看到华峰测控目前对应的测试机市场约有5.5亿美金。

  目前华峰测控的主力产品STS系列主要对标泰瑞达的ETS系列,爱德万测试以SOC和存储测试机为主打产品没有布局模拟测试机。通过关键技术对比发现,华峰测控的STS系列与国内外市场主要参与者泰瑞达的ETS系列,系列在测试功能模块、测试精度、响应速度等核心技术指标的对比情况看,公司产品技术在国内处于行业领先地位,部分指标可与国际一流持平,但在部分高端模拟芯片测试技术上尚有一些差距。

  根据华峰测控年报数据看2020年,华峰测控营收和利润均取得显著增长。公司实现营业收入 3.975亿元,同比增长 56.11%,实现扣非净利润1.479亿元,同比增长45.6%。华峰测控在过去三年(2018年、2019年、2020年)的研发费用分别为2310.26万元、3265.95万元、5913.49万元,占营业收入的比例分别为10.56%、12.83%、14.88%,研发投入呈现出快速增长,分析研发投入占营业收入的比例上升的主要是因为SOC测试机技术门槛更高,研发投入更大导致。截止到2020年12月32日,华峰测控的研发人员共有112名,占公司总人数比例为37.71%。其中,95.54% 的研发人员拥有本科及以上学历。报告期内,华峰测控共申请专利 35 项,其中 10 项为发明专利。报告期内内已授权 4 项发明专利, 20 项实用新型专利以及 3 项外观设计专利。

  根据公告显示,在巩固了模拟测试的国内龙头地位后,华峰测控开始进入SoC集成电路测试系统和大功率器件测试系统领域,进一步丰富公司产品线,提高公司产品的市场竞争力,拓宽发展空间,但在2020年报告期内尚无SoC测试机形成规模销售的数据。

  长川科技成立于2008年4月,是一家专注于集成电路装备的研发、生产和销售的高新技术创业板上市企业,主要产品包括测试机、分选机、探针台以及其收购的新加坡STI的光学检测和编带自动化设备等。公司创始团队主要来自于士兰微等国内知名集成电路公司,2008 年成立当年以分选机为切入口,推出了半自动单工位重力式分选机;2009 年推出第一代模拟/数模混合测试机CAT8200;2011 年推出平移式分选机;2015年推出大功率测试机CTT360。公司以分选机和测试机两大产品线为主轴,不断拓宽产品线和海内外客户,逐渐成为国内半导体测试设备行业领先者。

  长川科技的测试机主要分两类,模拟/ 数字混合测试机(CTA 系列)和大功率分立器件测试机(CTT 系列)。CTA8280发展到今天的第三代数模混合测试机CTA8290D,具备100Mhz 的数字测试能力,可测试包括简单的模拟、高精度、高电流和音频、电机驱动等各种复杂混合信号。CTT系列先后经历了CTT3600、CTT3280 和CTT3320,可分别实现4 工位、8 工位和32 工位测试。另外公司在研中的纯数字SOC测试机DE9000目前市场上还没有看到装机量,纯数字SOC测试机能应对的芯片主要为图像传感芯片和指纹识别芯片。

  长川科技作为一家本土优秀的测试机厂商,其模拟测试机主要能测哪些类别的芯片以及其对应的市场大概有多大,见下图长川科技测试机产品线战略布局与华峰测控完全一样,对应的测试机市场约有5.5亿美金。

  目前长川科技的CTA系列与华峰测控的STS系列的市场定位类似均是对标泰瑞达的ETS系列,通过关键技术对比发现,长川科技的CTA系列基本和华峰测控的STS性能指标十分接近,只是在市场装机量相比华峰测控略有差距,在标准测试机行业装机量越多意味拥有更强的客户使用习惯和生态系统。

  谈到长川科技就不得不提其起家另外一个主要产品线分选机,目前长川科技母公司的分选机主要产品为重力式和平移式两种,另外通过并购新加坡STI获得了转塔式分选机,集齐了三大类主要的封测厂使用的分选机。重力式分选机为所有分选机中难度最低的,主要用于分立器件的测试,单价约8-30万元不等,国内目前厂商有至少有20多家,竞争激烈。平移式分选机分4、8、16、32Site以及常温、常高温、三温分选机,技术难度最高为32Site和三温分选机,根据功能单价约30-200万元不等。平移式分选机目前国内主要有3-5家厂商,处于第一梯队的为长川科技、通富和中芯国际系基金投资的天津金海通半导体设备两家企业,两家企业均于近年陆续推出了支持32工位的分选机和支持三温测试的分选机,但两家企业与海外一线厂商日本精工爱普生和台湾鸿劲在稳定性和耐久性上仍然有一定差距。转塔式分选机技术难度介于重力式和平移式之间国内大概有15家左右厂商,单价约在30-100万元不等。另外长川科技收购的新加坡STI主要收入来自两个主力产品、转塔机、线编带设备和芯片外观检测设备(AOI),其中芯片外观检测设备对标产品为美国KLA收购的ICOS以及马兰西亚厂商Vitrox、VIS-Dynamics, 韩国Intek-Plus等,美国ICOS售价在30-70万美元不等,STI和Vitrox售价在20-60万美元。长川科技完成收购STI后充分发挥了国家大基金股东的产业资源,近两年STI在国内市场的占有率获得了持续的提高,挤压了其他几家竞品在中国的市场份额。

  根据2020年长川科技年报数据看受到疫情及中美关系的影响,长川科技及时调整研发及销售策略,实现营业收入及净利润的双增长,其中营业收入 8.038亿元,同比增长101.54%,扣非净利润4401万元,同比增长346.36%。长川科技在过去三年(2018年、2019年、2020年)的研发费用分别为6170.98万元、10697.83万元、19211.61万元,占营业收入的比例分别为28.55%、26.82%、23.9%。截止到2020年12月32日,长川科技的研发人员共有505名,占公司总人数比例为54.65%。截止2020 年12月31日,长川科技拥有375项专利权(其中发明专利283项,实用新型92项),50项软件著作权。

  根据公告显示,长川科技主要以“内生+外延,产品矩阵及客户资源不断丰富”为打法,近年来持续加大研发费用,在高强度研发投入驱动下,长川科技公司的数字测试机D9000和探针台CP12已经研发成功并等待批量出货,完成了ATE测试大品类设备测试机、探针台、分选机的初步全覆盖,后续长川科技将在现有产品线上进一步细化,满足客户精细化需求。

  华兴源创成立于2005年,为科创板首家上市企业,产品围绕电、光、声、射频、视觉、机械自动化等多学科交叉融合技术为平板显示、集成电路、新能源车电子领域客户提供检测解决方案。公司以芯片级、组件系统级、整机测试为一体化战略致力成为检测领域的世界级隐形冠军。平板显示检测领域为华兴源创最早进入的领域,在成立15年中通过持续不断的研发积累已经形成国际领先的竞争力,并成为苹果、三星、LG等多家世界级消费电子厂商以及JDI、京东方等世界级平板显示厂商的供应商。集成电路测试领域是华兴源创近几年拓展的新业务板块,依托其与苹果多年的稳固的合作关系,不仅推出了针对苹果的定制化芯片测试设备且还完成了中低端SOC测试机(数字测试机)以及国内首台基于PXIe架构的射频专用测试机的产品布局。

  2019年是华兴源创芯片测试设备实现销售的元年,其充分发挥了其多年与苹果公司的业务关系,抓住苹果自研手机电池管理芯片的一些较高的测试参数精度要求较高且标准测试机不能完全满足的商机,通过在极性可设定的微伏级的可编程电压源输出精度、微欧级阻抗测量精度、极性可设定微安级可编程电流源输出精度三大技术实现了对移动终端电池管理芯片和模组高性能及高性价比的苹果项定制化测试方案。该测试设备于当年成为苹果公司手机电池管理(BMS)芯片的唯一测试设备供应商订单,实现了超3亿元收入。目前苹果项BMS芯片定制化测试设备已经成为华兴源创每年稳定收入来源之一。虽然定制化电池管理芯片测试设备每年能给华兴源创带来数亿元的收入,但毫无疑问华兴源创想要成为华峰测控和长川科技一样被行业认可的国产测试机厂商则必须布局四大类能与国外知名厂商的标准测试机对标的产品线年华兴源创发布了基于公司SOC测试机架构的E系列测试机用于图像传感(CIS)芯片+指纹识别芯片测试的机台以及配套专用光源可调平移式分选机,并于2020年通过苏州晶方科技验收获得了小批量订单用于服务晶方科技代工的全球CIS厂商排名第一的索尼和排名第三的豪威(韦尔股份旗下)的CIS芯片测试,相信随着2021年CIS芯片市场持续景气的大背景下华兴源创有望受益索尼和豪威的扩产拉动在CIS细分领域实现SOC测试机的真正批量化的装机量。全球每年CIS测试机和专用分选机分别约1亿美元和5000万美元市场规模。目前TOP1的CIS厂商索尼主要使用单价在50-80万美元的基于泰瑞达SOC测试机J750系列的图像传感芯片配置测试机IP750,IP750价格非常昂贵;TOP2三星CIS采用韩系测试机,TOP3豪威也会选择更具有性价比的单价约在20-40万美元的台湾产测试机方案。

  2021年初华兴源创基于SOC测试机架构又推出了用于微控制器(MCU)芯片测试的T系列数字机、该配置不仅可以覆盖所有MCU测试且还能用于复杂SOC芯片的晶圆(CP)测试。该机台的单张数字卡达到了128通道,性能上可以对标泰瑞达J750HD和其他同级别台湾致茂科技3380系列数字测试机。2020年J750和3380P仅在大陆地区的新增装机量分别为约300多台和800多台,预计未来至少2-3年将仍然处于供不应求状态,可以说是中低端SOC测试机(数字测试机)的绝对主力机型。华兴源创SOC测试机如能尽快在MCU测试和CP测试的主战场上率先实现几十台以上的装机量,相信将是继模拟测试机后的又一大类数字测试机实现真正国产化的里程碑。以下是华兴T系列与J750、3380的主要参数对比。可以看出T系列在性能指标上与对标机台处于同一水平,部分指标更好,如果操作软件也能被客户接受,应该有机会花几年时间在中低端SOC测试机市场占有一席之地。

  2021年的SEMICON China展览期间华兴源创发布了吸引眼球的基于PXIe架构的测试机。本次首次亮相一共推出了各类板卡共七种,主要有电源信号板卡、数字信号板卡、音频信号板卡以及难度极高的用于覆盖Sub6GHz射频测试的矢量信号收发仪和矢量信号分析仪板卡。从板卡配置来看华兴源创应该首先瞄准的是目前被美日厂商所垄断的专用射频测试机市场,全球除美国泰瑞达、美国国家仪器(NI)、安捷伦(KEYSIGHT)、科休、日本爱德万测试等少数几家公司拥有Sub6GHz(5G)射频测试的信号板卡,全球每年专用FEM射频测试机市场约为1.8亿美金,华兴源创无疑是第一推出该类产品的国内厂商。PXIE架构测试机由于其灵活性的架构以及相比传统架构测试的价格优势,近年已经成为海外Skyworks、Qorvo、Avogo以及国内卓胜微、唯捷创新、韦尔股份等射频前端芯片厂商的首选测试解决方案之一。另外随着近年在轻薄和功耗上具有明显优势的系统级封装(SIP)越来越获得苹果等国际消费电子厂商青睐用于穿戴设备,美国国家仪器的同时能测试5G、蓝牙、Wifi6、音频、处理器、电源等几类芯片的基于PXIe架构测试机解决方案也越来越成为高端无线穿戴的首选测试方案。未来几年华兴源创的基于PXIe架构测试机是否能抓住5G射频前端以及穿戴SIP芯片测试设备进口替代的机遇,无疑将是华兴源创PXIe架构测试机是否能成功商业化的关键。以下为华兴源创PXIe架构测试机与美国国家仪器相近或同类信号板卡的性能参数比较,可以看出华兴源创的信号板卡硬件性能上基本处于部分性能接近或部分性能超越的水平。但唯一美中不足的是目前推出的板卡还不能覆盖Wifi6的7.125GHz以上的测试需求。

  华兴源创作为一家与华峰测控与长川科技错位发展的本土后起之秀测试机厂商,其两类测试机分别对应的市场大概有多大,见下图测试机产品线战略布局图,我们可以看到华兴源创目前对应的测试机市场约有7.8亿美金。

  根据华兴源创2020年报数据2020 年度,公司实现营业收入 16.77亿元,较2019年度增长 33.37%,净利润实现2.65亿元较2019年同比增长52.25%。主要原因是 2020 年度自动化检测设备产品的需求进一步扩大,同时公司新增子公司欧立通,销售业务规模增加。华兴源创在过去三年(2018年、2019年、2020年)的研发费用分别为1.38亿元、1.93亿元、2.53亿元,占营业收入的比例分别为13.7%、15.34%、15.06%。研发投入占比上升主要是华兴源创在2019年、2020年持续加大研发投入,特别是在半导体投入上,公司设立了新加坡研发中心和韩国研发中心,同时加大了美国半导体研发中心的研发投入力度。截止2020年12月31日,华兴源创的研发人员共有598名,占公司总人数比例为37.38%。2020 年度,公司及控股子公司共计申请境内外知识产权 343 个,新增已获得审批知识产权173 个,研究成果显著。

  作为衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志,半导体产业的重要性不言而喻。目前,中国集成电路测试专用设备市场主要被国外企业占据,国内企业近几年进步较大,但是与国际巨头相比,规模和市场法份额仍然偏小。

  但随着我国集成电路产业的不断发展,装备制造业技术水平的不断提高,采用产品性价比高、能满足特定类型产品个性化需求并能够提供及时、快速售后服务的国产专用设备已成为各大集成电路厂商的重要选择。集成电路的国产化势必向着装备国产化方向传导,国产设备进口替代趋势将越趋明显,国产替代空间巨大。

  目前,除了以华峰测控、长川科技以及华兴源创等为首的依靠自主研发的明星ATE公司,不乏有规模较小的如冠中集创、宏邦电子、联动科技等专注细分市场的自主研发ATE设备公司,同时如摩尔精英、精测电子通过收购或合资的形式获得海外ATE设备进入ATE市场的新玩家也不在少数,由于篇幅有限就不一一盘点了。我们认为不管是自主研发还是引入海外产品,未来真正能打破海外垄断的国产ATE厂商一定是拥有一支自己的懂得底层软硬件架构和核心算法的团队,因为ATE机台是需要不断的打磨和升级迭代才能有持久的竞争力。中国半导体封装和测试产业的强大必须依托核心国产设备厂商早日突出美日的重围,共同进步才能真正必须实现产业的高质量发展,愿在众多国产ATE厂商的共同努力下,我国半导体测试设备产业终有一日会闯关成功。(本文来自半导体行业观察)

凯时app登录首页

凯时app登录首页
关于我们
新闻中心
联系我们
网站地图