全球?qū)⑿陆?5座12英寸或者8英寸晶圓廠(chǎng)，半導(dǎo)體測(cè)試市場(chǎng)迎來(lái)黃金期？

得益于遠(yuǎn)程辦公、5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)電動(dòng)電子化對(duì)芯片的旺盛需求，2021年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，也帶動(dòng)了半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)的增長(zhǎng)。測(cè)試設(shè)備盡管不如光刻機(jī)那么矚目，卻是每一道工藝都不可缺少的，其中既有面向前道工藝、先進(jìn)制程的量檢測(cè)設(shè)備，也有用于晶圓加工后封測(cè)環(huán)節(jié)的測(cè)試機(jī)、分選機(jī)、探針臺(tái)等。高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，以及日趨復(fù)雜化的需求也為本土測(cè)試設(shè)備的發(fā)展提供了難得的契機(jī)。

投資大幅增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模將超80億美元

半導(dǎo)體量檢測(cè)設(shè)備主要用于半導(dǎo)體制造過(guò)程中檢測(cè)芯片的性能與缺陷，從設(shè)計(jì)驗(yàn)證、工藝控制檢測(cè)，到晶圓測(cè)試、成品測(cè)試，貫穿整個(gè)半導(dǎo)體制造過(guò)程，以確保產(chǎn)品質(zhì)量的可控性。上海精測(cè)半導(dǎo)體光學(xué)事業(yè)部總經(jīng)理李仲禹表示，在IC制造行業(yè)，檢測(cè)覆蓋從硅錠到拉晶的基材制造，再到硅片切割、研磨的厚度、平整度、粗糙度、電子率量測(cè)等。在光刻工藝中，要檢測(cè)層厚度、寬度和結(jié)晶度，以及圖形位置準(zhǔn)確性、圖形缺陷、清潔度等。注入工藝中，要做濃度、氧化層、CVD檢測(cè)。他指出，前道芯片制造有上千道工藝，每道工藝良率損失0.1個(gè)百分點(diǎn)，最終良率就只有36.8%，因此每個(gè)工藝環(huán)節(jié)的良率控制非常關(guān)鍵，這也是先進(jìn)節(jié)點(diǎn)IC制造中檢測(cè)所占比重越來(lái)越高的原因。

2021年受新冠肺炎疫情影響，全球數(shù)字化浪潮加速，對(duì)芯片產(chǎn)品的需求快速提升，也帶動(dòng)了半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)的增長(zhǎng)。以臺(tái)積電為例，近兩年不斷在全球范圍投資擴(kuò)產(chǎn)。2020年5月，臺(tái)積電宣布投資120億美元在美國(guó)建設(shè)12英寸晶圓廠(chǎng)。2021年，臺(tái)積電陸續(xù)宣布在中國(guó)大陸南京和日本九州熊本縣的28nm擴(kuò)產(chǎn)、投資計(jì)劃，德國(guó)新廠(chǎng)的建設(shè)計(jì)劃也在推進(jìn)中。此外，臺(tái)積電還在積極推進(jìn)3nm及以下的晶圓廠(chǎng)建設(shè)，為先進(jìn)工藝量產(chǎn)計(jì)劃做準(zhǔn)備。臺(tái)積電總裁魏哲家表示，臺(tái)積電將在未來(lái)三年投資1000億美元，用于擴(kuò)大晶圓制造產(chǎn)能和領(lǐng)先技術(shù)研發(fā)。

半導(dǎo)體后道封測(cè)方面的產(chǎn)能擴(kuò)張也很快，包括英特爾計(jì)劃投資70億美元擴(kuò)大其在馬來(lái)西亞檳城州先進(jìn)半導(dǎo)體封裝工廠(chǎng)的生產(chǎn)能力；Amkor計(jì)劃在越南投資16億美元建設(shè)封測(cè)廠(chǎng)；日月光投控旗下矽品將在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)投資約28.9億美元新建封測(cè)廠(chǎng)。國(guó)內(nèi)三大封測(cè)龍頭長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技，也分別募集資金數(shù)十億元投入封測(cè)領(lǐng)域項(xiàng)目。

作為半導(dǎo)體設(shè)備中一個(gè)重要門(mén)類(lèi)，測(cè)試設(shè)備的需求也水漲船高。SEMI數(shù)據(jù)顯示，2020年至2024年，全球?qū)⑿陆ɑ蛘邤U(kuò)建60座12英寸晶圓廠(chǎng)，同期還將有25座8英寸晶圓廠(chǎng)投入量產(chǎn)。從設(shè)備支出來(lái)看，2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售總額首次突破1000億美元，創(chuàng)1030億美元新高，增長(zhǎng)達(dá)44.7%。而就測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)來(lái)看，2020 年全球半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為60.1 億美元，到2022 年預(yù)計(jì)將達(dá)80.3億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到16%。

迭代加速，芯片測(cè)試進(jìn)入復(fù)雜性時(shí)代

市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)的同時(shí)，半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備的復(fù)雜度也在提升。根據(jù)泰瑞達(dá)中國(guó)區(qū)銷(xiāo)售副總經(jīng)理黃飛鴻的介紹，半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。

1990年至2000年期間，半導(dǎo)體主流工藝基本處于0.8μm至0.13μm之間。這一階段CMOS工藝蓬勃發(fā)展，SoC芯片功能越來(lái)越強(qiáng)。人們不斷在芯片上集成模擬功能與數(shù)據(jù)接口。傳統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)越來(lái)越難以覆蓋新增加的高速模擬接口的測(cè)試需求。因此，這個(gè)時(shí)期對(duì)測(cè)試設(shè)備業(yè)來(lái)說(shuō)，或可稱(chēng)為“功能時(shí)代”，主要體現(xiàn)為企業(yè)不斷增加測(cè)試設(shè)備的功能性，以滿(mǎn)足日趨復(fù)雜的SoC芯片需求。

到了2000-2015年，半導(dǎo)體工藝一路從0.13μm、90nm、65nm、28nm進(jìn)展到14nm，工藝越來(lái)越先進(jìn)，芯片尺寸也越來(lái)越小，晶體管的集成度也越來(lái)越高。芯片規(guī)模變大帶來(lái)的直接挑戰(zhàn)就測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng)，測(cè)試成本占比提高。如果說(shuō)功能時(shí)代都是單工位測(cè)試，即同一時(shí)間只能測(cè)一顆芯片，那么進(jìn)入這個(gè)時(shí)期人們對(duì)并行測(cè)試的要求就在不斷提高了。測(cè)試設(shè)備板卡上面集成的通道數(shù)越來(lái)越多，能夠同時(shí)做2工位、4工位、8工位的測(cè)試。這個(gè)時(shí)代也是資本最有效的時(shí)代，或可稱(chēng)為資本效率時(shí)代。

進(jìn)入2020年之后，半導(dǎo)體工藝沿著5nm，2/3nm繼續(xù)演進(jìn)，同時(shí)的芯片復(fù)雜度也在不斷增加。隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)駕駛等新興市場(chǎng)的崛起，一顆芯片上承載的功能越來(lái)越多，產(chǎn)品迭代速度越來(lái)越快，甚至很多像AI和AP這樣高復(fù)雜度芯片也要求進(jìn)行逐年迭代。這意味著芯片測(cè)試的復(fù)雜度大幅遞增。測(cè)試設(shè)備進(jìn)一步分化，需要針對(duì)不同領(lǐng)域、不同要求進(jìn)行調(diào)整。所以這個(gè)時(shí)代或可稱(chēng)之為復(fù)雜性時(shí)代。

利揚(yáng)芯片董事總經(jīng)理張亦鋒也指出，現(xiàn)在的芯片測(cè)試已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的功能測(cè)試，不光要回答芯片能不能用的問(wèn)題，更要回答好不好用和能用多久的問(wèn)題，由測(cè)試硬件和測(cè)試程序共同構(gòu)建的測(cè)試解決方案已經(jīng)是芯片產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。同時(shí)，客戶(hù)從測(cè)試環(huán)境、測(cè)試精度、測(cè)試監(jiān)控、測(cè)試質(zhì)量、測(cè)試成本等方面提出對(duì)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的更多要求。

以射頻（RF）和電源管理類(lèi)模擬芯片為例，芯片測(cè)試已經(jīng)不僅是發(fā)現(xiàn)哪些是好的，哪些是不好的芯片，而是首先要對(duì)它們進(jìn)行trim（微調(diào)），然后再測(cè)試，這樣可以大大提高產(chǎn)品良率。微調(diào)頻率、電壓、電流等工作達(dá)到整個(gè)RF設(shè)計(jì)時(shí)間的40%。隨著芯片的工藝尺寸變得越來(lái)越小，trim也變得越來(lái)越重要和普遍。

本土新機(jī)會(huì)，尤其關(guān)注先進(jìn)封裝測(cè)試需求

市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)以及用戶(hù)需求的復(fù)雜化為本土測(cè)試設(shè)備的發(fā)展提供了有利時(shí)機(jī)。張亦峰表示，首先應(yīng)把握好本地市場(chǎng)的需求。測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)2022年將維持高度景氣。因?yàn)槊恳活w芯片都需要100%測(cè)試才能交付終端電子產(chǎn)品的使用。前端晶圓設(shè)備支出高速增長(zhǎng)必將帶來(lái)產(chǎn)能的擴(kuò)長(zhǎng)。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)2021年中國(guó)晶圓產(chǎn)能增長(zhǎng)了40%，未來(lái)2-3年擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目完全達(dá)產(chǎn)后將增長(zhǎng)3倍，這勢(shì)必帶來(lái)晶圓測(cè)試和后端封裝測(cè)試需求的同比增長(zhǎng)。與全球市場(chǎng)相比，國(guó)內(nèi)測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)還處于發(fā)展初級(jí)階段。在模擬測(cè)試機(jī)和機(jī)械手上有一定市場(chǎng)份額，但在高端測(cè)試機(jī)和探針臺(tái)(Prober)設(shè)備基本可忽略。但這也意味著未來(lái)發(fā)展空間巨大。企業(yè)應(yīng)以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)為基礎(chǔ)，發(fā)揮高性?xún)r(jià)比、服務(wù)優(yōu)質(zhì)等優(yōu)勢(shì)把握機(jī)會(huì)，同時(shí)把產(chǎn)品逐步向全球市場(chǎng)拓展。

其次，要抓住技術(shù)變革帶來(lái)的新機(jī)會(huì)。黃飛鴻表示，隨著芯片制造工藝持續(xù)演進(jìn)對(duì)測(cè)試設(shè)備帶來(lái)新的要求：一是更高的數(shù)據(jù)率下面怎么樣保證測(cè)試的精度；二是隨著工藝不斷演進(jìn)，芯片里面集成晶體管的密度是呈幾何增加。量測(cè)設(shè)備涵蓋從晶圓制造到封裝等每道工藝，要求非?？焖佟?zhǔn)確、非破壞性將潛在缺陷找出來(lái)，重在工藝控制和能力管理。而技術(shù)的變化與需求的分化為新進(jìn)入者提供了契機(jī)。本土廠(chǎng)商應(yīng)抓住這樣的機(jī)會(huì)，在多個(gè)細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，為客戶(hù)持續(xù)的降本增效提供產(chǎn)品基礎(chǔ)。

此外，特別應(yīng)關(guān)注先進(jìn)封裝市場(chǎng)的測(cè)試需求。黃飛鴻指出，未來(lái)半導(dǎo)體工藝演進(jìn)有兩個(gè)大的方向：一是沿著5 納米、2 納米、1 納米繼續(xù)往前走，但是這樣演進(jìn)已經(jīng)越來(lái)越困難了。另外一條是走異構(gòu)集成路線(xiàn)，如Chiplet（芯粒）就是在一顆芯片里面集成不同的模塊，不一定每個(gè)模塊都需要用到2納米、3納米的工藝。把不同功能的芯片在片上集成封裝就是一條發(fā)展路徑。這對(duì)測(cè)試及相關(guān)設(shè)備也提出了新的要求。

張亦峰則強(qiáng)調(diào)，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)歷來(lái)重視前道晶圓制造和芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的扶持。封裝因?yàn)闅v史的原因率先得到長(zhǎng)足發(fā)展。對(duì)測(cè)試產(chǎn)業(yè)以及測(cè)試設(shè)備產(chǎn)業(yè)則不夠重視，已經(jīng)凸顯產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的不平衡。目前情況下，中國(guó)測(cè)試設(shè)備企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，對(duì)標(biāo)國(guó)際一流，在設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、一致性上努力專(zhuān)研下狠功夫，而不是僅僅追求成本最低。

作者丨陳炳欣

編輯丨連曉東

美編丨馬利亞