全球将新建数家晶圆厂 半导体测试市场将迎来黄金时代

得益于远程办公、5G、物联网、汽车电气化对芯片的强劲需求，2021年半导体行业发展迅速，同时带动了半导体设备市场的增长。虽然测试设备没有掩模对准器那么令人印象深刻，但每道工序都离不开测试设备，包括前道工序和先进工序的质量测试设备，以及晶圆加工后密封测试过程中使用的测试机、分选机、探针台等。快速增长的市场和日益复杂的需求也为本土测试设备的发展提供了难得的机遇。

投资将大幅增加，市场规模将超过80亿美元。

半导体测试设备主要用于测试半导体制造过程中芯片的性能和缺陷，从设计验证和过程控制测试到晶圆测试和成品测试，贯穿整个半导体制造过程，保证产品质量的可控性。上海精密测量半导体光学事业部总经理李忠宇表示，在IC制造行业，检测涵盖从硅锭到拉晶，再到硅片切割、研磨厚度、平整度、粗糙度、电子速率测量等基板制造。在光刻过程中，应该检测层的厚度、宽度和结晶度，以及图案位置、图案缺陷、清洁度等的精度。在注入过程中，应进行浓度、氧化层和化学气相沉积检测。他指出，以前的芯片制造有上千道工序，每道工序的良率损失为0.1个百分点，最终良率仅为36.8%。因此，各个工艺环节的良率控制非常重要，这也是先进节点IC制造中检验占比越来越高的原因。

2021年，受新冠肺炎疫情影响，全球数字化浪潮加速，芯片产品需求快速增长，也带动了半导体设备市场的增长。以TSMC为例。在过去的两年里，它不断投资并在全球范围内扩大生产。2020年5月，TSMC宣布将投资120亿美元在美国建设一座12英寸晶圆厂。2021年，TSMC先后宣布在中国大陆南京和日本九州熊本投资扩建28纳米生产线，德国新工厂的建设计划也在进行中。此外，TSMC正在积极推进3纳米及以下晶圆厂的建设，为先进工艺量产计划做准备。TSMC总裁魏哲家表示，未来三年TSMC将投资1000亿美元，扩大晶圆制造能力，引领技术研发。

半导体封装测试的产能扩张也很迅速，包括英特尔计划投资70亿美元，扩大其位于马来西亚槟城的先进半导体封装厂的产能，安科计划投资16亿美元，在越南建设封装测试厂，日月投控的硅产品将投资约28.9亿美元，在中国台湾省建设新的封装测试厂。国内领先的三家封测公司长电科技、通富微电子、华天科技也已募资数十亿元投资封测项目。

作为半导体设备的重要类别，测试设备的需求也在不断上升。SEMI数据显示，2020年至2024年，全球将新建或扩建60座12英寸晶圆厂，同期将有25座8英寸晶圆厂投入量产。设备支出方面，2021年全球半导体设备销售总额首次突破千亿美元，再创新高，达1030亿美元，同比增长44.7%。就测试设备市场而言，2020年全球半导体测试设备市场规模为60.1亿美元，预计到2022年将达到80.3亿美元，复合年增长率为16%。

加速迭代，芯片测试的复杂度不断增加。

随着市场规模的增长，半导体测试设备的复杂度也在增加。据泰瑞达中国销售副总经理黄飞鸿介绍，半导体测试设备h

到2000-2015年，半导体技术已经从0.13m、90纳米、65纳米和28纳米发展到14纳米。技术越来越先进，芯片尺寸越来越小，晶体管集成度越来越高。更大的芯片规模带来的直接挑战是测试时间的延长和测试成本的增加。如果功能时代是单站测试，也就是只能同时测试一个芯片，那么这个时期人们对并行测试的要求也在不断提高。测试设备板上集成的通道越来越多，可以同时在两站、四站、八站进行测试。这个时代也是资本效率最高的时代，或者可以称之为资本效率时代。

2020年后，半导体技术继续沿着5nm和2/3nm演进，芯片复杂度也在增加。随着5G、大数据、人工智能、自动驾驶等新兴市场的兴起，越来越多的功能承载在一个芯片上，产品的迭代速度越来越快。甚至很多像AI、AP这样的高复杂度芯片也需要逐年迭代。这意味着芯片测试的复杂度大大增加。测试设备进一步差异化，需要根据不同的领域和要求进行调整。所以这个时代可以称为复杂性时代。

溧阳芯片董事总经理张毅锋也指出，目前的芯片测试不再是简单的功能测试。不仅要回答芯片能不能用的问题，还要回答能不能用好，能用多久的问题。测试硬件和测试程序共同搭建的测试解决方案，已经是芯片产品竞争力的体现。同时，客户从测试环境、测试精度、测试监控、测试质量、测试成本等方面对系统级测试提出了更多要求。

以射频(RF)和电源管理模拟芯片为例。芯片测试不仅仅是找出哪些芯片好，哪些芯片不好，而是先修整再重新测试，可以大大提高产品良率。微调频率、电压、电流等。可以达到总射频设计时间的40%。随着芯片的工艺尺寸越来越小，微调变得越来越重要和普遍。

中国的新机遇，特别关注先进的包装和测试要求。

市场的快速增长和用户需求的复杂化为国产测试设备的发展提供了优势。

时机。张亦峰表示，首先应把握好本地市场的需求。测试设备市场2022年将维持高度景气，因为每一颗芯片都需要100%测试才能交付终端电子产品使用。前端晶圆设备支出高速增长必将带来产能的扩张。有数据统计，2021年中国晶圆产能增长了40%，未来2~3年扩产项目完全达产后将增长3倍，这势必带来晶圆测试和后端封装测试需求的同比增长。与全球市场相比，国内测试设备市场还处于发展初级阶段，在模拟测试机和机械手上有一定市场份额，但在高端测试机和探针台（Prober）设备方面基本可忽略。但这也意味着未来发展空间巨大。企业应以国内市场为基础，发挥高性价比、服务优质等优势，把握机会，同时把产品逐步向全球市场拓展。

其次，要抓住技术变革带来的新机会。黄飞鸿表示，芯片制造工艺持续演进给测试设备带来新的要求：一是更高的数据率下怎么样保证测试的精度；二是随着工艺不断演进，芯片里面集成晶体管的密度呈几何级数增加，量测设备涵盖从晶圆制造到封装等每道工艺，要求非常快速、准确、非破坏性地将潜在缺陷找出来，重在工艺控制和能力管理。而技术的变化与需求的分化为新进入者提供了契机。国内厂商应抓住这样的机会，在多个细分产品领域实现突破，为客户持续的降本增效提供产品基础。

此外，应特别关注先进封装市场的测试需求。黄飞鸿指出，未来半导体工艺演进有两个大的方向：一是沿着5纳米、2纳米、1纳米的路线继续往前走，但是这样的演进已经越来越困难了。另外一条是走异构集成路线，如Chiplet（芯粒）就是在一颗芯片里面集成不同的模块，不一定每个模块都需要用到2纳米、3纳米的工艺。把不同功能的芯片在片上集成封装就是一条发展路径。这对测试及相关设备也提出了新的要求。

张亦峰则强调，中国半导体产业历来重视对前道晶圆制造和芯片设计产业的扶持，封装由于历史的原因率先得到长足发展，而对测试产业以及测试设备产业则不够重视，产业链发展的不平衡已经凸显。目前情况下，中国测试设备企业应当抓住机遇，对标国际一流，在设备的稳定性、可靠性、一致性上努力钻研，下狠功夫，而不是仅仅追求成本最低。