【研报】机械设备行业专题研究：半导体设备系列研究十四半导体ATE国产装备向中高端进阶细分领域多点开花-20200521[43页].pdf

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1、 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 1 / 4343 Table_Page 行业专题研究|机械设备 2020 年 5 月 21 日 证券研究报告 半导体设备系列研究十四半导体设备系列研究十四 半导体半导体 ATE：国产装备向中高端进阶，细分领域多点开花：国产装备向中高端进阶，细分领域多点开花 分析师：分析师： 周静 分析师：分析师： 罗立波 分析师：分析师： 许兴军 SAC 执证号：S0260519090001 SAC 执证号：S0260513050002 SAC 执证号：S0260514050002 021-60750636 021-60750636 021-60750532

2、 分析师： 代川 SAC 执证号：S0260517080007 SFC CE.no: BOS186 021-60750615 请注意，周静,罗立波,许兴军并非香港证券及期货事务监察委员会的注册持牌人，不可在香港从事受监管活动。 核心观点核心观点： ATE：广泛应用于半导体产业链广泛应用于半导体产业链，需求趋势向上需求趋势向上。半导体测试是产品良率和成本管理的重要环节，需求来自于 下游广泛的产业链客户，包括半导体设计厂商、制造厂商（IDM 与代工厂）、封测厂。根据 SEMI， 2018 年 全球半导体测试设备（包括 ATE、探针台、分选机）市场规模约 56.3 亿美元，其中 ATE 约 40 亿

3、美元。 设计、制造、封测三大环节，半导体全面国产化蕴藏机遇。设计、制造、封测三大环节，半导体全面国产化蕴藏机遇。在设计环节以及 OEM 客户方面，以华为为代表， 需求潜力已逐步显现。根据泰瑞达年报，2019 年公司来自华为收入达到 2.52 亿美元。在制造环节，将充分受 益逻辑厂与存储器厂双倍投资强度，其中晶圆代工厂行业景气上行、产能利用率攀升，推动代工厂提高资本开 支。另一方面，国内存储器投资具备长期性与规模性，2020 年长江存储与合肥长鑫都进入积极的产能爬坡期。 此外，封测行业景气度回暖、企业盈利改善，有望促使资本开支回升。 产能与工艺驱动，深挖细分领域市场机遇。产能与工艺驱动，深挖细分

4、领域市场机遇。全球 ATE 市场以存储器和 SoC 测试占据绝大部分。而国内在模拟 测试、分立器件测试等领域仍然有良好的市场空间。在存储测试领域，国内存储器扩产浪潮将有力推动测试设 备需求，根据我们测算，2020-2022 年国内存储器建设对应 ATE 需求分别为 26.0 亿元/42.3 亿元/58.6 亿元。 SoC 是全球 ATE 最大的细分领域，根据爱德万，2019 年 SOC 测试系统全球市场空间达到 27 亿美元。此外， 模拟测试系统是国内 ATE 的重要组成部分，下游模拟芯片的需求稳定带来了模拟测试系统的稳定需求，根据赛 迪顾问，2018 年国内模拟测试机市场占国内 ATE 的

5、12.0%。 全全球市场高度集中，国产装备向中高端进阶。球市场高度集中，国产装备向中高端进阶。根据 SEMI，2017 年泰瑞达、爱德万两家企业在全球半导体测试 机行业的市场份额达到 87%。国内半导体测试设备领先企业包括华峰测控、长川科技、武汉精鸿等，其中在模 拟测试机领域，国内包括华峰测控、长川科技已经占据国内相当一部分市场份额，在存储测试机领域，根据中 国招标网，武汉精鸿已经取得长江存储订单，在 SoC 测试机领域，包括华峰测控等将积极布局。 投资建议投资建议：国内晶圆厂积极扩产、封测行业复苏带动资本开支回升，以及设计环节的测试需求持续增长，预计 未来几年国内半导体测试设备需求有望持续增

6、长。未来国内半导体测试设备企业将充分受益投资红利以及产品 扩张红利。建议关注国内半导体 ATE 的优质企业：华峰测控*、长川科技*等。（带*的为和广发电子联合覆盖） 风险提示风险提示：行业投资波动带来的收入不确定性；行业竞争加剧导致毛利率下滑；技术研发及国产化趋势推进不 及预期；国家产业扶持政策变化或扶持力度不及预期。 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 2 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 重点公司估值和财务分析表重点公司估值和财务分析表 股票简称股票简称 股票代码股票代码 货币货币 最新最新 最近最近 评级评级 合理价值合理价值 EPS(元元

7、) PE(x) EV/EBITDA(x) ROE(%) 收盘价收盘价 报告日期报告日期 （元（元/股）股） 2020E 2021E 2020E 2021E 2020E 2021E 2020E 2021E 华峰测控 688200 CNY 255.30 2020/5/14 增持 253.61 2.31 3.36 110.5 75.5 96.99 65.11 24.1 26.0 长川科技 300604 CNY 26.76 2018/12/16 增持 40.11 1.12 - 23.9 - 28.70 - 20.8 - 数据来源：Wind、广发证券发展研究中心 备注：表中估值指标按照最新收盘价计算。

8、qRtMrQnOmRqRwPmOxPtPxP8ObP9PsQnNtRoOiNpPsPjMnPtR7NmMvMMYqRvMNZrMwP 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 3 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 目录索引目录索引 一、ATE：广泛应用于半导体产业链，需求趋势向上 . 6 （一）测试需求贯穿半导体设计、前道制造、后道封装全程 . 6 （二）ATE 迭代速度较慢，设备商充分享受技术沉淀成果 . 9 （三）具备可观的市场空间，需求趋势向上 . 12 二、丰富的产业链客户，国产化趋势推动市场扩张 . 14 （一）设计、制造、封测三大环节，半导

9、体全面国产化蕴藏机遇 . 14 （二）设计厂商/OEM：以华为为代表，需求潜力已逐步显现 . 16 （三）制造环节：存储器厂与代工厂双重扩产红利 . 18 （四）封测环节：封测行业景气回暖，有望促使资本开支回升 . 23 三、产能与工艺驱动，深挖细分领域市场机遇 . 25 （一）ATE 多个细分领域，市场需求有差异 . 25 （二）存储器测试：国内存储器扩产浪潮将有力推动测试设备需求 . 26 （三）SOC 测试：ATE 最大的细分领域，仍然是未来主流发展方向 . 29 （四）模拟测试：下游需求分散、产品成熟，为测试设备提供稳定需求 . 30 四、全球市场高度集中，国产装备向中高端进阶 . 3

10、2 （一）历经半个世纪，形成高度聚焦市场 . 32 （二）行业双寡头格局，国际龙头产品线丰富. 35 （三）模拟测试国产化程度高，国产装备向中高端逐步进阶 . 38 五、投资建议与风险提示 . 41 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 4 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 图表索引图表索引 图 1：按测试内容分类的半导体测试类型 . 6 图 2：测试在集成电路全过程中的应用 . 7 图 3：经过测试和墨点标示的晶圆示意图 . 8 图 4：单个晶体管的制造成本与测试成本对比（美分） . 9 图 5：爱德万 V93000 配置 . 10 图 6：半导

11、体检测设备占半导体设备销售额比例 . 12 图 7：半导体产业链及测试设备的应用 . 12 图 8：晶圆测试和封装测试工作流程示意图 . 12 图 9：半导体测试设备销售额 . 13 图 10：各类半导体设备销售额占总销售比重 . 13 图 11：泰瑞达客户结构 . 14 图 12：华峰测控前五大客户收入（万元）及 CR5 . 15 图 13：长川科技前五大客户收入（万元）及 CR5 . 16 图 14：10 家芯片设计上市公司的营业收入（亿元）及同比增速 . 16 图 15：10 家芯片设计上市公司的归母净利润（亿元）及同比增速 . 17 图 16：晶圆代工模式与 IDM 模式对比 . 18

12、 图 17：中芯国际净利润与产能利用率 . 19 图 18：华虹宏力与华虹无锡的资本开支（千美元） . 20 图 19：长电科技等营业收入（亿元） . 23 图 20：长电科技等归母净利润（亿元） . 23 图 21：长电科技等购买固定资产、无形资产和其他长期资产支付的现金（亿元） . 24 图 22：2017 年集成电路市场空间及结构、ATE 市场空间及结构 . 25 图 23：2017 年全球 ATE 结构 . 26 图 24：2018 年国内 ATE 结构 . 26 图 25：全球存储器销售额（亿美元） . 27 图 26：全球存储测试系统规模（亿美元） . 27 图 27：爱德万测试设

13、备订单情况（十亿日元） . 28 图 28：爱德万公司分区域订单（十亿日元） . 28 图 29：全球 SoC 测试系统需求规模（亿美元） . 29 图 30：SOC 测试与存储器测试占 ATE 设备的比重 . 29 图 31：泰瑞达、爱德万的 SoC 测试平台 . 30 图 32：模拟 IC 细分市场占比（2017） . 31 图 33：模拟芯片高复合增长率 . 31 图 34：模拟 IC 下游分类（2017 年） . 31 图 35：全球半导体及设备销售额（百万美元） . 32 图 36：全球 ATE 行业主要企业市场份额 . 33 图 37：全球 ATE 行业主要企业并购情况 . 33

14、图 38：2016 年全球测试设备市场格局 . 35 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 5 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 图 39：全球半导体测试机市场份额（百万美元） . 35 图 40：爱德万营业收入和毛利率 . 36 图 41：泰瑞达营业收入和毛利率 . 36 图 42：国际测试机企业与国内企业测试机产品系列对比 . 37 图 43：2018 年中国集成电路测试机市场品牌结构 . 38 图 44：华峰测控营业收入与净利润（百万元） . 39 图 45：华峰测控毛利率与净利率 . 39 图 46：长川科技营业收入与归母净利润（百万元）

15、. 40 表 1：CP 测试与 FT 测试对比 . 8 表 2：半导体测试机技术核心 . 10 表 3：十二五后集成电路测试平台需求趋势 . 11 表 4：国内主要在建晶圆代工厂情况 . 21 表 5：国内主要在建晶圆厂（存储器） . 22 表 6：国内主要在建晶圆厂（存储器） . 22 表 7：国内存储器投资对应测试设备需求（亿元） . 28 表 8：全球 ATE 行业并购史 . 34 表 9：2019 年用于 IC 的半导体生产设备 TOP15 排名 . 36 表 10：爱德万与泰瑞达的存储测试产品 . 37 表 11：长江存储测试设备中标情况（截止 2020 年 2 月） . 40 识别

16、风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 6 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 一、一、ATE：广泛应用于半导体产业链，需求趋势向上广泛应用于半导体产业链，需求趋势向上 （一）（一）测试需求贯穿半导体设计、前道制造、后道封装全程测试需求贯穿半导体设计、前道制造、后道封装全程 半导体测试贯穿设计、生产过程的核心环节。半导体测试贯穿设计、生产过程的核心环节。半导体测试就是通过测量半导体的输 出响应和预期输出并进行比较以确定或评估集成电路功能和性能的过程，其测试内 容主要为电学参数测试。一般来说，每个芯片都要经过两类测试： （1）参数测试。参数测试是确定芯片管脚

17、是否符合各种上升和下降时间、建立和保 持时间、高低电压阈值和高低电流规范，包括DC（Direct Current）参数测试与AC （Alternating Current）参数测试。DC参数测试包括短路测试、开路测试、最大电 流测试等。 AC参数测试包括传输延迟测试、 建立和保持时间测试、 功能速度测试等。 这些测试通常都是与工艺相关的。CMOS输出电压测量不需要负载，而TTL器件则 需要电流负载。 （2）功能测试。功能测试决定芯片的内部数字逻辑和模拟子系统的行为是否符合期 望。这些测试由输入适量和相应的响应构成。他们通过测试芯片内部节点来检查一 个验证过的设计是否正产工作。功能测试对逻辑电路

18、的典型故障有很高的覆盖率。 图图1：按测试内容分类的半导体测试类型按测试内容分类的半导体测试类型 数据来源：长川科技招股书，广发证券发展研究中心 测试成本与测试时间成正比，而测试时间取决于测试行为，包括低速的参数测试和 高速的矢量测试（功能测试）。其中参数测试的时间与管脚的数目成比例，适量测 试的时间依赖于矢量的数目和时钟频率。测试的成本主要是功能测试。 半导体测试贯穿设计、制造、封装、应用全过程。从最初形成满足特定功能需求的 芯片设计，经过晶圆制造、封装环节，在最终形成合格产品前，需要检测产品是否 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 7 / 4343 Table_PageTex

19、t 行业专题研究|机械设备 符合各种规范。按生产流程分类。按生产流程分类。半导体测试可以按生产流程可以分为三类：验证 测试、晶圆测试测试、封装检测。 （1）验证测试：又称实验室测试或特性测试，是在器件进入量产之前验证设计是否 正确，需要进行功能测试和全面的AC/DC。特性测试确定器件工作参数的范围。通 常测试最坏情况，因为它比平均情况更容易评估，并且通过此类测试的器件将会在 其他任何条件下工作。 （2）晶圆测试：每一块加工完成后的芯片都需要进行晶圆测试，他没有特性测试全 面，但必须判定芯片是否符合设计的质量和需求。测试矢量需要高的故障覆盖率， 但不需要覆盖所有的功能和数据类型。晶圆测试主要考虑

20、的是测试成本，需要测试 时间最小，只做通过/不通过的判决。 （3）封装测试：是在封装完成后的测试。根据具体情况，这个测试内容可以与生产 测试相似，或者比生产测试更全面一些，甚至可以在特定的应用系统中测试。封装 测试最重要的目标就是避免将有缺陷的器件放入系统之中。 晶圆测试又称前道测试、 “Circuit porbing”（即CP测试）、“Wafer porbing”或者“Die sort”。 晶圆测试大 致分为两个步骤：单晶硅棒经标准制程制作的晶圆，在芯片之间的划片道上会有 预设的测试结构图，在首层金属刻蚀完成后，对测试结构图进行晶圆可靠性参数测 试（WAT）来监控晶圆制作工艺是否稳定，对不合

21、格的芯片进行墨点标记，得到芯 片和微电子测试结构的统计量；晶圆制作完成后，针对制作工艺合格的晶圆再进 行CP测试（Circuit Probing），通过完成晶圆上芯片的电参数测试，反馈芯片设计 环节的信息。完成晶圆测试后，合格产品才会进入切片和封装步骤。 图图2：测试在集成电路全过程中的应用测试在集成电路全过程中的应用 数据来源：华峰测控招股书，广发证券发展研究中心 封装测试：在一个Die封装之后，需要经过生产流程中的再次测试。这次测试称为 “Final test”（即通常说的FT测试）或“Package test”、成品测试。在电路的特性要 求界限方面，FT测试通常执行比CP测试更为严格的标

22、准。芯片也许会在多组温度条 件下进行多次测试以确保那些对温度敏感的特征参数。商业用途（民品）芯片通常 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 8 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 会经过0、 25和75条件下的测试， 而军事用途 （军品） 芯片则需要经过 -55、 25和125。 图图3：经过测试和墨点标示的晶圆示意图经过测试和墨点标示的晶圆示意图 数据来源： The Fundamentals of Digital Semiconductor Testing ， Guy A. Perry， Soft Test Inc，广发证券发展研究中心 不同测试环

23、节的测试参数和应用场景稍有区别。不同测试环节的测试参数和应用场景稍有区别。晶圆测试的对象是未划片的整个晶 圆，属于在前端工序中对半成品的测试，目的是监控前道工艺良率，并降低后道封 装成本。而成品测试是对完成封装的集成电路产品进行最后的质量检测，主要是针 对芯片应用方面的测试，有些甚至是待机测试，以保证出厂产品的合格率。CP测试 与成品测试的测试参数大体是相似的，但由于探针的容许电流有限，CP测试通常不 能进行大电流测试项。此外，CP测试的常见室温为25左右，而成品测试有时需要 在75-90的温度下进行。 表表1：CP测试与测试与FT测试对比测试对比 测试名称测试名称 测试对象测试对象 测试内容

24、测试内容 测试范围测试范围 测试环境测试环境 测试目的测试目的 设计验证设计验证 晶圆级晶圆级/芯片芯片 级级 在芯片设计阶段进行测试，调试和检验芯片样品的功能设计是否符合要求 WAT(Wafer Acceptance Test) 晶圆级晶圆级 wafer level 管芯或结构测试 对专门的测试图 形（test key）的 测试 通过电参数监控 各步工艺是否正 常和稳定 CP(Chip Probing) 晶圆级晶圆级 wafer level 电路测试含功能 每个芯片都要测 试 测试机电的电压 和功率不会很高 监控前道工艺良 率， 降低后道成本 FT(Final Test) 芯片级芯片级 de

25、vice level 电路测试含功能 与CP测试类似， 或更全面 要求更严格， 测试 环境更严苛 保证出厂产品的 合格率， 能实现全 部的功能 数据来源：半导体制造技术，MichaelQuirk，电子工业出版社，广发证券发展研究中心 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 9 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 半导体检测是产品良率和成本管理的重要环节，在半导体制造过程有着举足轻重的 地位。面临降低测试成本和提高产品良率的压力，测试环节将在产业链中占据更为 重要的地位。摩尔定律预测，芯片上的元器件数目每隔18个月会增加一倍，单位元 器件的材料成本和制造

26、成本会成倍降低，但芯片的复杂化将使测试成本不断增加。 根据ITRS的数据， 单位晶体管的测试成本在2012年前后与制造成本持平， 并在2014 年之后完成超越，占据芯片总成本的35-55%。另外，随着芯片制程不断突破物理极 限，集成度也越来越高，测试环节对产品良率的监控将会愈发重要。 图图4：单个晶体管单个晶体管的制造成本与测试成本对比（的制造成本与测试成本对比（美分美分） 数据来源：ITRS，广发证券发展研究中心 （二）（二）ATE 迭代速度较慢迭代速度较慢，设备商充分享受技术沉淀成果设备商充分享受技术沉淀成果 ATE迭代速度较慢，主力产品生命周期长。迭代速度较慢，主力产品生命周期长。半导体

27、自动化测试系统不属于工艺设备， 和制程的直接相关度较低，产品迭代速度较慢，单类产品的存在时间较长，设备商 享受技术沉淀成果。市场目前主流的ATE多是在同一测试技术平台通过更换不同测 试模块来实现多种类别的测试，提高平台延展性。例如国际半导体测试机龙头泰瑞 达的模拟及数模混合测试平台ETS-364/ETS-600由Eagle Test System于2001年推 出，目前仍在泰瑞达官网销售。爱德万的V93000机型、T2000机型分别于1999年、 2003年推出。根据爱德万官方数据，2014年V93000出货超过500台，截至2015年3 月16日累计出货4000台，2017年更是创下累计出货

28、5000台的记录，即使在2019年 也有单笔订单超过30台的情况。 而这两款机型之所以能够维持如此好的销售成绩，是因为ATE设备仅需更换测试模 块和板卡就可实现多种类测试以及测试性能提升，而不需要更换机器。V93000在更 换AVI64模块之后将测试范围扩大到了电源市场和模拟市场，而更换PVI8板卡后不 仅可以实现大功率电压/电流的测量，并且测试速度更快，测量更精准，更换Wave Scale板卡后可实现高并行，多芯片同测及芯片内并行测试，大大降低了测试成本与 时间。而T2000也可以通过组合不同的模块完成对SoC器件、RF、CMOS图像、大 功率器件以及IGBT的测试。于是一款ATE设备可以在

29、市场上存在20年之久且依然有 0.000001 0.000010 0.000100 0.001000 0.010000 0.100000 1.000000 19821985198819911994199720002003200620092012 制造成本测试成本 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1010 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 良好的销售业绩，设备商从而可以享受技术沉淀的成果。 图图5：爱德万爱德万V93000配置配置 数据来源：爱德万官网，广发证券发展研究中心 半导体测试半导体测试机机的技术核心在于功能集成的技术核心在于功能集成、精度

30、与速度精度与速度、与可延展性与可延展性。随着芯片工艺 的发展，一片芯片上承载的功能越来越多，测试机需要测试的范围也越来越大，这 就对测试机提出了考验，测试机的测试覆盖范围越广，能够测试的项目越多，就越 受客户青睐。同时，企业购买测试机就是为了把不符合要求的产品精准地判断出来， 于是测试机的测试精度也成了技术核心之一，测试精度的重要指标包括测试电流、 电压、 电容、 时间量等参数的精度， 先进设备一般能够在电流测量上能达到皮安 （pA） 量级的精度，在电压测量上达到微伏（V）量级的精度，在电容测量上能达到0.01 皮法（pF）量级的精度，在时间量测量上能达到百皮秒（pS）。同时，随着市场对 半导

31、体的需求越来越大，半导体生产商为了提高出货速度，会希望测试的时间越少 越好，这就要求测试机的测试速度越快越好，主要指标有响应速度等，先进设备的 响应速度一般都达到了微秒级。最后，因为半导体的测试要求不同且发展很快，而 测试机的投入较高，测试机的可延展性也成为了买家关心的重点，这项技术具体体 现在测试机能否根据需要灵活地增加测试功能、 通道和工位数。 例如爱德万的T2000 测试机就可以通过组合不同的测试模块从而灵活实现对数字、电源、模拟、功率器 件、图像传感器和射频的测试等。 表表2：半导体测试机技术核心半导体测试机技术核心 技术核心技术核心 衡量指标衡量指标 量级要求量级要求 功能集成功能集

32、成 测试模块覆盖范围 电流、电压等覆盖范围 测试精度测试精度 电流 皮安（PA） 电压 微伏（V） 电容 0.01 皮法（pF) 时间量 百皮秒（pS） 响应速度响应速度 响应速度 微秒（S） 可延展性可延展性 功能增加灵活性 测试功能可增加 通道可增加 工位可增加 数据来源：华峰测控招股说明书，长川科技招股说明书，广发证券发展研究中心 识别风险，发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1111 / 4343 Table_PageText 行业专题研究|机械设备 跟随半导体产品不断推进的测试需求。跟随半导体产品不断推进的测试需求。测试机的价格相对昂贵，通常为数百万元， 针对不同测试对象而频繁更换测

33、试机将带来大量资本开支。因此，目前的高端测试 机已经由自动测试设备向开放式测试平台方向发展，基于开放式系统（如 OpenStar2000等），通过搭建自定义的PXI模块，以适应日益增多的待测参数需求， 增强了测试机的灵活性和兼容性。 由于元器件设计和生产工艺的不断进步，器件性能迅速提升，产品生命周期越来越 短，相应的测试设备也必须及时升级换代，近年来国内集成电路测试需求主要包括： 模拟信号测试强调大功率、高精度、覆盖关键交流参数；数字信号测试从中低 速向高速跨越式发展，测试通道数倍增；混合信号测试从模拟信号测试中逐渐剥 离，追求高速、高带宽、高采样率，射频（RF）测试的需求日渐增长；存储器测 试产品更新换代较快，需要独立的测试平台。 表表3：十二五后十二五后集成电路集成电路测试测试平台平台需求趋势需求趋势 测试测试类型类型 器件器件种类种类 配置要求配置要求 测试平测试平台台 设备设备厂商厂商 纯模拟信号 开关/电源/运 放/比较器/功 率器件 电压范围： 1000V 电流范围： 100A TMU 分辨率：0.1nS 覆盖信噪比等交流参数 V93000 爱德万 ASL1000 科利登 高速数字 处理器 逻辑电路 数字频率400MHz 向量深度：3264M 测试通道：5121024CH V93000 爱德万 混合信号 SoC AD/DA RF 数字频率200MHz