1.1 測試是貫穿半導體生產過程的核心環(huán)節(jié)

半導體的生產流程包括晶圓制造和封裝測試，在這兩個環(huán)節(jié)中分別需要完成晶圓檢測（CP, Circuit Probing）和成品測試（FT, Final Test）。無論哪個環(huán)節(jié)，要測試芯片的各項功能指標均須完成兩個步驟：一是將芯片的引腳與測試機的功能模塊連接起來，二是通過測試機對芯片施加輸入信號，并檢測輸出信號，判斷芯片功能和性能是否達到設計要求。

圖1：半導體生產流程

資料來源：九鼎投資整理

測試環(huán)節(jié)通常由芯片設計公司委托晶圓廠、封測廠或者第三方測試公司（以下統(tǒng)稱測試公司）進行，具體分為兩種商業(yè)模式：一是芯片設計公司根據產品類型、功能和設計要求等向測試公司指定特定測試設備進行測試；二是如果芯片設計公司的產品屬于技術上比較成熟的領域，芯片設計公司會直接委托測試公司，由測試公司根據自身設備排產情況選擇相應的測試設備進行測試。因此，測試設備制造商在進行產品開發(fā)和渠道拓展時需要兼顧設計公司和測試公司兩方的需求。

1.2 半導體測試的三大核心設備：測試機、分選機、探針臺

半導體制造是人類迄今為止掌握的工業(yè)技術難度最高的生產環(huán)節(jié)，是先進制造領域皇冠上的一顆鉆石。隨著半導體技術不斷發(fā)展，芯片線寬尺寸不斷減小，制造工序逐漸復雜。目前國際上7 nm制程已進入產業(yè)化階段，需要近2000道工序，先進的制程和復雜的工序將持續(xù)提升對于先進設備的需求。

晶圓制造環(huán)節(jié)設備包括光刻機、化學氣相淀積設備、物理氣相淀積設備、刻蝕機、離子注入機、褪火設備、清洗設備等；封裝環(huán)節(jié)設備包括研磨減薄設備、切割設備、度量缺陷檢測設備、裝片機、引線鍵合設備、注塑機、切筋成型設備等；測試環(huán)節(jié)設備包括測試機（ATE，Automatic Test Equipment）、分選機（Handler）、探針臺（Wafer Prober）等。這些設備的制造需要綜合運用光學、物理、化學等科學技術，目前最先進的設備已經在進行原子級別的制造，具有技術含量高、制造難度大、設備價值高等特點。

在測試設備中，測試機用于檢測芯片功能和性能，探針臺與分選機實現被測芯片與測試機功能模塊的連接。晶圓檢測環(huán)節(jié)需要使用測試機和探針臺，成品測試環(huán)節(jié)需要使用測試機和分選機，具體測試流程如下：

（1）晶圓檢測環(huán)節(jié)（CP）

晶圓檢測是指通過探針臺和測試機的配合使用，對晶圓上的裸芯片進行功能和電參數測試，其測試過程為：探針臺將晶圓逐片自動傳送至測試位置，芯片的Pad 點通過探針、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號，判斷芯片功能和性能是否達到設計規(guī)范要求。測試結果通過通信接口傳送給探針臺，探針臺據此對芯片進行打點標記，形成晶圓的Map圖。

（2）成品測試環(huán)節(jié)（FT）

成品測試是指通過分選機和測試機的配合使用，對封裝完成后的芯片進行功能和電參數測試，其測試過程為：分選機將被測芯片逐個自動傳送至測試工位，被測芯片的引腳通過測試工位上的基座、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號，判斷芯片功能和性能是否達到設計規(guī)范要求。測試結果通過通信接口傳送給分選機，分選機據此對被測芯片進行標記、分選、收料或編帶。

2.1 全球半導體產業(yè)穩(wěn)步增長，中國市場發(fā)展強勁

隨著PC、手機、液晶電視等消費類電子產品需求不斷增加，同時在以先進制造、新能源汽車、物聯網、5G、人工智能、云計算、大數據、新能源、醫(yī)療電子和安防電子等為主的新興應用領域強勁需求的帶動下，全球半導體產業(yè)持續(xù)增長。根據Gartner數據，2017年在存儲器市場量價齊升的帶動下，全球半導體市場規(guī)模同比增長22.2%，達到4,197億美元，2007-2017年CAGR為3.95%，其中集成電路市場規(guī)模為3,402億美元，占比81.4%。隨著全球經濟穩(wěn)步增長，預計未來全球半導體市場規(guī)模增速在6%以上。

圖2：2007-2017年全球半導體市場規(guī)模及增速

數據來源：Gartner

2017年國內集成電路市場規(guī)模為14,251億人民幣（折合2,069億美元），同比增長18.9%，占全球集成電路市場規(guī)模的60.8%，2007-2017年CAGR為8.82%（高于全球3.95%的水平），中國已經成為全球最大的集成電路市場。隨著產業(yè)結構的加快調整，中國集成電路的需求將持續(xù)增長，預計未來幾年年均增速將達到10-15%，超過全球增長率。

圖3：2007-2017年中國集成電路市場規(guī)模及增速

數據來源：中國半導體行業(yè)協會（CSIA）

注：中國統(tǒng)計口徑為集成電路，約占半導體市場規(guī)模的80%，其余20%為分立器件、光電子芯片及傳感器芯片。

2.2 全球半導體制造重心轉向中國，拉動國內半導體設備發(fā)展

全球半導體產能重心轉向中國大陸是大勢所趨。一方面，中國的市場需求大，但自給率低，供需不平衡；另一方面，中國制造成本較低，且隨著技術、人才、產業(yè)鏈資源不斷發(fā)展，已具備承接產能轉移的基礎。全球知名半導體企業(yè)，如英特爾（Intel）、三星（Samsung）、SK海力士（SK Hynix）、臺積電（TSMC）、臺聯電（UMC）、格羅方德（Global Foundry）等已陸續(xù)或計劃在我國建設工廠或代工廠。根據SEMI發(fā)布的報告，2017-2020年間全球投產的半導體晶圓廠為62座，其中26座設于中國，占全球總數的42%。截至2017年年底，大陸地區(qū)12寸晶圓廠產能（按設計產能）為52.5萬片/月，約占全球產能的12%。根據業(yè)內調研統(tǒng)計，2018~2020年中國大陸12寸、8寸晶圓廠建設投資將達7,228億元（其中內資晶圓廠投資達5,303億元，占比73%），年均投資達2,409億元（其中內資晶圓廠投資達1,768億元）。

表1：大陸正在建設中或規(guī)劃中的晶圓廠（8寸、12寸）

資料來源：九鼎投資整理（截止至2018年8月）

隨著半導體產業(yè)向中國轉移，國內半導體設備需求快速增長。SEMI在2018年年中SEMICON West展覽會上發(fā)布報告，2017年全球半導體設備支出達566.2億美元，同比增長37.3%，中國半導體設備支出82.3億美元，占全球的14.5%，預計到2019年，中國半導體設備支出將增長46.6%，達到173億美元，躋身世界榜首。

圖4：全球和中國半導體設備市場規(guī)模（單位：億美元）

數據來源：SEMI（國際半導體設備材料產業(yè)協會），2018.6

2.3 中國封裝測試產業(yè)快速發(fā)展，拉動測試設備市場需求

根據WSTS數據，2017年全球半導體封裝測試市場規(guī)模為529億美元，2011-2017年CAGR為2.2%。隨著全球半導體制造重心向國內轉移，我國封裝測試市場的全球市場占有率逐年提升，從2011年31.2%提升至2017年52.0%。2017年國內封裝測試市場規(guī)模為275億美元（折合1,890億人民幣），2011-2017年CAGR為9.9%，增速遠遠高于全球，封裝測試已成為我國半導體產業(yè)鏈中最具國際競爭力的環(huán)節(jié)。

圖5：全球和中國半導體封裝測試市場規(guī)模（單位：億美元）

數據來源：全球數據來自WSTS，中國數據來自Wind（按1美元=6.88 人民幣計算），九鼎投資整理

受惠于政策資金的大力扶持，我國封測企業(yè)逐步開啟海內外并購步伐，不斷擴大公司規(guī)模。其中，長電科技聯合產業(yè)基金、芯電半導體收購新加坡封測廠星科金朋；華天科技收購美國FCI；通富微電聯合大基金收購AMD蘇州和檳城封測廠；晶方科技則購入英飛凌智瑞達部分資產。國內封測廠商借助并購潮進入了實力顯著提升的快車道，實現了遠超同行增長率的快速壯大，已經成為了全球半導體封測行業(yè)的重要力量。全球前十大封測廠臺灣占據5家、中國3家（長電科技、華天科技、通富微電）、美國以及新加坡各1家。2017年長電科技、華天科技、通富微電三家封測廠銷售總額占全球OSAT總收入的19.1%，占全球封測市場總規(guī)模的9.8%。同時，隨著晶圓廠產能向中國大陸轉移，國內封測廠陸續(xù)投入新產線以實現產能的配套擴張，預計未來五年內，中國大陸本土封測企業(yè)的銷售額占全球OSAT總銷售額的比例將提高至40%以上，成為全球封測設備銷售的最大市場。

表2：2018年部分封測產線規(guī)劃信息

資料來源：九鼎投資整理

2.4 全球半導體測試設備市場規(guī)模達50.1億美元，中國成主力市場

根據SEMI數據統(tǒng)計，2015-2017年全球晶圓加工設備、測試設備、封裝設備以及其他設備三年累計銷售額占比分別為80%、9%、6%、5%。以此測算，2017年全球半導體測試設備市規(guī)模為50.1億美元，其中，測試機、分選機和探針臺占比分別為65%、18%、17%。對應的市場規(guī)模分別為33.1億美元、9.2億美元和7.8億美元。

測試機根據測試產品類型的不同可以分為SoC測試系統(tǒng)、存儲器測試系統(tǒng)、模擬測試系統(tǒng)、數字測試系統(tǒng)、RF測試系統(tǒng)等；分選機根據其工作原理的不同可以分為平移式分選機（Pick & Place）、重力式分選機（Gravity-feed）、轉塔式分選機（Turret）等。下表整理了2017年全球半導體測試設備各細分領域市場規(guī)模。

表3：2017年全球半導體測試設備各細分領域市場規(guī)模

數據來源：測試機數據來自VLSI，分選機數據來自九鼎投資半導體團隊調研整理

隨著2018-2020年中國大陸多家晶圓廠陸續(xù)投建及量產，國內封測廠將陸續(xù)投入新產線以實現產能的配套擴張，將帶動國內半導體測試設備市場高速增長。根據九鼎投資市場調研分析，2017年國內半導體測試設備市場約42億人民幣（不含存儲測試設備），預計2020年國內半導體測試設備市場需求將達到80.6億人民幣（不含存儲測試設備）。

表4：2018-2020年中國半導體測試設備市場需求測算

數據來源：九鼎投資調研

2.5 并購成為半導體測試設備行業(yè)主旋律，市場集中度不斷提升

半導體測試設備屬于產品線非常豐富、細分領域較多的一個行業(yè)，該領域自2000年以后出現了大規(guī)模的整合，全球主要參與者減少至5家左右。以全球領先的分選機企業(yè)科休（Cohu）為例，其在2008年和2013年分別收購Rasco（主要業(yè)務為重力式分選機和平移式分選機）和ISMeca（主營業(yè)務為轉塔式分選機），豐富了其在分選機領域全系列產品線；2017年Cohu分選機全球市場占有率21.5%；2018年5月Cohu收購全球第二大分選機企業(yè)科利登（Xcerra，主要業(yè)務為測試機和分選機），進一步將其分選機的全球市場占有率提升至38.5%的同時，填補了其在測試機領域的空白。

下表整理了占全球半導體測試設備約80%市場份額的四巨頭泰瑞達（Teradyne）、愛德萬（Advantest）、科休（Cohu）和科利登（Xcerra）的并購史。

表5：全球半導體測試設備行業(yè)并購情況

資料來源：九鼎投資整理

鑒于全球半導體測試設備龍頭企業(yè)的發(fā)展歷史，國內企業(yè)應把握產業(yè)發(fā)展黃金窗口期，內生、外延雙輪發(fā)力。目前國內在一些細分領域已經出現了優(yōu)秀的測試設備企業(yè)，并取得了一定的技術突破，我們認為未來五年內，較高的凈利率（20%左右）和較快的增長速度足以支撐一些細分領域優(yōu)秀的企業(yè)上市，預計未來國內會出現5-10家在各自細分市場領先的測試設備企業(yè)，通過并購最終形成2-3家國際領先的半導體測試設備企業(yè)。

3.1 測試機：雙寡頭格局清晰，SoC成為重要戰(zhàn)略領域

2017年雙寡頭泰瑞達（Teradyne）、愛德萬（Advantest）測試機銷售額分別為13.7億美元、12.4億美元，全球市場占有率分別為41.4%、37.5%，其主要測試機產品為SoC和存儲器測試系統(tǒng)。

在SoC測試領域，1995年泰瑞達收購Megatest，通過Catalyst和Tiger測試系統(tǒng)成為SoC測試領域的領導者，而愛德萬于2011年收購惠睿捷，使其在SoC測試領域迅速提升，2017年泰瑞達和愛德萬壟斷全球SoC測試機86.2%的市場份額。此外，科利登是除了泰瑞達和愛德萬以外極少數具備SoC測試機生產能力的企業(yè)，該公司SoC測試系統(tǒng)產品包括X-Series系列、Diamond系列以及新推出的緊湊型的DxV SoC測試系統(tǒng)，2017年測試機營收為1.56億美元，市占率為4.7%。

在存儲測試領域，由于80年代半導體產業(yè)由家電進入PC時代催生了DRAM大量需求，日本在原有積累基礎上實現DRAM大規(guī)模量產，迅速取代美國成為DRAM主要供應國，在此產業(yè)轉移背景下，愛德萬搶先布局存儲器測試領域，于1976年推出了全球首臺DRAM測試機T310/31，2017年愛德萬存儲器測試機全球市占率達到59.5%；由于韓國在存儲市場的壟斷地位，韓企Exicon、UniTest幾乎瓜分了剩余大部分的存儲測試機市場份額。

表6：全球主要測試機企業(yè)概況

資料來源：九鼎投資整理

本土企業(yè)通過多年的研發(fā)和積累在模擬/數模測試和分立器件測試領域已經實現進口替代，基本完成國產化。其中華峰測控、長川科技、宏測半導體模擬/數?；旌蠝y試機年出貨量接近700臺，約占國內模擬測試機市場份額的85%；聯動科技、Juno、宏邦電子分立器件測試機國內市場總份額超過90%。而在SoC領域，本土企業(yè)還尚未形成成熟的產品和市場突破，主要原因有兩方面：1）SoC芯片集成了微處理器、模擬IP核、數字IP核以及存儲器控制接口等功能，不同模塊的頻率、電壓、測試原理均不同。同時，高度集成造成測試的數據量和時間成倍增長，測試功耗也是傳統(tǒng)測試項目的2~4倍，因此該類芯片的測試對測試機有更高的要求；2）數字測試模塊的核心技術依賴于Firmware（固件）與硬件系統(tǒng)的互相配合，涉及到結構、算法、硬件設計多個領域技術的綜合運用，本土企業(yè)無法通過簡單仿制進行開發(fā)，必須通過自主創(chuàng)新重新進行整體系統(tǒng)設計，對相關領域的技術、經驗要求更高。

表7：本土測試機企業(yè)概況

資料來源：九鼎投資整理

SoC芯片的應用推動了大量SoC測試機的需求，如手機芯片就是集成了CPU、GPU、基帶芯片（負責通訊）、圖像處理器（ISP）等的SoC。從過去10年的歷史發(fā)展來看，SoC測試系統(tǒng)占測試機的比例基本穩(wěn)定在60%以上，這也促使國外測試設備巨頭重點布局SoC測試領域。我們認為，隨著本土優(yōu)秀團隊的出現和技術的突破，SoC測試機會如同模擬/數模測試機和分立器件測試機逐步實現進口替代，完成國產化。

3.2 分選機：集中度相對分散，主要實現與測試機的配套

相較于測試機，分選機的行業(yè)壁壘相對多樣化，其競爭優(yōu)勢側重有所不用。對于分選機企業(yè)來說，實現與測試機的良好配套，滿足多樣化產品的不同需求，以及形成良好的服務能力是分選機企業(yè)的核心競爭力，這也是形成行業(yè)較分散格局的重要原因。

2017年分選機全球排名前三的企業(yè)分別為科休、科利登和愛德萬，市場份額分別為21.5%、17.0%和14.0%。2018年5月科休收購科利登進一步提升了全球半導體測試設備市場集中度，至此形成了科休和愛德萬市占率分別為38.5%和14.0%的市場格局。在分選機細分領域，也出現了一些突出的企業(yè)，如：韓國的Techwing是全球領先的存儲芯片測試分選機廠商，其在存儲芯片測試分選機領域的市占率超過50%；ASM在轉塔式分選機領域的市占率為54%，Epson、Hontech在平移式分選機領域有較高的市場份額。

本土分選機企業(yè)主要有長川科技（重力式和平移式分選機）、金海通（平移式分選機）、上海中藝（重力式分選機）、格朗瑞（轉塔式分選機）等。而在各類分選機中，轉塔式分選機國產自給率最低（約8%），主要原因為轉塔式分選機是UPH（每小時分選芯片數量）最高的一類分選機，在高速運行下，既需保證重復定位精度，又需保證較低的Jam Rate（故障停機比率），這對分選機設備開發(fā)提出了更高的要求。

表8：本土分選機企業(yè)概況