根据观研报告网发布的《中国晶圆测试行业发展的新趋势分析与未来前景研究报告(2024-2031年)》显示,晶圆测试(Chip Probing),简称CP,是指通过探针台和测试机的配合使用,对晶圆上的裸芯片进行功能和电参数测试,其测试过程为:探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置,芯片的端点通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接,测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号,判断芯片功能和性能是不是达到设计规范要求。测试结果通过通信接口传送给探针台,探针台据此对芯片进行打点标记,形成晶圆的Mapping,即晶圆的电性测试结果。
晶圆检测系统通常由支架、测试机、探针台、探针卡等组成,探针机主要由Prober(探针台)和Prober Card(探针卡)组成:探针台最大的作用是承裁晶圆,并不断移送UT,使得探针卡上的探针可以和芯片管脚连接,最终记录测试结果;探针卡是测试机和晶圆之间的连接介质,主要材质为铸铜或镀铜,一般具有高强度、导电性能好及不易氧化等特性,由于DUT的独特性,所以不同批次的芯片需要对应不相同的型号的探针卡。示意图如下:
二、晶圆测试行业需求主体分析:集成电路设计、制造、封装和IDM企业为主要需求主体
芯片设计企业是集成电路测试行业的最大需求方。在Fabless模式下,芯片设计企业专注于芯片设计,自身没任何制造、封装和测试的产能,因此其选择封测一体企业、独立第三方测试企业来完成其晶圆和芯片成品的测试需求。根据台湾工研院的统计,集成电路测试成本约占芯片设计企业营收的6%-8%。
封测一体厂商既是集成电路测试服务的供给方也是需求方。封装是“封测一体厂商”最核心的业务,测试是其第二大业务。随着先进封装制程的资产金额的投入慢慢的变大,以及测试技术难度的提升,封测一体厂商将主要精力和资金专注于封装业务,将测试业务外包给独立第三方测试企业来完成的比例越来越高。
在晶圆测试方面,由于与封装的业务关联性不高,封测一体企业的晶圆测试产能通常较小,需要将部分晶圆测试业务外包给独立第三方测试企业来执行,因此与独立第三方测试企业产生较为紧密的合作关系。
在IDM模式下,IDM企业覆盖芯片设计、制造、封装、测试全流程,通过自建封测厂满足芯片测试需求。IDM公司的封测厂一般不接受外部订单,测试产能规划全部服务于集团内部自身设计和制造的产品。但是,随着行业竞争的加剧以及先进制程的资本性支出急剧上升,为了专注于芯片设计和晶圆制造核心环节,IDM企业有意减少封测环节的投资,将部分测试需求外包给封测一体企业、独立第三方测试企业来完成。根据全球最大的独立第三方测试厂商京元电子披露,其20%左右的收入来源于IDM企业。
晶圆制造企业为了服务于内部生产与研发,通常配备少量的晶圆测试产能,由于产能较小,一旦测试需求超过晶圆代工厂的负荷,晶圆代工厂就会考虑将晶圆测试服务外包给独立第三方测试企业或者封测一体企业来完成。
独立第三方测试企业专门干晶圆和芯片成品测试业务,是行业内测试服务的主要供给方,主要服务的客户为芯片设计企业,同时也大量承接封测一体企业、晶圆制造企业、IDM厂商外包的测试业务。
根据台湾工研院的统计,集成电路测试成本约占设计营收的6%-8%,假设取中值7%,结合中国半导体行业协会关于我国芯片设计业务的营收数据测算,2019年我国集成电路测试市场规模为214.25亿元, 2023年我国集成电路测试市场规模为406.77亿元,年均复合增长率达到了17.34%。
晶圆测试作为集成电路测试市场重要的部分,近年来随着半导体产业的快速的提升而迅速增加,集成电路行业进入 12 英寸时代,晶圆厂的大量兴建带动大量的晶圆测试需求,2023年我国晶圆测试行业市场规模达到了**亿元。
四、中国晶圆测试行业竞争局势分析:已形成以封测一体厂商及独立第三方测试厂商为主的格局
目前,我国晶圆测试行业形成了以封测一体厂商及独立第三方测试厂商为主的竞争格局。随着集成电路产业的发展,在“封测一体化”的商业模式上,诞生了“独立第三方测试服务”的新模式,这是行业专业化分工的产物,也是行业追求更高效率的必然结果。
全球主要封测一体厂商及独立第三方测试厂商的总部及其生产基地主要分布在亚洲,具体包括中国台湾、中国大陆、新加坡、韩国、日本和马来西亚。全球前十大封装测试厂商排名中,中国台湾有5家,中国大陆有3家,8家合计市占率为58.5%,且多数厂商仍处于快速增长阶段。全球前十大封装测试厂商中,除了京元电子为独立第三方测试厂商外,其余9家都是封测一体厂商。
集成电路测试服务最初主要由封测一体企业的测试部门对外提供,随着行业分工的细化,出现了独立第三方测试的模式并发展壮大,因此市场上存在“封测一体企业”和“独立第三方测试企业”两类公司参与测试行业的竞争。目前尚无两类模式的各自的市场占有率的权威统计数据,但台湾地区最大的三家独立第三方测试企业合计收入占台湾地区测试市场比重接近30%,可以侧面反应两者的市场占有率情况。由于独立第三方测试企业在技术的专业性、服务品质、服务效率等方面存在较明显的优势,中国台湾和中国大陆主要的独立第三方测试企业都表现出高于行业平均的增速,可以推断独立第三方测试企业的市场占有率保持持续上升。
“封测一体企业”和“独立第三方测试企业”之间保持了特殊的竞争和合作伙伴关系。随着先进封装制程的资产金额的投入慢慢的变大,以及测试技术难度的提升,封测一体厂商将主要精力和资金专注于封装业务,将测试业务外包给独立第三方测试企业来完成的比例慢慢的升高。在晶圆测试方面,“封测一体企业”和“独立第三方测试企业”的合作多于竞争,前者将晶圆测试业务外包给后者;在芯片成品测试方面,“封测一体企业”和“独立第三方测试企业”的竞争与合作共存,前者将部分业务外包给后者的同时,自身也在发展芯片成品测试业务。
封装测试是集成电路产业链的重要环节,经过多年的竞争,封测行业已形成一批封测一体巨头。全球封测市场规模超过2,000亿人民币,全球前十大封测厂商合计市场占有率超过83%。全球排名前三的封测一体企业为日月光、安靠科技和长电科技;中国大陆排名前三的封测一体企业为长电科技、通富微电和华天科技,分别位列全球第三、第五和第六。
从全球来看,独立第三方测试的模式发源于中国台湾,经过多年发展,已经涌现出多家大规模的公司。其中,京元电子、欣铨、矽格是台湾顶级规模的三家企业,同时也是全球最大的三家独立第三方测试企业,三家公司占台湾测试市场的份额接近30%。从中国大陆来看,中国大陆独立第三方测试企业共有80多家,主要分布在无锡、苏州、上海、深圳以及东莞。根据各家企业公开披露的数据,目前中国大陆收入规模超过1亿元的独立第三方测试企业主要有京隆科技(京元电子在大陆的子公司)、利扬芯片、伟测科技、华岭股份、上海旻艾等少数几家公司。由于中国大陆的独立第三方测试企业起步较晚,因此呈现出规模小、集中度低的竞争格局,但是以利扬芯片、伟测科技为代表的内资企业近几年发展速度较快,行业的集中度正在快速提升。
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