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2021年半导体测试的四个变化和两大机遇

半导体测试,最早设定为芯片纠错的必经步骤。随着半导体器件的日益复杂化,越来越多优质的半导体公司利用自动化测试来提升内核,进一步提升产品质量和加速上市时间,同时优化成本来确保利润最大化。

在此背景下,全球半导体测试企业纷纷加码研发,革新半导体测试设备及系统,以满足日益更新的测试需求,产业内正在酝酿着一场大变革。P6sesmc

半导体测试的四大变化

第一,测试“单飞”,第三方专业测试将迎来大发展。P6sesmc

长久以来,“测试”和“封装”理所应当地被混为一谈,并称为“封测”,被纳为半导体制造的后端工序。尤其是封装业占据了巨额产值,使得测试业被无形地“忽略”了。P6sesmc

事实上,半导体生产流程涵盖晶圆制造、晶圆测试、芯片封装和封装后测试这四个工序,测试需求贯穿始终。特别是越高端、越复杂的芯片对测试的依赖度越高,每个工序、每个环节都不允许有偏差,测试的完整性直接关系到最终电子产品的品质。由此预测,晶圆测试的地位会随着芯片性能升级而显著提高。P6sesmc

为何谈及“测试”时总会与“封装”挂钩呢?这与测试产业的发展有密切关系。早期,测试工序由晶圆制造厂自己把控,设备是自己研发的,测试结果也是自己掌握,缺乏一定的标准性和规范化。后来随着半导体产值规模化成长,制造厂商的产P6sesmc

能压力加剧,封装厂商便应运承接了后端封装与测试的工序。目前,中国市场中主流的测试设备多数出自封装大厂;而国外的高端测试能力集中在第三方专业检测公司。P6sesmc

时至2020年,中国政府出台了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,第一次将封测企业拆分成封装企业和测试企业,首次为测试“正名”。这印证了重视测试产业是推动半导体发展的必由之路,检测产业将迎来大发展,甚至未来可能会超越封装的P6sesmc

总产值。而目前中国市场紧缺的第三方专业测试公司正逐步走上市场主舞台。P6sesmc

第二,宏观格局上,全球双寡头形成,陆系厂商积极突围。P6sesmc

半导体测试处于晶圆制造、封装测试这两个工序里,核心设备涵盖了测试机、分选机、探针台3种,都是通过计算机控制进行测试检验的自动化设备。其中,测试机负责检测性能,后两者主要检测连接性;探针台与测试机配合于晶圆制造工序,分选机与测试机配合在封装测试工序(图1)。以下将从设备类别分析供应商格局。P6sesmc

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(1 )自动测试机(ATE,Automatic Test Equipment)P6sesmc

ATE设备从1960年代发展至今已形成双寡头格局——泰瑞达( Teradyne) 与爱德万测试P6sesmc

(Advantest)占有全球近90%的市场。随后紧跟科休、科利登、芝测(SHIBASOKU)、SPEA等国际大厂以及中国台湾的致茂电子、德律、久元电子、京元电子等,日益崛起的陆系厂家发展潜力也不容小觑,包括华峰测控、长川科技、宏测半导体等(表1)。P6sesmc

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ATE设备具有生命周期长的特点。因为它不属于工艺设备,和制程的直接相关度较低,所以硬件产品迭代速度较慢,更换模块就可提升检测性能。这对于已打入检测供应的厂商来说,有利于建立长期稳定的供应关系,可以长期享受技术沉淀的成果;但对于后来者来说,一定程度上提高进入门槛。P6sesmc

由此预测,ATE双寡头的格局将中长期存在,头部企业会积极应对终端客户的不同测试需求,带来革新的测试体验。而在模拟IC、分立器件的细分领域,陆系厂商正不断突围,预计在实现100%自给后,会趁热打铁地冲击海外检测机市场,引起鲶鱼效应。P6sesmc

(2)分选机(Handler)P6sesmc

相较于测试机,分选机的行业壁垒相对多样化,其竞争优势侧重有所不用。但总体而言,分选机领域的头部企业与测试机行业相近(表2),说明分选机企业可以实现分选与测试的良好配套,并满足不同行业的测试需求,从而取得市场话语权。P6sesmc

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(3)探针台(Wafer Prober)P6sesmc

最后的探针台,其研发难度比前两者大,目前由海外厂商占主导地位,陆系厂商自给率偏低(表3),相信是测试设备厂商后续竞争的重头戏。P6sesmc

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第三,技术挑战上,新兴市场提出更高要求。P6sesmc

从技术层面看,半导体测试产业已经很久没有大革新了。由此,5G、大数据、人工智能等新兴市场的崛起,将驱动对更高性能的测试需求。P6sesmc

泰瑞达半导体测试事业部副总裁兼中华区总裁Jason Zee告诉《国际电子商情》,5G通信、AI、大数据这些新兴市场推动了更多的大数据捕捉和数据流动。例如: 在数据采集中,帧率/分辨率的增长驱动图像传感器接口转换到串行标准和专有数字接口以实现4倍的数据带宽;在5G通信的数据移动中,5G无线设备继续进化到10倍以上的频率和5倍以上的带宽接口;在人工智能和云设备的数据处理中,晶体管数量的增长推动了新的并行和串行扫描方法,这些方法要求更快的数字引脚速度和更深的内存深度……上述需求都驱动测试设备需要更高的性能要求。P6sesmc

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Jason Zee, 泰瑞达半导体测试事业部副总裁,中华区总裁P6sesmc

Jason Zee表示:“泰瑞达作为ATE主要供应商,不仅能够满足上述新的测试要求,还确保了更高的吞吐量和更快的上市时间。”记者观察市面上主流的ATE设备,其响应速度一般都达到了微秒级,同时还被要求灵活地增加测试功能、通道和工位数,设备具备良好的可延展性。而泰瑞达ATE技术的长青秘诀是得益于公司对研发的坚定投入。2019年的财报数据显示,公司R&D支出占该年营收的14%,高于市场平均值。P6sesmc

第四,测试厂商聚焦实操痛点,从客户的角度优化测试体验。P6sesmc

除了测试技术,客户的测试体验也很久没有发生大的变化。据NI亚太区半导体测试市场战略经理潘建安归纳,终端厂商的测试困扰集中在两处:P6sesmc

困扰一:在实验室里,工程师都依赖机架堆叠仪器搭配大量的手动测试程序,而生产测试则使用较为昂贵的自动化测试设备ATE来完成。从实验室到量产所采用的测试方法不同,很难能够进行很好的关联,这无疑增加了测试的工作量,也增加了设备与时间成本。P6sesmc

困扰二:在工厂车间里,客户会有很多厂家的仪器设备,太多的仪器对客户来说也是一种困扰,如何让这些仪表有效配合是一件让人困扰的事。P6sesmc

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NI亚太区半导体测试市场战略经理潘建安P6sesmc

潘建安表示:“对此,NI会从客户角度和客户利益考虑出发,提供从实验室到量产的统一平台、数据收集及分析软件平台以及ModernLab、Central data lake等解决方案,以确保不同类型仪器设备的协同和数据打通,达到全流程的数据被有效利用,从而提高测试速度、降低成本。”P6sesmc

可见,在数字化时代里,自动测试厂商的竞争不再是单机设备的竞争,而是如何促使工厂全流程的互补、协同工作。P6sesmc

半导体测试的两大机遇

机遇一,疫情催生“远程的自动化测试”需求,关键是把数据转化为价值。P6sesmc

疫情加速了数字化转型的进程,具体表现为:疫情期间,欧美许多工程师在家远程办公,推动了测试测量从原本的自动化向远程自动化发展。P6sesmc

远程自动化的一个重点特点是,更强调测试所得到的数据,即如何存放在云或者数据库里,再被更有效地利用。归根到底,是工厂数字化转型的核心需求。P6sesmc

潘建安认为,远程自动化测试最理想的模式是:自动化不再只是测试系统本身的自动化,它包含整个制造流程的各个方面,机台维护、运营都要能够集成在整个自动化的流程里。其后,以软件为中心的复杂自动化测试和数据管理方法进行更智能的测试。P6sesmc

NI的做法是,通过NI SystemLink里一个叫“Central data lake”模块,采集从实验室到量产车间的数据,并且接受csv、stdf、mat、snp、vcd等各种格式,方便管理与分析。而测试设备集成上,一般会用搭机柜的方式,NI PXI也能够堆叠起来,甚至去跟第三方的仪器仪表集成。至于数据分析方面,仍需要深入结合AI算法,瞄准不同工厂的实际情况持续推进。P6sesmc

在疫情的大背景下,泰瑞达机台可供使用者居家操作,工程师利用远程自动化的功能,进行新程序的开发,实时掌握生产线机台的运作情况,便捷性不言而喻。远程自动化的另一大好处是作业效率得以显著提升,全球工程师可以共同协作,合理分配使用时间,一台机台支持24小时多地作业,例如亚洲同事可以当地时间白天使用该机台,美国中部地区同事则可以晚上使用,从而降低测试成本。P6sesmc

机遇二,中国半导体测试市场大崛起,建厂热潮、大资金支持、产业转移三轮驱动。P6sesmc

中国半导体测试市场的崛起,具有必然性。短期来看,在国产替代热潮下,国家领队的大资金投资不断加码,下游晶圆和封测厂的资本开支增长,建厂动作频频,设备采购需求大增,进而带动半导体测试设备市场快速崛起。P6sesmc

长远来看,中国正处于全球半导体产业第三次转移的历史机遇期。虽受疫情影响,全球半导体市场在2020年显现颓势,但中国半导体市场抢先领跑,将给目前仍在疫情阴影下的欧美I DM厂商打开另一扇“窗”。P6sesmc

潘建安分享道:“受欧美疫情的影响,我们有观察到IDM的部分订单向亚洲转移。亚洲本来就有比较完整的一个半导体生态圈,这是对此生态链的重要补充,有利于亚洲半导体产业格局的壮大,对半导体测试仪器设备也意味着更多商机。”P6sesmc

作为ATE设备领域的头部玩家,泰瑞达Jason Zee强调道:“2020年是泰瑞达进入中国市场的第二十周年,如今我们在中国有700多名员工,17个办事处,3500多名测试人员,为250家中国客户提供服务。泰瑞达在中国也有生产基地,60%的产品都在本地生产。目前为止,我们已经向中国市场出货了超过10,000台测试设备。每一组数据都印证了,中国是一个不断增长的市场,并将持续成为公司未来增长和承诺的重要组成部分,泰瑞达有信心继续交出令市场满意的答卷。”P6sesmc

本文为《国际电子商情》2021年1月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击 这里P6sesmc

原创
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Momo Zhong
国际电子商情(Electronics Supply and Manufacturing-China)助理产业分析师,专注于PCB、电子工程、移动终端、智能家居等上下游垂直领域。
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