半導(dǎo)體測試設(shè)備市場現(xiàn)狀:國產(chǎn)化仍不足10%!
高端智能裝備是國之重器,是制造業(yè)的基石,尤其是半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)高端智能裝備,在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中更是具有舉足輕重的作用,而在半導(dǎo)體制造過程中,半導(dǎo)體裝備則是重中之重。實(shí)現(xiàn)設(shè)備本土化是我國發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵之一,關(guān)系到我國能否擁有產(chǎn)業(yè)自主權(quán)。
此前國家曾對于半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化提出了明確要求:在 2020 年之前,90~32nm 工藝設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到 50%,實(shí)現(xiàn) 90nm 光刻機(jī)國產(chǎn)化,封測關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到 50%。在 2025 年之前,20~14nm 工藝設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到 30%,實(shí)現(xiàn)浸沒式光刻機(jī)國產(chǎn)化。到 2030 年,實(shí)現(xiàn) 18英寸工藝設(shè)備、EUV 光刻機(jī)、封測設(shè)備的國產(chǎn)化。
相對于半導(dǎo)體制造的其他環(huán)節(jié)來說,在半導(dǎo)體封測領(lǐng)域,目前國內(nèi)廠商發(fā)展較快,由此也帶動了封測設(shè)備國產(chǎn)化率的提升。那么目前在半導(dǎo)體自動化測試設(shè)備領(lǐng)域,國產(chǎn)廠商的發(fā)展情況如何呢?
一、自動化測試設(shè)備:廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈,需求趨勢向上
(一)測試需求貫穿半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、前道制造、后道封裝全程
半導(dǎo)體測試貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程的核心環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體測試就是通過測量半導(dǎo)體的輸出響應(yīng)和預(yù)期輸出并進(jìn)行比較以確定或評估集成電路功能和性能的過程,其測試內(nèi)容主要為電學(xué)參數(shù)測試。一般來說,每個(gè)芯片都要經(jīng)過兩類測試:
(1)參數(shù)測試
參數(shù)測試是確定芯片管腳是否符合各種上升和下降時(shí)間、建立和保持時(shí)間、高低電壓閾值和高低電流規(guī)范,包括DC(Direct Current)參數(shù)測試與AC(Alternating Current)參數(shù)測試。DC參數(shù)測試包括短路測試、開路測試、最大電流測試等。AC參數(shù)測試包括傳輸延遲測試、建立和保持時(shí)間測試、功能速度測試等。這些測試通常都是與工藝相關(guān)的。CMOS輸出電壓測量不需要負(fù)載,而TTL器件則需要電流負(fù)載。
(2)功能測試
功能測試決定芯片的內(nèi)部數(shù)字邏輯和模擬子系統(tǒng)的行為是否符合期望。這些測試由輸入適量和相應(yīng)的響應(yīng)構(gòu)成。他們通過測試芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)來檢查一個(gè)驗(yàn)證過的設(shè)計(jì)是否正產(chǎn)工作。功能測試對邏輯電路的典型故障有很高的覆蓋率。
測試成本與測試時(shí)間成正比,而測試時(shí)間取決于測試行為,包括低速的參數(shù)測試和高速的矢量測試(功能測試)。其中參數(shù)測試的時(shí)間與管腳的數(shù)目成比例,適量測試的時(shí)間依賴于矢量的數(shù)目和時(shí)鐘頻率。測試的成本主要是功能測試。
半導(dǎo)體測試貫穿設(shè)計(jì)、制造、封裝、應(yīng)用全過程。從最初形成滿足特定功能需求的芯片設(shè)計(jì),經(jīng)過晶圓制造、封裝環(huán)節(jié),在最終形成合格產(chǎn)品前,需要檢測產(chǎn)品是否符合各種規(guī)范。按生產(chǎn)流程分類。半導(dǎo)體測試可以按生產(chǎn)流程可以分為三類:驗(yàn)證測試、晶圓測試測試、封裝檢測。
(1)驗(yàn)證測試
又稱實(shí)驗(yàn)室測試或特性測試,是在器件進(jìn)入量產(chǎn)之前驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確,需要進(jìn)行功能測試和全面的AC/DC。特性測試確定器件工作參數(shù)的范圍。通常測試最壞情況,因?yàn)樗绕骄闆r更容易評估,并且通過此類測試的器件將會在其他任何條件下工作。
(2)晶圓測試
每一塊加工完成后的芯片都需要進(jìn)行晶圓測試,他沒有特性測試全面,但必須判定芯片是否符合設(shè)計(jì)的質(zhì)量和需求。測試矢量需要高的故障覆蓋率,但不需要覆蓋所有的功能和數(shù)據(jù)類型。晶圓測試主要考慮的是測試成本,需要測試時(shí)間最小,只做通過/不通過的判決。
(3)封裝測試
是在封裝完成后的測試。根據(jù)具體情況,這個(gè)測試內(nèi)容可以與生產(chǎn)測試相似,或者比生產(chǎn)測試更全面一些,甚至可以在特定的應(yīng)用系統(tǒng)中測試。封裝測試最重要的目標(biāo)就是避免將有缺陷的器件放入系統(tǒng)之中。晶圓測試又稱前道測試、“Circuit porbing”(即CP測試)、“Wafer porbing”或者“Die sort”。
晶圓測試大致分為兩個(gè)步驟:
①單晶硅棒經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)制程制作的晶圓,在芯片之間的劃片道上會有預(yù)設(shè)的測試結(jié)構(gòu)圖,在首層金屬刻蝕完成后,對測試結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行晶圓可靠性參數(shù)測試(WAT)來監(jiān)控晶圓制作工藝是否穩(wěn)定,對不合格的芯片進(jìn)行墨點(diǎn)標(biāo)記,得到芯片和微電子測試結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)量;
②晶圓制作完成后,針對制作工藝合格的晶圓再進(jìn)行CP測試(Circuit Probing),通過完成晶圓上芯片的電參數(shù)測試,反饋芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的信息。完成晶圓測試后,合格產(chǎn)品才會進(jìn)入切片和封裝步驟。
封裝測試:
在一個(gè)Die封裝之后,需要經(jīng)過生產(chǎn)流程中的再次測試。這次測試稱為“Final test”(即通常說的FT測試)或“Package test”、成品測試。
在電路的特性要求界限方面,F(xiàn)T測試通常執(zhí)行比CP測試更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。芯片也許會在多組溫度條件下進(jìn)行多次測試以確保那些對溫度敏感的特征參數(shù)。
商業(yè)用途(民品)芯片通常會經(jīng)過0℃、25℃和75℃條件下的測試,而軍事用途(軍品)芯片則需要經(jīng)過 -55℃、25℃和125℃。
不同測試環(huán)節(jié)的測試參數(shù)和應(yīng)用場景稍有區(qū)別。晶圓測試的對象是未劃片的整個(gè)晶圓,屬于在前端工序中對半成品的測試,目的是監(jiān)控前道工藝良率,并降低后道封裝成本。
成品測試是對完成封裝的集成電路產(chǎn)品進(jìn)行最后的質(zhì)量檢測,主要是針對芯片應(yīng)用方面的測試,有些甚至是待機(jī)測試,以保證出廠產(chǎn)品的合格率。
CP測試與成品測試的測試參數(shù)大體是相似的,但由于探針的容許電流有限,CP測試通常不能進(jìn)行大電流測試項(xiàng)。
此外,CP測試的常見室溫為25℃左右,而成品測試有時(shí)需要在75-90℃的溫度下進(jìn)行。
半導(dǎo)體檢測是產(chǎn)品良率和成本管理的重要環(huán)節(jié),在半導(dǎo)體制造過程有著舉足輕重的地位。面臨降低測試成本和提高產(chǎn)品良率的壓力,測試環(huán)節(jié)將在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)更為重要的地位。
摩爾定律預(yù)測,芯片上的元器件數(shù)目每隔18個(gè)月會增加一倍,單位元器件的材料成本和制造成本會成倍降低,但芯片的復(fù)雜化將使測試成本不斷增加。
根據(jù)ITRS的數(shù)據(jù),單位晶體管的測試成本在2012年前后與制造成本持平,并在2014年之后完成超越,占據(jù)芯片總成本的35-55%。
另外,隨著芯片制程不斷突破物理極限,集成度也越來越高,測試環(huán)節(jié)對產(chǎn)品良率的監(jiān)控將會愈發(fā)重要。
(二)ATE迭代速度較慢,設(shè)備商充分享受技術(shù)沉淀成果
ATE迭代速度較慢,主力產(chǎn)品生命周期長。半導(dǎo)體自動化測試系統(tǒng)不屬于工藝設(shè)備,和制程的直接相關(guān)度較低,產(chǎn)品迭代速度較慢,單類產(chǎn)品的存在時(shí)間較長,設(shè)備商享受技術(shù)沉淀成果。
市場目前主流的ATE(Automatic Test Equipment,半導(dǎo)體自動測試設(shè)備)多是在同一測試技術(shù)平臺通過更換不同測試模塊來實(shí)現(xiàn)多種類別的測試,提高平臺延展性。
例如國際半導(dǎo)體測試機(jī)龍頭美國泰瑞達(dá)的模擬及數(shù)?;旌蠝y試平臺ETS-364/ETS-600由Eagle Test System于2001年推出,目前仍在泰瑞達(dá)官網(wǎng)銷售。
愛德萬的V93000機(jī)型、T2000機(jī)型分別于1999年、2003年推出。根據(jù)愛德萬官方數(shù)據(jù),2014年V93000出貨超過500臺,截至2015年3月16日累計(jì)出貨4000臺,2017年更是創(chuàng)下累計(jì)出貨5000臺的記錄,即使在2019年也有單筆訂單超過30臺的情況。
而這兩款機(jī)型之所以能夠維持如此好的銷售成績,是因?yàn)锳TE設(shè)備僅需更換測試模塊和板卡就可實(shí)現(xiàn)多種類測試以及測試性能提升,而不需要更換機(jī)器。
V93000在更換AVI64模塊之后將測試范圍擴(kuò)大到了電源市場和模擬市場,而更換PVI8板卡后不僅可以實(shí)現(xiàn)大功率電壓/電流的測量,并且測試速度更快,測量更精準(zhǔn),更換WaveScale板卡后可實(shí)現(xiàn)高并行,多芯片同測及芯片內(nèi)并行測試,大大降低了測試成本與時(shí)間。
T2000也可以通過組合不同的模塊完成對SoC器件、RF、CMOS圖像、大功率器件以及IGBT的測試。于是一款A(yù)TE設(shè)備可以在市場上存在20年之久且依然有良好的銷售業(yè)績,設(shè)備商從而可以享受技術(shù)沉淀的成果。
半導(dǎo)體測試機(jī)的技術(shù)核心在于功能集成、精度與速度、與可延展性。隨著芯片工藝的發(fā)展,一片芯片上承載的功能越來越多,測試機(jī)需要測試的范圍也越來越大,這就對測試機(jī)提出了考驗(yàn),測試機(jī)的測試覆蓋范圍越廣,能夠測試的項(xiàng)目越多,就越受客戶青睞。
企業(yè)購買測試機(jī)就是為了把不符合要求的產(chǎn)品精準(zhǔn)地判斷出來,于是測試機(jī)的測試精度也成了技術(shù)核心之一,測試精度的重要指標(biāo)包括測試電流、電壓、電容、時(shí)間量等參數(shù)的精度,先進(jìn)設(shè)備一般能夠在電流測量上能達(dá)到皮安(pA)量級的精度,在電壓測量上達(dá)到微伏(μV)量級的精度,在電容測量上能達(dá)到0.01皮法(pF)量級的精度,在時(shí)間量測量上能達(dá)到百皮秒(pS)。
同時(shí),隨著市場對半導(dǎo)體的需求越來越大,半導(dǎo)體生產(chǎn)商為了提高出貨速度,會希望測試的時(shí)間越少越好,這就要求測試機(jī)的測試速度越快越好,主要指標(biāo)有響應(yīng)速度等,先進(jìn)設(shè)備的響應(yīng)速度一般都達(dá)到了微秒級。
最后,因?yàn)榘雽?dǎo)體的測試要求不同且發(fā)展很快,而測試機(jī)的投入較高,測試機(jī)的可延展性也成為了買家關(guān)心的重點(diǎn),這項(xiàng)技術(shù)具體體現(xiàn)在測試機(jī)能否根據(jù)需要靈活地增加測試功能、通道和工位數(shù)。例如愛德萬的T2000測試機(jī)就可以通過組合不同的測試模塊從而靈活實(shí)現(xiàn)對數(shù)字、電源、模擬、功率器件、圖像傳感器和射頻的測試等。
跟隨半導(dǎo)體產(chǎn)品不斷推進(jìn)的測試需求。測試機(jī)的價(jià)格相對昂貴,通常為數(shù)百萬元,針對不同測試對象而頻繁更換測試機(jī)將帶來大量資本開支。
因此,目前的高端測試機(jī)已經(jīng)由自動測試設(shè)備向開放式測試平臺方向發(fā)展,基于開放式系統(tǒng)(如OpenStar2000等),通過搭建自定義的PXI模塊,以適應(yīng)日益增多的待測參數(shù)需求,增強(qiáng)了測試機(jī)的靈活性和兼容性。
由于元器件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步,器件性能迅速提升,產(chǎn)品生命周期越來越短,相應(yīng)的測試設(shè)備也必須及時(shí)升級換代,近年來國內(nèi)集成電路測試需求主要包括:
①模擬信號測試強(qiáng)調(diào)大功率、高精度、覆蓋關(guān)鍵交流參數(shù);
②數(shù)字信號測試從中低速向高速跨越式發(fā)展,測試通道數(shù)倍增;
③混合信號測試從模擬信號測試中逐漸剝離,追求高速、高帶寬、高采樣率,射頻(RF)測試的需求日漸增長;
④存儲器測試產(chǎn)品更新?lián)Q代較快,需要獨(dú)立的測試平臺。
(三)具備可觀的市場空間,需求趨勢向上
半導(dǎo)體測試設(shè)備具備可觀的市場空間。半導(dǎo)體檢測(包括過程工藝控制與半導(dǎo)體測試)的廣泛應(yīng)用以及對良率和成本的重要性,總體檢測設(shè)備的投資與光刻、刻蝕等關(guān)鍵工藝相差無幾。
根據(jù)SEMI數(shù)據(jù),在全球半導(dǎo)體設(shè)備市場中,近年來前段晶圓加工設(shè)備部分,光刻、刻蝕、薄膜沉積設(shè)備各占約20%的市場;在檢測設(shè)備領(lǐng)域,包括工藝過程控制、CP測試、FT測試等,其占整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備市場空間的大致在15%~20%,其中半導(dǎo)體測試設(shè)備(包括ATE、探針臺、分選機(jī))大概占比8%~10%。
半導(dǎo)體測試設(shè)備主要包括三類:ATE、探針臺、分選機(jī)。其中測試功能由測試機(jī)實(shí)現(xiàn),而探針臺和分選機(jī)實(shí)現(xiàn)的則是機(jī)械功能,將被測晶圓/芯片揀選至測試機(jī)進(jìn)行檢測。
探針臺和分選機(jī)的主要區(qū)別在于,探針臺針對的是晶圓級檢測,而分選機(jī)則是針對封裝的芯片級檢測。根據(jù)SEMI,ATE大致占到半導(dǎo)體測試設(shè)備的2/3,探針臺和分選機(jī)合計(jì)占到半導(dǎo)體測試設(shè)備的1/3。
從ATE的歷史發(fā)展看,1960s行業(yè)起步,在1990s~2000s伴隨下游行業(yè)快速增長。在半導(dǎo)體行業(yè)上一輪大的景氣周期中(2001年-2009年),全球半導(dǎo)體測試設(shè)備銷售額在2006年達(dá)到頂點(diǎn),當(dāng)年銷售額達(dá)到64.2億美元,占半導(dǎo)體設(shè)備總銷售額的15.9%。
值得注意的是,在這一時(shí)期半導(dǎo)體測試設(shè)備行業(yè)處于快速成長期,下游需求旺盛,市場也在不斷推出更適應(yīng)當(dāng)前需求的新產(chǎn)品,測試成本占比較高,在2003年到2006年半導(dǎo)體測試設(shè)備占半導(dǎo)體設(shè)備總銷售額的比重都超過15%。
而隨著測試產(chǎn)品逐步成熟,下游需求增長放緩,市場競爭開始加劇,測試設(shè)備成本被壓縮,主要的成本向前道(主要是光刻、刻蝕、薄膜沉積設(shè)備、過成功工藝控制等)傾斜,同時(shí)測試設(shè)備市場份額逐步向頭部集中。目前全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場已經(jīng)非常成熟,測試設(shè)備占半導(dǎo)體設(shè)備銷售額穩(wěn)定在8%~10%。
根據(jù)SEMI數(shù)據(jù),2018年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備整體市場規(guī)模約56.3億美元,其中,SoC類和數(shù)字集成電路測試設(shè)備市場規(guī)模約為25.5億美元。2015-2018年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備需求穩(wěn)步增長,年均復(fù)合增速達(dá)到19.0%。
二、豐富的產(chǎn)業(yè)鏈客戶,國產(chǎn)化趨勢推動市場擴(kuò)張
(一)設(shè)計(jì)、制造、封測三大環(huán)節(jié),半導(dǎo)體全面國產(chǎn)化蘊(yùn)藏機(jī)遇
對應(yīng)測試在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)制造過程的應(yīng)用,半導(dǎo)體測試系統(tǒng)企業(yè)的客戶包含:
(1)IDM模式下,IDM廠商。
(2)晶圓分工模式下,IC設(shè)計(jì)企業(yè)(Fabless)、代工廠、封裝測試企業(yè)(OSAT)。
此外,對國際大廠而言,原始設(shè)備制造商(OEM)是非常重要的一類客戶,主要通過直接采購、以及通過對代工廠、封測廠的間接采購。
從對ATE的需求量來看,封測環(huán)節(jié)>制造環(huán)節(jié)>設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在封測環(huán)節(jié),成品測試要求每一顆都要全參數(shù)測試,測試量大。
晶圓制造環(huán)節(jié),由于是半成品,所以以測試基本功能和主要參數(shù)為主,一般都是多工位測試,測試效率高,整體對測試機(jī)的需求量低于封測廠。設(shè)計(jì)公司買測試機(jī)目的是工程驗(yàn)證,以及問題驗(yàn)證和解決,對測試機(jī)的需求量相對較小。
因而,對ATE廠商來說,晶圓制造廠商(包括IDM和代工廠)以及封測廠是設(shè)備直接采購主力。值得注意的是,設(shè)計(jì)廠商、以及OEM也是重要的客戶,包括直接采購,以及通過對代工廠、封測廠的間接采購。代工廠、封測廠往往會基于OEM、IDM以及設(shè)計(jì)廠的要求或建議來采購ATE。
從泰瑞達(dá)的客戶結(jié)構(gòu)看,近幾年,單一客戶曾創(chuàng)造當(dāng)年10%以上的收入的客戶包括蘋果公司、臺積電等。
根據(jù)泰瑞達(dá)年報(bào),2012-2013年公司來自蘋果公司的收入占公司總收入達(dá)到10%、12%。2016-2017年公司來自臺積電的收入占比達(dá)到12%~13%。而考慮直接采購、以及通過代工廠與封測廠間接采購,在2014-2016年某OEM客戶收入占泰瑞達(dá)總收入的比重達(dá)到22%、23%、25%,這其中包含了通過臺積電、JA Mitsui Leasing公司的銷售。
近兩年,來自華為的需求快速增長,根據(jù)泰瑞達(dá)2019年年報(bào),2017-2019年公司來自華為的銷售收入(包括直接采購,以及通過代工廠、封測廠采購)的占比分別達(dá)到1%、4%、11%。泰瑞達(dá)2019年收入22.95億美元,由此計(jì)算2019年公司來自華為的銷售收入達(dá)到2.52億美元。
從國內(nèi)公司的情況看,國內(nèi)ATE廠商需求主要來自國內(nèi)封測廠,主要是受益國內(nèi)封測產(chǎn)業(yè)近年來的快速擴(kuò)張。包括長電科技、華天科技、通富微電等3家國內(nèi)封測領(lǐng)先企業(yè),2013-2018年合計(jì)收入規(guī)模從93.2億元擴(kuò)張至382.0億元,年均復(fù)合增速32.6%;相對應(yīng)的,三家企業(yè)2013-2018年資本開支水平從17.7億元增長至81.8億元,年均復(fù)合增速35.9%。
這一時(shí)期,持續(xù)快速擴(kuò)張的國內(nèi)封測巨頭是國內(nèi)ATE廠商最重要的客戶,占據(jù)收入份額的絕大部分。以長川科技為例,2014-2016年公司的前兩大客戶華天科技、長電科技占公司總收入的比重每年均超過60%,前五大客戶收入占比均在80%左右。
而隨著當(dāng)下國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全面國產(chǎn)化,產(chǎn)業(yè)鏈前端的制造、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),對國內(nèi)ATE需求將得到顯著提升,豐富的產(chǎn)業(yè)鏈客戶有助于國內(nèi)ATE需求的穩(wěn)健攀升。以華峰測控為例, 2018年公司收入2.19億元,是2016年收入的1.95倍。其中客戶結(jié)構(gòu)顯示以下變化:
(1)客戶集中度進(jìn)一步下降,2018年公司前五大客戶集中度僅38.6%, 較2016年下降10.1個(gè)百分點(diǎn)。
(2)發(fā)展了豐富的設(shè)計(jì)企業(yè)客戶資源。2017-2018年設(shè)計(jì)企業(yè)芯源系統(tǒng)連續(xù)兩年進(jìn)入公司前五大客戶,2017-2018年公司來自芯源系統(tǒng)的收入分別為1458萬元、1444萬元。根據(jù)公司招股書,公司擁有百家集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)客戶資源,也與超過三百家以上的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)保持了業(yè)務(wù)合作關(guān)系。
(3)制造環(huán)節(jié)的客戶需求在增加。根據(jù)公司招股說明書,2016-2018年華潤微進(jìn)入公司前五大客戶,收入分別為554萬元、1253萬元、880萬元;2019年5月取得萬國半導(dǎo)體1008萬元的測試設(shè)備訂單。
(二)設(shè)計(jì)廠商/OEM:以華為為代表,需求潛力已逐步顯現(xiàn)
設(shè)計(jì)廠商主要負(fù)責(zé)芯片的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),他們會直接對測試設(shè)備產(chǎn)生需求,也會間接推動自己的代工廠購買同一家企業(yè)的測試設(shè)備從而產(chǎn)生需求。
隨著國內(nèi)研發(fā)能力的不斷增強(qiáng),不少國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)開始占據(jù)領(lǐng)先地位,根據(jù)智研咨詢數(shù)據(jù),2018年中國有11家企業(yè)上榜全球前五十芯片設(shè)計(jì)企業(yè),而在2009年,這個(gè)數(shù)據(jù)僅為1家,而隨著5G、AI等新一輪科技逐漸走向產(chǎn)業(yè)化,國內(nèi)芯片行業(yè)將會迎來良好發(fā)展,從而給國內(nèi)測試設(shè)備市場帶來需求。
我們統(tǒng)計(jì)了10家芯片設(shè)計(jì)上市公司的數(shù)據(jù),包括匯頂科技、兆易創(chuàng)新、紫光國微等,10家公司2019Q3營業(yè)收入155.5億元,同比增長49.7%;10家公司2019年歸母凈利潤57.6億元,同比增長81.6%。2016-2019年十家公司歸母凈利潤的年均復(fù)合增速達(dá)到44.3%。
華為產(chǎn)業(yè)鏈加速國產(chǎn)化的機(jī)遇。處于供應(yīng)鏈安全考量,華為產(chǎn)業(yè)鏈有望加速國產(chǎn)化,包括代工行業(yè)、封測行業(yè)都有望受益華為需求向國內(nèi)轉(zhuǎn)移的良好機(jī)遇。華為對ATE的需求路徑包括:(1)華為自身的測試需求,包括各部門的實(shí)驗(yàn)室等。(2)對產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)需求的增長,包括對代工環(huán)節(jié)、封測環(huán)節(jié)的需求增長,由此推動ATE需求。其中華為可能影響對應(yīng)代工廠、封測廠對ATE產(chǎn)品的選擇。
根據(jù)泰瑞達(dá)2019年年報(bào),2019年泰瑞達(dá)來自華為(包括直接及間接)的收入占公司總收入比重達(dá)到11%,達(dá)到2.52億美元,來自華為的需求正快速增長,未來需求仍然有進(jìn)一步提升的空間。
根據(jù)泰瑞達(dá)2016年年報(bào),在2014-2016年某OEM客戶收入占泰瑞達(dá)總收入的比重達(dá)到22%、23%、25%(其中包含了通過臺積電、JA Mitsui Leasing公司的銷售),由此計(jì)算該OEM客戶2014-2016年貢獻(xiàn)泰瑞達(dá)收入達(dá)到3.62億美元、3.77億美元、4.38億美元。
在封測環(huán)節(jié),目前為止華為主要以外包測試為主,主要是國內(nèi)及中國臺灣封測廠。以華為海思為例,2018年收入501億元,同比增長34%。按照采購成本60億美元,其中封測成本占比25%計(jì)算,則華為海思每年的封測訂單需求為15億美元;同時(shí)海思仍保持較高的增長。因此,華為等半導(dǎo)體需求大客戶的轉(zhuǎn)單將給中國內(nèi)地封測廠商帶來明顯增量,使得中國內(nèi)地封測行業(yè)的景氣度回升高于全球平均水平。
在制造環(huán)節(jié),中芯國際第一代14nm FinFET已成功量產(chǎn)并于2019Q4貢獻(xiàn)有意義的營收(客戶以國內(nèi)為主,產(chǎn)品涵蓋中低端手機(jī)CPU、Modem及礦機(jī)等),產(chǎn)能計(jì)劃從當(dāng)前3-5K/月擴(kuò)充至2020年底的15K/月;12nm FinFET已進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn),同時(shí)第二代FinFET N+1技術(shù)平臺研發(fā)與客戶導(dǎo)入進(jìn)展順利。
根據(jù)華峰測控招股說明書,公司已經(jīng)成為華為全球范圍類測試設(shè)備的供應(yīng)商,2019年8月與華為機(jī)器有限公司簽訂測試機(jī)正式合同,合同金額1947.15萬元。
(三)制造環(huán)節(jié):存儲器廠與代工廠雙重?cái)U(kuò)產(chǎn)紅利
國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)將充分受益邏輯廠與存儲器廠雙倍投資強(qiáng)度,具體的擴(kuò)產(chǎn)邏輯有所區(qū)別:
1.晶圓代工廠。
代工模式的核心在于“服務(wù)”,晶圓代工廠通常提供一個(gè)工藝技術(shù)平臺,根據(jù)客戶需求提供客制化產(chǎn)品與服務(wù),發(fā)展壯大的關(guān)鍵在于覆蓋更多的客戶、滿足客戶更多的需求,因而晶圓代工廠的擴(kuò)廠也是為了匹配客戶需求、通常是順應(yīng)市場需求發(fā)展趨勢的。當(dāng)市場需求旺盛時(shí),積極的資本開支以滿足日益增長的下游需求,也是公司未來成長的動力。面向客戶需求,晶圓代工廠的產(chǎn)能擴(kuò)張情景主要有2類:
(1)產(chǎn)能需求。即現(xiàn)有產(chǎn)能利用飽滿,為匹配客戶產(chǎn)能需求而擴(kuò)大產(chǎn)能。
(2)工藝需求。即為滿足客戶更多需求或者擴(kuò)大客戶覆蓋面,進(jìn)行工藝升級而新增產(chǎn)能。
2019年以來行業(yè)的積極變化是,產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)攀升,晶圓代工廠產(chǎn)能利用率不斷提升,促使代工廠積極規(guī)劃資本開支。以中芯國際為例,根據(jù)公司季度報(bào)告,中芯國際19Q4的產(chǎn)能利用率進(jìn)一步提升至98.8%,公司計(jì)劃2020年資本開支31億美元,較2019年的20億美元大幅提升。
2.存儲器廠。
與代工廠不同,存儲器廠采用IDM模式,直接提供半導(dǎo)體產(chǎn)品。由于存儲芯片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度高,各家廠商的產(chǎn)品容量、封裝形式都遵循標(biāo)準(zhǔn)的接口,性能也無太大差別,在同質(zhì)化競爭情況下,存儲廠商通過提升制造工藝,提供制造產(chǎn)能,利用規(guī)模優(yōu)勢降低成本,從而贏得市場。為了提高競爭力、搶占市場份額,存儲器廠可能采取逆市擴(kuò)張的策略。
當(dāng)前中國存儲器產(chǎn)業(yè)面臨重大機(jī)遇,促使國內(nèi)存儲器廠商積極進(jìn)行工藝研發(fā)與產(chǎn)能建設(shè),長期性與規(guī)模性的下游投資將對國產(chǎn)裝備創(chuàng)造極佳的成長環(huán)境。其中長江存儲與合肥長鑫都將在2020年進(jìn)入積極的產(chǎn)能爬坡期,預(yù)期將促使設(shè)備需求大幅增長。根據(jù)集邦咨詢,19年Q4長江存儲產(chǎn)能2萬片/月(12英寸),20年底有望擴(kuò)產(chǎn)至7萬 片/月;合肥長鑫目前產(chǎn)能2萬片/月,預(yù)計(jì)2020年第一季度末達(dá)到4萬片/月。
中芯國際:產(chǎn)能利用率維持高位,20年計(jì)劃資本開支強(qiáng)勁。由于TWS、多攝像頭、超薄指紋識別等持續(xù)滲透,中芯國際的CIS、Power IC、Fingerprint IC、Bluetooth IC以及Specialty Memory等產(chǎn)品下游需求保持旺盛,產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)攀升,公司產(chǎn)能利用率持續(xù)提升。
根據(jù)公司業(yè)績公布,2019Q4公司產(chǎn)能利用率達(dá)到98.8%,已經(jīng)是2016年以來最高水平,較上一季度繼續(xù)提升1.8個(gè)百分點(diǎn),較上年同期提升8.9個(gè)百分點(diǎn)。2019Q4中芯國際實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入8.39億美元,同比增長6.6%,結(jié)束了連續(xù)3個(gè)季度的持續(xù)下滑;2019Q4公司毛利率23.8%,較上一季度提高3.0個(gè)百分點(diǎn),較上年同期提高6.8個(gè)百分點(diǎn),主要得益于產(chǎn)能利用率的持續(xù)提升。
根據(jù)19Q4業(yè)績報(bào)告,公司預(yù)計(jì)2020年將重啟成長。目前看一季度營收比季節(jié)性來得好。2020Q1公司收入指引仍保持環(huán)比增長(2%~2%),得益于成熟制程產(chǎn)能利用率的持續(xù)滿載;毛利率指引略有下滑(由23.8%下滑至21%~23%),下滑主要由于14nm產(chǎn)能開始爬坡。
半導(dǎo)體國產(chǎn)化持續(xù)加速。2019Q4中芯國際與華虹半導(dǎo)體營業(yè)收入中,來自中國區(qū)收入占比分別達(dá)到65.1%、63.2%,分別較2019Q1提高11.2個(gè)百分點(diǎn)、10.4個(gè)百分點(diǎn),顯示半導(dǎo)體國產(chǎn)化進(jìn)程加速。
順應(yīng)市場需求,新一輪資本支出計(jì)劃將啟動,產(chǎn)能擴(kuò)張逐步顯現(xiàn)。根據(jù)公司季度報(bào)告,2019Q4中芯國際資本開支4.92億美元,2019年全年資本開支20.29億美元,略高于2018年資本開支18.13億美元,接近公司在2018Q4給出的19年資本開支指引21億美元。為了順應(yīng)下游客戶需求,公司在季報(bào)中提出,將啟動新一輪資本支出計(jì)劃,公司計(jì)劃2020年用于晶圓廠運(yùn)作的資本開支約為31億美元,其中20億美元用于擴(kuò)充擁有多數(shù)股權(quán)的上海300mm晶圓廠產(chǎn)能,上年為12億美元;5億美元用于擴(kuò)充多數(shù)股權(quán)的北京300mm晶圓廠產(chǎn)能,上年該項(xiàng)資本支出計(jì)劃為2億美元。
除了中芯國際,華虹半導(dǎo)體的無錫12英寸廠房在未來兩年也將處于產(chǎn)能快速爬坡階段,將由當(dāng)前的1萬片/月擴(kuò)充至2021年底的3萬片/月。根據(jù)集微網(wǎng),2019年9月華虹無錫廠12寸線建成投片,開始55納米芯片產(chǎn)品制造,該項(xiàng)目總投資100億美元,月產(chǎn)能4萬片。該項(xiàng)目于18年3月開工,目前已完成1萬片產(chǎn)能所需的設(shè)備安裝和調(diào)試,通線投產(chǎn)后將迅速爬坡,形成量產(chǎn)能力。
2019年公司用于華虹無錫12寸廠的資本開支合計(jì)7.91億美元;用于華虹宏力8寸廠的資本開支合計(jì)1.31億美元。由于產(chǎn)業(yè)景氣度回暖及成熟制程需求良好,華虹半導(dǎo)體產(chǎn)能利用率從2019Q1的87.3%提升至2019Q3的96.5%。2019Q4公司的產(chǎn)能利用率下滑至88.0%,主要是受無錫12寸廠在19Q4投產(chǎn)影響,其中8寸廠產(chǎn)能利用率92.5%、12寸廠產(chǎn)能利用率31.6%。
下游需求旺盛疊加國產(chǎn)化趨勢,國內(nèi)晶圓代工市場景氣上行,產(chǎn)能利用率攀升,推動代工廠積極擴(kuò)產(chǎn)。當(dāng)前國內(nèi)晶圓代工廠呈現(xiàn)先進(jìn)與成熟工藝擴(kuò)產(chǎn)并行的狀態(tài),為國產(chǎn)狀態(tài)發(fā)展提供了充分的空間。當(dāng)前國內(nèi)晶圓代工廠的擴(kuò)產(chǎn)力量按照工藝水平可以劃分三類:
1.面向先進(jìn)制程的12寸晶圓廠。以中芯國際、華虹集團(tuán)為代表的國內(nèi)頭部晶圓代工廠,目標(biāo)市場面向先進(jìn)制程。包括中芯國際北京12寸廠(28nm)、中芯南方上海12寸廠(14nm)、華力集成二期(28-14nm)、弘芯武漢12寸廠(14nm)。
2.面向成熟制程的12寸晶圓廠。由于大尺寸硅晶圓的發(fā)展趨勢,國內(nèi)存在著一批面向成熟制程的12寸晶圓廠正在擴(kuò)產(chǎn)中。包括華虹無錫12寸廠(90-65nm)、晶合集成合肥12寸廠(180-55nm)、萬國半導(dǎo)體重慶12寸廠(90nm)、士蘭微廈門12寸廠(90nm)、粵芯廣州12寸廠(180-130nm)。
3.其余8寸廠/6寸廠等。包括中芯國際紹興、寧波、天津8寸廠、士蘭微8寸廠、積塔半導(dǎo)體上海8寸廠、燕東微電子北京8寸廠等等。19年底以來半導(dǎo)體市況明顯回溫,8英寸晶圓代工產(chǎn)能已吃緊。包括臺積電、聯(lián)電、世界先進(jìn)的8英寸代工產(chǎn)能滿載。伴隨著旺盛的市場需求,國內(nèi)8英寸也迎來擴(kuò)產(chǎn)浪潮。
對國產(chǎn)裝備而言,下游形成梯隊(duì)的晶圓廠建設(shè)為其提供了充分的發(fā)展舞臺。既有面向國際先進(jìn)水平的先進(jìn)制程市場,又有當(dāng)前主流的12寸成熟制程市場,此外眾多的8寸廠等為國產(chǎn)裝備提供了良好的過渡市場。整體上看,國內(nèi)各梯隊(duì)晶圓代工廠的設(shè)備國產(chǎn)化率的情況是,先進(jìn)制程<12寸成熟制程<8寸廠,分別以華力集成、華虹無錫12寸廠、積塔半導(dǎo)體8寸廠為例。根據(jù)中國招標(biāo)網(wǎng),截止2020年2月,主要的半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)化率分別為,華力集成(28nm)7.0%、華虹無錫(90-65nm)23.7%、積塔半導(dǎo)體(8寸)34.4%。
國內(nèi)存儲器投資:
具備長期性與規(guī)模性,2020年迎增速向上拐點(diǎn)。中國大陸在過去五年掀起了存儲芯片制造廠建設(shè)熱潮。目前我國三大存儲陣營,主要包括專注于3D NAND閃存的長江存儲(紫光集團(tuán)與武漢合作),專注于移動式內(nèi)存(DRAM)的合肥長鑫(兆易創(chuàng)新與合肥合作)以及利基型內(nèi)存(NOR Flash,SRAM等)的福建晉華(聯(lián)電與福建合作)。三個(gè)項(xiàng)目在2016-2017年開工,其中福建晉華目前仍處于停滯狀態(tài),而長江存儲與合肥長鑫都將在2020年進(jìn)入積極的產(chǎn)能爬坡期,預(yù)期將促使設(shè)備需求大幅增長。
長江存儲:
公開消息顯示,長江存儲總投資240億美元,2018Q4成功實(shí)現(xiàn)32層NAND量產(chǎn),2019年9月2日宣布已開始量產(chǎn)基于Xtacking架構(gòu)的64層256 Gb TLC 3D NAND閃存。產(chǎn)能規(guī)劃方面,根據(jù)集邦咨詢數(shù)據(jù),19年Q4長江存儲產(chǎn)能在2萬片/月 (12英寸),到2020年底有望擴(kuò)產(chǎn)至7萬片/月,2023年擴(kuò)產(chǎn)至30萬片/月產(chǎn)能。投資水平方面,根據(jù)湖北省發(fā)改委發(fā)布信息,長江存儲一期投資569.5億元(對應(yīng)10萬片/月產(chǎn)能),其中2018、2019年計(jì)劃投資分別為200億元、50億元。
合肥長鑫:
公開消息顯示,合肥長鑫總投資1500億元,總規(guī)劃三期,全部完成后產(chǎn)能36萬片/月(12英寸),其中一期設(shè)計(jì)產(chǎn)能12萬片/月,目前產(chǎn)能已達(dá)到2萬片/月,預(yù)計(jì)2020年達(dá)到4萬片/月,后續(xù)擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏將視研發(fā)進(jìn)程、產(chǎn)品良率和市場需求來決定。投資水平方面,根據(jù)安徽省政府發(fā)布信息,合肥長鑫一期投資534億元,截止2018年底合計(jì)投資191.3億元,2019年計(jì)劃投資50億元。此外,紫光集團(tuán)曾宣布在南京、成都、重慶陸續(xù)展開集成電路基地建設(shè),三地項(xiàng)目紫光投資總規(guī)模在千億級別,有望中期對半導(dǎo)體設(shè)備需求形成有力支撐。但需要注意,目前均處于工程建設(shè)階段,建設(shè)進(jìn)程以及最終投資規(guī)模存在不確定性。
按照目前可知的項(xiàng)目計(jì)劃與建設(shè)進(jìn)程,我們測算了目前國內(nèi)主要存儲器廠未來幾年的投資規(guī)模。根據(jù)測算,2019-2022年國內(nèi)存儲器廠投資規(guī)模分別為321.7億元/495.0億元/806.0億元/1116.3億元,分別同比變動-9%/+54%/+63%/38%;其中本土2019-2022年本土存儲器廠投資規(guī)模分別為88.3億元/291.9億元/519.7億元/860.4億元,分別同比變動-54%/+231%/+78%/+66%。
(四)封測環(huán)節(jié):封測行業(yè)景氣回暖,有望促使資本開支回升
封測行業(yè)營收呈現(xiàn)一定程度周期性,2019H2以來隨半導(dǎo)體景氣度提升而復(fù)蘇。封測行業(yè)作為半導(dǎo)體加工的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié),其封測出片量與半導(dǎo)體晶圓的出貨量變化趨勢保持一致,因此受半導(dǎo)體整體周期性的影響,封測行業(yè)也存在著較為明顯的周期特性。2018年后期受半導(dǎo)體整體周期下行影響,封測行業(yè)增速放緩。2019年二季度起,隨著半導(dǎo)體景氣度回升,封測行業(yè)也明顯回暖。同時(shí),國內(nèi)半導(dǎo)體需求大客戶的轉(zhuǎn)單將加速國產(chǎn)替代,使得中國內(nèi)地半導(dǎo)體封測行業(yè)的景氣度回升高于全球平均水平。
包括長電科技、華天科技、通富微電3家國內(nèi)封測企業(yè)2019Q3單季度營業(yè)收入117.8億元,同比增長11.6%,扭轉(zhuǎn)了3個(gè)季度連續(xù)下滑。2019Q4-2020Q1,3家公司合計(jì)單季度營業(yè)收入保持同比20%以上增長。3家公司2019Q4歸母凈利潤4.4億元,較上年同期增長147.0%,單季度合計(jì)的歸母凈利潤創(chuàng)下新高。3家公司2020Q1歸母凈利潤1.8億元,上年同期為-0.8億元。
受益行業(yè)景氣回升、企業(yè)盈利改善,封測廠資本開支正在回升。以國內(nèi)封測龍頭長電科技為例,公司2019年實(shí)現(xiàn)凈利潤0.89億元,實(shí)現(xiàn)扭虧為盈,上年同期為-9.4億 元;2020Q1長電科技凈利潤1.34億元。根據(jù)公司發(fā)布的董事會投資決議,在原有2020年30億資本開支計(jì)劃基礎(chǔ)上,追加固定資產(chǎn)投資8.3億元人民幣用于重點(diǎn)客戶產(chǎn)能擴(kuò)充,以滿足重點(diǎn)客戶市場需求。對應(yīng)2020年資本開支計(jì)劃合計(jì)38.3億元,其中重點(diǎn)客戶產(chǎn)能擴(kuò)充23.1億元,其他零星擴(kuò)產(chǎn)6.8億元人民幣,日常維護(hù)5.9億元人民幣,降本改造、自動化、研發(fā)以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等共3.0億元人民幣。根據(jù)2018年年報(bào),公司2019年度固定資產(chǎn)資本支出約為29.30億元。
三、產(chǎn)能與工藝驅(qū)動,深挖細(xì)分領(lǐng)域市場機(jī)遇
(一)ATE 多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域,市場需求有差異
集成電路從功能、結(jié)構(gòu)角度主要分為數(shù)字集成電路、模擬集成電路與數(shù)/模混合集成電路三類,其中:數(shù)字集成電路主要與數(shù)字信號的產(chǎn)生、放大和處理有關(guān),數(shù)字信號即在時(shí)間和幅度上離散變化的信號;模擬集成電路主要與模擬信號的產(chǎn)生、放大和處理有關(guān),模擬信號及幅度對時(shí)間連續(xù)變化的信號,包括一切的感知,譬如圖像、聲音、觸感、溫度、濕度等;數(shù)/?;旌霞呻娐肥侵篙斎肽M或數(shù)字信號,輸出為數(shù)字或模擬信號的集成電路。根據(jù)WSTS,2018年全球半導(dǎo)體銷售額中,集成電路銷售額3933億美元,占83.9%。包括存儲器1580億美元,占比33.7%;邏輯電路1093元,占比23.3%;微處理器672億美元,占比14.3%;模擬電路588億美元,占比12.5%。
由于不同類型芯片的測試需求的側(cè)重點(diǎn)不同,半導(dǎo)體測試系統(tǒng)包括多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。半導(dǎo)體測試機(jī)主要細(xì)分領(lǐng)域?yàn)榇鎯ζ?、SoC、模擬、數(shù)字、分立器件和 RF測試機(jī)。全球ATE市場以存儲器和SoC測試占據(jù)絕大部分。而國內(nèi)在模擬測試、分立器件測試等領(lǐng)域仍然有良好的市場空間。
根據(jù)泰瑞達(dá)年報(bào),2018年全球ATE市場約40億美元。結(jié)構(gòu)方面,2017年全球ATE市場為33.5億美元,其中SoC測試設(shè)備24億美元,占ATE總市場的71.6%;存儲器測試系統(tǒng)6.5億美元,占19%;而余下的3億美元,則分散在模擬測試、數(shù)字邏輯測試、RF測試等眾多領(lǐng)域。
根據(jù)賽迪顧問,2018年國內(nèi)ATE市場36.0億元,同比增長41.7%。其中存儲器測試機(jī)和SoC測試機(jī)分別占比43.8%、23.5%。此外,數(shù)字測試機(jī)、模擬測試機(jī)、分立器件測試機(jī)占比分別達(dá)到12.7%、12.0%以及6.8%,RF測試機(jī)為0.9%。國內(nèi)ATE需求結(jié)構(gòu)與全球整體有較大差異,主要是由下游市場需求所決定。由于國內(nèi)目前高端芯片的國產(chǎn)化仍然處于較低水平, 所以SoC測試系統(tǒng)需求占比較全球整體水平有較大差距,未來伴隨汽車電動化、5G和人工智能等的迅速發(fā)展和未來中國在SoC芯片和封測領(lǐng)域的國產(chǎn)化,國內(nèi)SoC測試需求有望持續(xù)攀升。
(二)存儲器測試:國內(nèi)存儲器擴(kuò)產(chǎn)浪潮將有力推動測試設(shè)備需求
存儲芯片與邏輯芯片的測試區(qū)別。存儲器芯片必須經(jīng)過許多必要的測試以保證其功能正確,這些測試主要用來確保芯片不包括以下錯(cuò)誤:存儲單元短路、存儲單元開路、存儲單元干擾等。由于存儲單元類型多樣化,存儲器內(nèi)部還有大量的模擬部件,其中一些部件不能直接進(jìn)行存取操作,而且存儲器的每一個(gè)單元可能處于不同的狀態(tài),按邏輯測試方法測試需要龐大的測試圖形,這些特性決定了存儲器測試要求與模擬電路和數(shù)字電路不同。存儲器芯片測試時(shí)使用測試向量進(jìn)行錯(cuò)誤檢測,測試向量是施加給存儲芯片的一些列功能,即不同的讀和寫的功能組合。
存儲測試系統(tǒng)需求由存儲芯片擴(kuò)產(chǎn)驅(qū)動。存儲器是一個(gè)周期性極強(qiáng)的產(chǎn)業(yè),強(qiáng)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體周期性。下游需求的周期波動、市場份額集中的格局、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化屬性導(dǎo)致存儲器行業(yè)歷史上容易出現(xiàn)大幅的波動。由于存儲器行業(yè)的強(qiáng)周期性,行業(yè)的資本開支也呈現(xiàn)較強(qiáng)的波動,從而導(dǎo)致存儲測試系統(tǒng)需求的周期波動。
在2007年之前,存儲器測試還占據(jù)全部半導(dǎo)體自動測試設(shè)備市場的30%~40%;在2008年金融危機(jī)后,雖然到2010年存儲器產(chǎn)品銷售額已有良好的恢復(fù),占半導(dǎo)體總市場的比重恢復(fù)至2006-2007年水平,但存儲器測試設(shè)備的市場已經(jīng)進(jìn)一步被侵蝕,2009年存儲器測試設(shè)備比重降至11%左右,此后存儲器測試設(shè)備基本在17%~22%之間。
由于2017-2018年存儲器行業(yè)需求高景氣,國際存儲器巨頭紛紛擴(kuò)產(chǎn),推動了存儲測試系統(tǒng)的快速增長。根據(jù)愛德萬年報(bào),2017-2018年全球存儲ATE銷售額分別為7.5億美元、11.5億美元。2019年由于下游存儲器行業(yè)景氣下滑,對存儲測試系統(tǒng)的需求也受到較大影響。根據(jù)愛德萬年報(bào),2019年全球存儲ATE市場6.5億美元。
國內(nèi)存儲器廠建設(shè),將直接推動存儲器測試設(shè)備快速增長。根據(jù)愛德萬公司預(yù)測,隨著存儲器市場復(fù)蘇,存儲器測試設(shè)備行業(yè)正在復(fù)蘇。公司預(yù)測2020年全球存儲ATE需求將達(dá)到8億美元,較上年增長23%,其中三星、美光等國際存儲巨頭的擴(kuò)產(chǎn)有限,中國地區(qū)存儲器廠建設(shè)將貢獻(xiàn)最主要的增量。愛德萬公司存儲器測試設(shè)備的訂單反映了這一點(diǎn)。19Q4愛德萬新簽存儲器測試訂單15.9十日日元,同比增長40.6%,結(jié)束了自18Q3以來連續(xù)5個(gè)季度的持續(xù)下滑。分區(qū)域看,2019年愛德萬全部業(yè)務(wù)新簽訂單72.9億日元,同比下滑10.9%其中韓國區(qū)域、中國臺灣、中國大陸區(qū) 域 訂 單 占 總 訂 單 合 計(jì) 74.9% , 2019 年 三 個(gè) 區(qū) 域 訂 單 分 別 同 比 變 動-10.7%/-32.5%/+26.2%,中國地區(qū)貢獻(xiàn)了最重要的增量。
我們進(jìn)一步測算了國內(nèi)存儲器廠擴(kuò)產(chǎn)將帶來的測試設(shè)備市場需求。我們統(tǒng)計(jì)了目前國內(nèi)主要的在建晶圓廠,按照產(chǎn)能規(guī)劃將投資額在各年進(jìn)行分配。我們測算2020-2022年國內(nèi)存儲器廠投資495億元/806億元/1116億元,分別同比增長54%/63%/38%。對應(yīng)測試設(shè)備需求分別為39.6億元/64.5億元/89.3億元,其中ATE需求分別為26.0億元/42.3億元/58.6億元。
(三)SoC 測試:ATE 最大的細(xì)分領(lǐng)域,仍然是未來主流發(fā)展方向
SOC測試占據(jù)大部分市場,趨勢持續(xù)向上。進(jìn)入新世紀(jì)以來,互聯(lián)網(wǎng)大范圍推廣。同時(shí),蘋果推出智能手機(jī)、谷歌推出安卓系統(tǒng),移動通訊進(jìn)入爆發(fā)期,迅速取代PC成為新的驅(qū)動力。不同于臺式電腦,人們對智能手機(jī)等消費(fèi)類電子產(chǎn)品提出了輕薄短小、多功能和低功耗等新要求。在20世紀(jì)90年代中期誕生的SoC技術(shù)滿足了人們這一需求,反過來對于消費(fèi)類電子產(chǎn)品日益增長的需求也促使著SoC芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而SoC芯片的快速發(fā)展也帶來了對SoC測試設(shè)備的大量需求,SoC測試設(shè)備逐漸成為自動測試設(shè)備市場新的增長驅(qū)動力。根據(jù)愛德萬年報(bào),2017-2019年全球SoC測試系統(tǒng)市場規(guī)模分別為22億美元、25.5億美元、27億美元,保持穩(wěn)步增長。
SoC芯片可使系統(tǒng)級產(chǎn)品具有高可靠、實(shí)時(shí)性、高集成、低功耗等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、航空航天、移動通信、消費(fèi)類電子、汽車電子、醫(yī)療電子設(shè)備等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)芯片不同, SoC芯片集成了微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核以及片外存儲器控制接口等功能,其核心技術(shù)在于IP核的復(fù)用,這些模塊可以是模擬、數(shù)字或數(shù)模混合類型,不同模塊的頻率、電壓、測試原理也不同。
同時(shí),高集成度造成測試的數(shù)據(jù)量和時(shí)間成倍增長,測試功耗也是傳統(tǒng)測試項(xiàng)目的2~4倍。因此SoC的復(fù)雜性使得傳統(tǒng)測試機(jī)難以滿足需求,專業(yè)的SoC測試機(jī)具有強(qiáng)大的并測能力,通過合理規(guī)劃調(diào)度各個(gè)IP核完成并發(fā)測試,有效地降低了測試時(shí)間和測試成本。由于產(chǎn)品難以復(fù)制,客戶愿意支付更高的溢價(jià)購買設(shè)備。
(四)模擬測試:下游需求分散、產(chǎn)品成熟,為測試設(shè)備提供穩(wěn)定需求
根據(jù)WSTS,2018年全球模擬芯片銷售額588億元,占全球集成電路銷售額的14.9%。模擬芯片的兩個(gè)主要用途包括電源管理與信號鏈路。模擬IC產(chǎn)品在各大電子系統(tǒng)基本上都會使用到,涉及下游應(yīng)用有通信、汽車、工控醫(yī)療、消費(fèi)類家電產(chǎn)品等。在數(shù)字電路系統(tǒng)中也會提供電源管理、穩(wěn)壓等功能。其中電源管理芯片是模擬芯片的主要部分。
根據(jù)IDC數(shù)據(jù),2017年電源管理芯片占模擬芯片的53%左右(包括標(biāo)準(zhǔn)power IC和模擬ASSP用途的power IC),電源管理用途在家電、工業(yè)用途相對較為成熟,技術(shù)更新迭代較慢,技術(shù)壁壘相對較低,國內(nèi)布局廠商較多,包括圣邦股份、矽力杰、韋爾股份、富滿電子、中穎電子等。
信號鏈路芯片可細(xì)分為非power IC的模擬ASSP、放大器、比較器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片等,根據(jù)IDC數(shù)據(jù),2017年信號鏈路芯片占模擬芯片的47%,國內(nèi)布局廠商較少,以華為海思、圣邦股份為主。
模擬測試系統(tǒng)是國內(nèi)ATE的重要組成部分,下游模擬芯片的需求穩(wěn)定帶來了模擬測試系統(tǒng)的穩(wěn)定需求。根據(jù)賽迪顧問,2018年國內(nèi)模擬測試機(jī)市場規(guī)模4.3億元,占國內(nèi)ATE的12.0%。
一方面,模擬芯片下游應(yīng)用非常廣泛,而單一下游市場規(guī)模相對較小,競爭者通常專注差異市場,廠商之間的產(chǎn)品重疊度較低、競爭較小。
另一方面,模擬芯片產(chǎn)品生命周期較長,模擬類產(chǎn)品下游汽車、工業(yè)用途要求以可靠性、安全行為主,偏好性能成熟穩(wěn)定類產(chǎn)品的同時(shí)資格認(rèn)可相對較為嚴(yán)格,同時(shí)先進(jìn)制程對于模擬類產(chǎn)品推動作用較小,基本不受摩爾定律推動,因此模擬類產(chǎn)品性能更新迭代較慢。因此模擬類產(chǎn)品生命周期較長,一般不低于10年。
目前國內(nèi)ATE廠商的測試機(jī)產(chǎn)品主要集中在模擬測試以及數(shù)?;旌蠝y試系統(tǒng)。在國內(nèi)模擬測試系統(tǒng)領(lǐng)域,包括華峰測控、長川科技等國內(nèi)ATE領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)占據(jù)了相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。根據(jù)華峰測控的招股說明書,公司2018年境內(nèi)模擬測試相關(guān)收入1.73億元,占中國模擬測試機(jī)市場的份額為40.14%。
四、全球市場高度集中,國產(chǎn)裝備向中高端進(jìn)階
(一)歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì),形成高度聚焦市場
自動測試設(shè)備(ATE,Automatic Test Equipment)是檢測芯片功能和性能的專用設(shè)備,測試機(jī)對芯片施加輸入信號,采集被檢測芯片的輸出信號與預(yù)期值進(jìn)行比較,判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。ATE行業(yè)從1960s誕生以來,其發(fā)展大致可歸納為以下幾個(gè)階段:
(1)起步階段:
1960s~1970s,行業(yè)成立初期,在仙童半導(dǎo)體的主導(dǎo)下得以發(fā)展。ATE行業(yè)最早產(chǎn)生于1960s,龍頭企業(yè)美國泰瑞達(dá)便是成立于1960年,但行業(yè)最開始的發(fā)展并不是由這些獨(dú)立的設(shè)備商引導(dǎo),而是由半導(dǎo)體企業(yè)主導(dǎo)的。ATE最開始就是由仙童半導(dǎo)體、德州儀器等企業(yè)生產(chǎn)用于內(nèi)部使用,在70年代末之前,仙童半導(dǎo)體掌握著全球范圍70%的ATE市場。
(2)發(fā)展初期:
1980s,ATE市場開始成為廣泛的市場,獨(dú)立的設(shè)備商嶄露頭角。隨著CMOS技術(shù)開始起步,高管腳數(shù)門陣列器件的時(shí)代到來,測試要求提升,但仙童半導(dǎo)體在開發(fā)新的ATE系統(tǒng)上卻遭遇失敗,隨后將其ATE部門賣給斯倫貝謝。而在這一段時(shí)間,日本愛德萬在日本大力發(fā)展本國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的背景下得到迅速發(fā)展,泰瑞達(dá)從模擬測試供應(yīng)商成長為數(shù)字測試和存儲測試供應(yīng)商,另外還包括GanRad、LTX、Agilent(安捷倫)等眾多ATE公司出現(xiàn),ATE發(fā)展成為廣泛的市場。
(3)規(guī)模階段:
1990s,主要的ATE設(shè)備商開始形成規(guī)模,并開始出現(xiàn)合并行為。根據(jù)WSTS數(shù)據(jù),1991年全球半導(dǎo)體銷售額僅546億美元,到2000年增長至2044億美元,增長274.%。隨著下游半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展,設(shè)備商也得以規(guī)模成長,同時(shí)行業(yè)開始出現(xiàn)并購活動,行業(yè)主要參與者開始顯現(xiàn),到90年代末期,行業(yè)內(nèi)主要的10多家企業(yè)形成了行業(yè)競爭格局。
(4)聚焦階段:
2000s,行業(yè)出現(xiàn)大規(guī)模整合,主要競爭者減少至5家左右。2008年泰瑞達(dá)250百萬美元收購Eagle拓展閃存測試、379百萬美元收購Nextest加強(qiáng)模擬測試業(yè)務(wù);2004年科利登以660百萬美元收購NPTest(2002年從Schlumberger的ATE部門分離出來),進(jìn)入高端SOC測試領(lǐng)域,2008年LTX收購科利登,改名為LTX-Credence;2011年愛德萬以1100百萬美元收購惠睿捷,使得其在SOC測試市場份額得以迅速發(fā)展。全球ATE行業(yè)持續(xù)聚焦,到2009年泰瑞達(dá)、愛德萬、惠睿捷、科利登四家企業(yè)占據(jù)全球ATE設(shè)備行業(yè)87%的市場份額。
(5)平衡與聯(lián)盟階段:
2010s~,由于下游半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入成熟的周期性發(fā)展階段,設(shè)備行業(yè)也呈現(xiàn)平穩(wěn)發(fā)展;同時(shí),行業(yè)集中度已經(jīng)非常高,行業(yè)內(nèi)并購的機(jī)會稀缺,近年來,全球ATE主要企業(yè)更加專注于市場份額鞏固,以及可能地尋求其他領(lǐng)域的發(fā)展以拓寬可觸及的市場空間。
(二)行業(yè)雙寡頭格局,國際龍頭產(chǎn)品線豐富
以2011年愛德萬收購惠睿捷為標(biāo)志,以泰瑞達(dá)、愛德萬為中心的雙寡頭格局日漸清晰。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù),2017年泰瑞達(dá)、愛德萬兩家企業(yè)在全球半導(dǎo)體測試機(jī)行業(yè)的市場份額達(dá)到87%。其中泰瑞達(dá)在SOC測試領(lǐng)域具有較高的優(yōu)勢;而愛德萬在存儲器測試領(lǐng)域處于領(lǐng)軍地位,在SOC測試市場相對于泰瑞達(dá)、惠瑞捷屬于后進(jìn)入者,但其SOC測試設(shè)備市場份額逐漸穩(wěn)步上升。
根據(jù)泰瑞達(dá)2017年年報(bào),2017年泰瑞達(dá)在ATE市場的份額已經(jīng)達(dá)到50%左右。而在模擬測試機(jī)等其他測試機(jī)領(lǐng)域,市場參與者較多,格局相對分散。
在存儲器測試領(lǐng)域,由于80年代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由家電進(jìn)入PC時(shí)代催生了DRAM大量需求,而日本在原有積累基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)DRAM大規(guī)模量產(chǎn),迅速取代美國成為DRAM主要供應(yīng)國,在此產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移背景下,愛德萬搶先布局存儲器測試領(lǐng)域,于1976年推出了全球首臺DRAM測試機(jī)T310/31,此后公司長期在存儲器測試機(jī)領(lǐng)域占據(jù)50%以上絕對優(yōu)勢,特別在存儲器發(fā)展良好的2003-2007年間公司份額達(dá)到60%~70%。
而在具備更大市場空間的SOC測試系統(tǒng)領(lǐng)域,此前這一領(lǐng)域的主要領(lǐng)導(dǎo)者包括泰瑞達(dá)、惠睿捷、愛德萬,其中泰瑞達(dá)早在1995年