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资讯-工程机械主题性机会,持续看好检测服务设备

浏览数量: 6     作者: 本站编辑     发布时间: 2021-07-06      来源: 本站

  导语前道量检测设备 2020 年全球市场为 69 亿美元,我国约 15 亿美元。后道测试设备关注的是在所有晶圆工艺完成后芯片的各种电性功能。后道测试设备 2020 年全球市场为 62 亿美元,我国约 14 亿美元。

报告综述:

在半导体设计、制造、封装中的各个环节都要进行反复多次的检测、测试以确保产品质量,从而研发出符合系统要求的器件。缺陷相关的故障成本影响高昂,从 IC 级别的数十美元,到模块级别的数百美元,乃至应用端级别的数千美元。因此,检测设备从设计验证到整个半导体制造过程都具有无法替代的重要地位。检测设备作为能够优化制程控制良率、提高效率与降低成本的关键,未来在半导体产业中的地位将会日益凸显。预计未来我国半导体检测设备市场广阔,其主要原因为当前复杂的地缘政治带来国产替代的迫切需求;国家政策大力支持集成电路产业,产业发展迅速;半导体产业重心由国际向国内转移带来机遇;中国市场已成为全球最大的设备市场;新应用领域不断涌现,新器件性能迭代加速,带来设计公司发展新机遇;芯片集成度的不断提高,迎来了检测设备的更大需求。2020 年我国半导体检测设备市场为 176 亿元, 预计未来五年预计复合增长率为 14%,增速高于全球。

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广义上的检测设备分为前道量检测和后道测试设备。量检测的对象是工艺 过程中的晶圆,测试的对象是工艺完成后的芯片。前道量检测对每一步工艺过程的质量进行测量或者检查,以保证工艺符合预设的指标,防止出现偏差和缺陷的不合格晶圆进入下一道工艺流程。前道量检测设备 2020 年全球市 场为 69 亿美元,我国约 15 亿美元。前道量检测按照测试目的分为量测和检测。按照应用主要分为关键尺寸量测、薄膜的厚度量测、套刻对准量测、 光罩/掩膜检测、无图形晶圆检测、图形化晶圆检测和缺陷复查。按照技术 主要分为光学检测设备、电子束检测设备。后道测试设备关注的是在所有晶圆工艺完成后芯片的各种电性功能。后道测试设备 2020 年全球市场为 62 亿美元,我国约 14 亿美元。测试设备分为测试机、探针台和分选机。测试机占比约 63%,国际市场中爱德万和泰瑞达占据寡头垄断地位,同时先进封装领航者 ASM PACIFIC 近年来在光电测试领域积极布局。建议重点关注随着未来人工智能、物联网、新能源汽车等新应用领域所带来的检测行业发展机遇。同时随着芯片集成度越来越高,工艺步骤越来越复杂,晶圆在生产过程中需要量检测和测试的频次也越来越高,驱动检测设备市场需求不断提升。基于以上,精测电子的检测设备有望凭借其自身技术内生发展和外部投资并购布局量价齐升。中国半导体检测设备未来市场空间广阔具体原因如下:1.国家政策大力支持集成电路产业,检测作为关键一环尤为重要集成电路产业是国民经济中基础性、关键性和战略性的产业,作为现代信息产业的基础和核心产业之一,在保障国家安全等方面发挥着重要的作用,是衡量一个国家或地区现代化 程度以及综合国力的重要标志。国家为扶持集成电路行业发展,制定了多项引导政策及目 标规划。第一,国家为规范集成电路行业的竞争秩序,加强对集成电路相关知识产权的保 护力度,相继出台了《集成电路设计企业及产品认定暂行管理办法》、《集成电路布图设计 保护条例》、《集成电路布图设计保护条例实施细则》等法律法规,为集成电路行业的健康 发展提供了政策保障。第二,国家出台了若干优惠政策,从投融资、税收、出口等各个方面鼓励支撑电路行业的 发展,具体政策包括《财政部、税务总局、国家发展改革委、工业和信息化部关于集成电 路生产企业有关企业所得税政策问题的通知》、《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集 成电路产业发展若干政策的通知》等,为集成电路企业的发展创造了有利的市场环境。第三,国家指定了《集成电路产业研究与开发专项资金管理暂行办法》、《国务院关于印发 “十三五”国家科技创新规划的通知》等目标规划,将集成电路装备列为国家科技重大专项,积极推进各项政策的实施。国家政策的落地实施为产业发展破解融资瓶颈提供了保障, 有力促进集成电路专用设备行业的可持续良性发展。2.半导体产业重心由国际向国内转移带来机遇中国集成电路行业增长迅速,半导体行业重心持续由国际向国内转移。中国半导体产业发展较晚,但凭借着市场容量,中国已成为全球最大的半导体消费国。根据 CSIA 数据,2018 年国内集成电路市场规模为 985 亿美元,同比增长 18.53%,2010 年至 2018 年国内集 成电路市场复合增长率达到 21.10%,高于全球市场同期年复合增长率,中国已经超过美国、 欧洲和日本,成为全球最大的集成电路市场。随着半导体制造技术和成本的变化,半导体 产业正在经历第三次产能转移,行业需求中心和产能中心逐步向中国大陆转移。随着产业结构的加快调整,中国集成电路的需求将持续增长。3.集成电路产业发展迅速,增速高于 GDP 增长,产品更新换代加速,新型应用领域不断涌现,为技术超车创造机遇。调查数据分析,2020 年集成电路增长率为 8%,远超 GDP 增长,同 样,2021 年预计集成电路增长率为超过 10%,是 GDP 增长率的两倍以上。作为全球最大的集成电路市场,中国集成电路产业随着 5G、电动汽车等的快速发展持续增长,为半导体测试需求带来增量空间。在国家重大科技专项的支持下,“十二五”期间 中国集成电路产业各个环节的整体水平都有了明显提升,国产软硬件在航天、电力、办公 应用和移动智能终端等领域实现规模应用,为保障国家信息安全提供了重要支撑。伴随技术革新和产业升级换代的波浪式递进,市场机会窗口不断涌现,每一次的技术升级都为集 成电路及其专用设备制造企业带来了发展机会。当前,以互联网、智能手机为代表的信息产业的第二次浪潮已步入成熟,增速放缓,而以 物联网为代表的信息感知及处理正在推动信息产业进入第三次浪潮,物联网革命已经悄然 开始。在物联网智能时代,由于交互模式的改变,智能化产品的多样性必然会更加丰富, 对各类信息的采集形成了快速膨胀的数据处理需求,对海量数据的有效处理将成为真正推 动集成电路行业发展的核心驱动力。物联网、大数据、人工智能、5G 通信、汽车电子等 新型应用市场带来巨量芯片增量需求,为半导体自动化测试系统企业提供更大的市场空间;同时,第三代半导体 GaN 等半导体新技术的出现为国内半导体自动化测试系统企业带来超车国际巨头的新机遇。4. 大陆芯片设计公司迎来大发展时代,检测需求将跟随发展近年来,集成电路测试行业发展迅速,根据中国半导体行业协会 IC 设计分会的统计,截 至 2019 年 11 月,中国大陆 IC 设计公司达到 1,780 家,比 2018 年的 1,698 家多了 82 家,中国大陆的芯片设计公司迎来高速成长。IC 设计行业 2019 年的销售额为 3,063.5 亿元,相比 2018 年增长了 21.60%。芯片设计公司的快速增长,使得芯片检测设备的市场 需求随之增长。随着国内集成电路产业的快速发展和国产化加速,晶圆制造、芯片设计公 司的测试服务需求越来越多,检测设备相关企业将迎来新的发展机遇。

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5.芯片复杂度提高,验证测试要求越发严格对芯片最显著的改进不仅仅在设计流程中产生,而且在芯片调试和验证流程中反复进行, 尤其是在高性能芯片的研制过程中。随着芯片复杂度的提高,对验证测试的要求更加严格, 与设计流程的交互更加频繁。随着芯片速度与功能的不断提高,超大规模集成电路尤其是 集成多核的芯片系统(SOC)的出现使得芯片迅速投入量产过程难度增加,由此验证测试 变得更加必要。目前,开发低成本高效率的全面验证测试策略成为芯片制造商的关注点。能够在早期(如初次样片测试阶段)全面获取芯片品质鉴定的信息变得至关重要。6.检测本身已从工序到独立行业,贯穿所有流程,未在检测流程发现缺陷则损失惨重早期的检测只是作为 IC 生产中的一个工序存在,被合并在制造业或封装业中。随着集成电路产业分工日益明晰和人们对集成电路品质的重视,再加上技术、成本和知识产权保护 等诸多因素,检测目前正成为集成电路产业中一个不可或缺的、专业化的独立行业,作为设计、制造和封装的有力技术支撑,推动了集成电路产业的迅速发展。在集成电路研制、生产、应用等各个阶段都要进行反复多次的检验、测试来确保产品质量和研制开发出符合系统要求的电路。半导体检测从设计验证到最终测试都不可或缺,贯穿整个半导体制造过程。半导体检测包括设计验证、工艺控制检测、晶圆测试(CP 测试)以及 成品测试(FT 测试)。按照电子系统故障检测中的“十倍法则”,如果一个芯片中的故障没有在芯片测试时发现, 则在电路板(PCB)级别发现故障的成本为芯片级别的十倍。因此,检测在半导体产业中扮演着重要角色,且其地位日益凸显。1.3. 市场规模:重要地位日益凸显,中国增速高于全球全球半导体检测设备市场概况: 根据智研咨询和 Gartner,SEMI 数据整理,2020 年检测设备全球市场规模约 131 亿美元。我国半导体检测设备市场概况:据前瞻产业研究院统计,2020 年我国半导体检测设备市场规模 176 亿元。随着我国半导体产业的不断发展,检测设备作为能够提高制程控制良率、提高效率与降低 成本的重要检测仪器,未来在半导体产业的地位将会日益凸显。前瞻产业研究预计 2026 年我国半导体检测设备市场有望到达 400 亿元。2020-2026 CAGR 为 14.7%,增速高于全球。按照应用范畴分类,量检测可以主要分为七大类:关键尺寸量测、薄膜厚度量测、套刻对 准量测、光罩/掩膜检测、无图形晶圆检测、图形化晶圆检测、缺陷复查检测等。1.4. 竞争格局:国外高度垄断,国产替代需求迫切有望提速目前,国际国内市场中检测设备被国外高度垄断,目前绝大部分半导体设备依然高度依赖进口,提升“核芯技术”自主化率已迫在眉睫。量检测设备领域:量检测设备行业具有极高的技术、资金壁垒,对业内公司研发能力有很强要求。海外巨头 KLA 为首,AMAT、Hitachi 等合计占比超 90%。国内设备厂商由于起步晚基础薄,始终在努力追赶,国产设备仍有很大的突破空间。前道设备种类复杂,细分市场较多;其中,膜 厚量测技术门槛较低,集中度相对分散,为国内厂商进入检测设备的突破口。测试设备领域:测试种类繁多,客户需求多样化,因此测试设备往往存在非标定制化的特点。根据性能要求的不同,类别也是五花八门,包括外观尺寸测试、视觉测试等。虽然相比于光刻机、刻蚀机等前道设备,测试设备的制造相对容易一些,但是也存在较高的推广难度。目前全球设备市场份额主要被美、日等发达国家的先进厂商所占据,半导体测试设备行业已经形成了泰瑞达、爱德万两家垄断的局面。国内半导体设备厂商想要提高市场份额依然面临极大挑战。进口替代需求迫切,测试设备的国产替代进程将加速:受中美贸易摩擦影响,供应链的安全日益受到重视,国产测试设备将得到更多的试用机会, 在中低端模拟测试机和分选机领域,国产替代明显提速。目前绝大部分半导体设备依然高度依赖进口,提升“核芯技术”自主化率已迫在眉睫,上升至国家战略,进口替代是国内半导体设备公司面临的重大机遇。2018 年以来,国产半导体测试设备向中国大陆市场拓展, 国产替代进程明显提速。

2. 前道量检测设备:物理、功能性检查,提升良率,市场壁垒高筑

前道量检测运用于晶圆的加工制造过程,它是物理性、功能性的,用以检测每一步工艺后产品的加工参数是否达到了设计的要求,并且查看晶圆表面上是否存在影响良率的缺陷, 确保将加工产线的良率控制在规定的水平之上。前道量检测包含膜厚量测设备、OCD 关键尺寸量测、CD-SEM 关键尺寸量测、光刻校准量 测、图形缺陷检测设备等多种前道量检测设备。由于晶圆制造工艺环节复杂,所需要的检测设备种类较多,因此也是所有半导体检测赛道中壁垒最高的环节,单机设备的价格比后 道测试设备还高,且不同功能设备价格差异也较大。前道量检测设备供应商目前有美国的科磊、应用材料;日本的日立;国内的精测电子、中科飞测、上海睿励等。下游客户为集 成电路制造商,包含台积电、中芯国际、长江存储等。随着 2018-2020 年中国大陆多家晶圆厂陆续投建及量产,国内封测厂陆续投入新产线以实现产能的配套扩张,将持续带动国内半导体测试设备市场高速增长。

3.1. 分类:测试机、探针台、分选机,保障性能助力良率提升主要测试设备简介:测试机(ATE)、探针台(Prober)、分选机(Handler)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。

3.2. 全球市场:测试机市场份额过半测试机(ATE)是检测芯片功能和性能的专用设备,分选机和探针台是将芯片的引脚与测 试机的功能模块连接起来的专用设备,与测试机共同实现批量自动化测试。2020 年后道测试设备市场规模约 62 亿美元。根据 Gartner 数据,2016 年至 2018 年全球 半导体后道测试设备市场规模为 37 亿、47 亿、56 亿美元,年复合增长率为 23%,2019 年 根据 SEMI 发布全球半导体设备中后道设备占 9%计算,主要受到全球半导体设备景气的影 响下降至 54 亿美元。后道量测设备中测试机在 CP、FT 两个环节皆有应用,因此占比最大 达到 63.1%,其他设备分选机占 17.4%、探针台占 15.2%。测试机占比大的原因:在设计验证和成品测试环节,测试机需要和分选机配合使用;在晶圆检测环节,测试机需要和探针台配合使用。

3.3. 测试机:测试器件电路功能及电性能参数,保驾护航贯穿始终测试机(ATE):半导体测试机又称半导体自动化测试机,与半导体自动化测试系统同义。两者由于翻译的原因,以往将 Tester 翻译为测试机,诸多行业报告沿用这个说法,但现在越来越多的企 业将该等产品称之为 ATE system,测试系统的说法开始流行,整体上无论是被称为 Tester 还是 ATE system,皆为软硬件一体。半导体测试机测试半导体器件的电路功能、电性能参数,具体涵盖直流参数(电压、电流)、交流参数(时间、占空比、总谐波失真、频率等)、 功能测试等。集成电路测试贯穿了集成电路设计、生产过程的核心环节。

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3.4. 探针台:负责晶圆输送与探针定位,提升测试效率探针台市场趋势:长期看好长期来看,国内的半导体整体产业及半导体制造业增长稳定,带动封测需求。随着联网设备的大规模成长,以及对数据处理、运算能力和数据存储的需求激升,驱动了物联网、人 工智能与高效能运算等技术的逐渐成熟,人工智能及物联网等终端产品的应用,包括 5G 通讯、工业用智能制造、车用电子与智慧家居等需求即将量增。终端应用持续攀升将导致 对半导体的需求日渐增长,刺激半导体封测技术、需求明显提升,催生 IC 封装从低阶封装 技术,朝向高阶和先进封装技术等领域发展。对于仰仗半导体封测业的探针台产业而言, 终端应用衍生的高阶封装需求激增,封测需求持续成长,加上半导体产业导入新材料所衍 生的各种机会,都有望刺激探针卡市场需求持续增长。技术趋势:向高、精、尖和自动化发展上游设备龙头公司带来较大的成长空间。
3.5. 分选机:高精度高兼容,负责产品的测试接触、拣选和传送分选机(Handler):封装测试环节的核心设备为测试机和分选机。分选机主要承担机械方面的任务,包括产品的测试接触、拣选和传送等。分选机把待测芯片逐个自动传送至测试工位,芯片引脚通过测试工位上的金手指、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,完成封装测试。测试结果通过通信接口传送给分选机,分选机据此对被测试集成电路进行标记、分选、收料或编带。集成电路产品的封装类别多样化,使得分选机设备生产商需要持续改进机械结构和精度,并提高其兼容性,以满足对不同封装尺寸和外形的需求。


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