半導體測試設備行業五大壁壘構成（附報告目錄）
1、半導體測試設備行業概況
半導體測試設備主要包括測試系統（也稱為“測試機”）、探針臺和分選機。其中測試系統是檢測芯片功能和性能的專用設備。在測試設備中，測試系統用于檢測芯片功能和性能，技術壁壘高，尤其是客戶對于半導體測試在測試功能模塊、測試精度、響應速度、應用程序開發平臺通用性、平臺可延展性以及測試數據的存儲、采集和分析等方面提出愈來愈高的要求。探針臺與分選機實現被測晶圓/芯片與測試系統功能模塊的連接。
相關報告：北京普華有策信息咨詢有限公司《2021-2026年半導體行業市場專題研究及投資可行性評估報告》
測試系統對芯片施加輸入信號，采集被檢測芯片的輸出信號與預期值進行比較，判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。作為重要的半導體專用設備，測試系統不僅可判斷被測芯片的合格性，還可提供關于設計、制造過程的薄弱環節信息，有助于提高芯片制造水平。因此，檢測設備作為能夠優化制程控制良率、提高效率與降低成本的關鍵，未來在半導體產業中的地位將會日益凸顯。
根據工藝環節不同，測試系統主要用于晶圓測試和成品測試。晶圓檢測是指在晶圓出廠后進行封裝前，通過探針臺和測試系統配合使用，對晶圓上的芯片進行功能的測試。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、專用連接線與測試設備的功能模塊進行連接，測試系統對芯片施加輸入信號、采集輸出信號，判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。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。該環節的目的是在芯片封裝前，盡可能的將無效的芯片標記出來以節約封裝費用。
成品測試是指芯片完成封裝后，通過分選機和測試系統配合使用，對芯片進行功能和電參數性能測試，保證出廠的每顆芯片的功能和性能指標能夠達到設計規范要求。其測試過程為：分選機將被檢測芯片逐個自動傳送至測試工位，被檢測芯片的引腳通過測試工位上的測試爪、專用連接線與測試系統的功能模塊進行連接，測試系統對芯片施加輸入信號、采集輸出信號，判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。測試結果通過通信接口傳送給分選機，分選機據此對被測試芯片進行標記、分選、收料或編帶。該環節是保證出廠每顆集成電路功能和性指標能夠達到設計規范要求。
資料來源：普華有策整理
2、半導體測試系統行業概況
半導體測試系統又稱半導體自動化測試系統，與半導體測試機同義。兩者由于翻譯的原因，以往將 Tester 翻譯為測試機，諸多行業報告沿用這個說法，但現在越來越多的企業將該等產品稱之為 ATE system，測試系統的說法開始流行，整體上無論是被稱為 Tester 還是 ATE system，皆為軟硬件一體。
半導體測試機測試半導體器件的電路功能、電性能參數，具體涵蓋直流（電壓、流）、交流參數（時間、占空比、總諧波失真、頻率等）、功能測試等。
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半導體測試貫穿了半導體設計、生產過程的核心環節，具體如下：
第一、半導體的設計流程需要芯片驗證，即對晶圓樣品和封裝樣品進行有效性驗證；
第二、生產流程包括晶圓制造和封裝測試，在這兩個環節中可能由于設計不完善、制造工藝偏差、晶圓質量、環境污染等因素，造成半導體功能失效、性能降低等缺陷，因此，分別需要完成晶圓檢測（CP, Circuit Probing）和成品測試（FT,Final Test），通過分析測試數據，能夠確定具體失效原因，并改進設計及生產、封測工藝，以提高良率及產品質量。無論哪個環節，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。
半導體測試系統測試原理如下：
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隨著半導體技術不斷發展，芯片線寬尺寸不斷減小，耐高壓、耐高溫、功率密度不斷增大、制造工序逐漸復雜，對半導體測試設備要求愈加提高，測試設備的制造需要綜合運用計算機、自動化、通信、電子和微電子等學科技術，具有技術含量高、設備價值高等特點。
根據 SEMI 的統計數據，測試設備中測試機在晶圓和成品兩個環節皆有應用，因此占比最大達到 63.1%，其他設備分選機占 17.4%、探針臺占 15.2%。按照 SEMI 對全球半導體專用設備市場規模發展的預測，2020 年及 2021 年，全球半導體測試設備市場規模或將分別達到 52.2 億美元及 56.1 億美元。
目前通過多年的技術積累，國內企業在模擬 IC 和功率半導體測試機領域國產化替代有了相當的進步，但在技術難度最高的 SoC 與存儲類芯片測試領域還需要更多的突破。
3、半導體激光打標設備行業概況
半導體封裝測試環節包括晶圓研磨及切割、上片、焊線、塑封、激光打印、切割成型、測試。其中激光打印涉及的生產設備為激光打標設備，其主要作用為在半導體元器件上高速打印器件公司名稱及產品型號等內容，是封裝環節的必要設備，屬于半導體封裝測試設備。
半導體激光打標是通過計算機控制軟件，利用高能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發生顏色變化的化學反應，快速在芯片上留下永久性標記的一種打標方法。在封裝產線上，激光打標設備與分選機相連接，通過分選機的分選，傳送，激光打標設備在芯片上完成打印標識，因此，行業內也將激光打標設備歸類到分選設備類別中，半導體激光打標設備是激光打標技術在半導體后道封測環節的一個應用分支。
半導體激光打標設備在后道封測的應用如下圖所示：
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在半導體應用領域，激光打標設備優劣的主要衡量指標主要包括打標的效率（UPH 值），重復精度以及其控制系統能否與封裝產線集成，實現加工信號和數據的精準傳遞以及精益生產系統的全流程管理。作為封測工藝的一環，激光打標的 UPH 值會影響封測產線整體的生產效率。
根據半導體工藝流程，激光打標設備分為前道晶圓生產環節和后道封測環節。其中，前道激光打標設備通常與切割或視覺檢測系統及其他機械自動化模塊集成為激光一體化設備，設備價值比較高，技術難度大，目前主要以進口設備為主。對于后道封測環節的激光打標設備，國內企業經過多年的技術創新和應用經驗積累，目前技術比較成熟，國產激光打標設備占比超過 50%，但在全自動激光打標應用領域，由于技術門檻較高和應用推廣不足，該領域還是以德國 ROFIN、韓國 EO 等進口設備為主。
4、半導體測試設備行業壁壘
半導體測試設備行業屬于技術密集型和資本密集型相結合的行業，集計算機、自動化、通信、電子和微電子等技術于一身，對產業化運作有著很高的要求，在技術、人才、客戶資源、資金、產業整合方面存在較高的進入壁壘，具體如下：
（1）技術壁壘
半導體測試系統涵蓋多門學科的技術，包括計算機、自動化、通信、電子和微電子等，為典型的技術密集、知識密集的高科技行業，用戶對測試系統的可靠性、穩定性和一致性要求較高，由于芯片技術和復雜程度不斷提升，測試設備企業須具有非常強大的研發能力，產品持續迭代升級，方可應對客戶不斷提高的測試參數和功能以及效率要求。半導體測試系統的技術壁壘也比較高。具體技術壁壘如下：
A、隨著制造成本的提升，測試效率要求不斷提高，測試系統的并行測試能力不斷提升。在相同的測試時間內，并行測試芯片數量越多，則測試效率越高，平均每顆芯片的測試成本越低。此外，隨著并行測試數越多，對測試系統的功能、測試系統資源同步能力、測試資源密度和響應速度及并行測試數據的一致性及穩定性要求就越高。
B、隨著封裝技術的發展，功能復雜的混合信號芯片越來越多，通常內部含有MCU 系統、數模/模數轉換系統、數字通信接口、無線通信接口、無線快充、模擬信號處理或者功率驅動系統等；另一方面，隨著汽車電子和新能源下游應用的推廣，功率半導體和第三代半導體器件不僅需要測試直流參數，還需要測試更多范圍的動態參數，對于測試機系統的功能模塊要求也越來越高。
C、隨著芯片的技術和封裝水平的提升，對測試系統測試精度的要求不斷提升。客戶對測試系統各方面的精度要求在提升，測試電壓精確到微伏（μV）、測試電流精確到皮安（pA）、測試時間精確到百皮秒（100pS）。對于極小電流和極小電壓的測試，測試設備要通過一些技術訣竅來克服信號干擾導致測試精度偏差的難題。因此，從測試系統的設計來看，每個元器件的選擇、電路板的布局到系統平臺結構的設計都需要深厚的基礎儲備和豐富的測試經驗。
D、隨著大功率器件及第三代半導體功率器件的廣泛應用，芯片的電路密度和功率密度更大，功率半導體測試系統的電流/電壓及脈寬控制精度的測試要求不斷提高。企業要具備較強的研發能力，能夠快速響應客戶的技術要求，實現產品技術的升級和迭代。
E、測試系統軟件須滿足通用化軟件開發平臺的要求，符合客戶使用習慣。從技術層面來看，某個系列的測試系統會稱為一個測試平臺，在這個系列的測試平臺上，測試系統能夠滿足某大類（如模擬或數模混合信號）芯片的測試需求，客戶可以根據具體不同應用要求的芯片在測試平臺上進行測試程序的二次開發。因此，隨著集成電路產品門類的增加，客戶要求測試設備具備通用化軟件開發平臺，方便客戶進行二次應用程序開發，以適應不同產品的測試需求。
⑥測試系統對數據整合、分析能力的提升以及與客戶生產管理系統集成要求的提升。
一方面，客戶要求測試設備對芯片的狀態、參數監控、生產質量等數據進行大數據分析，另一方面，隨著測試功能模塊的增多，整套測試系統的各個測試模塊測試的數據須進行嚴格對應合并，保證最終收取的數據與半導體元芯片嚴格一一對應，并以最終合并的數據進行分析對被測的芯片進行綜合分檔分級。如：汽車電子要求測試系統須滿足靜態 PAT，動態 PAT 及離線 PAT 技術的要求，即通過對測試器件關鍵參數進行統計計算得到該批次器件性能的分布，然后自動地提高測試的標準，保證測試通過的器件的一致性和穩定性。
半導體測試系統企業需要具備多年的技術研發、產品應用和服務經驗，才能積累和儲備大量的技術數據，一方面，對產品的升級迭代做出快速的響應，滿足半導體行業產品更新換代較快的要求；另一方面，深厚的技術儲備能確保設備性能參數持續改良優化，確保測試系統在量產中的長期穩定性和可靠性。對于行業新進入者，需要經過較長時間的技術儲備和產品應用經驗積累，才能和業內已經占據技術優勢的企業相抗衡，較難在短期內全面掌握所涉及的技術，因此本行業具有較高的技術壁壘。
（2）人才壁壘
半導體測試設備行業屬于技術密集型產業。目前，本科大專院校中沒有對應的學科專業。因此，半導體測試設備行業人才主要靠企業培養。研發技術人員不僅需要掌握各類技術、材料、工藝、設備、微系統集成等多領域專業知識，還需要經過多年的實踐工作并在資深技術人員的“傳、幫、帶”下，才能完成測試設備的知識儲備和從業經驗，才能成長為具備豐富經驗的高端人才；對于企業的管理人才則需要具備豐富的從業經驗，熟悉產業的運作規律，把握行業的周期起伏，才能指定符合企業發展階段的發展戰略；在市場拓展和銷售方面，也需具備相當的技術基礎和豐富的行業經驗，以便能夠及時、準確傳遞公司產品技術特點和客戶的技術要求，因此企業的技術營銷型人才一般通過售后服務或技術部門內部轉化，成熟銷售人員的培養周期長。
目前，國內半導體測試設備行業專業人才較為匱乏，雖然近年來專業人才的培養規模不斷擴大，但仍然供不應求，難以滿足行業發展的需要，而行業內具有豐富經驗的高端技術人才更是相對稀缺。對于行業領先的企業來說，在企業的發展歷程中，都會形成了企業人才培養的方法和路徑，并形成人才梯隊。隨著半導體行業處于長期景氣周期，有技術和經驗的高端人才的需求缺口日益擴大，人才的聚集和儲備成為市場新進入企業的重要壁壘。
（3）資金和規模壁壘
為保持技術的先進性、工藝的領先性和產品的市場競爭力，半導體測試設備企業在技術研發方面的資金投入也越來越大。企業的產品必須達到一定的資金規模和業務規模，才能獲得生存和發展的空間，從研發項目立項、試產、驗證、優化、市場推廣到銷售的各個環節都需要投入較高人力成本和研發費用。半導體產品類別眾多，市場變化快、性能參數不盡相同，對測試設備企業的產品規格和性能指標都提出了較高的要求，企業需要較好的現金流支持企業長期的研發投入和長周期的客戶認證投入。
（4）產業協同壁壘
隨著半導體產業分工的進一步精細化，在 Fabless 模式下，產業協同壁壘主要體現在測試設備企業須與半導體上游設計企業、與晶圓制造企業及封裝測試企業等建立穩定緊密的合作關系。由于測試設備是在封測企業產線端對晶圓或芯片是否滿足設計的功能和性能進行檢測，因此，測試設備企業往往在芯片設計階段就已與設計企業針對芯片的測試功能、參數要求以及測試程序進行深入的交流。在下游封裝測試企業端，測試設備企業，根據封測企業的要求，結合設計企業的要求，提供符合客戶使用習慣和生產標準的測試程序。通過與上下游客戶的協作，最終確保芯片測試的質量、效率和穩定性滿足上下游的要求。在產業協同的大背景下，半導體測試系統企業前期的投入較大，協同積累需要相當時間。對于新進入者而言，市場先進入者已建立并穩定運營的產業協同將構成其進入本行業的一大壁壘。
（5）客戶資源壁壘
客戶資源積累需要長時間市場耕耘，在獲得半導體客戶訂單前，下游客戶特別是國際知名企業認證的周期較長，測試設備的替換需要一系列的認證流程，包括企業成立時間、發展歷史、環保合規性、測試設備質量，內部生產管理流程規范性是否達到客戶的要求等方面；客戶還需要結合產線安排和芯片項目的情況，對測試系統穩定性、精密性與可靠性、一致性等特性要求進行驗證。因此，客戶認證周期為 6-24 個月，個別國際大型客戶的認證審核周期可能長達 2-3 年。客戶嚴格的認證制度增加了新進入的企業獲得訂單的難度和投入。