半导体封测设备

半导体封测设备行业分类 半导体封装是利用薄膜细微加工等技术将芯片在基板上布局、固定及连接，并用可塑性绝缘介质灌封后形成电子产品的过程，目的是保护芯片免受损伤，保证芯片的散热性能，以及实现电能和电信号的传输，确保系统正 [3] 常工作；而半导体测试主要是对芯片外观、性能等进行检测，目的是确保产品质量。 按设备功能半导体封测设备可分为划片机、焊线机、键合机、测试机、分选设备机和探针台。 划片机是一种用于在半导体制程中将硅晶圆上的芯片切割成单个设备的设备。晶圆是一种薄薄的硅片，上面印有许多相同的半导体芯片。划片机通过高速旋转的刀片，按照预定的切割线将这些芯片切割开来。划片机的刀片类型、切割速度和压力等参数都需要根据硅晶圆的尺寸、芯片的设计和切割质量要求进行精细的控制。一个优秀的划片机可以提供高效率、高精度和低损伤的切割效果。 封装设备-划片机 焊线机是一种专门的设备，主要应用于半导体封装中。 它的功能是将裸晶的引脚与封装的引线进行连接，这个过程称为“焊线”。通常，焊线机会使用非常细的金属线进行焊接，如金线或铜线。焊线机的主要性能指标包 封装设备-焊 时，测试结果也可以反馈给前期的设计和制程环节，帮助改进产品设计和优化生产工艺。测试机的性能指标包括其测试精度、速度、稳定性以及能否支持复杂的测试项目等。一个优秀的测试机应该能够提供精准、快速和稳定的测试结果，以支持高效的生产流程和高质量的产品。 测试设备-测试机 探针台是在半导体制程中，用于对裸芯片进行电性能测试的关键设备。它配合探针卡（含有多个微小的金属针，称为探针）使用，这些探针能够与芯片表面的电极点精确接触，从而进行电性能的测量。探针台的主要功能是提供一个稳定的平台，保证探针卡与芯片的精确对接。探针台需要具备高精度的位置控制能力，因为探针与芯片电极点的接触精度直接影响到测试结果的准确性。此外，为了适应不同的测试需求，探针台还需要能够提供各种环境条件，如不同的温度或气氛。因此，一些高级的探针台可能配备有温度控制系统、真空系统或惰性气氛系统等。 测试设备-探针台 国产化率低 中国半导体封测设备国产替代进程分化，关键设备仍被外资掌控 从国产化率来看，中国半导体封测设备国产替代进程分化，多数设备仍高度依赖进口。在封装设备方面，部分封装测试设备如电镀、切筋成型设备中国已基本可实现自主供应，但技术水平和价值量更高的划片 机、键合机、焊线机等封测设备的国产化率仅为5%-10%，低于测试设备约15%的自给率，这意味着即使中国是半导体封测大国，基本实现封测的自主可控，但其关键的设备仍被外资掌控。 下游市场需求带动半导体市场 行业规模增长迅速、竞争激烈 过去5年全球半导体封测设备市场规模呈现高速增长趋势，由2017年的79.5亿美元增长至2021年的150亿美元，年均复合增长率达17.2%；预计至2026年，全球半导体封装与测试设备市场规模分别将达到182.4 亿和205.6亿美元。2017至2020年，为满足强劲的半导体市场需求，全球年均投资1,200-1,500亿元，共计新建62条晶圆生产线，其中中国新建26座晶圆厂，为全球之最，意味着全球半导体产能重心已逐渐向中 国大陆转移。于2020年起，新能源汽车市场，尤其在中国大陆地区，迎来爆发式增长，同比增速维持在60%以上，而一台新能源汽车的半导体需求量是传统汽车的5-10倍；2021年全球新能源汽车销量超过650 万辆，而在中国大陆地区销量达到330万辆，占比超过50%。同时，从2020年开始，中国5G手机逐步放量，各类手机品牌陆续推出多款5G手机。据通信院统计，从2020年4月至2021年，中国5G手机出货量维 持在1,500万部以上，5G手机的旺盛需求驱动半导体需求大幅增长。以新能源汽车、5G消费电子产品为代表的下游应用极大程度地刺激半导体市场需求，从而带动封测市场需求增长，封测设备行业因此受益。 萌芽期 以通孔插装型为代表，其特点是插孔安装到PCB上,引脚数小于64,以金属圆形封装(TO)和双列直插封 装(DIP)为主。 半导体封测设备进入起步阶段，中国开始引入国际先进技术并加大人才引进与投资。 启动期 1980~1990 以表明贴装型封装为代表，其特点是引线代替针脚，引线为翼形或丁形，两边或四边引出，以小外形 封装（SOP）和四边引脚扁平封装(QFP)为主。 半导体封测设备行业进入突破阶段，多项技术实现突破。 高速发展期 1990~2000 以面积阵列封装为代表，在单一芯片工艺上,以焊球阵列封装(BGA)和芯片尺寸封装(CSP)为主,采用“焊球”代替“引脚"。 实现将多芯片在高密度多层互联基板上用表面贴装技术组装成多样电子组件、子系统。 成熟期 2000~2023 系统级封装、三维立体封装、微电子机械系统封装和晶圆级系统封装等技术的引用，体现了封装元件概念演变为封装系统，单芯片向多芯片发展等概念。 后摩尔时代，随着先进封测技术的发展演进，更加突出芯片器件之间的集成与互联，实现更好的兼容性和更高的连接密度，先进封测已然成为超越摩尔定律方向的重要赛道，标志着半导体封测设备进入 先进封装时代。 责将晶圆代工厂制造晶圆进行芯片的封装和检测，代表企业主要有长电科技、通富微电、华天科技和晶方科技 等。产业链下游主要由综合电子元器件制造商，这些制造商会把多种半导体元器件（比如存储器、处理器和接口）以及其他电子元件设计成多种可编程的系统，以满足客户的特定需求。半导体制造商通常会提供完整的解决 方案，包括高级可编程电路、技术支持和后期产品生产服务，主要代表企业包括三星电子、英特尔和德州仪器 等。 封测是中国半导体产业竞争力最强的环节。根据北京半导体行业协会数据显示，2022年，全球前十大厂商市占率合计为78%，前十大市占率整体保持稳定。其中中国大陆厂商占据四席，分别为长电科技、通富微电、华 天科技、智路封测，四家占比合计为25%。下游市场的成熟为封装设备国产化奠定良好基础。与设计和晶圆制造相比，封装行业进入壁垒较低，因此在中国集成电路发展早期，众多企业选择以封测环节作为切入口，并不断加 强对海内外企业并购动作，以持续扩大公司规模。虽然中国是全球最大的半导体封测市场，芯片封测已基本实现 自主可控，但封装设备的国产化率仍然维持在较低的水平，整体国产化率不足10%。若要在芯片封测领域真正实 现自主可控，封装设备领域仍需实现技术突破。 中国封测设备市场现状：（1）封测设备虽仅占半导体设备行业价值量的15%，但对晶圆厂运作效率、良率等决定性较高，一旦出现故障将对整个半导体产业链造成重大影响及损失。封装测试设备的研发涉及多学科技 术，如测试设备即涉及光学、微电子、物理等交叉学科，但中国人才主要聚焦于前道的晶圆制造设备，后道工艺的封装测试设备中缺乏相关的人才，从而制约着中国在封测设备领域的技术突破。（2）从国产化率来看，中国 半导体封测设备国产替代进程分化，多数设备仍高度依赖进口。在封装设备方面，部分封装测试设备如电镀、切筋成型设备中国已基本可实现自主供应，但技术水平和价值量更高的划片机、键合机、焊线机等封测设备的国产 化率仅为5%-10%，低于测试设备约15%的自给率，这意味着虽然目前中国是半导体封测大国，基本实现封测的自主可控，但其关键的设备仍处于外企的垄断中。 [8] 上 产业链上游 生产制造端 集成电路设计 上游厂商 深圳市海思半导体有限公司 紫光展锐（上海）科技有限公司 龙芯中科技术股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 生产制造端 晶圆制造 上游厂商 中芯国际集成电路制造（上海）有限公司 上海华虹（集团）有限公司 合肥晶合集成电路股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 （1）晶圆制造业属于科技型重资产行业，产线投入金额大、技术门槛要求高、产能爬坡周期长，拥 有较高的产业壁垒。晶圆加工领域采用了大量先进技术，包括晶体管技术、射频微电路技术以及生物和医学传感器技术。据统计，2020年全球晶圆制造业营收额达1,978亿美元，同比增长5.1%，2013 至2020年复合年均增长率达到7.02%，未来仍将继续保持增长趋势，预计2023年全球晶圆制造业营收额将达到2,424亿美元。（2）晶圆制造行业发展前景广阔。从中国市场来看，随着5G、物联网、 汽车电子、云计算等下游新兴需求的出现，为中国半导体产业链带来庞大的增量空间，随着中国持续出台政策，助推半导体行业的发展，中国晶圆制造行业迅速发展，根据中国半导体行业协会数据统 计，2020年中国晶圆制造业销售收入达2,560亿元，同比增长19.1%，2013至2020年复合年均增长 率达到23.00%，远大于全球增速，预计2023年中国晶圆制造业销售收入将突破4,300亿元。 中 产业链中游 品牌端 半导体测试设备 中游厂商 产业链中游说明 2021年全球半导体制造设备总销售额将首次突破1,000亿美元大关，达到1,030亿美元。全球封测设 备销售额达到150亿美元，其中封装设备占比48%，测试设备占比52%。两大类设备均含多种具体细 分类型。 （1）封装工艺步骤较多，所需的设备类型较多，主要包括划片机、焊线机、键合机、贴片机等细分 设备，其中按价值量看，键合机、切割机和焊线机为价值量最高的三类设备。虽然中国是全球最大的半导体封测市场，芯片封测已基本实现自主可控，但封装设备的国产化率仍然维持在较低的水平，整 体国产化率不足10%。若要在芯片封测领域真正实现自主可控，封装设备领域仍须实现技术突破 （2）半导体测试环节的三大核心设备是测试机、分选设备机和探针台。集成电路生产需经过几十步 甚至几百步的工艺，其中任何一步的错误都有可能最后导致器件失效；同时，版图设计是否合理、产品是否可靠，都需要通过集成电路的功能及参数测试进行验证。集成电路测试设备主要包括测试机、 分选机和探针台等，三类设备价值量占封装测试设备市场比例分别为63%、17%和15%，国产化率约为15%、21%和9%。测试机主要用于检测芯片的功能和性能，并且用以判断是否满足版图设计规范 要求，探针台和分选机在不同环节实现被测芯片与测试机的连接，在晶圆检测（CP）环节使用探针 台，在成品测试（FT）环节使用分选机 （3）封装测试设备价值量虽不高但具有很高的重要性。封测设备虽仅占半导体设备行业价值量的 15%，但对晶圆厂运作效率、良率等决定性较高，一旦出现故障将对整个半导体产业链造成重大影响及损失。封装测试设备的研发涉及多学科技术，如测试设备即涉及光学、微电子、物理等交叉学科， 但中国人才主要聚焦于前道的晶圆制造设备，后道工艺的封装测试设备中缺乏相关的人才，从而制约着中国在封测设备领域的技术突破。 下 产业链下游 渠道端及终端客户 电子元器件制造商 渠道端 三星（中国）半导体有限公司 英特尔（中国）有限公司 北方华创科技集团股份有限公司 查看全部 产业链下游说明 下游应用包括数字集成电路CPU GPU / 分立器件/存储器/传感器等 （1）DRAM作为存储芯片的第一大品类，其市场需求的变化对整个半导体产业都具有重要的影响。 全球存储器行业呈现出寡头垄断的竞争格局，其中DRAM市场以三星、美光、海力士三分天下，占据 了94%的市场份额。2021年第一季度，三星市场份额为40.7%,海力士为28.8%,美光科技占比为26.4%,南亚科技占比为2.0%,winbond占比为0.8%,PSMC占比为0.2%。 （2）在传感器领域，全球市场规模可观。全球MEMS传感器龙头、汽车Tier 1龙头德国博世Bosch FY21营收787亿欧元;全球模拟芯片龙头美国德州仪器TI FY21营收183亿美元。传感器赛道规模大， 产业链龙头效应显著。在中国市场，传感器产业链缺乏龙头。A股上市公司中，营收规模由大到小依次是图像传感器芯片厂商韦尔股份、传感器/存