一、半導(dǎo)體探針臺概述

探針臺是半導(dǎo)體（包括集成電路、分立器件、光電器件、傳感器）行業(yè)重要的檢測裝備之一，其廣泛應(yīng)用于復(fù)雜、高速器件的精密電氣測量，旨在確保質(zhì)量及可靠性，并縮減研發(fā)時間和器件制造工藝的成本。

探針臺用于晶圓加工之后、封裝工藝之前的 CP 測試環(huán)節(jié)，負責(zé)晶圓的輸送與定位，使晶圓上的晶粒依次與探針接觸并逐個測試。在半導(dǎo)體器件與集成電路制造工藝中，從單晶硅棒的制取到最終器件制造的完成需經(jīng)過復(fù)雜的工序，可分為前道工序與后道工序，探針臺是檢測半導(dǎo)體芯片的電參數(shù)、光參數(shù)的關(guān)鍵設(shè)備。經(jīng)過檢測，探針臺將參數(shù)特性不符合要求的芯片記錄下來，在進入后序工序前予以剔除，大大降低器件的制造成本。

半導(dǎo)體的測試環(huán)節(jié)，主要包括芯片設(shè)計中的設(shè)計驗證、晶圓制造中的晶圓測試（CP測試）和封裝完成后的成品測試（FT測試）。半導(dǎo)體測試設(shè)備主要包括測試機、探針臺和分選機。在所有的測試環(huán)節(jié)中都會用到測試機，不同環(huán)節(jié)中測試機需要和分選機或探針臺配合使用。

圖1 晶圓測試CP測試環(huán)節(jié)，灰色為探針臺

探針臺是檢測芯片的重要設(shè)備，在芯片的設(shè)計驗證階段，主要工作是檢測芯片設(shè)計的功能是否能夠達到芯片的技術(shù)指標(biāo)，在檢測過程中會對芯片樣品逐一檢查，只有通過設(shè)計驗證的產(chǎn)品型號才會量產(chǎn)。晶圓測試一般在晶圓廠、封測廠或?qū)ｉT的測試代工廠進行，主要用到的設(shè)備為測試機和探針臺。

圖2 芯片測試及探針臺設(shè)備應(yīng)用流程圖

二、半導(dǎo)體探針臺市場

1．全球半導(dǎo)體投資規(guī)模持續(xù)攀升

半導(dǎo)體行業(yè)向來有“一代設(shè)備，一代工藝，一代產(chǎn)品”的說法。半導(dǎo)體設(shè)備價值普遍較高，一條先進半導(dǎo)體生產(chǎn)線投資中，設(shè)備價值約占總投資規(guī)模的 75%以上。隨著全球半導(dǎo)體行業(yè)市場規(guī)模不斷擴大，半導(dǎo)體設(shè)備市場也呈增長趨勢。根據(jù) SEMI 統(tǒng)計，全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額從 2013 年的318億美元增長至 2018年的645 億美元，年復(fù)合增長率約為 15．2%，但受到半導(dǎo)體行業(yè)景氣度下滑及宏觀經(jīng)濟環(huán)境影響，2019年、2020年一季度增長有所下降，但預(yù)計疫情過后，將恢復(fù)增長。

中國半導(dǎo)體市場飛速增長。在全球貿(mào)易摩擦背景下，半導(dǎo)體行業(yè)國產(chǎn)化率提高成為必然趨勢，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投資規(guī)模持續(xù)擴大。根據(jù) SEMI 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2018 年半導(dǎo)體設(shè)備在中國大陸的銷售額約為 131億美元，同比增長 59．3%，約占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的 20．3%，已成為僅次于韓國的全球第二大半導(dǎo)體設(shè)備需求市場。結(jié)合SEMI和IDC等行業(yè)機構(gòu)的數(shù)據(jù)和預(yù)測，2018、2019年國內(nèi)半導(dǎo)體制造設(shè)備投資額約為131、117億美元，而2020年受疫情影響將繼續(xù)下滑。預(yù)計疫情結(jié)束后，半導(dǎo)體設(shè)備的投資將反彈，2021、2022年將恢復(fù)至143、179億美元。

圖3 全球及中國大陸的半導(dǎo)體設(shè)備銷售規(guī)模

數(shù)據(jù)來源： SEMI，CSA Research整理

2．探針臺市場逐年增長

半導(dǎo)體測試對于良率和品質(zhì)控制至關(guān)重要，是必不可少的環(huán)節(jié)，主要涉及兩種測試（CP 測試、FT 測試等）、三種設(shè)備（探針臺、測試機、分選機等）。根據(jù)半導(dǎo)體產(chǎn)線投資配置規(guī)律，測試設(shè)備在半導(dǎo)體設(shè)備投資的占比約為8%，僅次于晶圓制造裝備，其中測試機、分選機、探針臺的占比分別為63．10%、17．40%、15．20%。

圖4 測試設(shè)備在半導(dǎo)體設(shè)備投資中占比約為8%

數(shù)據(jù)來源：中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會，CSA Research整理

圖5 探針臺在半導(dǎo)體測試設(shè)備中占15．2%

數(shù)據(jù)來源： 中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會，CSA Research整理

近年來，全球貿(mào)易摩擦持續(xù)加劇，而半導(dǎo)體作為信息產(chǎn)業(yè)的基石和兵家必爭之地成為本輪貿(mào)易戰(zhàn)的焦點。2019 年，中美貿(mào)易戰(zhàn)、日韓半導(dǎo)體材料爭端對全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競爭格局也帶來了較大的影響。在自主可控發(fā)展策略指導(dǎo)下、在資本與相關(guān)配套政策扶植下，中國大陸正在也必將成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)擴張寶地，未來幾年半導(dǎo)體產(chǎn)能擴充仍將有較大需求。2019 年國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備投資約為 923．51億元，國內(nèi)半導(dǎo)體檢測設(shè)備市場規(guī)模約為67．43億元。在疫情結(jié)束后國內(nèi)半導(dǎo)體投資將反彈及恢復(fù)增長，檢測設(shè)備市場規(guī)模也將隨之增長，預(yù)計 2022年將達到 103．22億元。

按照探針臺占整個半導(dǎo)體檢測設(shè)備投資的15．2%測算，2018年、2019年、2020年全球的探針臺市場規(guī)模約為56．6億元、46．2億元、42．96億元，疫情結(jié)束后2021年、2022年有望將達到51．56億元、59．29 億元的需求。國內(nèi)探針臺市場規(guī)模2019年約為10．25億元，2022年將增長到15．69億元。

三、半導(dǎo)體探針臺廠商的競爭格局

半導(dǎo)體設(shè)備的技術(shù)壁壘高。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)品的加工面積成倍縮小，復(fù)雜程度與日俱增，生產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品所需的制造設(shè)備需要綜合運用光學(xué)、物理、化學(xué)等科學(xué)技術(shù)，具有技術(shù)壁壘高、制造難度大及研發(fā)投入高等特點。

國際企業(yè)占主導(dǎo)，國內(nèi)企業(yè)在突破。從全球市場看，半導(dǎo)體探針臺設(shè)備行業(yè)集中度較高，目前主要由國外廠商主導(dǎo)，行業(yè)呈現(xiàn)較高壟斷的競爭格局。東京精密（Accretech）、東京電子（Tokyo Electron）兩家公司占據(jù)全球約七成的市場份額。其次為臺灣企業(yè)，如臺灣惠特、臺灣旺矽等也占有較大的市場份額，特別是在LED探針臺領(lǐng)域具有優(yōu)勢。

從國內(nèi)市場看，東京精密（Accretech）市場占比最高;第二梯隊為東京電子（Tokyo Electron）;而臺灣惠特和深圳矽電相差不大，占比在13%-15%。而中國本土企業(yè)中，深圳矽電是國內(nèi)規(guī)模最大的探針臺生產(chǎn)企業(yè)，進展較快，近三年營業(yè)收入保持年均20%以上的增速，并且在大陸市場的基礎(chǔ)上，開始拓展中國臺灣地區(qū)市場。

此外，國內(nèi)長川科技、中國電子科技集團45所、西700廠等廠商值得關(guān)注。長川科技的主要產(chǎn)品為測試機和分選機，探針臺處于研發(fā)階段，尚未形成收入。中國電子科技集團45所的探針臺在改革開放前曾一度是國內(nèi)市場的主流機型，市場占有率高達67%，近年來依托原有技術(shù)積淀發(fā)展較快，探針臺產(chǎn)品包括手動探針測試臺和自動探針測試臺;西700廠主要側(cè)重于研制4探針模式的手動探計臺。

四、未來發(fā)展趨勢

1．市場趨勢：長期看好，短期存在風(fēng)險

長期來看，國內(nèi)的半導(dǎo)體整體產(chǎn)業(yè)及半導(dǎo)體制造業(yè)增長穩(wěn)定，帶動封測需求。隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的大規(guī)模成長，以及對數(shù)據(jù)處理、運算能力和數(shù)據(jù)存儲的需求激升，驅(qū)動了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能與高效能運算等技術(shù)的逐漸成熟，人工智能及物聯(lián)網(wǎng)等終端產(chǎn)品的應(yīng)用，包括5G通訊、工業(yè)用智能制造、車用電子與智慧家居等需求即將爆發(fā)。終端應(yīng)用持續(xù)攀升將導(dǎo)致對半導(dǎo)體的需求日漸增長，刺激半導(dǎo)體封測技術(shù)、需求明顯提升，催生IC封裝從低階封裝技術(shù)，朝向高階和先進封裝技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)展。對于仰仗半導(dǎo)體封測業(yè)的探針臺產(chǎn)業(yè)而言，終端應(yīng)用衍生的高階封裝需求激增，封測需求持續(xù)成長，加上半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入新材料所衍生的各種機會，都有望刺激探針卡市場需求持續(xù)增長。

短期來看，2020年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的不確定性較多且復(fù)雜交織，一是貿(mào)易戰(zhàn)持續(xù)，給半導(dǎo)體的發(fā)展及競爭格局帶來不確定性;二是新冠狀病毒的疫情成為“黑天鵝”事件，席卷全球，對各行業(yè)均產(chǎn)生難以估量的影響。

2．技術(shù)趨勢：向高、精、尖和自動化發(fā)展

晶圓尺寸持續(xù)增大，從6”到8”再到目前的12“，而對應(yīng)的探針臺也從手動向半自動和全自動發(fā)展。在此過程中，涉及到晶圓尺寸、精度、分辨率以及測試原理等變化，未來的探針臺將沿著以下幾個方向改進。

（1）測試品種多。早期的探針臺主要針對一些分立器件進行測試，測試精度要求不是很高，但是隨著信息化的發(fā)展、晶圓片尺寸增加、封裝尺寸的減小以及納米工藝技術(shù)的成熟，對測試效率和穩(wěn)定性提出很高的要求。其產(chǎn)品測試已經(jīng)擴展到SOC、霍爾元件等領(lǐng)域，因此，大直徑晶圓片測試、全自動晶圓測試以及高性能晶圓片測試是未來的發(fā)展方向。

（2）微變形接觸技術(shù)。Mirco Touch微接觸技術(shù)，它減少了測試易碎器件或者pad處于活動電測區(qū)域下的接觸破壞，實現(xiàn)了對于垂直升降系統(tǒng)的精準(zhǔn)的控制，大大降低了探針接觸晶圓的沖擊力，同時也提高了測試過程中探針的精準(zhǔn)度，保證了良品率。因此，未來的探針臺將會在微變形接觸等技術(shù)上投入更大的成本。

（3）非接觸測量技術(shù)。隨著電磁波理論和RFID （射頻識別）技術(shù)的成熟，接觸式測試將會因為更高的良率、更短的測試時間以及更低的產(chǎn)品成本等潛在優(yōu)勢越來越受到青睞。這種測試方法中，每個裸片內(nèi)含集成天線，TESTER通過電磁波與其通信，可以消除在標(biāo)準(zhǔn)測試過程中偶然發(fā)生的測試盤被損時間，減低缺陷率。

3．競爭趨勢：貿(mào)易摩擦下的國產(chǎn)替代機會

中國國產(chǎn)替代成為重要趨勢，龍頭公司將有10 倍以上市場增長空間。半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)化既符合產(chǎn)業(yè)安全自主可控需求，也符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本規(guī)律。只有在設(shè)備上擁有核心技術(shù)升級與迭代能力，才能真正實現(xiàn)半導(dǎo)體制造上實現(xiàn)超越，國產(chǎn)化率是當(dāng)務(wù)之急，也勢不可擋。中國設(shè)備產(chǎn)業(yè)未來10 年，第一步將迎接中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對設(shè)備投資需求成倍的增長，同時目標(biāo)將國產(chǎn)化率從平均 5%～10%，提升到 70%～80%以上甚至更高;第二步中國設(shè)備廠商與國際廠商同臺競技之后，實現(xiàn)打開國門走向世界，從追趕到超越的升華。

在貿(mào)易戰(zhàn)背景下，“中興事件”、“華為事件”等系列事件，警醒了業(yè)內(nèi)對硬科技缺失的重視，從國家層面到企業(yè)均開始推進半導(dǎo)體核心技術(shù)國產(chǎn)自主化，實現(xiàn)供應(yīng)鏈安全可控，這加速了半導(dǎo)體材料和設(shè)備的國產(chǎn)化替代進程。目前，我國的半導(dǎo)體行業(yè)的國產(chǎn)化率仍然比較低，設(shè)備領(lǐng)域尤其明顯，探針臺市場領(lǐng)域，國產(chǎn)設(shè)備的在國內(nèi)市場的份額不超過20%，亟需發(fā)展和提高。

隨著以深圳矽電、長川科技、中電科45所為代表的國內(nèi)產(chǎn)設(shè)備企業(yè)飛速發(fā)展，預(yù)計未來國產(chǎn)探針臺在國內(nèi)市場的占比將越來越高。國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的逐步崛起，將給上游設(shè)備龍頭公司帶來較大的成長空間。

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