《中国集成电路测试设备市场概况及预测》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2019-10-11
  • 在市场拉动和政策支持下,我国集成电路产业快速发展,整体实力显著提升,集成电路的设计、制造能力与国际先进水平差距不断缩小,封装测试技术逐步接近国际先进水平,部分关键装备和材料被国内外生产线采用,涌现出一批具备一定国际竞争力的骨干企业,产业集聚效应日趋明显。2018年,在国内集成电路制造领域多个生产线项目的新建或扩产带动下,设备需求量快速增长,全年中国集成电路设备市场销售额达到867.5亿元,同比增长56.8%。预计2019年,中国集成电路设备市场会较2018年有小幅增长,销售额可达930.7亿元,同比增长7.3%。

    1 2018年中国集成电路测试设备市场发展现状

    半导体检测包括工艺检测(在线参数测试)、晶圆检测(CP测试)、终测(FT测试),国内公司目前主要涉足在后两者,这两个环节的检测设备价值量约占整个半导体制造设备投资的9%,按照全球每年550亿美元以上的设备销售来测算,检测设备年市场空间超50亿美元。其中,中国集成电路测试设备市场规模达到57.0亿元,实现了23.4%的稳定增长。随着中国多家晶圆厂陆续投产及量产,国内封测厂将陆续投入新产线以实现产能的配套扩张,将带动国内半导体测试设备行业高速增长,预计2019年中国集成电路测试设备将增长至60.5亿元,增长速度继2018年后继续下滑至6.1%,2020年依然保持平稳增长,市场规模将达64亿元(如图1)。

    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。从测试设备的产品结构来看,预计2019年中国测试机和分选机分别占据后道检测设备62.8%和17.4%的市场份额;探针台占比达到15.1%;其它相关测试设备占比为4.7%(如图2)。

    预计2019年中国测试机的市场规模达37.7亿元,分选机市场规模10.7亿元,探针台市场规模达9.3亿元,其他相关测试设备市场规模达6.4亿元(如图3)。

    2 中国集成电路ATE市场发展现状及竞争格局

      受集成电路ATE(测试机)行业快速增长以及进口替代的影响,2018年中国集成电路测试机市场规模达到36.0亿元,增速为41.7%,在整体测试设备市场中的份额占比快速提升。受行业周期以及产业环境不确定性的影响,预计2019年中国集成电路ATE市场规模达到37.7亿元,较2018年只增长4.7%,增长速度明显放缓。

    从测试机的产品结构来看,2018年中国集成电路测试机中存储器测试机和SoC测试机所占份额位居前两位,分别为43.8%和23.5%;数字测试机、模拟测试机、分立器件测试机紧随其后,分别为12.7%、12.0%以及6.8%,RF测试机为0.9%(如图4)。

    从竞争格局来看,目前中国集成电路测试机市场主要被国外企业瓜分,本土企业虽然与国际龙头相比在规模和技术方面仍然存在一定差距,但是近几年进步较大,市场份额逐步提升,相继涌现出华峰测控、长川科技等企业。

    2018年,中国集成电路测试机市场中,泰瑞达、爱德万测试、Cohu的销售收入分别为16.8亿元、12.7亿元和3.3亿元,占比分别为46.7%、35.5%和9.2%,总市场份额超90%,达到91.2%。国内的华峰测控和长川科技近几年发展迅速,测试机的销售额已经达到2.2亿元和0.86亿元规模。

    3 中国集成电路测试机设备发展机遇与挑战

    3.1 国家出台多项税收优惠政策,国产集成电路设备企业迎来政策红利

    集成电路企业正迎来退税政策红利,在中美贸易摩擦升温的背景下,出口企业面临额外征税压力,提高产品增值税出口退税率对企业而言非常重要。另外,财政部和国家税务总局发布留抵退税方案,实行退还留抵税额,这一政策可直接增加集成电路企业当期现金流,改善企业经营条件,加大科技创新投入力度,助力企业可持续发展。伴随着政策的推动、市场需求的扩大以及国产替代进程的增速,国内企业有望更多分享产业发展红利,未来中国集成电路测试设备市场有望迎来发展的机遇期。

    3.2 进口替代需求迫切,测试设备的国产替代进程或将加速

    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。

    3.3 国内集成电路市场需求规模庞大,集成电路设备市场空间广阔

    在集成电路产业链全球化分工中,美国拥有最先进的设计技术和部分装备优势,日本凭借基础材料和精密设备牢牢把控集成电路制造的支撑环节,欧洲在高端光刻机和特色工艺制造方面独树一帜,中国台湾地区凭借代工制造模式引领了全球集成电路制造业发展。中国大陆地区则是全球最大的整机加工和消费市场。近三年,全球有62座晶圆厂陆续建设,国内在建和计划建设26座12英寸晶圆厂,占全球份额为42%。国内晶圆建厂高峰对设备需求巨大,国际上企业的设备产量有限,将为国产设备带来大量订单,是国产设备厂商扩大市场份额的绝佳时机。另一方面,中国本土芯片设计公司近年来蓬勃发展,对芯片测试需求也迅速增长。

    3.4 检测设备市场高度垄断,设备核心技术仍然受制于人

    检测种类繁多,客户需求多样化,因此检测设备往往存在非标定制化的特点。根据性能要求的不同,检测类别也是五花八门,包括外观尺寸测试、视觉测试等。随着生产流程的愈发精细化、复杂化,检测工序的地位也是日益提升。虽然相比于光刻机、刻蚀机等前道设备,检测设备的制造相对容易一些,但是也存在较高的推广难度。目前全球测试设备市场份额主要被美、日等发达国家的先进厂商所占据,半导体检测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巨大挑战。

    4 中国集成电路测试机设备发展建议

    国内整个集成电路产业都比国外发展起步晚,提高国产集成电路测试设备国产率最关键的手段是提升下游应用,支持测试设备企业加快提升产品技术水平,进入生产线验证试用。鼓励国内设备企业联合建立产品验证平台,积累国产测试设备数据,加快提升设备的国产化水平,进而加强国产测试设备对集成电路制造业的支撑效力。

    集成电路设备领域基础薄弱,核心零部件和关键原材料技术提升非常困难。关键设备以及上游零部件核心技术仍然被国外龙头企业所掌控。集成电路制造是系统性工程,国外企业先发优势明显。我国设备产业发展处于跟随状态,无论是核心零部件还是关键材料都会遭遇知识产权壁垒,短期内也难以实现全面突破。产业发展面临的形势异常严峻,必须埋头苦干、深耕细作,从工业基础能力开始全面提升综合实力,为核心技术自主可控打好基础。

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    • 根据国家统计局公布数据显示,2014 年中国集成电路产量 1015.53 亿块,同比增长 12.4%;2015 年中国集成电路产量 1087.2 亿块,同比增长 7.1%;2016 年中国集成电路产量 1317.95 亿块,同比增长 21.2%;2017 年中国集成电路产量 1564.6 亿块,同比增长 18.7%;2018 年中国集成电路产量 1739.5 亿块,同比增长 11.16%。 2019 年中国集成电路产量 2018.2 亿块,同比增长 7.2%;2020 年中国集成电路产量 2612.6 亿块,同比增长 29.5%;2021 年中国集成电路产量 3594 亿块,同比增长 33.3%;2022 年中国集成电路产量 3241.9 亿块 同比增长-9.8%;2023 年 7 月集成电路当月产量为 292 亿块,同比增长 4.1%,1—7 月累计产量 1912 亿块,同比增长-3.9%。 可以看到,自 2014 年以来,中国的集成电路产量一直在快速增加。2014 到 2018 年,智能手机处于快速渗透期,受下游智能手机、TWS 等消费类电子需求旺盛的驱动,全球半导体市场蓬勃发展。 随后在 2019 年以智能手机为代表的智能终端市场景气度下滑,全球半导体周期向下,因此当年的集成电路产量同比增长数额只有 7.2%,不过随着 5G 终端规模不断扩大,数据中心需求增加,以及 AIoT 等智能化场景逐步拓展及汽车电子不断渗透,叠加疫情背景下对远程办公、居家娱乐等需求增加,全球半导体产业规模上行。2020 年中国集成电路产量达 2613 亿块,同比增长率接近 30%,2021 年中国集成电路产量达 3594 亿块,同比增长率达 33%。 2021 年与 2014 年相比,中国集成电路产量已实现三倍增长,可以看到中国集成电路全产业链正在实现跨越式发展,中国也正在从高度依赖进口的模式逐渐改善,这一点从中国集成电路历年来的进出口额数据变化中也可窥见一二。 可以看到,近年来中国集成电路进出口额均呈现出高速增长的走势。 根据海关数据统计,2014 年中国进口集成电路 2857 亿块,同比增长 7.3%;进口金额 2184 亿美元,同比下降 6.9%。出口集成电路 1535.2 亿块,同比增长 7.6%;出口金额 610.9 亿美元,同比下降 31.4%。 2021 年中国集成电路进出口额均创下历史新高。根据海关数据统计,2021 年中国进口集成电路 6355 亿块,同比增长 16.9%;进口金额 4326 亿美元,同比增长 23.6%。中国集成电路出口 3107 亿块,同比增长 19.6%;出口金额 1538 亿美元,同比增长 32%。 通过将 2021 年与 2014 年的数据对比发现,2021 年中国集成电路进口量达 6355 亿块,超过 2014 年的两倍,出口量 4326 亿块,同样两倍于 2014 年。中国集成电路需求量增大的同时也意味着中国集成电路产业正在经历高速发展。 值得注意的是,2021 年似乎是半导体市场鼎盛与衰退的分水岭,在 2021 年之前不管是产量还是进出口量都保持高速增长的走势,但在 2021 年后这几个数据指标无一扛得住压力,纷纷下滑。 那么,2021 年中国集成电路进出口数据为何会创下历史新高,而后续又持续衰退呢? 2021-强盛与衰退的分水岭 2021 年中国集成电路产量、进出口量均创历史新高的原因主要有三点: 第一,地缘政治的紧张以及国际供应关系的不稳定倒逼中国集成电路产业加速国产化进程,中国厂商加足马力生产与扩产。再加上 2020 年受疫情影响,芯片短缺日趋严重,导致众多本土厂商开始囤货,直接拉高集成电路进出口金额。 第二,在全球持续缺芯情况下,集成电路产量长期处于供不应求的状态,芯片价格上涨,进而导致进口金额也随之上涨。此外,汽车芯片的激增也是一重要影响因素。在传统工业制造领域,芯片每年产量的增长基本维持在 5%~7% 之间。从 2019 年下半年到 2020 年年中开始,新能源汽车和智能汽车在市场走红,芯片市场需求每年的增幅达到了大约 20%。这样的高速增长让汽车芯片市场出现了大约 10% 的产能短缺。这些数据都直接拉高了 2021 年中国集成电路行业的各类指标。 第三,随着数字基础设施不断完善,5G、人工智能、物联网等新兴产业快速发展,也带动了芯片需求量的上升。 受前几年供需错配、「缺芯」涨价、疫情期间用户对消费电子超前消费等多因素影响,全行业的库存在 2022 年达到历史高位,随后进入快速去库存阶段。对应的中国集成电路产量与进出口量均出现不同程度的下滑。 不只是中国,2021 年是全世界集成电路产业的分水岭。 设计、制造业高速成长 从始至今,中国一直在努力加快本土集成电路产业发展的步伐,不管是设计水平的提高还是设备国产化的突破;不管是通过新技术的研发还是产能的扩充;不管是存储产品的突破还是模拟产品品类的丰富,都可以体现中国集成电路产业的进步。 这些在中国集成电路各细分产业销售增长情况中都可窥见一二。 根据中国半导体行业协会统计,2014 年中国集成电路产业销售额为 3015.4 亿元,同比增长 20.2%。其中,设计业增速最快,销售额为 1047.4 亿元,同比增长 29.5%;制造业受到西安三星投产影响,2014 年增长率达到了 18.5%,销售额达 712.1 亿元;封装测试业销售额 1255.9 亿元,同比增长 14.3%。 随后在 2018 年,中国集成电路产业销售额达到 2014 年的两倍以上,2021 年中国集成电路产业销售额更是超过 2014 年的三倍。就细分产业销售情况来看,集成电路设计和制造均保持快速的增长率,在 2021 年之前,中国集成电路设计增长率常年保持在 20% 以上,2015 年到 2018 年中国集成电路制造增长率均超过 25%。封测产业作为中国的优势产业,市场规模也在持续向上突破。 可见,中国半导体产业尽管面临技术和地缘政治的双重挑战和巨大压力,但高速增长的市场规模依然为中国半导体产业结构的升级优化提供了重要机遇。根据工信部介绍,近十年集成电路产业的复合增长率为 19%,是全球增速的 3 倍。 再看中国集成电路产业进出口产品的产品结构。 处理器、控制器、存储器进口量最大 目前中国大陆进口最多的是处理器和控制器类芯片,其次是存储器。这些芯片单价较高、消耗量大且国内自主生产能力较弱,所以进口量最大。 从海关总署公布的进出口细分数据来看(处理器、控制器、存储器、放大器、其他集成电路和集成电路零件),2022 年处理器及控制器进口金额 2051 亿美元,占比 49.2%,同比增长 2.7%;存储器进口金额 1013 亿美元,占比 24.3%,同比下降 7.1%。处理器及控制器贸易逆差 1528 亿美元,存储器贸易逆差 310 亿美元。 处理器及控制器以及存储器的进口金额过高意味着中国大陆是整机的最主要生产组装地,但核心芯片却严重依赖海外进口。而中国台湾、韩国是中国集成电路进口主要来源地,2021 年在两地分别进口 1558.7 亿美元和 881.9 亿美元,同比增幅分别为 25.8% 和 28.4%,合计占比为 56.4%。过去十年间,这一比重以年均约 1 个百分点的速度持续提升,半导体行业强者恒强的马太效应是其要因。从进口产品结构看,自中国台湾进口以处理器为主,韩国则侧重于存储器。 由于广东地区拥有大量的电子组装厂,所以进口的半导体器件最多(超过三分之一)。其次需求最大的是江苏、上海和四川。这四个省份包揽了绝大多数进口半导体器件的消耗。 取得了那些突破? 中国集成电路在技术创新上不断取得突破,制造工艺、封装技术、关键设备材料都有大幅提升。 先看中国集成电路设备的进步。根据中国本土晶圆厂设备采购数据进行统计,结果显示,截至 6 月,去胶设备国产化率达到 90% 以上,代表厂商是屹唐半导体;清洗设备国产化率约为 58%,代表厂商是盛美、北方华创和至纯科技;刻蚀设备国产化率约为 44%,代表厂商是中微公司、北方华创和屹唐半导体;CMP 设备国产化率为 32%,代表厂商是华海清科;热处理设备国产化率约为 25%,代表厂商是北方华创和屹唐半导体; CVD 设备国产化率为 29%,代表厂商是北方华创和拓荆科技;PVD 设备国产化率为 10%;涂胶显影设备国产化率为 29%,代表厂商是芯源微;离子注入机国产化率为 7%,代表厂商是万业企业(凯世通);量测设备国产化率为 4%,代表厂商是精测电子。此外,28nm 制程光刻设备也实现了零的突破。 再看集成电路制造。芯片制造是中国大陆的薄弱环节,特别是在先进制程(10nm 以下)方面,鲜有能进入市场的量产芯片。近两年,中国本土晶圆厂也在努力攻克技术难关,争取补齐本土高端芯片制造能力不足的短板。 2022 年也有一些有关本土高端芯片制造的好消息传出。2022 年 9 月上海市委外宣办、上海市政府新闻办宣布了上海市集成电路产业最新进展:聚焦「全链发展+芯机联动」,先进工艺产能、核心芯片能级、关键设备和基础材料配套支撑能力不断提升,14 纳米先进工艺规模实现量产,90 纳米光刻机、5 纳米刻蚀机、12 英寸大硅片、国产 CPU、5G 芯片等实现突破。 最后看集成电路设计,从全球产业生态来看,中国芯片设计业的整体影响力偏低,两端受制于人、处于产业链和生态位的从属地位。不过就是在这样的背景下,2022 年中国集成电路设计业在疫情不断反复的情况下仍然取得了 16.5%的增长。从销售额过亿元的企业增长情况来看,2022 年预计有 566 家企业的销售超过 1 亿元人民币,比 2021 年的 413 家增加 135 家,增长 37.0%。从产品端来看,国内技术能力大幅提高,处理器(CPU)、现场可编程门阵列 (FPGA)、通信系统级芯片 (SOC) 等取得突破。 中国半导体行业协会集成电路分会理事长、中国集成电路创新联盟副理事长兼秘书长、国家科技重大专项 02 专项技术总师叶甜春提供了一则数据:2008 年至 2022 年集成电路设计业销售额增长 13.2 倍、制造业销售额增长 9.8 倍、装备业销售额增长 30.8 倍、集成电路材料业增长 8.5 倍。2022 年,国内 14 家代表设备厂商营业收入已超过 300 亿元,预计总体增速达 36%。高速的增长自然也反映出中国集成电路的努力与成就。 结语 随着政府、资本、企业组织等对集成电路产业的重视和支持,芯片产业正步入快速发展阶段。根据《中国制造 2025》,至 2025 年,我国集成电路市场规模要达到 1734-2445 亿美元,占全球市场的 43.35%-45.64%。 然而值得注意的是,国际龙头对集成电路产业链仍有着极强的把控力,比如:美国的 EDA/IP 占有全球 90% 的市场,提供全球 50% 的装备和 20% 的材料;日本提供全球约 30% 的装备和 70% 的材料;欧洲提供全球约 20% 的装备,主要是光刻机,荷兰 ASML 光刻机占全球市场的 80%。 在重重压力之下,中国集成电路产业已经形成共识,要培养「系统-芯片-工艺-装备-材料」协同创新发展的良性生态,但现实情况离目标还有很大。因此发展集成电路,各产业链要携手共进,扬长避短,做好长期博弈的准备。