AI芯片争霸前所未有，在未来国与国的科技竞争中，关键领域芯片自给率的重要性将日益凸显。而一颗芯片从诞生到稳定可靠地运行，离不开半导体测试设备的严格把关。
芯片除了保证精度和良率之外，还需要保证产能效率，测试设备功不可没。集成电路测试设备主要包括测试机、分选机和探针台等。随着测试时间和空间的要求变高，测试分选一体化成为了一种发展趋势。分选机主要用在芯片设计验证、晶圆制造和成品测试环节。测试完成后形成测试报告，反馈给设计公司、制造厂商或封装公司进行分析。
分选机主要用于芯片成品测试
芯片成品测试(Final Test)：芯片成品测试量产时，要通过分选机和测试机的配合使用，对封装完成后的每颗芯片进行功能和电参数测试，分出芯片好坏或分等级。国内分选机的重任工作还是用于芯片成品测试，测试平台主要包括测试机、分选机、测试座等设备和材料，在芯片成片环节主要流程和晶圆测试类似：
· 传送：分选机将被测芯片逐个自动传送至测试工位；
· 连接：被测芯片的引脚通过测试工位上的基座、专用连接线与测试机的功能；
· 判断：测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号，判断芯片功能和性能是否达到设计规范要求；
· 输出：测试结果通过通信接口传送给分选机，分选机据此对被测芯片进行标记、分选、收料或编带。
芯片成品测试系统示意图
分选机三大分类
分选机根据传输方式不同，分为平移式、转塔式、重力式。由于工作原理的差异，三种分选机的测试速度、适用芯片大小、适用封装类型等性能也各有不同。
平移式分选机，采用机械臂运输芯片，适合体积偏大、重量大、测试时间较长的芯片。技术难度上，平移式分选机工作量大、应用场景多，是技术难度最大的设备。当前市面上平移式分选机的应用份额最高。
转塔式分选机，适合体积小、重量小、测试时间短的芯片，测试速度最快，许多转塔式结合了视觉检测功能，多以测编一体机的形式存在。
重力式分选机，结构简单，投资小，适合体积较大、测试时间一般的传统类型封装形式，如DIP、QFN、SOP等。
分选机市场处于历史最好的窗口期
综合业内数据统计，2022年中国大陆半导体测试设备销售额接近200亿元，其中分选机市场规模35亿。2023年中国大陆半导体测试设备销售额突破250亿元，分选机市场突破40亿。
2014-2024国产测试分选机占有率，制图：未来半导体
根据 SEMI 在 SEMICON Japan 2023 上发布的《年终总半导体设备预测报告》，原始设备制造商的半导体制造设备全球总销售额预计在2023年达到1000亿美元，比2022年创下的1074亿美元的行业记录收缩 6.1%。预计半导体制造设备将在2024年恢复增长，在前端和后端市场的推动下，2025年的销售额预计将达到1240亿美元的新高。预计2024年后道测试设备、组装和包装设备领域将分别增长13.9%和24.3%。到2025年，后端市场将继续增长，后道测试设备销售额增长17%，封装设备销售额增长20%。
同时，据SEMI数据，2020年测试设备中测试机、分选机和探针台的占比分别为 63.1%、17.4%和15.2%。假设这一占比数据维持至2024年，则2024年全球半导体测试机/分选机/探针台市场规模分别为45.4/12.5/10.9亿美元。
2024年全球测试机/分选机/探针台市场预计为 45.4/12.5/10.9 亿美元，资料来源：SEMI
因此，测试设备销售至2024年可望迎来新局面，预估将成长13.9%。2025年需求预估将进一步提升，测试封装设备可望成长17%。而中国封测设备市场的增长将远高于全球。分选机国有率由2022年的30%提升至2024年的35%以上，处于历史最好的窗口期。
全球分选机竞争格局分散
国内企业进击高端市场
目前，我国集成电路专用设备行业市场份额仍主要由国外知名企业所占据，龙头企业凭借较强的技术、品牌优势，在高端市场占据领先地位。面对我国巨大的市场需求和相对较低的生产成本，纷纷通过在我国建立独资企业、合资建厂的方式占领大部分国内市场。其中在测试设备行业，美国泰瑞达（Teradyne）、日本爱德万（Advantest）、美国安捷伦（Agilent）和美国科休（Cohu）占据了主要市场份额。
从全球市场竞争格局来看，国际厂商主导中高端分选机市场，且竞争越发激烈。分选机方面，主要玩家为科休、爱德万和台湾鸿劲，科休占比21%最高，Xcerra（已被科休收购）占比16%，爱德万占比12%，台湾鸿劲占比8%。虽然海外大厂当前仍优势明显，但由于竞争格局更为分散，更多国内企业正强劲追赶，抢占更多市场份额。
近年来，国产设备经过多年的潜心研发取得长足进步，总体上国有率大幅提升。中低端分选机基本实现进口替代，高端分选机取得一些重要突破，部分厂家性能高速率、稳定性强（如单位小时产出UPH、适用的芯片封装种类、换测时间、系统稳定性高、低故障率），具备高性能视觉定位检测系统和高精度的高速生产模式，适用于8英寸和12英寸晶圆，满足多样的晶圆测试和封装形式需求。本土企业中少数专用设备制造商通过多年的研发和积累，已掌握了相关核心技术，拥有自主知识产权，具备较大规模和一定品牌知名度，与国外知名企业相比，国内优势企业的服务方式更为灵活，产品性价比更高，具有一定的本土优势。
全球主要竞争对手产品分析
科休（Cohu）是全球测试分选机的领导者，定位于高端市场，为后端半导体制造提供最广泛的设备和服务组合。科休半导体在分选机领域有众多产品，包括主流的平移式分选机（Delta Eclipse、Delta MATRiX、MT9510）、重力式分选机（MT9928 xm、Rasco SO1000、Rasco SO2000）、转塔式分选机（Ismeca NY20、Ismeca NY32、Ismeca NY32W、Neon）等。
图源：科休
科休通过全球收购不断完善分选机产品线。在2008年收购重力式分选机和平移式分选机厂商——Rasco；2013年收购转塔式分选机厂商ISMeca；2017年收购全球第二大分选机企业科利登Xcerra。通过收购进一步将其分选机的全球市场销售额在2018年占有率一度达到38.5%。2023年1月，科休收购领先的半导体测试分装机自动化设备供应商MCT Worldwide, LLC（“MCT”），为 Cohu 的产品组合增加了条带、薄膜框和激光打标，以及将加速向不断增长的先进封装测试市场发展的关键技术。公司2023年全年营收为6.36亿美元，较去年的8.128亿美元相比，同比下降21.75%。2024年第一季度，净销售额为1.076亿美元，较上年同期的1.79亿美元下滑了39.66%。
爱德万测试（Advantest）是全球领先的半导体测试设备供应商。半导体产品包含后道测试机和分选机。除了其占据全球最大份额的测试机业务，其分选机也占据测试设备市场空间的15%。爱德万测试集团机电一体化相关业务由测试外围设备组成（如器件接口和测试分选机），其用于与各种测试系统的结合，以及用于前端半导体制造过程的纳米技术产品。转塔式分选机有型号M4841、M4872、M4171、M6242。分选机、测试系统以及器件接口由一站式“测试单元”组成，该单元结合了高测试质量和生产效率。
在爱德万测试的半导体测试设备业务中，过去三年客户的投资一直很强劲。然而，2023年面临半导体市场状况的疲软导致许多客户供应链产能过剩。2023财年公司净销售额达4865亿日元，同比上一财年相比下滑13.2%。
爱德万测试净销售额变化，图源：爱德万测试官网
2024年，公司预计营业收入将增长8%达5250亿日元，营业利润增长10%达900亿日元。用于驱动生成式AI的高性能存储芯片的需求将增长，存储器用设备的营业收入将达到1260亿日元，增加47%。随着测试设备需求的扩大，相关产品和维护服务也将增长。
台湾鸿劲是一家半导体封装测试设备专业制造商，主要产品为测试分选机和精密芯片自动光学检测的分选设备等，拥有齐全的IC测试分选机，FT、SLT、三温、Flash/Memory、COF等分选机,并在低温测试领域不断测试成长，以适应5G、HPC、AI未来发展趋势。客户遍布全球最主要的封测客户和终端IC。
国内主要分选机供应企业
目前我国集成电路测试分选机市场企业主要有长川科技、格芯集成电路装备、金海通等。
长川科技是国产后道检测设备龙头厂商之一，其测试分选机在核心性能指标上已达到国内领先、接近国外先进水平。通过收购长奕科技（核心资产为EXIS）实现重力式、平移式和转塔式分选机全覆盖，夯实核心竞争力；高端分选机产品接近海外龙头主流产品水平。作为高端机型，目前三温分选机主要由TEL、TSK、OPUS等日韩企业占领，在内资厂商中，长川科技已开发出三大系列三温分选机，产品布局完整度居国内厂商前列。主要用于工规、车规、航天航空等更高端领域芯片的测试。
C6800T三温平移式分选机，图源：长川科技官网
格芯集成电路装备是国内领先的集成电路芯片检测设备供应商，由深圳格兰达智能装备股份有限公司（简称格兰达）于2020年重组而成，专注于集成电路芯片检测装备的研发、生产和销售。
其前身格兰达成立于2004年，是国家高新技术企业，曾位列中国半导体设备企业十强。研发团队成员来自美国麻省理工学院、新加坡南洋理工大学、清华大学、北京航空航天大学等国内外知名大学，具备强大的研发能力，是深圳市集成电路封测设备工程研究中心、广东省集成电路封测设备工程技术研究中心。格芯继承了格兰达的专利技术和研发队伍，持续积累创新和研发优势。2022年12月通过国家高新技术企业认定，2023年4月通过深圳市专精特新中小企业认定，截止2023年累计获得102项发明和实用新型专利及7项软件著作权。
格芯集成电路装备研制的集成电路光学检测、测试分选、晶圆检测等多个系列产品已成功进入日月光、长电、华天、通富、嘉盛等国内外一流的集成电路封测企业，得到市场的广泛认可。
其研发的平移式分选系列设备，技术参数达到国内领先，可替代进口设备。性能优越，取放芯片精准，高产出，高首测良率，集成视觉系统，可进行常/高/低温测试。
平移式分选机，图源：格芯集成电路装备官网
金海通深耕集成电路测试分选机领域，主营业务为集成电路测试分选机的研发、生产及销售，并着重发展多温区、多工位、多产品应用的测试分选机，提供多样化的上下料解决方案，旨在满足更多客户的测试分选需求。测试分选机涉及到光学、机械、电气一体化的创新集成，可以精准模拟芯片真实使用环境，并实现多工位并行测试。
不断扩大的市场优势
国内封测设备市场持续利好
半导体产业在历史发展过程中呈现了较强的周期性特征，这与国际贸易形势、下游应用市场需求波动以及国家产业政策等因素均存在一定的相关性。
2023年以来，国际经济形势复杂多变、消费电子需求趋向放缓，这对半导体封装和测试设备领域带来了一定的压力。与此同时，受国际贸易格局变化影响，全球半导体产业链正在经历产能布局的调整。短期内，这会对半导体封装和测试设备需求带来一定的不确定性。但中长期看，半导体产业产能布局的调整及技术升级补缺会在一定程度上促进半导体行业对封装和测试设备的需求。
全球封测市场预估规模，数据来源：集微咨询
2024年，国内封装测试设备市场继续持续利好，市场规模的扩大主要得益于智能手机、电脑、平板电脑、汽车电子、AI运算等产品的普及和市场需求增长，以及国家产业政策的支持也在一定程度上推动了半导体封测测试设备的发展，同时也得益于技术的进步和成本的降低。
国内分选设备公司在关键核心技术、产业化推进和迭代升级产品的过程中取得的重要成果，包括分选测试等后道设备种类日趋丰富，市场竞争力持续增强，国内半导体检测与量测设备市场呈现高速发展，下游客户设备国产化需求迫切，公司客户订单量持续增长。
面向先进封装的规划部署
半导体设备市场复苏在即
随着国内半导体产业的快速发展和政策的支持，对设备的需求将持续增长。这将为国产设备企业提供更多的发展机遇和空间。国内同仁应该意识到，国产设备企业在技术创新和品质提升方面仍有待加强。尤其面向先进封装——三维堆叠和系统集成的封测设备仍是国产攻克的重点。
高性能封装需求旺盛，主要技术市场规模迎来快速增长。根据Yole 数据，2021-2027 年国际巨头布局的高性能封装市场规模将从27.4 亿美元增长至78.7 亿美元，CAGR 达到19%。Yole 预计到2027年，UHD FO、HBM、3DS 和有源Si 中介层将占高性能封装市场规模的50%以上，是市场增长的最大贡献者。嵌入式Si 桥、3D Nand 堆栈、3D SoC 和HBM 是增长最快的四个领域，每个领域的CAGR都超过 20%。随着消费和移动终端、电信和基础设施中人工智能和高性能应用程序的快速发展，高性能封装的需求也迎来较快增长，这也是延续摩尔定律的关键解决方案之一。
全球高性能封装技术市场规模，数据来源：Yole
据未来半导体统计，截止2024年5月，中国先进封装（测试）厂有179家，北方市场25家，华东市场102家、华南28家，中部24家。面向2.5D/3D技术布局且进行项目大规模建设的有10家。2023年以来量产的2.5D有3家。这些企业目前所选购的高端后道设备以国际龙头为主。
高速率、高准确性和高稳定性以及大批量出货的国产检测试设备将有利于先进封装的进步，满足中国AI市场。面向未来，尤其在先进封装设备方向，业内将增大研发，面向先进晶圆级、2.5/3D和Chiplet异构集成有关封测设备开发，以应对中国先进封装厂即将爆发的产能需求，助力中国半导体与时代进步。
