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半导体行业知识专题九:半导体测试设备深度报告摘要：由于半导体行业体系庞大，理论知识繁杂，我们将通过多个期次和专题进行全面整理讲解。本专题主要从半导体测试设备深度报告进行讲解，让大家更准确和全面的认识半导体地整个行业体系。我们分为半导体知识、半导体“芯”闻几个模块，欢迎各位大佬交流学习。 （一）测试设备贯穿半导体制造全流程 半导体测试设备是集成电路产业链核心装备，涵盖晶圆测试、封装测试及功能验证等环 节。半导体测试设备贯穿于集成电路制造的全生命周期， 且因半导体生产流程极其复杂， 为了防止坏品流入下一道高成本工序，测试必须分段进行，主要在晶圆制造后的CP测试 与封装后的FT测试两大核心环节发挥决定性作用： CP测试（Circuit Probing/Wafer Sort）： 发生在晶圆制造完成之后、封装之前。测试 机配合探针台，通过探针卡与晶圆上的裸芯接触施加输入信号并采集输出信号，测试 其功能和电性参数。测试结果通过通信接口传送给探针台，探针台据此对芯片进行打 点标记，形成晶圆的 Mapping，即晶圆的电性测试结果。核心目的是“挑出坏 Die”， 避免将不合格的芯片封装进昂贵的管壳中，从而节省封装成本。 图：晶圆Mapping示意图；晶圆测试系统示意图 FT测试（Final Test）： 发生在封装完成之后、出货之前。测试机配合分选机，对封 装好的芯片进行全功能测试（包括逻辑功能、性能指标、环境适应性等）和电参数测 试。分选机将芯片自动送入测试工位，并通过基座与连接线将芯片引脚接入测试机； 测试机施加测试信号并采集输出结果，判断芯片功能与性能是否达标，测试结果回传至分选机，由其完成芯片的分选、标记及收料或编带。FT核心目的是“把好最后一关”， 确保交付给下游终端厂商的产品是100%合格的成品。 图：成品测试系统示意图 测试设备主要包括测试机、分选机、探针台三大类型。 测试机（ATE）： 作为测试系统的“大脑”，负责运行测试程序并处理数据，价值量 占比最高。2024年约占中国测试设备市场总规模的62.3%。 探针台（Prober）： 作为CP环节的“机械手臂”，将晶圆逐片自动传送至测试位置， 芯片的管脚通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接的设备。2024年约 占中国测试设备市场总规模的20%。 分选机（Handler）： 作为 FT 环节的“自动化搬运工”，是根据集成电路不同的性 质，对其进行分级筛选的设备。2024年约占中国测试设备市场总规模的17.7%。 其他（如探针卡、Socket等）： 耗材及辅助设备。 1、测试机多细分赛道结构性分化，SoC与存储共筑高价值量技术深水区 依据被测芯片的功能差异，测试机市场划分为模拟、SoC、存储及射频四大核心赛道，各 赛道在参数性能、价格区间及国产化程度上存在显著的结构性差异。 参考观研天下整理 数据，这四类设备构成了清晰的金字塔结构，由低速高精度向高速高并行逐级抬升： 模拟及混合信号测试机（Analog/Mixed Signal）：技术相对成熟，国产化率较高，竞 争焦点在于高精度而非高速度。 这类设备主要针对电源管理（PMIC）、放大器及分 立器件（MOSFET/IGBT）。其单芯片引脚数通常在10个以内，测试速度仅需5-10MHz， 向量深度较浅。 射频（RF）测试机：核心壁垒在于射频板卡的频率覆盖、带宽与测量精度，主要应 用于PA及射频开关测试。虽然引脚数同样较少，但需支持5G/6G等最新通信标准， 对频率与带宽精度要求极高，单价约30–40万美元，技术难度显著高于模拟类设备。 SoC测试机：市场份额最大且壁垒极高，面向CPU、GPU、MCU及手机AP等复杂 数字芯片。其核心挑战在于大规模数字通道与多协议协同处理，引脚数可达数千个， 测试速度覆盖100MHz至1.6GHz以上，向量深度可达256MV以上，并需支持MIPI、 PCIe、DDR等上百种通信协议。设备单价跨度约20万–150万美元，目前国产化率 较低，是国产厂商攻坚的主战场。 存储测试机：主要用于DRAM与NAND Flash测试，技术核心在于极致并行测试能 力。为降低单位测试成本，单机需同时测试1024个甚至更多DUT，测试频率可达 200MHz–6GHz以上，对系统调度与热管理能力提出极端要求，单价约100万–300 万美元，是测试机中价值量最高、也是国产化率最低的“深水区”之一。 从市场结构看，SoC测试机已成为当前测试机市场中占比最高的细分品类。 图：不同种类测试机特征区别对比 2、探针系统筑牢晶圆测试精密基石，MEMS探针卡随先进制程加速渗透 探针台系统由精密机械、光学观察、探针定位、环境控制与信号接口等子系统协同构成。 其中精密机械平台包含载物台、探针座与减震系统，载物台负责样品高精度移动定位， 高端设备定位精度可达≤1μm，减震系统用于隔离外部振动；显微观察系统配备长工作距 离物镜，放大倍数一般覆盖50×–500×并支持明场/暗场观察，以便监控探针与焊盘接触； 探针定位系统由探针臂、探针座及manipulator构成，支持多探针同时接触，兼容钨针（直 径≤25μm）、铍铜针及射频探针（频率≤67GHz）等；高端机型可集成温控（-40℃~300℃ 或更宽）、磁控（≤1T）与真空等环境模块；信号连接端提供BNC、SMA、Triax等接口， 并通过低噪声屏蔽设计将噪声控制在≤1nV，以满足高精度测试需求。 图：探针台典型形态及结构俯视、侧视示意图 探针卡（Probe Card）作为连接ATE测试机台和半导体晶圆之间的接口，结构类似于一 块定制的PCB。它由探针（probe）和其他功能部件组成。探针是探针卡的核心部件，负 责实际与晶圆接触，PCB则作为载体，承载探针和其他元件，并实现信号传递。根据结 构和技术可以分为以下几种类型： 悬臂式探针卡：探针呈悬臂伸出、成本较低，通常用于焊垫或凸块较大的传统模拟/ 部分逻辑芯片，但探针相对较粗、针痕较深，重复接触下更易造成焊垫损伤； 垂直式探针卡：探针垂直排列，可承载更高针数并适配更小焊垫间距，适用于手机 处理器、GPU等高端芯片，针痕较浅且更适合多次测试； MEMS探针卡：基于微机电系统工艺实现更精细的探针制造与更高的一致性，可满 足超高针数与极小间距测试需求，常用于7nm、5nm等先进工艺高端处理器或GPU。 随着制程微缩推动焊垫间距持续收缩，探针卡技术路线加速向高端集中，MEMS探针卡 已成为主流方案，TechInsights 数据显示2024年市场份额达69.77%，其在高针数、细间 距、低损伤与稳定性方面的优势，将在5G、AI与物联网等应用驱动下进一步强化需求。 图：悬臂式探针卡结构示意图；MEMS探针卡示意图 分选机负责芯片的自动拾取、传输、温控与分类，依据机械结构不同分为平移式（Pick & Place）、转塔式（Turret）和重力式（Gravity）。不同种类的分选机在包括单位小时产 出（UPH）、可分选封装尺寸（Package size）和测试工位（Site）等技术参数上的侧重有 所不同，三种分选机采用不同的技术路线，适用不同的分选场景。 图：各类型分选机的适用场景、运作方式及优缺点不同 平移式与转塔式占据绝对主流，重力式更多服务传统封装、占比相对较低。平移式具有 工作量大、应用场景多、技术难度最大的特点，适用于大尺寸芯片，市场占比最高，达 47.36%；转塔式具有测试速度快的特点，适用于高密度测试场景，市场占比达 43.34%； 重力式适配DIP、SOP等传统封装类型，市场占比仅为9.30%。 ———————————————————— 请联系商务号：13162076710 (微信：jqk-you) 免责声明：1、我们尊重知识产权，本公众号图文、数据、视频等内容有援引网络或其他公开资料，版权归属原作者、原发表出处。若版权所有方对本公众号的引用持有异议，敬请文末留言或私信我们，我们保证及时予以处理。2、本公众号提供的内容仅供读者交流学习和参考，不涉及商业目的。3、本公众号内容仅代表作者观点，我们不对内容的准确性、可靠性或完整性承担明示或暗示的保证。读者读后做出的任何决定或行为，是基于自主意愿和独立判断做出的，请读者明确相关结果。
