深度:CPO晶圆级光学测试设备行业分析

一、核心观点

共封装光学（CPO）技术通过将光子芯片（PIC）与电子芯片（EIC）紧密集成，大幅降低了功耗和延迟，成为AI光互联的核心技术路线。然而，CPO的超高集成度也带来了前所未有的测试挑战，其中晶圆级光学测试是决定CPO能否规模化量产的最关键环节。

晶圆级光学测试已成为CPO量产的第一卡脖子环节，其技术难度远超传统半导体测试，全球设备厂商正通过并购整合加速布局。国内企业凭借并购获得核心技术，在部分领域已实现量产突破，但核心零部件仍高度依赖进口，国产化替代空间巨大。

2026年作为CPO量产元年，设备需求已进入爆发期，需关注已实现量产突破的整机厂商以及关键零部件供应链情况。

二、CPO晶圆级光学测试的战略重要性

（一）CPO技术架构与测试挑战

CPO采用3D垂直堆叠技术，将EIC与PIC通过混合键合技术集成在一起。以台积电COUPE平台为例，其采用SoIC-X无凸块混合键合技术，将EIC堆叠在PIC上方，光学I/O从PIC背面引出。这种架构带来了三大测试挑战：

·光电信号需同时测试

·光学测试需从晶圆背面进行

·键合后任何缺陷都会导致整个模组报废

（二）“测试左移”在CPO中的极端重要性

半导体行业的“测试左移”理念指出，缺陷发现得越早，修复成本越低。在CPO生产中，这一理念的重要性被放大到了极致：

如果没有晶圆级光学测试，CPO的良率将无法控制，生产成本将高到无法接受。因此，晶圆级光学测试是保护CPO整个投资回报链的第一道，也是最重要的一道防线。

（三）产业链瓶颈地位

目前，晶圆级光学测试已成为整个CPO产业链的关键产能瓶颈。即使是台积电等制造巨头，也必须依赖这一环节区分良品与不良品。据行业测算，每一条CPO生产线需要配备至少5-8台晶圆级光学测试设备，而目前全球可用于量产的设备数量不足100台，严重制约了CPO的产能扩张。

三、核心技术难点深度拆解

CPO晶圆级光学测试的难度在于，它要求在1微米偏移即告失败的物理精度、百秒级的效率瓶颈、光与电的矛盾条件、以及无比严苛的环境控制这四大已逼近物理极限的苛刻约束下，找到一个完美的平衡点。

（一）“上电下光”双面测试架构的技术挑战

“上电下光”双面测试架构是当前针对台积电COUPE等主流CPO芯片垂直堆叠结构的最优量产解决方案。其基本原理是：

·顶面（电学）：通过探针卡连接ATE测试机，进行电学性能测试

·底面（光学）：使用高精度六轴主动对准系统，完成纳米级光学耦合与性能测试

这一架构的核心技术难点在于：

·双面同步运动控制：上下两个测试头需要在纳米级精度下同步运动，任何微小的不同步都会导致测试失败

·电磁屏蔽与信号完整性：高速电信号测试需要严格的电磁屏蔽，而光学测试则需要开放的光路，两者存在根本矛盾

·晶圆翘曲补偿：薄晶圆在双面测试时会产生翘曲，需要实时补偿以保证测试精度

（二）纳米级光学对准技术

光学对准是整个测试系统的基石，其难度来自于物理法则和微观制造的限制：

·悬殊的面积比：标准单模光纤纤芯直径9μm，面积约63.6μm²，是片上光波导面积（约0.099μm²）的640倍。要将光从大光纤高效注入微小波导，定位精度需精确到±50nm以内

·苛刻的损耗要求：1μm的偏移就能带来3dB的光损耗，即光信号强度减半。任何微小振动或温度起伏都可能导致测试失败

·边缘耦合的极限挑战：边缘耦合虽性能更优，但需在芯片边缘端面完成水平对准，探针若伸入或距离不当，极易刮伤甚至报废芯片。同时，探针与芯片间距的亚波长级变化还可形成“法布里—珀罗腔”干扰，严重影响测量精度与可重复性

（三）光电同测的矛盾条件

传统半导体测试只需处理电信号，而CPO测试需要同时处理光和电两种信号，这带来了前所未有的挑战：

·接触与非接触的矛盾：电学测试需要探针与芯片焊盘精确接触，而光学测试则需要非接触的光路

·电磁干扰问题：高速电信号会产生强烈的电磁辐射，干扰光学探测器的工作

·测试时序同步：光信号和电信号的测试需要在纳秒级精度下同步进行

（四）量产效率与成本控制

在半导体行业，“能用”和“能规模化地赚钱”之间是巨大的鸿沟：目前，工程师手动完成单颗光子芯片的全套光学测试平均耗时超过100秒；单颗12英寸晶圆包含约10000颗光子芯片，手动测试需要超过1000小时/晶圆。要实现量产，测试时间必须缩短到1秒/颗以内，这需要多通道并行测试和高度自动化的解决方案。

四、全球设备厂商竞争格局与技术进展

目前，整个行业的解决方案正围绕“全自动、高通量、高精度”的目标快速整合，市场呈现出“国际巨头引领、中国厂商借并购切入”的格局。2026年作为CPO量产元年，设备需求已进入爆发期。

（一）国际“设备+ATE”联盟

国际巨头凭借在传统半导体测试领域的积累，通过整合探针台与ATE测试机，推出完整的CPO测试解决方案：

1、FormFactor+Advantest

2、MPI+NVIDIA

3、泰瑞达+ficonTEC

4、是德科技

（二）中国厂商“并购整合”弯道超车

国内厂商通过收购国际领先的光学测试设备公司，快速获取核心技术，跻身全球竞争。

1、罗博特科（收购ficonTEC）

• 收购情况：2024年完成对德国ficonTEC的100%收购
• 核心产品：
• WLT-D2晶圆级双面测试系统（全球唯一实现量产交付的双面晶圆测试设备）
• DLT-D1芯片级测试系统
• 硅光耦合设备
• 技术优势：
• 产品线最全，覆盖从晶圆级到模块级的全流程测试
• 已支持3.2T及以上速率的CPO测试
• 测试效率比传统方案提升 90%，成本降低 60%
• 最新订单情况（截至2026年5月6日）：
• 2026年1月以来已新签14亿+订单，客户包含AAOI、Tower、瑞士OCS、头部晶圆厂等国内外光模块&CPO头部客户
• 3月17日签署608.09万欧元（约4800万元）双面晶圆测试设备订单
• 5月6日再签约4亿元硅光测试&耦合设备订单
• 累计在手光电子及半导体业务订单超11亿元
• 客户情况：已获得英伟达、博通、台积电等全球头部客户的订单，是博通CPO耦合设备的唯一供应商

2、燕麦科技（收购Axis-TEC）

• 收购情况：2025年收购台湾Axis-TEC公司
• 核心产品：正在开发针对国内市场的CPO晶圆级测试设备
• 技术优势：
• Axis-TEC在光学对准系统领域有多年积累
• 针对国内客户需求进行定制化开发
• 客户情况：正在进行客户端验证，预计2026年下半年推出量产产品

3、智立方

• 核心产品：光学对准系统和测试夹具
• 技术优势：
• 在精密运动控制领域有较强实力
• 已进入部分国内CPO厂商的供应链
• 客户情况：主要供应国内中小CPO厂商

4、颖崴科技

• 核心产品：晶圆级光学CPO测试系统
• 技术优势：可同时进行光和电的信号环回测试
• 客户情况：主要供应台湾地区CPO厂商

（三）市场份额预测

预计到2027年，全球CPO晶圆级光学测试设备市场份额将呈现以下分布：

五、关键零部件技术难点与供应格局

CPO晶圆级光学测试设备的高门槛主要来自以下核心零部件，每一个都代表了对应领域的顶尖工程学挑战。

（一）高精度光学探针

• 技术难点：
• 耦合损耗必须低于0.5dB
• 支持多通道并行测试（最多128通道）
• 使用寿命长，可重复使用数万次
• 市场份额：
• FormFactor：约60%
• ficonTEC：约20%
• 其他厂商：约20%
• 国产化进展：国内厂商正在研发，但尚未实现量产，目前主要依赖进口

（二）双面探针台

• 技术难点：
• 集成40nm分辨率电容式距离传感器
• 解决上下两面的电磁屏蔽和高速信号完整性问题
• 支持12英寸晶圆的全自动测试
• 市场份额：
• FormFactor：约50%
• MPI：约30%
• ficonTEC：约15%
• 其他厂商：约5%
• 国产化进展：国内厂商已实现单面探针台的量产，但双面探针台仍处于研发阶段

（三）六轴精密运动系统

• 技术难点：
• 定位精度±10nm以内
• 重复定位精度±5nm以内
• 响应速度快，运动平稳
• 市场份额：
• 德国PI：约40%
• 日本THK：约30%
• 日本SMC：约20%
• 其他厂商：约10%
• 国产化进展：高明铁（GMT）等国内厂商已实现部分产品的量产，但高端产品仍依赖进口。六轴精密运动系统是CPO测试设备中成本占比最高的核心零部件之一，约占设备总成本的30%-40%，国产化替代空间巨大

（四）高精度探针卡

• 技术难点：
• 传输112Gbps及以上的高速电信号
• 同时不影响光学测试
• 针脚间距小至50μm以下
• 市场份额：
• MPI：约45%
• FormFactor：约35%
• 旺矽科技：约15%
• 其他厂商：约5%
• 国产化进展：国内厂商已实现中低速探针卡的量产，但高速探针卡仍依赖进口

（五）可调谐激光源与光功率计

• 技术难点：
• 传输提供C波段、L波段等多波段光源

• 波长精度±0.01nm以内

• 光功率测量精度±0.01dB以内

• 市场份额：
• 是德科技：约40%
• 安立：约30%
• 泰克：约20%
• 其他厂商：约10%
• 国产化进展：国内厂商已实现中低端产品的量产，但高端可调谐激光源仍依赖进口

（六）核心零部件供应风险分析

目前，CPO晶圆级光学测试设备的核心零部件仍高度依赖日德美厂商，存在较大的供应链风险。特别是在美国对中国半导体设备出口管制不断升级的背景下，高端六轴精密运动系统、光学探针和高速探针卡等零部件可能面临断供风险。

六、国产化进程与挑战

（一）国产化现状

国内厂商通过并购整合，在CPO测试设备整机领域已取得一定突破：

·罗博特科通过收购ficonTEC，成为全球领先的双面测试设备供应商

·燕麦科技、智立方等厂商在部分子系统领域已实现突破

·高明铁等厂商在六轴精密运动系统领域正在快速追赶

（二）主要挑战

核心零部件依赖进口：高端光学探针、六轴精密运动系统和高速探针卡等仍高度依赖进口

技术积累不足：与国际巨头相比，国内厂商在精密制造、光学设计和系统集成等方面仍有较大差距

人才短缺：CPO测试设备是跨学科的高端装备，需要光学、机械、电子、软件等多领域的高端人才

客户验证周期长：半导体设备的客户验证周期通常需要1-2年，国内厂商进入主流供应链难度较大

七、未来技术趋势

1、多通道并行测试

为提高测试效率，未来的测试系统将支持更多通道的并行测试，从目前的32通道向128通道甚至256通道发展

2、更高自动化程度

实现从晶圆上料到测试完成的全流程自动化，减少人工干预

3、更高测试速率

随着CPO向1.6T、3.2T、6.4T甚至12.8T速率发展，测试设备也需要支持更高的测试速率

4、集成化测试

将光学测试、电学测试和可靠性测试集成在同一台设备上，减少测试环节，降低测试成本

八、美国出口管制对CPO测试设备产业的影响分析

（一）现行管制政策与CPO测试设备的关联

截至2026年5月，美国尚未将CPO晶圆级光学测试设备整机直接列入出口管制清单，但通过对核心零部件和技术的管制，已对国内产业链产生实质性影响：

核心零部件管制：高端六轴精密运动系统、高精度光学探针、高速探针卡等核心零部件均包含美国技术成分，受《出口管理条例》（EAR）管辖

技术管制：CPO测试设备的设计、制造和校准技术均属于美国管制的先进半导体技术范畴

长臂管辖：即使是非美国企业生产的设备，只要包含超过一定比例的美国技术成分，向中国出口时仍需获得美国政府许可

（二）对国内产业链的具体影响

短期影响：国内CPO厂商采购进口设备的周期延长，成本上升，部分高端设备可能面临断供风险

中期影响：倒逼国内产业链加速国产化替代，核心零部件的研发投入将大幅增加

长期影响：推动国内CPO产业链形成自主可控的完整体系，降低对国外技术的依赖

九、结论与建议

CPO晶圆级光学测试设备是CPO量产的关键瓶颈，市场空间广阔，技术壁垒高。2026年作为CPO量产元年，设备需求已进入爆发期。全球厂商正加速布局，国内企业通过并购整合有望实现弯道超车。

重点关注已实现量产突破的整机厂商；关注核心零部件国产化机会，特别是六轴精密运动系统、光学探针和高速探针卡等领域；关注与国际巨头有深度合作的国内厂商。