半导体设备虽以前道制造三大主设备为核心，但贯穿晶圆制造流程的检测设备作用也不容小觑，检测设备是保障晶圆、芯片良率的关键。目前，我国半导体检测设备国产化率极低，而现阶段我国半导体封测、第三方检测服务领域（下游）技术已相对成熟，检测设备需求激增，有望驱动我国检测设备加快国产化，投资机会可期。因此，本篇聚焦半导体检测设备，概述检测设备现状。
检测设备总览
晶圆制造流程中的检测主要分为晶圆质量检测和电学检测。晶圆质量检测（WAT）是指在晶圆制造阶段对特定测试结构进行测量，可以反应晶圆制造阶段的工艺波动以及侦测产线的异常，也对晶圆的微观结构进行检测，如几何尺寸、表面形貌、成分结构等,主要包括量测类设备（光学测量、厚膜测量）和缺陷检测类设备等。电学检测偏重于芯片电学性能检测，主要分为封装前CP检测和封装后FT检测，主要包括测试机、探针台和分选机等。
图表：检测设备分类
资料来源：尚普研究院
从价值量分布来看，根据SEMI,KLA,Garter数据，2020年全球晶圆制造和封测环节的检测设备市场规模为142亿美元，其中，晶圆质量检测和封测环节市场规模分别为77亿美元和65亿美元。具体如下：
图表：晶圆制造流程各环节检测设备价值量分布（单位：亿美元）
资料来源：SEMI,KLA,Garter
从竞争格局来看，半导体检测设备主要被美国和日本企业垄断，国产替代空间广阔。
晶圆质量检测设备，根据Garter数据，2020年，美国KLA一家独大，市占率达58%，CR3合计市占率约75%，国内主要公司有上海睿励、精测电子、赛腾等，市场份额不足1%。
图表：2020年全球晶圆质量检测设备销售额竞争格局
资料来源：Garter
电学检测设备，根据前瞻产业研究院数据，2019年爱德万销售额市占率最高为50%，泰瑞达次之为40%，科休占比8%，CR3达98%，国内主要公司有长川科技、华峰测控和深圳矽电等。
图表：2019年全球半导体电学检测设备销售额竞争格局
注：2020、2021年长川科技、华峰测控销售额快速增长，市占率有所提升。
资料来源： 前瞻产业研究院
晶圆质量检测设备
晶圆质量检测设备主要包括量测类设备和缺陷检测类设备，价值量占比分别为40%和50%，控制软件等其他设备占剩余10%。具体如下：
图表：晶圆质量检测设备分类、价值量分布及市场格局
注：上海精测为精测电子（300567.SZ）控股子公司，目前尚处于亏损状态（2021）。
资料来源：《半导体制造技术》、KLA官网
目前，我国国内的晶圆质量检测设备公司整体盈利能力还较弱，以精测电子的子公司上海精测为例，上海精测自2018年成立以来虽营收规模有所增长，但始终为亏损经营，且亏损幅度不断增长。
图表：上海精测成立以来主要财务数据
单位：万元
资料来源：Wind
电学检测设备
电学检测以封测为界，包括封装前CP检测（CP, Circuit Probing）和封装后FT检测（FT, Final Test）。检测原理为通过分析测试数据，能够确定具体失效原因，并改进设计及生产、封测工艺，以提高良率及产品质量。
无论是CP检测或是FT检测，要测试芯片的各项功能指标均须完成两个步骤：一是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来，二是通过测试机对芯片施加输入信号，并检测输出信号，判断芯片功能和性能是否达到设计要求。
图表：集成电路检测原理
资料来源：华峰测控招股书
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（一）CP检测和FT检测
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1.CP检测
CP检测是指在晶圆完成后进行封装前，通过探针台和测试机的配合使用，对晶圆上的裸芯片进行功能和电参数测试。主要流程包括：
1）探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置，芯片的 Pad 点通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接；
2）ATE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在不同工作条件下是否达到设计规范要求；
3）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Map图。
该环节的目的是确保在芯片封装前，尽可能地把无效芯片筛选出来以节约封装费用。
图表：晶圆检测示意图
资料来源：华峰测控招股书
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2.FT检测
成品测试是指芯片完成封装后，通过分选机和测试机的配合使用，对封装完成后的芯片进行功能和电参数测试。主要流程包括：
1）分选机将被测芯片逐个自动传送至测试工位，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模块进行连接；
2）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在不同工作条件下是否达到设计规范要求；
3）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。
该环节的目的是保证出厂的每颗集成电路的功能和性能指标能够达到设计规范要求。
图表：成品测试示意图
资料来源：华峰测控招股书
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（二）测试机、分选机和探针台
CP检测和FT检测主要用到自动化测试系统（Automatic Test Equipment，ATE，又称为测试机）、分选机和探针台三种设备。根据 SEMI， 2018年国内ATE测试机、分选机和探针台市占率分别为63.1%、17.4%和 15.2%，其它设备占4.3%。ATE测试机是电学检测最重要的设备。
图表：ATE测试机、分选机和探针台设备对比
资料来源：长川科技招股书
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1.测试机
ATE测试机通过计算机自动控制，能够自动完成对半导体的测试，加快检测电学参数的速度，降低芯片测试成本，主要测试内容为半导体器件的电路功能、 电性能参数，具体涵盖直流参数（电压、电流）、交流参数（时间、占空比、总谐波失真、频率等）、 功能测试等。衡量ATE测试机技术先进性的关键指标如下：
图表：衡量ATE测试机技术先进性的关键指标
资料来源：华峰测控招股书
不同类型芯片的测试需求的侧重点不同，ATE根据下游应用可细分为存储器、SoC、模拟/混合类和功率测试机等；全球ATE市场以存储器和SoC测试为主，国内模拟/混合测试、数字测试等领域仍存较大市场空间。
图表：全球及中国ATE测试机竞争格局（2018）
资料来源：头豹研究院
具体到模拟/混合类、SOC和存储器测试机的技术参数和主要玩家，情况如下：
图表：模拟/混合类测试机测试对象、技术参数及主要玩家
资料来源：半导体行业观察
图表：SoC测试机测试对象、技术参数及主要玩家
资料来源：半导体行业观察
图表：存储测试机测试对象、技术参数及主要玩家
资料来源：半导体行业观察
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2.分选机
分选机主要承担机械方面的任务，包括产品的测试接触、拣选和传送等。分选机把待测芯片逐个自动传送至测试工位，芯片引脚通过测试工位上的金手指、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号，完成封装测试。测试结果通过通信接口传送给分选机，分选机据此对被 测试集成电路进行标记、分选、收料或编带。集成电路产品的封装类别多样化，使得分选机设备生产商需 要持续改进机械结构和精度，并提高其兼容性，以满足对不同封装尺寸和外形的需求。
根据传输方式不同可分为平移式分选机、重力式分选机及转塔式分选机，其传输芯片方式分别为水平抓取、重力下滑及器件在转塔内旋转。
图表：不同种类分选机优缺点对比
分选机虽主要市场仍由海外占领，但竞争格局较为分散，主要企业为科休、爱德万、鸿劲精密以及长川科技，根据VLSI Research 及 SEMI，2018年科休销售额市占率最高为 21%，Xcerra（已被科休收购）占比 16%，国内企业长川科技占比2%。
图表：2018年全球半导体分选机销售额竞争格局
资料来源：SEMI
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3.探针台
探针台（Prober）主要承担输送定位任务，使晶圆依次与探针接触完成测试，提供晶圆自动上下片、找中心、对准、定位及按照设臵的步距移动晶圆以使探针卡上的探针能对准硅片相应位置进行测试，按不同功能可以分为高温探针台、低温探针台、RF 探针台、LCD 探针台等。
探针卡为ATE测试机与晶圆Pad信号交互的关键部件：晶圆测试时，被测对象安置于探针台之上，然后用探针卡上的探针与芯片上的焊垫或凸块直接接触，将ATE测试机产生的信号施加于被测器件之上并将被测器件中的反馈信号传输回ATE测试机，从而完成整个测试。探针卡可以分为悬臂式探针卡（Cantilever）、 垂直式探针卡、微弹簧式探针卡和微机电式探针卡等，目前主流为悬臂式和垂直式。
资料来源：《探针测试设备简介》
探针台设备主要由国外厂商主导，行业竞争格局较为集中。2019年东京精密（Accretech）、东京电子（Tokyo Electron）两家公司销售额占据全球73%的市场份额。其次为中国台湾企业，如惠特科技（Fittech）、旺矽科技（MPI）等也占有较大的市场份额。
图表：2019年全球半导体探针台销售竞争格局
资料来源：SEMI
主要企业
目前，我国半导体检测设备的国产替代率总体并不高，国产替代是该领域投资的主旋律。值得关注的国内企业如下表所示：
注：上海精测是精测电子的控股子公司。
资料来源：公开资料整理
立足A股市场，值得关注的为精测电子、长川科技和华峰测控。从技术壁垒突破维度看，重点关注精测电子在晶圆质量检测设备领域的产品研发、新品发布；重点关注长川科技、华峰测控的测试机在Soc和存储领域的研发进展和产品布局。从经营盈利水平看，华峰测控基本面优于长川科技、精测电子，值得进一步关注。后续更新内容，我们将择一期重点介绍华峰测控。
本文不构成投资建议，股市有风险，入市需谨慎。
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