【研報】檢測設備行業系列之三：半導體第三方實驗室檢測技術驅動的護航者-20200517[25頁].pdf

1、 檢測設備系列之三：半導體第三方實驗室檢測 技術驅動的護航者 國內半導體第三方檢測服務可以進一步分為針對半導體設計企 業的實驗室測試服務、針對制造和封測環節企業的專業晶圓/ 成品測試服務等。本篇作為本篇作為檢測設備檢測設備系列報告第三篇，將著重系列報告第三篇，將著重 梳理半導體第三方檢測行業的市場格局、重點企業等。梳理半導體第三方檢測行業的市場格局、重點企業等。 第三方實驗室檢測第三方實驗室檢測可可靠性分析和失效分析靠性分析和失效分析。 1）目前第三方提供的檢測服務通常包括可靠性分析（RA） 、失 效分析（FA） 、晶圓材料分析（MA） 、信號測試、芯片線路修改 等。 2）在電子元器件的研制階

2、段，可以通過失效分析糾正設 計和研制中的錯誤，縮短研制周期；在電子元器件的生產、測 試和使用階段，可以通過失效分析查找失效原因、判定失效的 責任方；根據分析結果，生產廠可以改進元器件的設計和工 藝，可以說多由第三方提供的實驗室測試在整個電子元器件的 生命周期中都可以發揮著重要作用。3）目前國內第三方實驗 室檢測市占率較高的企業包括上海宜特（蘇試試驗子公司） 、 中國賽寶實驗室、勝科納米等，另外華測檢測、光電計量等企 業在也積極布局進入。4）根據蘇軾宜特的預測，國內半導體 第三方實驗室檢測行業未來 3-5 年的市場規模將達到 50 億 元人民幣，同時加上工業用、車用、醫療、軍工電子產業上 游晶圓

3、制造到中下游終端產品驗證分析的需求，估計 2030 年市場至少達 150-200 億。 第三方晶圓第三方晶圓/ /成品測試成品測試封測環節進一步細分的產封測環節進一步細分的產 物物。1）除了實驗室測試外，半導體第三方檢測還包括針對晶圓 測試和芯片測試的專業測試服務，這是半導體封測環節的進一步 細分，提供的服務主要包括 WAT 測試、CP 測試、FT 測試等，主 要涉及到的設備包括探針臺、測試機和分選機等。2）專業的測 試廠商能夠提供系統級的測試服務、減少重復產能建設，包括功 能、性能、可靠性等全方位的測試，同時可以通過測試結果的大 數據分析提供客戶專業的建議，對產品晶圓制造和封裝工藝控制 上潛

4、在缺陷作出判斷，因此第三方測試的分工形式開始出現并不 斷得到市場的認可。目前中國大陸專業的第三方測試企業數量和 規模還較小，國內規模較大的企業如利揚芯片 2019 年收入為 2.32 億元、華嶺股份收入為 1.46 億元。 投資建議投資建議：我們認為隨著國內半導體產業快速發展疊加 分工更加細化，國內第三方實驗室檢測和專業的晶圓/成品測 試行業都將迎來良好的發展機遇，受益公司有：第三方實驗室第三方實驗室 檢測的檢測的蘇試試驗、華測檢測、蘇試試驗、華測檢測、光電計量等光電計量等；專業第三方晶圓專業第三方晶圓/ / 成品測試企業利揚芯片（上交所已受理科創板上市申請）等成品測試企業利揚芯片（上交所已受

5、理科創板上市申請）等。 風險提示風險提示：海外疫情超預期；半導體及設備行業波動；相關 企業市場訂單獲取低于預期等。 評級及分析師信息 行業評級： 推薦 行業走勢圖 分析師：劉菁分析師：劉菁 郵箱： SAC NO：S1120519110001 分析師：俞能飛分析師：俞能飛 郵箱： SAC NO：S1120519120002 聯系人：田仁秀聯系人：田仁秀 郵箱： 聯系人：李思揚聯系人：李思揚 郵箱： 相關研究：相關研究： 檢測設備系列之一：半導體缺陷檢測誰有機 會成為中國的科磊？-20200224 檢測設備系列之二：半導體測試設備進口替 代正當時-20200301 -7% -3% 1% 6% 10

6、% 15% 2019/052019/082019/112020/02 機械設備滬深300 證券研究報告|行業深度研究報告 僅供機構投資者使用 Table_Date 2020 年 05 月 17 日 證券研究報告|行業深度研究報告 2 正文目錄 1. 半導體第三方實驗室檢測市場 . 4 1.1. 穩步前進的檢驗檢測服務，新興領域增長更快 . 4 1.2. 半導體第三方實驗室檢測可靠性&失效性分析. 5 1.3. 專業第三方晶圓/成品測試更加專業化的分工趨勢. 12 2. 國內市場格局臺資優勢仍顯著，國內企業已崛起. 14 2.1. 第三方實驗室檢測企業 . 14 2.2. 專業第三方封裝測試企業

7、 . 18 3. 風險提示 . 22 圖目錄 圖 1 半導體第三方檢測主要包括第三方實驗室測試和專業第三方晶圓/成品測試 . 3 圖 2 我國檢測行業保持了穩定較快的增長 . 4 圖 3 我國檢測行業發展快速， 2018 年行業營業收入同比增長 18.21%達到 2810.5 億元 . 5 圖 4 半導體失效分析作用 . 6 圖 5 分立器件使用中的失效模式及占比 . 7 圖 6 集成電路使用中的失效模式及占比 . 7 圖 7 失效分析的基本流程 . 7 圖 8 失效分析的分析結構 . 8 圖 9 聚焦離子束設備（FIB） . 11 圖 10 掃描電子顯微鏡（SEM） . 11 圖 11 中國

8、 IC 設計公司數量伴隨行業穩步增長（家） . 12 圖 12 集成電路設計業銷售額穩步增長（億元） . 12 圖 13 半導體測試主要涉及 CP、FT 測試 . 13 圖 14 國內集成電路行業銷售額保持快速增長（億元） . 14 圖 15 中國臺灣宜特科技主要業務范圍 . 15 圖 16 蘇試試驗收入規模增長穩定. 16 圖 17 蘇試試驗歸母凈利潤規模穩定增長 . 16 圖 18 閎康科技業務范圍涵蓋半導體相關產業等領域 . 18 圖 19 閎康科技收入增長穩定 . 18 圖 20 閎康科技利潤有所波動 . 18 圖 21 京元科技收入水平 . 19 圖 22 京元科技歸母凈利潤水平 .

9、 19 圖 23 近年京元科技毛利率和凈利率水平有所波動（%） . 20 圖 24 2019 年利揚芯片收入大幅增長 . 21 圖 25 2019 年利揚芯片歸母凈利潤大幅增長 . 21 圖 26 近年利揚芯片毛利率有所波動，2019 年回升至 53%（%） . 21 圖 27 華嶺股份收入穩定增長 . 22 圖 28 華嶺股份歸母凈利潤有所波動 . 22 圖 29 華嶺股份今年毛利率水平維持在 50%以上（%） . 22 表目錄 表 1 根據不同的分類標準，存在多種失效模式 . 6 表 2 大規模集成電路主要失效機理及檢測方法 . 9 表 3 第三方實驗室檢測中主要測試類型及內容 . 10

10、表 4 中國臺灣宜特科技發展重要事件 . 15 表 5 上海宜特主要財務數據（單位：元人民幣） . 16 qRrOpOoNnQpOvMnPyQqMyQ7NaO7NpNoOnPmMjMoOmRfQoPuN7NrRxONZrRqPwMrNnN 證券研究報告|行業深度研究報告 3 不同于市場的觀點不同于市場的觀點 “半導體檢測設備”中的“檢測”是一個廣義的感念。都稱之為“檢測”的設備 又可以進一步具體分為：狹義的檢測（主要是 Defect Inspection & review） 、測量 （Metrology）以及測試（Test） 。除去這三種工藝制程相關的“檢測”設備外，在設 計驗證階段還有第三方

11、檢測公司，主要做芯片的失效分析。 四種設備都會含有“檢測”或者“測試”的字眼，對產業不了解的情況下可能會 有所混淆。本系列報告將逐個拆解研究。 “檢”：狹義檢測（主要是 Defect Inspection） 。 “量”：測量（Metrology） ，也叫量測。測量=量測。 “試”：測試（test） 。 下表綜述了半導體行業廣義檢測設備的分布情況。用不同顏色標注了狹義檢測、 量測和測試的工藝應用場合。我們未來的系列報告中將會一一展開。 圖 1 半導體第三方檢測主要包括第三方實驗室測試和專業第三方晶圓/成品測試 資料來源：華西證券研究所整理 目前國內半導體第三方檢測服務可以進一步分為針對半導體設計

12、企業的實驗室目前國內半導體第三方檢測服務可以進一步分為針對半導體設計企業的實驗室 測試服務、針對制造和封測環節企業的專業晶圓測試服務、針對制造和封測環節企業的專業晶圓/ /成品測試服務等。成品測試服務等。 本篇作為系列報告第三篇，將著重梳理半導體第三方檢測行業的市場格局、重本篇作為系列報告第三篇，將著重梳理半導體第三方檢測行業的市場格局、重 點企業等。點企業等。 切磨拋離子注入 擴散 鍍膜拋光刻蝕曝光 清洗 驗證測試（可靠 性分析、失效分 析、電性測試、 電路修改等） CP測試 FT測試 第三方實驗室測試： 中國賽寶、勝科納米 、蘇試試驗/宜特、 閎康等。 第三方晶圓/成品測 試：京元科技、利

13、揚 芯片、華嶺股份等。 surface scan 掩模版檢測 殘留/玷污檢測 wafer-sites 套準測量 幾何尺寸測量 有效性驗證：對 晶圓樣品、封裝 樣品有效性驗證 功能和電參數性能 測試： CP（封裝前）、 FT測試（封裝 后） 泰瑞達、愛德萬、東 晶電子、東京精密、 華峰測控、長川科技 、精測電子 測試 WAT測試：Wafer Acceptance Test，硅片完成所 有制程工藝后的電性測試。 WAT測試 E-Beam 量測 膜厚 量測： KLA、AMAT、 Hitachi、NANO、睿 勵、中科飛測 四探針電阻 膜應力 摻雜濃度 關鍵尺寸 第三方檢測 缺陷檢測 無圖形缺陷檢測

14、缺陷檢測 KLA、AMAT、 Hitachi、漢微科、 Optima 有圖形缺陷檢測 review SEM 廣義檢測 設計 前道：晶圓生產中道：晶圓制造后道： 晶圓封測 相關公司 證券研究報告|行業深度研究報告 4 1.1.半導體第三方實驗室檢測市場半導體第三方實驗室檢測市場 隨著半導體投資金額越來越巨大、對設計失誤的容忍度幾乎為 0，因此必須在芯 片進入量產之前、量產中，需要進行嚴格的驗證測試，主要包括功能測試和物理驗證 等，通常又稱為實驗室測試或特性測試，這部分通常由第三方檢測實驗室為芯片設計 公司提供服務，具體服務范圍涵蓋晶圓制造、集成電路（IC）設計、集成電路封裝、 終端產品等等。 1

15、.1.1.1.穩步前進的檢驗檢測服務，新興領域增長更快穩步前進的檢驗檢測服務，新興領域增長更快 半導體第三方檢測服務從屬于檢驗檢測認證服務，在“十三五規劃”明確提出了 今后五年要加快推進認證認可強國建設，制定了我國檢驗檢測服務行業的發展目標： 預計到 2020 年，我國檢驗檢測認證服務業總收入達到 3,000 億元左右，比“十二五” 末增長 55%左右。 根據 2019 年 6 月國家市場監管總局發布的2013-2018 年全國檢驗檢測服務業 統計簡報 ，截至 2018 年底，我國共有檢驗檢測機構 39472 家，較 2017 年增長 8.66%；2018 年檢驗檢測行業實現營業收入 2810

16、.5 億元，較 2017 年增長 18.21%。 2013 年至 2018 年，我國檢驗檢測機構數量年均復合增長率為 9.70%；檢驗檢測行業 實現營業收入年均復合增長率為 14.98%。 圖 2 我國檢測行業保持了穩定較快的增長 資料來源：2013-2018 年全國檢驗檢測服務業統計簡報，華西證券研究所 24847 28340 31122 33235 36327 39472 1399 1631 1800 2065 2377 2811 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45

17、000 201320142015201620172018 機構數量（家，左軸）營業收入（億元，右軸） 證券研究報告|行業深度研究報告 5 圖 3 我國檢測行業發展快速， 2018 年行業營業收入同比增長 18.21%達到 2810.5 億元 資料來源：2013-2018 年全國檢驗檢測服務業統計簡報，華西證券研究所 值得注意的是，電子電器等新興領域收入要高于整個行業增速，其中包括電子電 器、機械（含汽車） 、材料測試、醫學、電力、能源和軟件及信息化等。2018 年，新 興領域共實現收入 457.07 億元，同比增長 20.45%，增幅較上年提高 3.36 個百分點， 在行業總收入的比重為 16

18、.26%，較上年上升 0.3 個百分點。 相比之下傳統領域（包括建筑工程、建筑材料、環境與環保（不包括環境監測） 、 食品、機動車檢驗、農產品林業漁業牧業）2018 年營收增速 9.08%，增速較上年減少 了 2.55 個百分點，占比也由 2016 年的 47.09%降至 42.13%。 1.2.1.2.半導體第三方實驗室檢測半導體第三方實驗室檢測可靠性可靠性& &失效性分析失效性分析 1.2.1.1.2.1.可靠性可靠性& &失效性分析的原理和概念失效性分析的原理和概念 隨著電子元器件應用的不斷廣泛，對產品的可靠性要求不斷提高，因此對電子元 器件在研制、生產和使用過程中的失效分析越來越重要：

19、 1）在電子元器件的研制階段，可以通過失效分析糾正設計和研制中的錯誤，縮 短研制周期； 2）在電子元器件的生產、測試和使用階段，可以通過失效分析查找失效原因、 判定失效的責任方； 證券研究報告|行業深度研究報告 6 3）根據分析結果，生產廠可以改進元器件的設計和工藝，用戶可以改進電路板 的設計、改進器件和整機的測試和使用的環境參數或者改變供貨商?？梢哉f多由第三 方提供的實驗室測試在整個電子元器件的生命周期中都可以發揮著重要作用。 目前第三提供的檢測服務通常包括可靠性分析（目前第三提供的檢測服務通常包括可靠性分析（R RA A） 、失效分析（） 、失效分析（F FA A） 、晶圓材） 、晶圓材

20、料分析（料分析（M MA A） 、信號測試、芯片線路修改等，其中比較重要的包括可靠性分析、失效） 、信號測試、芯片線路修改等，其中比較重要的包括可靠性分析、失效 分析等。分析等。 可靠性指器件在規定條件下、規定時間內完成規定功能的能力，描述可靠性的指 標有：可靠度 R、不可靠度 F、失效概率密度、瞬時失效率、壽命等。 在可靠性的基礎上，第三方實驗室對半導體器件進行失效分析，以確定其中的失 效模式、失效機理及修改模式等，為半導體設計公司等提供檢測結果和建議。 圖 4 半導體失效分析作用 資料來源：中國賽寶，華西證券研究所 根據不同的分類標準，失效形式有多種類型，如根據電測結果，失效模式有開路、

21、短路或漏電、參數漂移、功能失效等；根據失效原因可以分為電力過應、靜電放電導 致的失效、制造工藝不良導致的失效等。 表 1 根據不同的分類標準，存在多種失效模式 分類標準分類標準 失效形式失效形式 失效持續性 致命性失效、間歇失效、緩慢退化 失效時間 早期失效、隨機失效、磨損失效 電測結果 開路、短路或漏電、參數漂移、功能失效 失效原因 1）電力過應和靜電放電導致的失效。EOS/ESD：Electrical over Stress/Electrostatic Discharge； 2）制造工藝不良導致的失效。 資料來源：新材料，華西證券研究所 根據中國賽寶實驗室的數據，在分立器件使用過程中的失效

22、模式，開路、參數漂 移、殼體破碎、短路、漏氣的占比分別約為 35%、28%、17%、15%、4%，集成電路使 證券研究報告|行業深度研究報告 7 用過程中的失效模式，短路、開路、功能失效、參數漂移占比分別約為 38%、27%、 19%、10%。 圖 5 分立器件使用中的失效模式及占比 圖 6 集成電路使用中的失效模式及占比 資料來源：中國賽寶，華西證券研究所 資料來源：中國賽寶，華西證券研究所 1.2.2.1.2.2.失效性失效性分析分析的流程的流程 半導體器件失效分析就是通過對失效器件進行進行而各種測試和物理、化學、金 相試驗，確定器件失效的形式（失效模式） ，分析造成器件失效的物理和化學過

23、程 （失效機理） ，尋找器件失效原因，制定糾正和改進措施。 失效分析的一般程序包括：收集失效現場數據、電測確定失效模式、方案設計、 非破壞性分析、打開封裝、鏡檢、通電激勵芯片、失效定位、對失效部位進行物理化 學分析、綜合分析確定失效原因，提出糾正措施等。 圖 7 失效分析的基本流程 資料來源：中國賽寶，華西證券研究所 35% 28% 17% 15% 4% 1% 開路參數漂移殼體破碎短路漏氣其他 38% 27% 19% 10% 6% 短路開路功能失效參數漂移其他 證券研究報告|行業深度研究報告 8 圖 8 失效分析的分析結構 資料來源：中國賽寶，華西證券研究所 失效信息調查與方案設計失效信息調查

24、與方案設計：信息類別-1）基本信息：工作原理、結構、材料、 工藝、主要失效機理；出于管理需要的信息，包括樣品來源、型號、批次、編號、時 間、地點等。2）技術信息：是判斷可能的失效機理和失效分析方案設計的重要依據， 包括特定使用應用信息（整機故障現象、異常環境、在整機中的狀態、應用電路、二 次篩選盈利、失效歷史、失效比例、失效率及其隨時間的變化等） 、特定生產工藝 （生產工藝條件和方法等） 。 非破壞性項目非破壞性項目（先實施易行的、低成本的） ：外觀檢查、模式確認（測試和試驗， 對比分析） 、檢漏、可動微粒檢測（PIND） 、X 光照相、聲學掃描、模擬試驗。 半破壞性分析半破壞性分析（多余物、

25、污染、缺陷、微區電特性和電光熱效應）的基本路徑： 可動微粒收集、內部氣氛檢測、開封、不加電的內部檢查（光學、SEM、微區成分） 、 加電的內部檢查（微探針、熱像、光發射、電壓襯度像、束感生電流像、電子束探針 EBI） 。 破壞性分析破壞性分析（進一步的微區電特性、污染、缺陷）的基本路徑：內部檢查、加 電內部檢查（去除鈍化層、微探針、聚焦離子束、電子束探針） 、剖切面/金相切片 （聚焦離子束、光學、SEM、TEM） 。 證券研究報告|行業深度研究報告 9 表 2 大規模集成電路主要失效機理及檢測方法 失效模式失效模式 失效機理失效機理 檢測方法檢測方法 開路 EOS、ESD、金屬電遷移、應力遷移

26、、金屬腐蝕、latch up 電壓襯度相、閃頻電壓襯度相、SEM 漏電或短路 ESD、EOS、PN 結缺陷、正常電壓下的介質擊穿 液晶熱點檢測、光發射顯微鏡 電參數漂移 鈉離子沾污、封裝內水汽凝結、熱載流子效應 光發射顯微鏡 高集成度引起的特殊失效 Latch up、金屬電遷移、介質擊穿、熱載流子效應 光發射顯微鏡、SEM 資料來源：中國賽寶，華西證券研究所 證券研究報告|行業深度研究報告 10 表 3 第三方實驗室檢測中主要測試類型及內容 資料來源：新材料，華西證券研究所 介紹介紹范圍范圍內容內容 聚焦離子束聚焦離子束 （FIB）（FIB） FIB（聚焦離子束，Focused Ion bea

27、m）是將液態金屬離子源產生的離 子束經過離子槍加速，聚焦后照射于樣品表面產生二次電子信號取得 電子像，此功能與SEM（掃描電子顯微鏡）相似，或用強電流離子束對 表面原子進行剝離，以完成微、納米級表面形貌加工。 工業和理論材料研 究，半導體，數據存 儲，自然資源等領域 1.芯片電路修改和布局驗證 2.Cross-Section截面分析 3.Probing Pad 4.定點切割 掃描電鏡掃描電鏡 （SEM）（SEM） SEM/EDX（形貌觀測、成分分析）掃描電鏡（SEM）可直接利用樣品表 面材料的物質性能進行微觀成像。EDX是借助于分析試樣發出的元素特 征X射線波長和強度實現的，根據不同元素特征X

28、射線波長的不同來測 定試樣所含的元素。通過對比不同元素譜線的強度可以測定試樣中元 素的含量。通常EDX結合電子顯微鏡（SEM）使用，可以對樣品進行微 區成分分析。 軍工，航天，半導 體，先進材料等 1.材料表面形貌分析，微區形貌觀察 2.材料形狀、大小、表面、斷面、粒徑分布分析 3.薄膜樣品表面形貌觀察、薄膜粗糙度及膜厚分析 4.納米尺寸量測及標示 5.微區成分定性及定量分析 X-RayX-Ray X-Ray是利用陰極射線管產生高能量電子與金屬靶撞擊，在撞擊過程 中，因電子突然減速，其損失的動能會以X-Ray形式放出。而對于樣品 無法以外觀方式觀測的位置，利用X-Ray穿透不同密度物質后其光強

29、度 的變化，產生的對比效果可形成影像，即可顯示出待測物的內部結 構，進而可在不破壞待測物的情況下觀察待測物內部有問題的區域。 產品研發，樣品試 制，失效分析，過程 監控和大批量產品觀 測 1.觀測DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同 封裝的半導體、電阻、電容等電子元器件以及小型 PCB印刷電路板 2.觀測器件內部芯片大小、數量、疊die、綁線情況 3.觀測芯片crack、點膠不均、斷線、搭線、內部氣 泡等封裝缺陷，以及焊錫球冷焊、虛焊等焊接缺陷 RIERIE RIE是干蝕刻的一種，這種蝕刻的原理是，當在平板電極之間施加10 100MHZ的高頻電壓（RF，radio f

30、requency）時會產生數百微米厚的離 子層（ion sheath），在其中放入試樣，離子高速撞擊試樣而完成化 學反應蝕刻，此即為RIE（Reactive Ion Etching）。 半導體，材料化學等 1.用于對使用氟基化學的材料進行各向同性和各向 異性蝕刻，其中包括碳、環氧樹脂、石墨、銦、鉬 、氮氧化物、光阻劑、聚酰亞胺、石英、硅、氧化 物、氮化物、鉭、氮化鉭、氮化鈦、鎢鈦以及鎢器 件表面圖形的刻蝕 探針臺測試探針臺測試 探針臺主要應用于半導體行業、光電行業。針對集成電路以及封裝的 測試。 廣泛應用于復雜、高速器件的精密電氣測量的研發，旨在確保 質量及可靠性，并縮減研發時間和器件制造工藝

31、的成本。 8寸以內Wafer，IC測 試，IC設計等 1.微小連接點信號引出 2.失效分析失效確認 3.FIB電路修改后電學特性確認 4.晶圓可靠性驗證 微光顯微鏡微光顯微鏡 （Emissio（Emissio n n microscopmicroscop e, EMMI）e, EMMI） 對于故障分析而言，微光顯微鏡（Emission Microscope, EMMI）是一 種相當有用且效率極高的分析工具。主要偵測IC內部所放出光子。在 IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination會放出光子 （Photon）。如在P-N結加偏壓，此時N阱的電子很容易擴

32、散到P阱，而 P的空穴也容易擴散至N，然后與P端的空穴（或N端的電子）做EHP Recombination。 故障點定位、尋找近 紅外波段發光點 1.P-N接面漏電；P-N接面崩潰 2.飽和區晶體管的熱電子 3.氧化層漏電流產生的光子激發 4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等問題 芯片開封芯片開封 decapdecap Decap即開封，也稱開蓋，開帽，指給完整封裝的IC做局部腐蝕，使得 IC可以暴露出來，同時保持芯片功能的完整無損，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受損傷，為下一步芯片失效分析 實驗做準備，方便觀察或做其他測試（如FIB，EMMI）， De