1、 检测设备系列之三：半导体第三方实验室检测 技术驱动的护航者 国内半导体第三方检测服务可以进一步分为针对半导体设计企 业的实验室测试服务、针对制造和封测环节企业的专业晶圆/ 成品测试服务等。本篇作为本篇作为检测设备检测设备系列报告第三篇，将着重系列报告第三篇，将着重 梳理半导体第三方检测行业的市场格局、重点企业等。梳理半导体第三方检测行业的市场格局、重点企业等。 第三方实验室检测第三方实验室检测可可靠性分析和失效分析靠性分析和失效分析。 1）目前第三方提供的检测服务通常包括可靠性分析（RA） 、失 效分析（FA） 、晶圆材料分析（MA） 、信号测试、芯片线路修改 等。 2）在电子元器件的研制阶

2、段，可以通过失效分析纠正设 计和研制中的错误，缩短研制周期；在电子元器件的生产、测 试和使用阶段，可以通过失效分析查找失效原因、判定失效的 责任方；根据分析结果，生产厂可以改进元器件的设计和工 艺，可以说多由第三方提供的实验室测试在整个电子元器件的 生命周期中都可以发挥着重要作用。3）目前国内第三方实验 室检测市占率较高的企业包括上海宜特（苏试试验子公司） 、 中国赛宝实验室、胜科纳米等，另外华测检测、光电计量等企 业在也积极布局进入。4）根据苏轼宜特的预测，国内半导体 第三方实验室检测行业未来 3-5 年的市场规模将达到 50 亿 元人民币，同时加上工业用、车用、医疗、军工电子产业上 游晶圆

3、制造到中下游终端产品验证分析的需求，估计 2030 年市场至少达 150-200 亿。 第三方晶圆第三方晶圆/ /成品测试成品测试封测环节进一步细分的产封测环节进一步细分的产 物物。1）除了实验室测试外，半导体第三方检测还包括针对晶圆 测试和芯片测试的专业测试服务，这是半导体封测环节的进一步 细分，提供的服务主要包括 WAT 测试、CP 测试、FT 测试等，主 要涉及到的设备包括探针台、测试机和分选机等。2）专业的测 试厂商能够提供系统级的测试服务、减少重复产能建设，包括功 能、性能、可靠性等全方位的测试，同时可以通过测试结果的大 数据分析提供客户专业的建议，对产品晶圆制造和封装工艺控制 上潜

4、在缺陷作出判断，因此第三方测试的分工形式开始出现并不 断得到市场的认可。目前中国大陆专业的第三方测试企业数量和 规模还较小，国内规模较大的企业如利扬芯片 2019 年收入为 2.32 亿元、华岭股份收入为 1.46 亿元。 投资建议投资建议：我们认为随着国内半导体产业快速发展叠加 分工更加细化，国内第三方实验室检测和专业的晶圆/成品测 试行业都将迎来良好的发展机遇，受益公司有：第三方实验室第三方实验室 检测的检测的苏试试验、华测检测、苏试试验、华测检测、光电计量等光电计量等；专业第三方晶圆专业第三方晶圆/ / 成品测试企业利扬芯片（上交所已受理科创板上市申请）等成品测试企业利扬芯片（上交所已受

5、理科创板上市申请）等。 风险提示风险提示：海外疫情超预期；半导体及设备行业波动；相关 企业市场订单获取低于预期等。 评级及分析师信息 行业评级： 推荐 行业走势图 分析师：刘菁分析师：刘菁 邮箱： SAC NO：S01 分析师：俞能飞分析师：俞能飞 邮箱： SAC NO：S02 联系人：田仁秀联系人：田仁秀 邮箱： 联系人：李思扬联系人：李思扬 邮箱： 相关研究：相关研究： 检测设备系列之一：半导体缺陷检测谁有机 会成为中国的科磊？-20200224 检测设备系列之二：半导体测试设备进口替 代正当时-20200301 -7% -3% 1% 6% 10

6、% 15% 2019/052019/082019/112020/02 机械设备沪深300 证券研究报告|行业深度研究报告 仅供机构投资者使用 Table_Date 2020 年 05 月 17 日 证券研究报告|行业深度研究报告 2 正文目录 1. 半导体第三方实验室检测市场 . 4 1.1. 稳步前进的检验检测服务，新兴领域增长更快 . 4 1.2. 半导体第三方实验室检测可靠性&失效性分析. 5 1.3. 专业第三方晶圆/成品测试更加专业化的分工趋势. 12 2. 国内市场格局台资优势仍显著，国内企业已崛起. 14 2.1. 第三方实验室检测企业 . 14 2.2. 专业第三方封装测试企业

7、 . 18 3. 风险提示 . 22 图目录 图 1 半导体第三方检测主要包括第三方实验室测试和专业第三方晶圆/成品测试 . 3 图 2 我国检测行业保持了稳定较快的增长 . 4 图 3 我国检测行业发展快速， 2018 年行业营业收入同比增长 18.21%达到 2810.5 亿元 . 5 图 4 半导体失效分析作用 . 6 图 5 分立器件使用中的失效模式及占比 . 7 图 6 集成电路使用中的失效模式及占比 . 7 图 7 失效分析的基本流程 . 7 图 8 失效分析的分析结构 . 8 图 9 聚焦离子束设备（FIB） . 11 图 10 扫描电子显微镜（SEM） . 11 图 11 中国

8、 IC 设计公司数量伴随行业稳步增长（家） . 12 图 12 集成电路设计业销售额稳步增长（亿元） . 12 图 13 半导体测试主要涉及 CP、FT 测试 . 13 图 14 国内集成电路行业销售额保持快速增长（亿元） . 14 图 15 中国台湾宜特科技主要业务范围 . 15 图 16 苏试试验收入规模增长稳定. 16 图 17 苏试试验归母净利润规模稳定增长 . 16 图 18 闳康科技业务范围涵盖半导体相关产业等领域 . 18 图 19 闳康科技收入增长稳定 . 18 图 20 闳康科技利润有所波动 . 18 图 21 京元科技收入水平 . 19 图 22 京元科技归母净利润水平 .

9、 19 图 23 近年京元科技毛利率和净利率水平有所波动（%） . 20 图 24 2019 年利扬芯片收入大幅增长 . 21 图 25 2019 年利扬芯片归母净利润大幅增长 . 21 图 26 近年利扬芯片毛利率有所波动，2019 年回升至 53%（%） . 21 图 27 华岭股份收入稳定增长 . 22 图 28 华岭股份归母净利润有所波动 . 22 图 29 华岭股份今年毛利率水平维持在 50%以上（%） . 22 表目录 表 1 根据不同的分类标准，存在多种失效模式 . 6 表 2 大规模集成电路主要失效机理及检测方法 . 9 表 3 第三方实验室检测中主要测试类型及内容 . 10

10、表 4 中国台湾宜特科技发展重要事件 . 15 表 5 上海宜特主要财务数据（单位：元人民币） . 16 qRrOpOoNnQpOvMnPyQqMyQ7NaO7NpNoOnPmMjMoOmRfQoPuN7NrRxONZrRqPwMrNnN 证券研究报告|行业深度研究报告 3 不同于市场的观点不同于市场的观点 “半导体检测设备”中的“检测”是一个广义的感念。都称之为“检测”的设备 又可以进一步具体分为：狭义的检测（主要是 Defect Inspection & review） 、测量 （Metrology）以及测试（Test） 。除去这三种工艺制程相关的“检测”设备外，在设 计验证阶段还有第三方

11、检测公司，主要做芯片的失效分析。 四种设备都会含有“检测”或者“测试”的字眼，对产业不了解的情况下可能会 有所混淆。本系列报告将逐个拆解研究。 “检”：狭义检测（主要是 Defect Inspection） 。 “量”：测量（Metrology） ，也叫量测。测量=量测。 “试”：测试（test） 。 下表综述了半导体行业广义检测设备的分布情况。用不同颜色标注了狭义检测、 量测和测试的工艺应用场合。我们未来的系列报告中将会一一展开。 图 1 半导体第三方检测主要包括第三方实验室测试和专业第三方晶圆/成品测试 资料来源：华西证券研究所整理 目前国内半导体第三方检测服务可以进一步分为针对半导体设计

12、企业的实验室目前国内半导体第三方检测服务可以进一步分为针对半导体设计企业的实验室 测试服务、针对制造和封测环节企业的专业晶圆测试服务、针对制造和封测环节企业的专业晶圆/ /成品测试服务等。成品测试服务等。 本篇作为系列报告第三篇，将着重梳理半导体第三方检测行业的市场格局、重本篇作为系列报告第三篇，将着重梳理半导体第三方检测行业的市场格局、重 点企业等。点企业等。 切磨抛离子注入 扩散 镀膜抛光刻蚀曝光 清洗 验证测试（可靠 性分析、失效分 析、电性测试、 电路修改等） CP测试 FT测试 第三方实验室测试： 中国赛宝、胜科纳米 、苏试试验/宜特、 闳康等。 第三方晶圆/成品测 试：京元科技、利

13、扬 芯片、华岭股份等。 surface scan 掩模版检测 残留/玷污检测 wafer-sites 套准测量 几何尺寸测量 有效性验证：对 晶圆样品、封装 样品有效性验证 功能和电参数性能 测试： CP（封装前）、 FT测试（封装 后） 泰瑞达、爱德万、东 晶电子、东京精密、 华峰测控、长川科技 、精测电子 测试 WAT测试：Wafer Acceptance Test，硅片完成所 有制程工艺后的电性测试。 WAT测试 E-Beam 量测 膜厚 量测： KLA、AMAT、 Hitachi、NANO、睿 励、中科飞测 四探针电阻 膜应力 掺杂浓度 关键尺寸 第三方检测 缺陷检测 无图形缺陷检测

14、缺陷检测 KLA、AMAT、 Hitachi、汉微科、 Optima 有图形缺陷检测 review SEM 广义检测 设计 前道：晶圆生产中道：晶圆制造后道： 晶圆封测 相关公司 证券研究报告|行业深度研究报告 4 1.1.半导体第三方实验室检测市场半导体第三方实验室检测市场 随着半导体投资金额越来越巨大、对设计失误的容忍度几乎为 0，因此必须在芯 片进入量产之前、量产中，需要进行严格的验证测试，主要包括功能测试和物理验证 等，通常又称为实验室测试或特性测试，这部分通常由第三方检测实验室为芯片设计 公司提供服务，具体服务范围涵盖晶圆制造、集成电路（IC）设计、集成电路封装、 终端产品等等。 1

15、.1.1.1.稳步前进的检验检测服务，新兴领域增长更快稳步前进的检验检测服务，新兴领域增长更快 半导体第三方检测服务从属于检验检测认证服务，在“十三五规划”明确提出了 今后五年要加快推进认证认可强国建设，制定了我国检验检测服务行业的发展目标： 预计到 2020 年，我国检验检测认证服务业总收入达到 3,000 亿元左右，比“十二五” 末增长 55%左右。 根据 2019 年 6 月国家市场监管总局发布的2013-2018 年全国检验检测服务业 统计简报 ，截至 2018 年底，我国共有检验检测机构 39472 家，较 2017 年增长 8.66%；2018 年检验检测行业实现营业收入 2810

16、.5 亿元，较 2017 年增长 18.21%。 2013 年至 2018 年，我国检验检测机构数量年均复合增长率为 9.70%；检验检测行业 实现营业收入年均复合增长率为 14.98%。 图 2 我国检测行业保持了稳定较快的增长 资料来源：2013-2018 年全国检验检测服务业统计简报，华西证券研究所 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 2001620172018 机构数量（家，左轴）营业收入（亿元，右轴） 证券研究报告|行业深度研究报告 5 图 3 我国检测行业发展快速， 2018 年行业营业收入同比增长 18.21%达到 2810.5 亿元 资料来源：2013-2018 年全国检验检测服务业统计简报，华西证券研究所 值得注意的是，电子电器等新兴领域收入要高于整个行业增速，其中包括电子电 器、机械（含汽车） 、材料测试、医学、电力、能源和软件及信息化等。2018 年，新 兴领域共实现收入 457.07 亿元，同比增长 20.45%，增幅较上年提高 3.36 个百分点， 在行业总收入的比重为 16

18、.26%，较上年上升 0.3 个百分点。 相比之下传统领域（包括建筑工程、建筑材料、环境与环保（不包括环境监测） 、 食品、机动车检验、农产品林业渔业牧业）2018 年营收增速 9.08%，增速较上年减少 了 2.55 个百分点，占比也由 2016 年的 47.09%降至 42.13%。 1.2.1.2.半导体第三方实验室检测半导体第三方实验室检测可靠性可靠性& &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 随着电子元器件应用的不断广泛，对产品的可靠性要求不断提高，因此对电子元 器件在研制、生产和使用过程中的失效分析越来越重要：

19、 1）在电子元器件的研制阶段，可以通过失效分析纠正设计和研制中的错误，缩 短研制周期； 2）在电子元器件的生产、测试和使用阶段，可以通过失效分析查找失效原因、 判定失效的责任方； 证券研究报告|行业深度研究报告 6 3）根据分析结果，生产厂可以改进元器件的设计和工艺，用户可以改进电路板 的设计、改进器件和整机的测试和使用的环境参数或者改变供货商。可以说多由第三 方提供的实验室测试在整个电子元器件的生命周期中都可以发挥着重要作用。 目前第三提供的检测服务通常包括可靠性分析（目前第三提供的检测服务通常包括可靠性分析（R RA A） 、失效分析（） 、失效分析（F FA A） 、晶圆材） 、晶圆材

20、料分析（料分析（M MA A） 、信号测试、芯片线路修改等，其中比较重要的包括可靠性分析、失效） 、信号测试、芯片线路修改等，其中比较重要的包括可靠性分析、失效 分析等。分析等。 可靠性指器件在规定条件下、规定时间内完成规定功能的能力，描述可靠性的指 标有：可靠度 R、不可靠度 F、失效概率密度、瞬时失效率、寿命等。 在可靠性的基础上，第三方实验室对半导体器件进行失效分析，以确定其中的失 效模式、失效机理及修改模式等，为半导体设计公司等提供检测结果和建议。 图 4 半导体失效分析作用 资料来源：中国赛宝，华西证券研究所 根据不同的分类标准，失效形式有多种类型，如根据电测结果，失效模式有开路、

21、短路或漏电、参数漂移、功能失效等；根据失效原因可以分为电力过应、静电放电导 致的失效、制造工艺不良导致的失效等。 表 1 根据不同的分类标准，存在多种失效模式 分类标准分类标准 失效形式失效形式 失效持续性 致命性失效、间歇失效、缓慢退化 失效时间 早期失效、随机失效、磨损失效 电测结果 开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效 失效原因 1）电力过应和静电放电导致的失效。EOS/ESD：Electrical over Stress/Electrostatic Discharge； 2）制造工艺不良导致的失效。 资料来源：新材料，华西证券研究所 根据中国赛宝实验室的数据，在分立器件使用过程中的失效

22、模式，开路、参数漂 移、壳体破碎、短路、漏气的占比分别约为 35%、28%、17%、15%、4%，集成电路使 证券研究报告|行业深度研究报告 7 用过程中的失效模式，短路、开路、功能失效、参数漂移占比分别约为 38%、27%、 19%、10%。 图 5 分立器件使用中的失效模式及占比 图 6 集成电路使用中的失效模式及占比 资料来源：中国赛宝，华西证券研究所 资料来源：中国赛宝，华西证券研究所 1.2.2.1.2.2.失效性失效性分析分析的流程的流程 半导体器件失效分析就是通过对失效器件进行进行而各种测试和物理、化学、金 相试验，确定器件失效的形式（失效模式） ，分析造成器件失效的物理和化学过

23、程 （失效机理） ，寻找器件失效原因，制定纠正和改进措施。 失效分析的一般程序包括：收集失效现场数据、电测确定失效模式、方案设计、 非破坏性分析、打开封装、镜检、通电激励芯片、失效定位、对失效部位进行物理化 学分析、综合分析确定失效原因，提出纠正措施等。 图 7 失效分析的基本流程 资料来源：中国赛宝，华西证券研究所 35% 28% 17% 15% 4% 1% 开路参数漂移壳体破碎短路漏气其他 38% 27% 19% 10% 6% 短路开路功能失效参数漂移其他 证券研究报告|行业深度研究报告 8 图 8 失效分析的分析结构 资料来源：中国赛宝，华西证券研究所 失效信息调查与方案设计失效信息调查

24、与方案设计：信息类别-1）基本信息：工作原理、结构、材料、 工艺、主要失效机理；出于管理需要的信息，包括样品来源、型号、批次、编号、时 间、地点等。2）技术信息：是判断可能的失效机理和失效分析方案设计的重要依据， 包括特定使用应用信息（整机故障现象、异常环境、在整机中的状态、应用电路、二 次筛选盈利、失效历史、失效比例、失效率及其随时间的变化等） 、特定生产工艺 （生产工艺条件和方法等） 。 非破坏性项目非破坏性项目（先实施易行的、低成本的） ：外观检查、模式确认（测试和试验， 对比分析） 、检漏、可动微粒检测（PIND） 、X 光照相、声学扫描、模拟试验。 半破坏性分析半破坏性分析（多余物、

25、污染、缺陷、微区电特性和电光热效应）的基本路径： 可动微粒收集、内部气氛检测、开封、不加电的内部检查（光学、SEM、微区成分） 、 加电的内部检查（微探针、热像、光发射、电压衬度像、束感生电流像、电子束探针 EBI） 。 破坏性分析破坏性分析（进一步的微区电特性、污染、缺陷）的基本路径：内部检查、加 电内部检查（去除钝化层、微探针、聚焦离子束、电子束探针） 、剖切面/金相切片 （聚焦离子束、光学、SEM、TEM） 。 证券研究报告|行业深度研究报告 9 表 2 大规模集成电路主要失效机理及检测方法 失效模式失效模式 失效机理失效机理 检测方法检测方法 开路 EOS、ESD、金属电迁移、应力迁移

26、、金属腐蚀、latch up 电压衬度相、闪频电压衬度相、SEM 漏电或短路 ESD、EOS、PN 结缺陷、正常电压下的介质击穿 液晶热点检测、光发射显微镜 电参数漂移 钠离子沾污、封装内水汽凝结、热载流子效应 光发射显微镜 高集成度引起的特殊失效 Latch up、金属电迁移、介质击穿、热载流子效应 光发射显微镜、SEM 资料来源：中国赛宝，华西证券研究所 证券研究报告|行业深度研究报告 10 表 3 第三方实验室检测中主要测试类型及内容 资料来源：新材料，华西证券研究所 介绍介绍范围范围内容内容 聚焦离子束聚焦离子束 （FIB）（FIB） FIB（聚焦离子束，Focused Ion bea

27、m）是将液态金属离子源产生的离 子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得 电子像，此功能与SEM（扫描电子显微镜）相似，或用强电流离子束对 表面原子进行剥离，以完成微、纳米级表面形貌加工。 工业和理论材料研 究，半导体，数据存 储，自然资源等领域 1.芯片电路修改和布局验证 2.Cross-Section截面分析 3.Probing Pad 4.定点切割 扫描电镜扫描电镜 （SEM）（SEM） SEM/EDX（形貌观测、成分分析）扫描电镜（SEM）可直接利用样品表 面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特 征X射线波长和强度实现的，根据不同元素特征X

28、射线波长的不同来测 定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元 素的含量。通常EDX结合电子显微镜（SEM）使用，可以对样品进行微 区成分分析。 军工，航天，半导 体，先进材料等 1.材料表面形貌分析，微区形貌观察 2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析 3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析 4.纳米尺寸量测及标示 5.微区成分定性及定量分析 X-RayX-Ray X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程 中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品 无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强

29、度 的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结 构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。 产品研发，样品试 制，失效分析，过程 监控和大批量产品观 测 1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同 封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型 PCB印刷电路板 2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况 3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气 泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷 RIERIE RIE是干蚀刻的一种，这种蚀刻的原理是，当在平板电极之间施加10 100MHZ的高频电压（RF，radio f

30、requency）时会产生数百微米厚的离 子层（ion sheath），在其中放入试样，离子高速撞击试样而完成化 学反应蚀刻，此即为RIE（Reactive Ion Etching）。 半导体，材料化学等 1.用于对使用氟基化学的材料进行各向同性和各向 异性蚀刻，其中包括碳、环氧树脂、石墨、铟、钼 、氮氧化物、光阻剂、聚酰亚胺、石英、硅、氧化 物、氮化物、钽、氮化钽、氮化钛、钨钛以及钨器 件表面图形的刻蚀 探针台测试探针台测试 探针台主要应用于半导体行业、光电行业。针对集成电路以及封装的 测试。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发，旨在确保 质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造工艺

31、的成本。 8寸以内Wafer，IC测 试，IC设计等 1.微小连接点信号引出 2.失效分析失效确认 3.FIB电路修改后电学特性确认 4.晶圆可靠性验证 微光显微镜微光显微镜 （Emissio（Emissio n n microscopmicroscop e, EMMI）e, EMMI） 对于故障分析而言，微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是一 种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在 IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination会放出光子 （Photon）。如在P-N结加偏压，此时N阱的电子很容易扩

32、散到P阱，而 P的空穴也容易扩散至N，然后与P端的空穴（或N端的电子）做EHP Recombination。 故障点定位、寻找近 红外波段发光点 1.P-N接面漏电；P-N接面崩溃 2.饱和区晶体管的热电子 3.氧化层漏电流产生的光子激发 4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等问题 芯片开封芯片开封 decapdecap Decap即开封，也称开盖，开帽，指给完整封装的IC做局部腐蚀，使得 IC可以暴露出来，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析 实验做准备，方便观察或做其他测试（如FIB，EMMI）， De