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半導(dǎo)體檢測分析行業(yè)發(fā)展情況及所屬產(chǎn)業(yè)鏈分析
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 勝科納米    2023-10-17

半導(dǎo)體檢測分析作為半導(dǎo)體設(shè)計、生產(chǎn)、封裝、測試流程中的重要步驟，是指運用專業(yè)技術(shù)手段，通過對半導(dǎo)體產(chǎn)品的檢測以區(qū)別缺陷、失效原因、驗證產(chǎn)品是否符合設(shè)計目標(biāo)或分離好品與壞品的過程。

對于半導(dǎo)體企業(yè)來說，良率是衡量產(chǎn)品與服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，半導(dǎo)體生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)，包括設(shè)計、制造、封裝，甚至原材料的制備、半導(dǎo)體設(shè)備的制造、終端產(chǎn)品的組裝生產(chǎn)，均有可能引起最終產(chǎn)品的失效，因此良率的提升也是一個持續(xù)改進、保證與優(yōu)化的過程。

為保證半導(dǎo)體芯片、器件等產(chǎn)品的制造良率，在半導(dǎo)體產(chǎn)品整個生產(chǎn)工藝中，需要通過大量的檢測對質(zhì)量進行評估，保證每個環(huán)節(jié)的制造過程符合規(guī)范、質(zhì)量達(dá)標(biāo)，因此半導(dǎo)體檢測分析具有明顯的伴生屬性，與下游客戶的生產(chǎn)活動、研發(fā)活動緊密融合，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的重要組成部分，檢測分析可助力半導(dǎo)體企業(yè)進一步優(yōu)化制程、控制良率、提高效率與降低成本，可有效促進半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高效運轉(zhuǎn)與技術(shù)升級。

從半導(dǎo)體檢測分析的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)來看，行業(yè)上游主要是提供檢測設(shè)備、化學(xué)試劑及其他耗材的生產(chǎn)制造商等；中游主要是半導(dǎo)體檢測分析廠商；下游則是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各類型的檢測報告使用者，包括芯片設(shè)計、晶圓制造、芯片封裝、原材料生產(chǎn)、半導(dǎo)體設(shè)備、模組及終端應(yīng)用等。

① 半導(dǎo)體檢測分析行業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中的地位和作用

具體來看，半導(dǎo)體檢測根據(jù)對應(yīng)的不同工序，可分為前道量檢測、后道檢測以及實驗室測試。

各類半導(dǎo)體檢測與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的對應(yīng)關(guān)系主要如下：

前道量檢測主要應(yīng)用于晶圓加工制造環(huán)節(jié)，檢測對象是工藝過程中的晶圓，前道量檢測對晶圓制造過程中每一步工藝過程的質(zhì)量進行量測或者檢查，包括測量薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、檢查晶圓圖案缺陷等，以保證工藝符合預(yù)設(shè)的指標(biāo)，防止出現(xiàn)偏差和缺陷的不合格晶圓進入下一道工藝流程。后道檢測主要用于晶圓制造工藝完成后的芯片的電性測試及功能性測試，晶圓測試主要針對加工后的晶圓進行電性測試，在劃片封裝前將不合格的裸片剔除，減少芯片封裝成本；成品測試主要針對封裝后的芯片進行功能測試，保證產(chǎn)品出廠的合格率。該類型檢測同樣可應(yīng)用芯片設(shè)計階段流片后產(chǎn)品的有效性驗證。

失效分析、材料分析等半導(dǎo)體實驗室檢測需求則來自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各類型客戶，主要針對失效樣品進行缺陷定位與故障分析，幫助客戶實現(xiàn)問題判定，加速產(chǎn)品研發(fā)與工藝升級，提高產(chǎn)品良率，進一步提升生產(chǎn)效率。該類半導(dǎo)體檢測通常需結(jié)合物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料等多學(xué)科知識，運用包括物性分析、電性分析、表面分析、化學(xué)分析等在內(nèi)的多類型檢測技術(shù)。

② 半導(dǎo)體第三方檢測分析行業(yè)發(fā)展情況

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最早采用 IDM 的經(jīng)營模式，即將芯片設(shè)計、晶圓制造、芯片封測等在企業(yè)內(nèi)部進行一體化整合，業(yè)務(wù)幾乎覆蓋半導(dǎo)體的全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速更新?lián)Q代和下游應(yīng)用多元發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投資成本攀升、新品研發(fā)的窗口期變短、產(chǎn)品的定制化比重提升，傳統(tǒng) IDM 模式在分散投資 風(fēng) 險 、 快 速 響 應(yīng) 市 場 需 求 變 化 、 產(chǎn) 品 多 樣 性 等 方 面 面 臨 挑 戰(zhàn) ， 以Fabless+Foundry+OSAT 為代表的半導(dǎo)體專業(yè)分工模式應(yīng)運而生，并推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向?qū)I(yè)化分工的方向逐步發(fā)展。

在專業(yè)分工模式中，F(xiàn)abless 廠商將芯片設(shè)計環(huán)節(jié)獨立開來經(jīng)營，并由 Foundry 廠商進行晶圓制造的代工服務(wù)，之后委托OSAT 廠商進行封裝和測試，最終將芯片產(chǎn)品交付給終端應(yīng)用廠商。專業(yè)分工模式以其較高的研發(fā)效率和良好的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，更好地適應(yīng)了集成電路產(chǎn)品的技術(shù)和產(chǎn)品趨勢，已成為行業(yè)主要運營模式之一。

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)專業(yè)化分工趨勢的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體檢測這一產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)也逐步成為獨立產(chǎn)業(yè)。在專業(yè)化分工的發(fā)展浪潮下，憑借更強的專業(yè)性、更高的檢測效率、更中立客觀的測試結(jié)果，半導(dǎo)體第三方檢測分析行業(yè)得到快速發(fā)展。

目前半導(dǎo)體第三方檢測分析服務(wù)主要集中于后道檢測與實驗室檢測：

① 第三方后道檢測

晶圓測試、成品測試等后道檢測中的獨立第三方服務(wù)模式誕生于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)的中國臺灣地區(qū)。1987 年，京元電子成立，與傳統(tǒng)的封測一體廠商日月光等不同，京元電子主要承接芯片封測環(huán)節(jié)中的晶圓測試及成品測試，并最早開啟了行業(yè)內(nèi)的獨立第三方測試服務(wù)模式。

隨著中國臺灣地區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷成熟，矽格、欣銓等獨立第三方測試廠商也紛紛占領(lǐng)半導(dǎo)體測試市場。在境內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的過程中，大陸地區(qū)也涌現(xiàn)了華嶺股份、偉測科技、利揚芯片等一批主營晶圓測試、成品測試等后道檢測的半導(dǎo)體獨立第三方檢測廠商。

② 第三方實驗室檢測

相較于晶圓測試、成品測試等后道檢測，失效分析、材料分析以及可靠性分析等實驗室檢測則貫穿半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈，檢測對象包括產(chǎn)業(yè)鏈任一環(huán)節(jié)、量產(chǎn)前或量產(chǎn)后的樣品，幫助企業(yè)加快研發(fā)進度、改進生產(chǎn)工藝。傳統(tǒng)模式下，半導(dǎo)體企業(yè)的實驗室檢測需求由企業(yè)自主建立的研發(fā)實驗室以及相關(guān)工程師解決。

在整體半導(dǎo)體行業(yè)垂直化分工不斷加深的過程中，失效分析等需求逐漸由獨立的第三方實驗室承接，半導(dǎo)體第三方檢測分析實驗室的服務(wù)模式也應(yīng)運而生。中國臺灣地區(qū)的半導(dǎo)體第三方實驗室宜特、閎康受益于當(dāng)?shù)胤睒s的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，自 20 世紀(jì) 90 年代以來得到迅速發(fā)展。

大陸地區(qū)的半導(dǎo)體第三方實驗室檢測最初由國有機構(gòu)主導(dǎo)，工業(yè)和信息化部電子第五研究所（即“中國賽寶實驗室”，也稱“電子五所”）較早在上世紀(jì)末進入電子產(chǎn)品的失效分析領(lǐng)域。21 世紀(jì)初，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)及檢測檢驗行業(yè)的放開，中國臺灣、歐美等地的第三方檢測機構(gòu)進入中國市場，包括勝科納米在內(nèi)的中國本土民營第三方檢測分析實驗室也開始誕生并逐漸發(fā)展。

與此同時，國內(nèi)眾多實力強勁的綜合性檢測機構(gòu)在洞察到半導(dǎo)體第三方實驗室檢測分析行業(yè)的廣闊市場空間后，也通過自主投資、外延并購等方式積極布局。伴隨國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)半導(dǎo)體第三方實驗室檢測分析市場環(huán)境日益成熟，市場競爭也日趨激烈。根據(jù)中國半導(dǎo)體協(xié)會數(shù)據(jù)，預(yù)計到 2024 年，我國半導(dǎo)體第三方實驗室檢測分析市場規(guī)模將超過 100 億元，2027 年行業(yè)市場空間將有望達(dá)到 180-200 億元。