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劉源超?江濤

（中國半導體行業協會，北京  100089）

摘?要：隨著科技的飛速發展，半導體產業在我國經濟中的地位日益重要。作為產業鏈中不可或缺的一環，半導體第三方分析實驗室在近年來迅速崛起，為新質生產力的發展注入強大動力。本文綜述了目前我國半導體產業面臨的良率難題、第三方實驗室的發展現狀以及其提供的相關服務與產品，并討論了第三方實驗室賦能新質生產力的前提條件、路徑與方法，以期助力半導體產業實現突破性發展，推動科技向新質生產力的高質量轉化。

關鍵詞：新質生產力；半導體產業；第三方分析實驗室

中圖分類號：TN3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2024）03-0011-02

2024年《政府工作報告》提出，要加快發展新質生產力。集成電路行業作為發展新質生產力的尖兵，是現代信息產業的基礎和核心。我國集成電路產業近年來保持了快速增長，與之相匹配的生產性服務業也高速成長。近年來，集成電路產業的第三方分析實驗室蓬勃發展，為技術壁壘高、制造工藝復雜的集成電路產業提供了重要支撐，賦能產業，助力創新，第三方分析實驗室在集成電路產業形成新質生產力的過程中發揮了重要作用。

1半導體產業面臨良率難題

芯片研發越來越貴。一直以來，受摩爾定律驅動，集成電路產業持續投入大量資金，探索采用更加先進的工藝制程，追求將芯片的PPAC（Power、Performance、Area、Cost）做到最優，不斷引入新的半導體材料、設備和工藝，導致芯片研發和制造的成本快速抬高。據Gartner統計，16nm/14nm芯片的平均IC設計成本約為8000萬美元，而7nm芯片需要2.71億美元。當前的半導體工藝正在從5nm向3nm、2nm工藝節點發展，未來的芯片研發和制造成本將會更加高昂。

缺陷成因越來越復雜。產出一顆芯片，設計、制造、封裝等各個環節，都可能出現問題，進而導致最終產品的失效。尤其是在芯片設計初期或采用新工藝的階段，由于對工藝參數、新材料的特性了解不足，會加大引入缺陷的風險，導致芯片良率低甚至投片失敗。特別是制造過程中，操作工藝、材料質量、環境污染等種種因素，都在影響著芯片的良率。

良率控制越來越嚴。如何保持良率和提升良率，成為芯片企業的永恒話題和難題。有研究認為，對于大型邏輯晶圓廠來說，1%良率的提升有可能意味著約1.5億美金的利潤提升。為降低芯片研發和制造成本，芯片企業必須嚴格控制芯片制造的產品良率，良率越高，最終分攤到每一顆芯片的成本就越低，良率對企業運營是生死攸關的大事。

2 Fabless模式催生第三方實驗室的快速發展

在Fabless模式下，芯片設計企業通過晶圓制造的委外生產，將芯片制造環節外包，設計企業無需承擔晶圓制造產線建設、維護和升級的龐大資本支出，將有限的資源聚焦到設計環節，實現了專業化高效運作，全球半導體設計業得以高速發展，企業數量快速增長。但Fabless模式也帶來了半導體產業鏈上下游知識的不對稱和溝通的困難，特別是在處理正常流程以外的事件時，比如故障的協同分析和定位處理，就需要第三方介入，用專業、中立、客觀的技術手段輔助解決問題。半導體第三方分析實驗室應運而生。

如今，半導體第三方測試實驗室在全球已經發展成了一個專業服務領域，得到了半導體行業的廣泛認可，產業茁壯成長。中國半導體第三方實驗室測試行業發展，和中國半導體產業一樣，經歷了從無到有、進而形成專門的業務領域的過程，并保持了高速發展。

歐美在半導體第三方測試實驗室方面起步早，擁有一批綜合性的檢測實驗室，例如SGS、歐陸科技等。2000年開始，歐美、中國臺灣等地區的第三方檢測機構開始進入中國大陸市場，引入第三方測試實驗室的商業模式，中國大陸第三方檢測機構也加快了發展步伐，保持了良好的發展勢頭。

目前，半導體第三方檢測分析市場的不同機構各有側重，比如，國資背景的科研院所檢測機構依托自身長期的技術積累，在技術體系、檢測標準、重大項目等方面有力支撐了中國半導體產業的健康發展，業績不俗；外資或民營資本背景的第三方檢測企業，比如勝科納米、閎康科技、宜特科技等頭部半導體檢測企業，則通過建設失效分析、材料分析以及可靠性分析在內的硬件設備能力，加大研發投入，構建和提升多元化分析能力，重塑了整體的市場格局。總體來看，這兩大類綜合性檢測機構掌握的分析能力都較為全面，為半導體產業提供檢測分析的綜合能力較強。

3國內第三方檢測分析的服務產品日趨豐富

國內第三方檢測機構提供的檢測服務產品越來越豐富和全面，有力推動了我國半導體產業的發展和技術進步，目前，主流的半導體第三方分析實驗室通常可提供失效分析、材料分析、可靠性分析等各類分析實驗服務，涵蓋了芯片設計、晶圓制造、集成電路封裝及應用環節等芯片全生命周期。

失效分析的目標是要通過測試，找到問題根本原因，并提出問題解決方案，制定糾正和改善的措施，能夠創造較高的服務價值，但對技術人員知識的廣度和深度要求更高。材料分析主要聚焦成分分析、雜質分析、形貌及結構分析，被廣泛運用在失效分析過程中。除失效分析、材料分析外，目前半導體第三方分析實驗室還提供可靠性測試服務，主要包括高低溫存儲、溫度循環、功率循環、跌落、鹽霧試驗等服務項目。失效分析和材料分析主要探究問題背后的機理，從根本上避免問題產生，對于新產品研發、產線驗證具有關鍵作用，技術難度較高。可靠性分析專注于模擬不同場景下出現的問題，有助于產品在應用中可靠、持續地運行，對于產品質量把關發揮重要作用。

受檢測行業普遍存在的地域性分割、集中度低等特點影響，目前半導體第三方分析實驗室仍以中小型機構為主。當前市場中的上百家中小型檢測實驗室具備不同的“做檢查”的業務能力，但在“開處方、做手術”的能力方面，則差異很大，頭部企業的競爭優勢較為明顯，而這也是助力企業研發創新的關鍵能力。

4強化核心能力，賦能新質生產力

第三方實驗室要想真正成為半導體研發生產的“醫院”，以醫生來類比的話，必須具備三種核心能力：一是會“做檢查”，要有更好的檢查設備，能更快更精準發現問題；二是會“開處方”，要能準確分析出失效的機理；三是要能“做手術”，提出解決的方案和技術措施。

從人才的角度來看，關鍵在于要有優秀的“全科醫生”，專家團隊應該具備電學、光學、化學、材料學、工藝等綜合性的知識，理解產品的每個細節，更快發現問題，更好提出解決問題的方案。

由于建設一家高水平檢測實驗室越來越貴，人力資源短缺，半導體行業近年來出現了Labless的提法，其核心是通過建設高標準的第三方測試實驗室，集中購買高端檢測裝備，匯集一批半導體監測分析專業人才，提供更加專業的檢測分析服務，更多地將半導體企業的測試和檢測工作轉移到第三方專業實驗室。半導體設計制造企業可以聚焦自身主營業務，提升測試質量，降低運營成本。

深入分析Labless概念，重點是第三方檢測試驗室要做到：一是要能力更強，檢測技術和能力高于一般的芯片制造企業；二是成本更低，發揮出第三方的規模優勢；三是要有時效性，服務響應足夠快；四是要具有中立性和保密性。第三方實驗室會接觸到大量較為領先甚至正在研發狀態的未來產品，客戶信賴的信息安全體系也是企業的立足之本。

近年來，受逆全球化潮流影響，全球半導體產業面臨大幅波動，但中國半導體產業由于旺盛的國內需求，仍然保持了良好的發展態勢，為半導體第三方測試實驗室帶來發展機會，這也要求半導體第三方測試實驗室能夠緊跟產業發展，在技術上領先一步。隨著半導體技術和產品應用的發展，以及半導體產業鏈專業化分工的深化，半導體第三方測試實驗室對于產業鏈的貢獻將會進一步提升，將從“高科技、高效能、高質量”三個維度，助力中國半導體產業突破科技前沿，進一步賦能新質生產力，推動產業高效發展。

作者簡介：劉源超（1977—），山東費縣人，北京大學經濟學博士，現任中國半導體行業協會專職副理事長，研究方向：世界經濟與國際產業動態研究。 

Semiconductor Third-party Analytical Labs Growing Rapidly to Enable New Quality Productivity Development

LIU Yuanchao,JIANG Tao

(China Semiconductor Industry Association, Beijing  100089)

Abstract:With the rapid development of science and technology, the semiconductor industry has become increasingly important in China's economy. As an indispensable part of the industry chain, semiconductor third-party analysis laboratories have been rising rapidly in recent years, injecting a strong impetus for the development of new quality productivity. This paper reviews the yield problems faced by the semiconductor industry in China, the development status of third-party laboratories and the related services and products they provide, and discusses the prerequisites, paths and methods for third-party laboratories to empower the new quality productivity, with a view to assisting the semiconductor industry to achieve breakthroughs in the development of science and technology and promoting the high-quality transformation of science and technology into the new quality productivity.

Key words:new quality productivity;semiconductor industry;third-party analysis laboratory