2024年和林微纳研究报告:国产半导体探针龙头企业,携AI东风全面导入国内外客户

1. 芯片测试探针:芯片检测关键器件,国产替代+技术革新带 来发展机遇

探针是半导体芯片测试流程中的关键部件,其中 MEMS 探针适用于高阶的测试需求。 半导体芯片测试将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来,通过测试机对芯片施加输 入信号,并检测芯片的输出信号,判断芯片功能和性能指标的有效性。其中探针通过连 接测试机来检测芯片的导通、电流、功能和老化情况等性能指标,是芯片检测流程中的 关键部件,其和固定配件构成探针头,探针头和用于连接自动测试设备的基板组成探针 卡。目前探针卡分为悬臂式、垂直式、MEMS 三类,随着测试芯片对于大电流、高频、 窄间距高密度、低阻抗等要求越来越高,而 MEMS 探针卡线路简单,可使用半导体制程 根据特定需求研发探针,更适用于更高阶的测试需求。

探针作为半导体封测中需要使用的重要耗材,在芯片生产多个环节使用。芯片测试分为 三阶段:芯片设计中的设计验证、晶圆制造中的晶圆测试(CP 测试)、封装后的成品测 试(FT 测试),探针在 CP 测试、FT 测试均有应用且具备消耗属性,目前国内厂家产品 使用寿命约 20~30 万次。CP 测试处于芯片封装前,主要是挑出坏的裸芯片以减少后续 封装和成品测试成本,探针存在于探针卡中;FT 测试处于芯片封装后,主要是确保每颗芯片成品向客户交付前能够达到设计要求指标,探针存在于测试座中。

探针是探针卡和测试座中的核心组成部分,价值量占比或高达 50%。根据《基于晶圆 测试的探针卡设计及测试方法研究》,垂直式探针卡上探针数量至少千根级别,根据和林 微纳招股书公司探针单价约 6 元/根,根据伟测科技招股书 2021 年公司探针卡和测试座 单价分别为 13009.80 元/个和 10438.58 元/个,因此可粗略估算单个探针卡中探针价值 占比可接近 50%。根据和林微纳招股书,半导体芯片测试探针市场规模占半导体封测设 备市场规模比例超过 10%。

全球/中国半导体测试探针市场将保持稳定增长,目前海外头部企业占据大部分市场份 额,国内厂商具备较大成长空间。全球半导体测试探针市场规模将由 2021 年的 15.94 亿 美元增至 2025 年的 27.41 亿美元,期间复合增速为 14.51%,其中中国半导体测试探针 市场将从 2021 年的 18.75 亿元增至 2025 年的 32.83 亿元,期间复合增速为 15.03%。 根据 QYResearch,2022 年全球半导体测试探针市场中,前五大厂商 Feinmetall、INGUN、 Cohu、SmithsInterconnect、QATechnology 占据 55.17%市占率,国内企业中和林微纳 排名最靠前,2022 年和林微纳探针收入 1.21 亿元,按照全球/中国半导体测试探针 18.26 亿美元(汇率 1:7)、21.60 亿元,那么和林微纳在全球市占率不超过 1%,国内市占率不 超过 6%,未来国产厂商具备较大国产替代空间。

受芯片制程提升以及先进封装等因素驱动,未来半导体检测探针数量逐步变多、价值量 逐步提升是发展趋势。

第一,先进制程要求探针数量增长。随着电子设备的小型化、高性能化,集成电路向高 密度化、高精度化方向发展,芯片尺寸不断缩小,需要并行测试多个芯片(以减少测试 时间和成本)以及需要对所谓的 EWS(电子晶圆分选,这是使用探针卡的步骤)进行许 多芯片功能测试,这需要单个探针卡中的探针数量显著增加。

第二,先进制程对于探针要求提高,价值量和单价也随之提升。一方面,生产先进制程 芯片的成本大幅增加,根据国际商务战略公司(IBS),22nm 制程之后每代技术设计成 本增加均超过 50%,7nm 总设计成本为 2.98 亿美元,5nm 总设计成本为 5.42 亿美元, 预计 3nm 工艺成本将增加 5 倍,达到 15 亿美元,随着芯片设计成本大幅增长,对于有 缺陷的芯片能发现的越早越好,从设计>制造>封装测试>系统级应用,每晚发现一个环 节,芯片公司付出的成本将增加十倍。另一方面,先进制程和新兴技术对于探针的要求 更高,比如高性能 SoC 以及采用 SiP 封装工艺的芯片成为市场主流,高端 SoC 的结构复 杂、SiP 工艺在封装环节整合了各种不同的芯片,对测试探针也提出了更高的要求,如更 大的可负载电流、更小的接触阻抗、更快的测算速度等,对应探针价值量和单价提升。

第三,Chiplet(芯粒)加速发展拉动测试服务需求。Chiplet 相比传统 SoC 芯片优势明 显,能利用最合理的工艺满足数字、射频、模拟、I/O 等不同模块的技术要求,把大规模 的 SoC 按照功能分解为模块化的芯粒,在保持较高性能的同时,大幅度降低了设计复杂 程度,有效提高了芯片良率、集成度,降低芯片的设计和制造成本,加速了芯片迭代速 度。CP 测试环节,因为 Chiplet 封装成本高,为确保良率、降低成本,需要在封装前对 每一颗芯片裸片进行 CP 测试,相较于 SoC,Chiplet 对芯片 CP 测试需求按照芯片裸片数 量成倍增加;在 FT 测试环节,随着 Chiplet 从 2D 逐渐发展到 2.5D、3D,测试的难度提 升,简单测试机减少,复杂测试机增加。

2. 和林微纳:国内半导体检测探针领先者

2.1 国内半导体检测探针领先者,近两年研发投入大幅增长

公司是国内半导体检测探针行业领先者,同时微机电(MEMS)精微电子零组件也在国 际市场具备竞争力。公司团队 2008 年开始研发布局精密结构件,2017 年在国内微机电 (MEMS)精微电子零部件实现领先地位,考虑到下游客户对半导体芯片测试探针需求较 大、微机电(MEMS)精微电子零组件和测试探针生产工艺有一定的相似性,公司 2017 年组建团队布局半导体芯片测试探针业务并实现快速发展,目前是众多国际知名芯片及 半导体封测厂商的探针供应商。公司客户包括意法半导体、英伟达、亚德诺半导体、英 飞凌、博世等国际知名厂商及歌尔股份等国内知名企业。

经济环境、终端需求等因素导致 2022 年开始公司收入表现不佳,研发投入大幅提升为 未来发展提供良好基础。2019~2021 年公司收入由 1.89 亿元增至 3.70 亿元,归母净利 润由 0.13 亿元增至 1.03 亿元,但是 2022 年开始公司收入表现开始下滑,2023 年收入 2.86 亿元,同比下降 0.93%,归母净利润-0.21 亿元,同比下降 154.92%。一方面,经 济环境变动、市场需求萎缩、渠道库存冗余等原因导致公司收入下滑;另一方面,公司 盈利能力也出现大幅下滑,除消费电子终端市场景气度及需求下降导致价格下降外,公 司大力增加研发投入也是主要原因之一,公司 2021~2023 年研发费用率分别为 7.57%、 18.66%、25.26%,大力研发投入为公司长期发展提供保障。

2.2 探针:FT 探针业务困境反转,CP 探针打开新增长点

2019 年英伟达等驱动 FT 探针业务高增长,2022~2023 年受到多因素影响,2024 年 有望迎来困境反转。公司现阶段探针产品主要是 FT 探针,2019 年开始以英伟达为代表 的大客户订单持续增长,探针收入由 2019 年的 0.20 亿元增至 2021 年的 1.56 亿元,同 时毛利率也由 2019 年的 32.10%增至 2021 年的 46.39%。受经济下行、终端需求下降 影响近两年出现下滑,2023 年探针收入 0.58 亿元,同比下降 52.24%,毛利率 27.98%, 同比下降 17.54pct。2024 年一方面随着终端需求恢复,英伟达部分订单有望迎来困境反 转,另一方面公司持续拓展新客户,未来有望提供新订单。

探针具备高技术壁垒,设计技术门类多且研发周期长,公司是中高端 FT 探针中唯一一 家可以出海竞争的大陆企业,已成为众多国际知名封测厂商探针供应商。半导体芯片测 试探针行业的主要技术门槛包括半导体芯片测试探针结构设计能力、高频信号插损/回损 模拟及优化技术、微型精密冲压成型技术、微米级高光滑度表面处理技术以及探针组装 生产线,部分技术研发周期长达 3 年以上,新进入者花费 3 年以上时间突破技术门槛后, 还需要面临客户资源等问题,公司作为国内领先者有望充分受益于行业复苏。

公司研发支出和研发人员均保持快速增长趋势,新技术突破帮助提高产能、降低成本。 公司研发支出由 2018 年的 0.09 亿元提至 2023 年的 0.72 亿元,研发支出占收入比例由 2018 年的 7.88%提至 2023 年的 25.26%,研发人员数量也由 2018 年的 29 人提至 2023 年的 166 人。大力研发投入使得公司在探针新技术工艺方面不断取得突破,比如已经批 产的“微型精密半导体芯片测试探针生产制造工艺”可以大幅提升生产效率,将探针产 品每小时产能从 150 件/小时提到 650 件/小时,“半导体测试探针套筒深拉伸工艺”可以 替代进口加工件,有效降低产品成本。

公司通过定增布局用于 CP 测试的 MEMS 晶圆测试探针和基板级测试探针,两大新业 务提供新增长点。 MEMS 晶圆测试探针:和 FT 探针相比市场空间更大且壁垒更高,预计 2024 年 9 月投 产。公司定增募投项目“MEMS 工艺晶圆测试探针研发量产项目”预计 2024 年 9 月投 产,主要是 CP 测试探针。从市场空间来看,根据公司 Wind 调研纪要,全球 FT 探针市 场空间约 100 亿元,而 CP 探针市场空间高达 160-180 亿元。从产业格局来看,全球前 三大厂商 FORMFACTOR(占 50%~60%)、Technoprobe、MJC 占接近 80%市场份额, 公司处于国内领先位置,目前跟随 FORMFACTOR 做 MEMS 晶圆级测试探针。 基板级测试探针:高端基板需求增长+国产替代,预计 2024 年 9 月投产。公司定增募 投项目“基板级测试探针研发量产项目”预计 2024 年 9 月投产,基板可分为 HDI 板、 柔性板和 IC 载板等类型,未来 HDI、IC 等高端基板市场需求持续增长,全球基板级测 试探针市场空间约 30 亿元,由于国内高端基板发展较晚,且高端基本测试探针制造工艺 难度高、要求精度高、材料特性复杂,因此国内高端基板测试探针需要进口日本、韩国。 公司结合现有探针技术储备布局基板级测试探针,将填补国产行业空白。

MEMS 探针是未来芯片检测探针最优方案,公司具备国内领先 MEMS 探针技术水平、 并且具备部分海外企业不具备的制造能力,未来将充分受益于 MEMS 探针的国产化。 MEMS 探针广泛应用于全球高端晶圆测试,目前市占率达 60%。垂直探针常用的材料 包括 P7(钯银时效硬化合金)和 H3C(钯铜银合金),其中 H3C 材料金属丝直径很难做 到 25.4μm 以下,不能满足 80μm 以下间距阵列排布所需的超细直径,因此传统垂直 探针的技术瓶颈很难突破。使用 MEMS 工艺进行探针加工能够同时满足细间距、弹性测 试范围、高针数和高密度等测试需求。目前 MEMS 探针广泛用于全球高端晶圆测试,占 全球探针市场 60%左右。 公司凭借国内领先的技术优势以及相较海外企业制造端的优势,有望充分受益于高端探 针国产替代。首先在海外企业占据全球探针市场绝大多数份额的情况下,公司获得英伟 达、意法半导体、亚德诺半导体、安靠公司等企业认可,表明公司在国内探针行业技术 实现领先。跟海外企业相比公司在制造端具备一定优势,以 FT 探针为例,除原材料公司 内部可以完全闭环生产并且具备整体设计能力,而部分海外厂商不具备整体设计能力。 从毛利率角度来看,中国台湾企业颖崴和韩国企业 leeno 在公司收入快速增长的过程中 毛利率并未出现明显提升,而和林微纳随着收入大幅增长毛利率也获得大幅增长。

和林的规模效应明显,随着生产规模扩大单位成本有望下降。随着收入增长公司探针毛 利率由 2018 年的 14.86%增至 2021 年的 46.39%,其中制造费用占收入比由 2018 年 的 20.80%降至 2021 年的 2.99%,规模效应非常明显;2022 年随着探针收入下滑公司 探针毛利率也从 2021 年的 46.39%降至 2023 年的 27.98%,其中制造费用占收入比由 2021 年的 2.99%增至 2023 年的 11.49%,此外直接人工占收入比由 2021 年的 5.32% 增至 2023 年的 14.19%。

2.3 MEMS:消费电子、MR、机器人驱动成长

MEMS 是微电子领域新兴技术,产品通常可分为 MEMS 执行器和 MEMS 传感器,其中 传感器市场占比约 70%。MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)即微电子机械系统, 通过将微传感器、微执行器、微电源、机械结构、信号处理、控制电路、高性能电子集 成器件、接口、通信等子系统集成在一个微米甚至纳米级的器件上,从而达到电子产品 微型化、智能化、低成本、低能耗、易于集成和高可靠性。MEMS 执行器主要负责接收 电信号并将其转化为微动作,包括微电动机、微开关等;MEMS 传感器是一种检测装置, 将感受到的信息按规律变换成电信号或其他形式的信息输出,包括惯性传感器、压力传 感器、声学传感器、环境传感器以及光学传感器等。

MEMS 传感器在消费电子、汽车、医疗等领域广泛应用,未来具备广阔发展前景,中国 销量全球最高。由于移动互联网的推动、5G 通信网络升级、数字信息与大数据时代的到 来,MEMS 市场需求随着下游应用行业的持续发展而高速成长,汽车和消费电子行业将 继续是惯性 MEMS 的主要需求。根据 Yole,全球 MEMS 市场空间将由 2021 年的 136 亿 美元增长至 2027 年的 223 亿美元,期间复合增速为 8.59%。中国目前在全球 MEMS 销 售量占比 23.82%,排名第一。

公司 MEMS 精微电子零部件主要用于 MEMS 传感器,终端应用主要为苹果、华为、三 星、小米、OPPO 等消费电子产品。公司 MEMS 精微电子零部件包括精微屏蔽罩、精微 连接器及零部件以及精密结构件,主要用于声学传感器(微型麦克风)、光学传感器、压 力传感器等 MEMS 传感器。

MEMS 精微电子零部件收入保持稳定,毛利率受产品结构等因素持续下滑。2017 年以 来受益于苹果新产品问世、华为智能手机出货量上升以及苹果 AIRPODS 等 TWS 耳机市 场的崛起,公司 MEMS 精微电子零部件收入由 2017 年的 0.89 亿元增至 2021 年的 1.98 亿元,2022~2023 年随着市场需求波动等因素增长趋势放缓。毛利率方面,2020 年开 始公司毛利率持续下滑,主要受产品结构等因素影响。

未来公司 MEMS 精微电子零部件主要受益于消费电子新产品放量及国内大客户需求恢 复、在 MR 和机器人等新兴产业中的持续拓展。公司是国内最早一批参与国际竞争的 MEMS 精微电子零部件企业,考虑到 MEMS 精微电子零部件中的核心技术(高速拉伸冲 压技术、多排多列模具技术等)仅研发就需要布局 2-3 年甚至更久,因此公司作为国内 领先者,将充分受益于下游产品的放量。

第一,苹果 AirPods、华为 P70 等新产品放量带来公司精微屏蔽罩增长。公司精微屏蔽 罩主要用于智能手机、TWS 耳机等领域,公司产品终端用于苹果、华为、OPPO 等消费 电子产品中,预计 2024 年消费电子新产品发布将给公司精微屏蔽罩业务带来增长。苹 果方面,在售的 AirPods 系列产品中,AirPods(第二代)发布于 2019 年、AirPodsMax 发布于 2020 年、AirPods(第三代)发布于 2021 年、AirPodsPro(第二代)发布于 2022 年,2023 年未发布,2024 年苹果将会发布两款 AirPods(第四代)和新款 AirPodsMax。 华为方面,预计 P70 发布将给公司相关产品带来增长。 第二,VR/MR 未来成长空间大,公司电子零部件有望充分受益。与智能手机相比, VisionPro 定位空间计算设备,搭载全新的 VisionOS 系统,能提供 3D 界面,用户可自由 调整应用程序的大小和位置,打破传统显示屏的物理边界,未来具备很大市场空间。IDC 预测,2024 年 VR/AR 设备的出货量预计将增长 46.4%,预计 2027 年全球出货量将达 2860 万台,2023~2027 年复合增长率高达 37.2%。公司在精密屏蔽罩产品上与苹果合 作紧密,有望随着下一代 MR 产品成熟放量而同步增长。 第三,微型精密传动系统业务有望受益于机器人行业快速发展。公司成立机电事业部布 局机器人微型精密传动系统,产品包括精微齿轮及齿轮箱业务,目前针对扫地机器人研 发的精密齿轮箱总成系统,未来将成为公司重要营收组成。


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