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多維度入手打造穩(wěn)定高效的自動測試設備,迎接集成電路融合時代的機遇與挑戰(zhàn)

2022-03-28
來源:ADI公司

5G、人工智能、新能源等新技術的成熟驅動各行業(yè)加速數字化轉型落地,從而持續(xù)推動全球半導體行業(yè)穩(wěn)步增長。根據IC Insights半導體行業(yè)報告,預計2022年全球半導體總銷售額將再增長11%,達到6806億美元的新紀錄。半導體產業(yè)的持續(xù)繁榮也讓半導體自動測試設備(ATE)的市場規(guī)模隨之水漲船高,預計2028年將達到72億美元。

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ADI中國區(qū)工業(yè)市場總監(jiān)蔡振宇

作為半導體產業(yè)的關鍵一環(huán),ATE貫穿著半導體設計、制造和封裝全環(huán)節(jié),對產品良率的監(jiān)控及產品質量的判斷至關重要。然而面對當今不斷變化的IC產業(yè),ATE測試也面臨各種新的挑戰(zhàn)?!靶酒呀涍M入3nm時代,一顆芯片上承載的功能也越來越多,芯片工藝越來越復雜,這不僅意味著測試的復雜度成倍遞增,也讓芯片的良率更依賴測試的高級功能。如何才能快速且高效地完成新一代ATE方案的開發(fā),以滿足市場對大量出貨、類型各異的半導體測試需求成為了業(yè)界亟待解決的新難題?!盇DI中國區(qū)工業(yè)市場總監(jiān)蔡振宇對此表示。作為在半導體領域深耕數十年的全球領先高性能半導體企業(yè),ADI具有20多年的ATE行業(yè)經驗,擁有深厚的技術積累,推出的多款解決方案獲得業(yè)界廣泛歡迎。

半導體產業(yè)鏈“承上啟下”,自動化測試設備很關鍵

在半導體產業(yè)鏈中,一顆芯片的生命周期開始于對市場需求的分析,跟隨著產品的定義、設計和制造,封裝完成以后交付到終端消費者手中,在整個流程中需要經過多次測試。“其中ATE測試屬于制造環(huán)節(jié),是實現從研發(fā)到量產至關重要的一環(huán)。越高端、功能越復雜的芯片對測試的依賴度越高,同時測試設備的各類先進功能對于5G、IoT和云計算等半導體廠商來說變得越來越重要?!辈陶裼顝娬{說。

依據半導體測試系統(tǒng)應用劃分,ATE應用的主要細分領域為存儲器、SoC、模擬、數字、分立器件和RF測試機等,無論哪種應用,ATE通常都需要完成芯片的功能測試、直流參數測試以及交流功能測試等工作,其原理是通過對芯片施加輸入信號,采集被檢測芯片的輸出信號與預期值進行比較,判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性,保證在相應的芯片制造中,產品符合客戶設計、制造要求以及市場需求。

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ATE系統(tǒng)

由于測試方案的優(yōu)劣直接影響到良率和測試成本。有資料顯示,芯片缺陷相關故障對成本的影響從IC級別的數十美元,到模塊級別的數百美元,乃至應用端級別的數千美元?!澳壳靶酒_發(fā)周期縮短,對于流片的成功率要求非常高,任何一次失敗,對企業(yè)而言都是無法承受的。因此,在芯片設計及開發(fā)過程中需要進行充分的驗證和測試。”蔡振宇指出。

從幾大關鍵測試維度入手,打造穩(wěn)定高效的ATE產品方案

隨著摩爾定律不斷發(fā)展,工藝和應用的復雜度不斷提升,半導體產業(yè)如果要做出好的產品,需要進一步重視“測試先行”。半導體工藝仍然在不斷演進,制造工藝的精細和芯片內部結構的復雜度不斷提升,一片芯片上承載的功能越來越多,芯片上的晶體管集成度越來越高,產品迭代速度也越來越快,甚至很多像AI、GPU和AP這樣高復雜度芯片都要求進行逐年迭代,使得測試和驗證的復雜程度驟增,測試時間和成本也相應增加不少。

“半導體測試機市場競爭的關鍵在于測試廣度、測試精度、測試速度,以及測試機的延展性上。測試機的測試覆蓋范圍越廣,能夠測試的項目越多,就越受客戶青睞?!辈陶裼钪赋?。測試精度的重要指標包括測試電流、電壓、電容、時間量等參數的精度,先進設備一般能夠在電流測量上能達到皮安(pA)量級的精度,在電壓測量上達到微伏(μV)量級的精度,在電容測量上能達到0.01皮法(pF)量級的精度,在時間量測量上能達到百皮秒(pS)。測試機的延展性則主要體現在能否根據需要靈活地增加測試功能、通道和工位數。

面對這些挑戰(zhàn),測試設備開發(fā)商亟需穩(wěn)定的ATE解決方案,還期待有著高質量的測試覆蓋率,能夠支持更多通道,在單位時間內測試盡可能多的單元。ADI推出了ATE ASSP(專用標準產品),涵蓋了先進的集成式引腳電子器件(PE)、器件電源(DPS)和參數測量單元 (PMU)等產品,以低功耗、高集成度等優(yōu)勢進一步幫助客戶提升ATE機臺的性能以及降低其成本。

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其中,PE用于產生激勵待測物的信號,以此獲取待測物的反饋,所以PE芯片要求具備更高的精度。同時,集成度也是對方案的關鍵要求,例如集成引腳電子/引腳驅動器以單封裝提供關鍵的測試應用解決方案,包括數字驅動和比較功能、有源負載和每引腳參數測量單元,這些單元通過電平設置DAC進行控制?!搬槍鴥鹊腁TE市場應用,ADATE318和ADATE320目前應用較廣,數據速率可從600MHz到1.6GHz。其中,ADATE318比較適合數字芯片、存儲器、混合信號測試等,ADATE320的數據速率則會更高一些,更適合高速芯片的測試?!辈陶裼钛a充道。

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然而,很多時候確定性性能的單一方案很難滿足多樣性的市場需求,產品方案設計的拓展能力很重要,例如隨著越來越多的功率或者電源的芯片測試需求遠高于AD5560提供的25V電壓和1.2A電流的范圍,客戶可以將多顆AD5560通過GaN模式級聯以獲得更大的輸出電流。此外,ADI中國應用開發(fā)團隊還基于AD5522拓展開發(fā)出了250W (±50V、5A)的高功率參考設計,很好地滿足了大功率應用需求?!拔覀兎桨傅耐卣鼓芰Ψ浅J芸蛻魵g迎?!辈陶裼钔嘎兜馈?/p>

本土ATE發(fā)展面臨提速機遇,ADI中國發(fā)力助客戶成長

中國半導體行業(yè)正迎來新一輪發(fā)展機遇,市場對半導體的需求非常強勁,從而帶動一波從設計到半導體制造封測投資熱潮。在當下國內半導體產業(yè)鏈前端的制造、設計環(huán)節(jié)對國內ATE需求將得到顯著提升,豐富的產業(yè)鏈客戶也有助于國內ATE需求的穩(wěn)健攀升。市場調研機構Gartner公司預測,到2025年中國芯片測試服務市場將達到550億元人民幣。

目前,國內的測試設備廠商已經在功率器件、模擬電路等特定領域測試機中占據一席之地,并正在朝速度更快,復雜度更高的測試機產品發(fā)力,相信在不久的將來,會有越來越多的國產測試機出現在芯片測試線上?!皣鴥仍谀M測試設備方面已有一定突破,面對日益擴大的中國半導體ATE市場,ADI愿意與本土的ATE廠商緊密合作,以本地決策和中國速度,響應國內半導體市場的創(chuàng)新需求,共同推動ATE產業(yè)的繁榮發(fā)展?!辈陶裼钫雇健?/p>

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