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

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

ADI中國區工業(yè)市場(chǎng)總監蔡振宇

作為半導體產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)，ATE貫穿著(zhù)半導體設計、制造和封裝全環(huán)節，對產(chǎn)品良率的監控及產(chǎn)品質(zhì)量的判斷至關(guān)重要。然而面對當今不斷變化的IC產(chǎn)業(yè)，ATE測試也面臨各種新的挑戰?！靶酒呀?jīng)進(jìn)入3nm時(shí)代，一顆芯片上承載的功能也越來(lái)越多，芯片工藝越來(lái)越復雜，這不僅意味著(zhù)測試的復雜度成倍遞增，也讓芯片的良率更依賴(lài)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(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足市場(chǎng)對大量出貨、類(lèi)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中國區工業(yè)市場(chǎng)總監蔡振宇對此表示。作為在半導體領(lǐng)域深耕數十年的全球領(lǐng)先高性能半導體企業(yè)，ADI具有20多年的ATE行業(yè)經(jīng)驗，擁有深厚的技術(shù)積累，推出的多款解決方案獲得業(yè)界廣泛歡迎。

半導體產(chǎn)業(yè)鏈“承上啟下”，自動(dòng)化測試設備很關(guān)鍵

在半導體產(chǎn)業(yè)鏈中，一顆芯片的生命周期開(kāi)始于對市場(chǎng)需求的分析，跟隨著(zhù)產(chǎn)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(gè)流程中需要經(jīng)過(guò)多次測試?！捌渲蠥TE測試屬于制造環(huán)節，是實(shí)現從研發(fā)到量產(chǎn)至關(guān)重要的一環(huán)。越高端、功能越復雜的芯片對測試的依賴(lài)度越高，同時(shí)測試設備的各類(lèi)先進(jìn)功能對于5G、IoT和云計算等半導體廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)變得越來(lái)越重要?！辈陶裼顝娬{說(shuō)。

依據半導體測試系統應用劃分，ATE應用的主要細分領(lǐng)域為存儲器、SoC、模擬、數字、分立器件和RF測試機等，無(wú)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(guò)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(jìn)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(chǎn)品符合客戶(hù)設計、制造要求以及市場(chǎng)需求。

ATE系統

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(guān)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_(kāi)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(wú)法承受的。因此，在芯片設計及開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要進(jìn)行充分的驗證和測試?！辈陶裼钪赋?。

從幾大關(guān)鍵測試維度入手，打造穩定高效的ATE產(chǎn)品方案

隨著(zhù)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(chǎn)業(yè)如果要做出好的產(chǎn)品，需要進(jìn)一步重視“測試先行”。半導體工藝仍然在不斷演進(jìn)，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(lái)越多，芯片上的晶體管集成度越來(lái)越高，產(chǎn)品迭代速度也越來(lái)越快，甚至很多像AI、GPU和AP這樣高復雜度芯片都要求進(jìn)行逐年迭代，使得測試和驗證的復雜程度驟增，測試時(shí)間和成本也相應增加不少。

“半導體測試機市場(chǎng)競爭的關(guān)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(hù)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(shí)間量等參數的精度，先進(jìn)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(shí)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，測試設備開(kāi)發(fā)商亟需穩定的ATE解決方案，還期待有著(zhù)高質(zhì)量的測試覆蓋率，能夠支持更多通道，在單位時(shí)間內測試盡可能多的單元。ADI推出了ATE ASSP（專(zhuān)用標準產(chǎn)品），涵蓋了先進(jìn)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(chǎn)品，以低功耗、高集成度等優(yōu)勢進(jìn)一步幫助客戶(hù)提升ATE機臺的性能以及降低其成本。

引腳電子器件、器件電源和參數測量單元產(chǎn)品功能與性能定位

“針對通用的ATE應用，信號鏈比較類(lèi)似，我們已通過(guò)集成的方式將一些功能集中起來(lái)，從而降低客戶(hù)的設計難度，這是ADI做ASSP的一個(gè)主要原因。此外，ATE測試需要支持多通道，多通道并行測試時(shí)提高了測試的復雜度，需要更好性能芯片去滿(mǎn)足客戶(hù)測試機臺的需求?！辈陶裼钸@樣解釋ADI在A(yíng)TE領(lǐng)域做ASSP方案的考量，“ADI的ASSP把很多功能集成到一個(gè)芯片里，能夠進(jìn)一步幫客戶(hù)降低測試機臺的成本，提高測量密度。我們用到的多模封裝相較分立器件方案也可以進(jìn)一步幫助客戶(hù)降低成本和功耗?！?/p>

ATE數字測量的信號鏈基本框圖

其中，PE用于產(chǎn)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(shí)，集成度也是對方案的關(guān)鍵要求，例如集成引腳電子/引腳驅動(dòng)器以單封裝提供關(guān)鍵的測試應用解決方案，包括數字驅動(dòng)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(guò)電平設置DAC進(jìn)行控制?！搬槍鴥鹊腁TE市場(chǎng)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(huì )更高一些，更適合高速芯片的測試?！辈陶裼钛a充道。

ADATE3xx框圖及參數

針對更高速芯片的測量需求，ADATE334以雙通道單封裝提供關(guān)鍵的測試應用，片內集成校準寄存器的專(zhuān)用16位數模轉換器(DAC)可提供器件工作所需的所有直流電平，能夠在高精度和低功耗下支持高達2.3GHz~4.6Gbps?！拔磥?lái)ADI的PE芯片會(huì )朝著(zhù)兩個(gè)方向繼續發(fā)展，即更高速率產(chǎn)品研發(fā)，以及更多通道密度集成產(chǎn)品?！辈陶裼蠲枥L了ADI PE的關(guān)鍵演進(jìn)路線(xiàn)圖。

PMU和DPS產(chǎn)品則用于提供靈活的電壓和電流源/測量功能，以滿(mǎn)足各種成本敏感型測試應用需求。其中PMU的作用是驅動(dòng)電流進(jìn)入器件而去量測電壓或者為器件加上電壓而去量測產(chǎn)生的電流，它的集成度、測量精度和通道數是通常評估的幾個(gè)重要維度。ADI的AD5522就是一款高性能、高集成度參數測量單元，包括四個(gè)獨立的通道。每個(gè)單引腳參數測量單元(PPMU)通道包括五個(gè)16位電壓輸出DAC，可設置驅動(dòng)電壓輸入、箝位輸入和比較器輸入（高和低）的可編程輸入電平。

AD5522器件框圖

DPS用于為待測物提供可編程的電源，通常是大電流和高電壓，例如高性能、高集成度器件電源AD5560提供可編程的驅動(dòng)電壓和測量范圍。該產(chǎn)品包括所需的DAC電平，用以設置驅動(dòng)放大器的可編程輸入，還包括箝位和比較器電路、片內集成用于DAC功能的失調和增益校正功能。

AD5560器件框圖

高功率DPS／SMU產(chǎn)品方案（±50V，5A；支持4象限V/I）

然而，很多時(shí)候確定性性能的單一方案很難滿(mǎn)足多樣性的市場(chǎng)需求，產(chǎn)品方案設計的拓展能力很重要，例如隨著(zhù)越來(lái)越多的功率或者電源的芯片測試需求遠高于A(yíng)D5560提供的25V電壓和1.2A電流的范圍，客戶(hù)可以將多顆AD5560通過(guò)GaN模式級聯(lián)以獲得更大的輸出電流。此外，ADI中國應用開(kāi)發(fā)團隊還基于A(yíng)D5522拓展開(kāi)發(fā)出了250W (±50V、5A)的高功率參考設計，很好地滿(mǎn)足了大功率應用需求?！拔覀兎桨傅耐卣鼓芰Ψ浅Ｊ芸蛻?hù)歡迎?！辈陶裼钔嘎兜?。

本土ATE發(fā)展面臨提速機遇，ADI中國發(fā)力助客戶(hù)成長(cháng)

中國半導體行業(yè)正迎來(lái)新一輪發(fā)展機遇，市場(chǎng)對半導體的需求非常強勁，從而帶動(dòng)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(chǎn)業(yè)鏈前端的制造、設計環(huán)節對國內ATE需求將得到顯著(zhù)提升，豐富的產(chǎn)業(yè)鏈客戶(hù)也有助于國內ATE需求的穩健攀升。市場(chǎng)調研機構Gartner公司預測，到2025年中國芯片測試服務(wù)市場(chǎng)將達到550億元人民幣。

目前，國內的測試設備廠(chǎng)商已經(jīng)在功率器件、模擬電路等特定領(lǐng)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(chǎn)品發(fā)力，相信在不久的將來(lái)，會(huì )有越來(lái)越多的國產(chǎn)測試機出現在芯片測試線(xiàn)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(chǎng)，ADI愿意與本土的ATE廠(chǎng)商緊密合作，以本地決策和中國速度，響應國內半導體市場(chǎng)的創(chuàng )新需求，共同推動(dòng)ATE產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展?！辈陶裼钫雇?。