測試設(shè)備主要用于半導(dǎo)體制造過程中檢測芯片性能與缺陷，幾乎每一步主要工藝完成后都需要進(jìn)行，貫穿于整個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)的始末。
面對(duì)飛速前進(jìn)中的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，超長“待機(jī)”服務(wù)的半導(dǎo)體測試設(shè)備要如何始終走在被測芯片的前面？隨著半導(dǎo)體工藝的不斷升級(jí)和下游應(yīng)用的日益復(fù)雜，與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)密不可分的測試的角色也在不斷豐富和深化。
“承上啟下”：不斷深化的測試角色
根據(jù)不同類型芯片的測試需求的側(cè)重點(diǎn)，半導(dǎo)體測試機(jī)主要細(xì)分領(lǐng)域?yàn)榇鎯?chǔ)器、SoC、模擬、數(shù)字、分立器件和 RF測試機(jī)。從全球范圍來看，ATE市場以存儲(chǔ)器和SoC測試占據(jù)絕大部分。而國內(nèi)在模擬測試、分立器件測試等領(lǐng)域仍然有良好的市場空間。其中，SoC 測試機(jī)主要針對(duì)SoC 芯片（System on Chip）即系統(tǒng)級(jí)芯片設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)；存儲(chǔ)測試機(jī)主要針對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行測試，一般通過寫入一些數(shù)據(jù)之后在進(jìn)行讀回、校驗(yàn)進(jìn)行測試。其中，SoC 與存儲(chǔ)測試機(jī)難度最高，同時(shí)在結(jié)構(gòu)占比上也是測試機(jī)中占比最大的部分，在全球和國內(nèi)市場均在 70%左右占比。比如全球ATE頭部廠商愛德萬測試2020年年報(bào)披露，2020財(cái)年實(shí)現(xiàn)營收25.52億美元，SoC芯片測試和存儲(chǔ)器芯片測試業(yè)務(wù)占公司總收入比重81%，其中SoC芯片測試占 57%，存儲(chǔ)器芯片測試占24%，其在中國大陸及臺(tái)灣市場的銷售額超過60%。
半導(dǎo)體測試機(jī)通常要“超長”待機(jī)服務(wù)于產(chǎn)業(yè)，時(shí)間跨度往往以10年為維度計(jì)算。過去幾十年來，從技術(shù)層面看，半導(dǎo)體測試產(chǎn)業(yè)已經(jīng)很久沒有大革新了。但如今隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)駕駛等新興市場的崛起，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正被眾多驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)著進(jìn)入高速發(fā)展階段。芯片已經(jīng)進(jìn)入融合時(shí)代，直接變化就是，一顆芯片上承載的功能越來越多，芯片工藝越來越復(fù)雜，這不僅意味著測試的復(fù)雜度也將成倍遞增，也讓芯片的良率更依賴測試的高級(jí)功能。
“傳統(tǒng)測試廠商扮演的角色是告訴你某顆芯片好不好，但這一單一角色顯然已遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)下的需求。”愛德萬測試（中國）業(yè)務(wù)發(fā)展高級(jí)經(jīng)理葛樑日前對(duì)集微網(wǎng)指出，“現(xiàn)在測試設(shè)備需要提供的不只是芯片好不好，更要提供好到什么程度，不好到什么程度，問題在哪里，以及如何改進(jìn)。”
測試在整個(gè)價(jià)值鏈條所起的作用隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步正不斷發(fā)生改變。事實(shí)上，隨著芯片技術(shù)工藝復(fù)雜度的提升，測試之于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈越來越具有承上啟下的作用，角色也不斷豐富、深化。“從測試這個(gè)點(diǎn)上來看，同樣要往產(chǎn)業(yè)鏈左邊、右邊都能拓展開，向右能幫助到后面系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用，同時(shí)向左也能幫助到前面的生產(chǎn)工藝、設(shè)計(jì)等。”葛樑解釋。
值得注意的是， “Shift Left”是近年來整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始不斷討論的理念。該詞起源于軟件行業(yè)，是指在開發(fā)流程的早期發(fā)現(xiàn)并修復(fù)錯(cuò)誤，而不是在發(fā)布后的測試期間再發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，因?yàn)樵诎l(fā)布后修復(fù)這些問題的成本要高出100倍。而半導(dǎo)體行業(yè)的這一成本顯然更高。具體到半導(dǎo)體測試這一點(diǎn)上，同樣也需要這一概念。
具體來看，面向右邊的應(yīng)用端，芯片做出來以后是要裝到系統(tǒng)里面去使用，就要進(jìn)一步測試在系統(tǒng)中的表現(xiàn)是否良好。而有些時(shí)候，某顆芯片或者系統(tǒng)剛測出來時(shí)是好的，但是其中可能有些潛在的因素導(dǎo)致它在后面的可靠性不是很高，通過測試還要進(jìn)一步提供其使用壽命、可靠性程度等，這些也是要通過測試被篩選出來，尤其是在車載芯片領(lǐng)域，可靠性是最關(guān)鍵的因素。
面向產(chǎn)業(yè)鏈的左邊，測試則要反饋，IC設(shè)計(jì)的部分是否足夠好？IC設(shè)計(jì)是否能提供足夠的測試訪問能力？生產(chǎn)端是否有工藝上的問題？而產(chǎn)業(yè)鏈的后段如何對(duì)前段的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、封裝工藝等有所幫助，也是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界十分重視的部分。
越高端、越復(fù)雜的芯片對(duì)測試的依賴度越高，同時(shí)測試設(shè)備的高級(jí)功能對(duì)于5G、IoT和云計(jì)算等半導(dǎo)體廠商來說變得越來越重要。半導(dǎo)體測試設(shè)備廠商（ATE）的角色也隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而不斷蛻變升級(jí)。目前，在全球的ATE市場格局上，泰瑞達(dá)、愛德萬形成了SoC測試、存儲(chǔ)器測試、模擬信號(hào)測試、數(shù)模混合信號(hào)測試等全面的產(chǎn)品系列，同時(shí)對(duì)5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等新興趨勢進(jìn)行了積極開發(fā)布局，代表著行業(yè)前沿的水平。
以愛德萬測試為例，過去六十多年來就在不斷深化其最為測試廠商的角色——從最初的芯片級(jí)測試到系統(tǒng)級(jí)測試再延伸至端到端測試，愛德萬測試一直“在不斷進(jìn)化的半導(dǎo)體價(jià)值鏈中追求顧客價(jià)值。”
目前，愛德萬測試的產(chǎn)品已經(jīng)全面覆蓋從晶圓光刻測試到系統(tǒng)級(jí)測試再延伸至端到端測試，可以覆蓋包括存儲(chǔ)器、SoC、LCD 芯片、MCU以及傳感器IC等幾乎所有的測試。
測試永遠(yuǎn)走在芯片前面
對(duì)于測試廠商而言，不是追趕市場趨勢，更多是要去預(yù)言下一代趨勢。因?yàn)闇y試儀器必須走在被測試的芯片前面。
而如何讓待機(jī)周期超長的測試機(jī)可以始終走在前面？那就意味著高端測試機(jī)必須向可擴(kuò)展性測試平臺(tái)方向發(fā)展，靈活性、兼容性和可擴(kuò)展性是關(guān)鍵的能力。在單一平臺(tái)上，通過硬件板卡和軟件工具的演進(jìn)和拓展，不斷提高其測試能力和應(yīng)用范圍，以面對(duì)新的需求，并最大程度上保護(hù)用戶在設(shè)備和技術(shù)能力上的投入。
例如，愛德萬測試的V93000測試機(jī)于1999年最初上市。20多年來，它依舊保持著穩(wěn)定的銷售出貨。但它早已不是20多年前的那臺(tái)測試機(jī)，至今它已經(jīng)歷了Single Density、 Pin Scale、 Smart Scale、EXA Scale四代升級(jí)，以滿足不斷發(fā)展的測試需求，同時(shí)依然保持其軟硬件的用戶接口方式。
“我們通常會(huì)往前多看5年，芯片技術(shù)發(fā)展的跨代周期一般是5年。那么就要知道，5年之后的芯片需要什么樣的能力？需要測試什么？” 葛樑強(qiáng)調(diào)，而要切準(zhǔn)方向，就必須和產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)緊密溝通合作，“很多研發(fā)思路和方案其實(shí)是和產(chǎn)業(yè)鏈客戶相互激蕩產(chǎn)生的。”
集微網(wǎng)了解到，愛德萬測試制定新產(chǎn)品方向和策略的時(shí)候，通常采取一種“通專結(jié)合”的方式，也就是通用方案和專用方案相結(jié)合的模式。以存儲(chǔ)器芯片為例，大部分的存儲(chǔ)器芯片都是通用類芯片，通常公司在發(fā)布下一代存儲(chǔ)測試產(chǎn)品前都會(huì)與全球幾大存儲(chǔ)器的領(lǐng)導(dǎo)廠商做重復(fù)溝通，了解他們的需求，以保證下一代產(chǎn)品的公共性，這是“通”的部分；但同時(shí)也會(huì)考慮各個(gè)客戶獨(dú)有的需求以及各家的測試成本，去做一些定制化的方案。但是，通和專之間有時(shí)候是會(huì)轉(zhuǎn)化的。當(dāng)幾家領(lǐng)導(dǎo)廠商在比較早期的時(shí)候就采納了某一種方案，接下去很可能整個(gè)市場也都會(huì)遵循這一模式，那么一些專用的定制化方案就可能慢慢也轉(zhuǎn)變成被市場接受的通用方案。
協(xié)同開發(fā)推出解決方案逐漸成為測試廠商和產(chǎn)業(yè)鏈上下有合作的主流方向。半導(dǎo)體測試機(jī)需配套芯片的測試需求，與IC 設(shè)計(jì)廠商進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)，基于長期的開發(fā)合作，測試機(jī)廠商也能夠進(jìn)一步積累大量專利與研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，與合作的設(shè)計(jì)公司形成默契合作并逐步建立生態(tài)。
因此，早期綁定IC設(shè)計(jì)廠商進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)的測試機(jī)廠商，往往獲取訂單的概率更大，一旦進(jìn)入設(shè)計(jì)公司合作體系，將擁有顯著的客戶資源壁壘與產(chǎn)業(yè)協(xié)同壁壘。
后摩爾時(shí)代，“測試先行”重要性凸顯
但事實(shí)上，對(duì)于IC廠商而言，與測試廠商在早起就綁定聯(lián)合開發(fā)測試方案，同樣越來越關(guān)鍵。以前可能大多數(shù)人會(huì)認(rèn)為，芯片測試是客戶把產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來以后才能跟測試廠商來談測試方案，但現(xiàn)在的情況更趨于，當(dāng)他們有了一個(gè)基本的想法雛形時(shí)，就最好開始和測試廠商做深入溝通，這樣才能確保他們的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)出來或者是設(shè)計(jì)過程中，就可以建立起相應(yīng)的測試方案，可以逐步地去驗(yàn)證。
測試的價(jià)值最主要體現(xiàn)在上市時(shí)間（Time-to-Market）和成品率提升（Yield Improvement）兩個(gè)方面。檢測設(shè)備自身不會(huì)改變晶圓或芯片的質(zhì)地，但是經(jīng)過優(yōu)化的測試方法，可以在具有高測試覆蓋率的前提下，控制成本并降低在最終客戶那里的DPPM（Defective Parts Per Million），減少退貨率。
而隨著產(chǎn)業(yè)走入芯片融合時(shí)代，工藝和應(yīng)用的復(fù)雜度不斷提升之下，半導(dǎo)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”。特別是到了后摩爾時(shí)代，在工藝制程沒法更進(jìn)一步提升的情況下，先進(jìn)封裝成為業(yè)界重視的一大方向，2.5D封裝、3D封裝、SiP等這都對(duì)晶圓級(jí)測試提出了更高的要求，這也進(jìn)一步凸顯測試先行的重要性。
因?yàn)?，傳統(tǒng)來講，一塊芯片通常在晶圓級(jí)測試層面測得比較簡單，在封裝完成后會(huì)測試得比較完整。但現(xiàn)在，由于先進(jìn)封裝的復(fù)雜度大大提升，里面可能會(huì)涉及包括存儲(chǔ)、CPU、GPU等一堆芯片，而且都是價(jià)格不菲，但凡其中有一顆不好的芯片，就有可能拖累其他所有的芯片。因而在先進(jìn)封裝時(shí)代，很多測試需要提前，比如原來在后面的系統(tǒng)級(jí)測試可能要提前到晶圓級(jí)層面就要做，來保證整體的良率。
同時(shí)，隨著技術(shù)的融合發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈之間的邊界也趨于模糊化。測試廠商和半導(dǎo)體客戶之間更趨于一種“你中有我、我中有你”的狀態(tài)，需要在很早期的階段就來共同合作研發(fā)測試方案，包括整個(gè)測試流程的設(shè)計(jì)、機(jī)臺(tái)設(shè)備的調(diào)整等等。
無疑，無論從產(chǎn)品技術(shù)或是市場布局兩個(gè)維度來看，半導(dǎo)體測試的發(fā)展歷程與全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)緊密相連。芯片技術(shù)越來越復(fù)雜，也意味著測試技術(shù)還有更多成長發(fā)展的空間。
