測(cè)試設(shè)備主要用于半導(dǎo)體制造過(guò)程中檢測(cè)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(zhǎng)“待機(jī)”服務(wù)的半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備要如何始終走在被測(cè)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(cè)試的角色也在不斷豐富和深化。
“承上啟下”：不斷深化的測(cè)試角色
根據(jù)不同類(lèi)型芯片的測(cè)試需求的側(cè)重點(diǎn)，半導(dǎo)體測(cè)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(cè)試機(jī)。從全球范圍來(lái)看，ATE市場(chǎng)以存儲(chǔ)器和SoC測(cè)試占據(jù)絕大部分。而國(guó)內(nèi)在模擬測(cè)試、分立器件測(cè)試等領(lǐng)域仍然有良好的市場(chǎng)空間。其中，SoC 測(cè)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(cè)試系統(tǒng)；存儲(chǔ)測(cè)試機(jī)主要針對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行測(cè)試，一般通過(guò)寫(xiě)入一些數(shù)據(jù)之后在進(jìn)行讀回、校驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。其中，SoC 與存儲(chǔ)測(cè)試機(jī)難度最高，同時(shí)在結(jié)構(gòu)占比上也是測(cè)試機(jī)中占比最大的部分，在全球和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)均在 70%左右占比。比如全球ATE頭部廠(chǎng)商愛(ài)德萬(wàn)測(cè)試2020年年報(bào)披露，2020財(cái)年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收25.52億美元，SoC芯片測(cè)試和存儲(chǔ)器芯片測(cè)試業(yè)務(wù)占公司總收入比重81%，其中SoC芯片測(cè)試占 57%，存儲(chǔ)器芯片測(cè)試占24%，其在中國(guó)大陸及臺(tái)灣市場(chǎng)的銷(xiāo)售額超過(guò)60%。
半導(dǎo)體測(cè)試機(jī)通常要“超長(zhǎng)”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(guò)去幾十年來(lái)，從技術(shù)層面看，半導(dǎo)體測(cè)試產(chǎn)業(yè)已經(jīng)很久沒(méi)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(chǎng)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(lái)越多，芯片工藝越來(lái)越復(fù)雜，這不僅意味著測(cè)試的復(fù)雜度也將成倍遞增，也讓芯片的良率更依賴(lài)測(cè)試的高級(jí)功能。
“傳統(tǒng)測(cè)試廠(chǎng)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(mǎn)足當(dāng)下的需求。”愛(ài)德萬(wàn)測(cè)試（中國(guó)）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(cè)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(wèn)題在哪里，以及如何改進(jìn)。”
測(cè)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(cè)試之于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈越來(lái)越具有承上啟下的作用，角色也不斷豐富、深化。“從測(cè)試這個(gè)點(diǎn)上來(lái)看，同樣要往產(chǎn)業(yè)鏈左邊、右邊都能拓展開(kāi)，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(lái)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開(kāi)始不斷討論的理念。該詞起源于軟件行業(yè)，是指在開(kāi)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(cè)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(wèn)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(cè)試這一點(diǎn)上，同樣也需要這一概念。
具體來(lái)看，面向右邊的應(yīng)用端，芯片做出來(lái)以后是要裝到系統(tǒng)里面去使用，就要進(jìn)一步測(cè)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(cè)出來(lái)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(guò)測(cè)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(guò)測(cè)試被篩選出來(lái)，尤其是在車(chē)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(cè)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(cè)試訪(fǎng)問(wèn)能力？生產(chǎn)端是否有工藝上的問(wèn)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(cè)試的依賴(lài)度越高，同時(shí)測(cè)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(chǎng)商來(lái)說(shuō)變得越來(lái)越重要。半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備廠(chǎng)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(chǎng)格局上，泰瑞達(dá)、愛(ài)德萬(wàn)形成了SoC測(cè)試、存儲(chǔ)器測(cè)試、模擬信號(hào)測(cè)試、數(shù)?；旌闲盘?hào)測(cè)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(shì)進(jìn)行了積極開(kāi)發(fā)布局，代表著行業(yè)前沿的水平。
以愛(ài)德萬(wàn)測(cè)試為例，過(guò)去六十多年來(lái)就在不斷深化其最為測(cè)試廠(chǎng)商的角色——從最初的芯片級(jí)測(cè)試到系統(tǒng)級(jí)測(cè)試再延伸至端到端測(cè)試，愛(ài)德萬(wàn)測(cè)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(ài)德萬(wàn)測(cè)試的產(chǎn)品已經(jīng)全面覆蓋從晶圓光刻測(cè)試到系統(tǒng)級(jí)測(cè)試再延伸至端到端測(cè)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(cè)試。
測(cè)試永遠(yuǎn)走在芯片前面
對(duì)于測(cè)試廠(chǎng)商而言，不是追趕市場(chǎng)趨勢(shì)，更多是要去預(yù)言下一代趨勢(shì)。因?yàn)闇y(cè)試儀器必須走在被測(cè)試的芯片前面。
而如何讓待機(jī)周期超長(zhǎng)的測(cè)試機(jī)可以始終走在前面？那就意味著高端測(cè)試機(jī)必須向可擴(kuò)展性測(cè)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(guò)硬件板卡和軟件工具的演進(jìn)和拓展，不斷提高其測(cè)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(hù)在設(shè)備和技術(shù)能力上的投入。
例如，愛(ài)德萬(wàn)測(cè)試的V93000測(cè)試機(jī)于1999年最初上市。20多年來(lái)，它依舊保持著穩(wěn)定的銷(xiāo)售出貨。但它早已不是20多年前的那臺(tái)測(cè)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(mǎn)足不斷發(fā)展的測(cè)試需求，同時(shí)依然保持其軟硬件的用戶(hù)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(cè)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(hù)相互激蕩產(chǎn)生的。”
集微網(wǎng)了解到，愛(ài)德萬(wàn)測(cè)試制定新產(chǎn)品方向和策略的時(shí)候，通常采取一種“通專(zhuān)結(jié)合”的方式，也就是通用方案和專(zhuān)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(lèi)芯片，通常公司在發(fā)布下一代存儲(chǔ)測(cè)試產(chǎn)品前都會(huì)與全球幾大存儲(chǔ)器的領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)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(hù)獨(dú)有的需求以及各家的測(cè)試成本，去做一些定制化的方案。但是，通和專(zhuān)之間有時(shí)候是會(huì)轉(zhuǎn)化的。當(dāng)幾家領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)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(chǎng)也都會(huì)遵循這一模式，那么一些專(zhuān)用的定制化方案就可能慢慢也轉(zhuǎn)變成被市場(chǎng)接受的通用方案。
協(xié)同開(kāi)發(fā)推出解決方案逐漸成為測(cè)試廠(chǎng)商和產(chǎn)業(yè)鏈上下有合作的主流方向。半導(dǎo)體測(cè)試機(jī)需配套芯片的測(cè)試需求，與IC 設(shè)計(jì)廠(chǎng)商進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)，基于長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)合作，測(cè)試機(jī)廠(chǎng)商也能夠進(jìn)一步積累大量專(zhuān)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(chǎng)商進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)的測(cè)試機(jī)廠(chǎng)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(hù)資源壁壘與產(chǎn)業(yè)協(xié)同壁壘。
后摩爾時(shí)代，“測(cè)試先行”重要性凸顯
但事實(shí)上，對(duì)于IC廠(chǎng)商而言，與測(cè)試廠(chǎng)商在早起就綁定聯(lián)合開(kāi)發(fā)測(cè)試方案，同樣越來(lái)越關(guān)鍵。以前可能大多數(shù)人會(huì)認(rèn)為，芯片測(cè)試是客戶(hù)把產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)以后才能跟測(cè)試廠(chǎng)商來(lái)談測(cè)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(kāi)始和測(cè)試廠(chǎng)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(lái)或者是設(shè)計(jì)過(guò)程中，就可以建立起相應(yīng)的測(cè)試方案，可以逐步地去驗(yàn)證。
測(cè)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(cè)設(shè)備自身不會(huì)改變晶圓或芯片的質(zhì)地，但是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的測(cè)試方法，可以在具有高測(cè)試覆蓋率的前提下，控制成本并降低在最終客戶(hù)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(cè)試先行”。特別是到了后摩爾時(shí)代，在工藝制程沒(méi)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(cè)試提出了更高的要求，這也進(jìn)一步凸顯測(cè)試先行的重要性。
因?yàn)椋瑐鹘y(tǒng)來(lái)講，一塊芯片通常在晶圓級(jí)測(cè)試層面測(cè)得比較簡(jiǎn)單，在封裝完成后會(huì)測(cè)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(cè)試需要提前，比如原來(lái)在后面的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試可能要提前到晶圓級(jí)層面就要做，來(lái)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(cè)試廠(chǎng)商和半導(dǎo)體客戶(hù)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(lái)共同合作研發(fā)測(cè)試方案，包括整個(gè)測(cè)試流程的設(shè)計(jì)、機(jī)臺(tái)設(shè)備的調(diào)整等等。
無(wú)疑，無(wú)論從產(chǎn)品技術(shù)或是市場(chǎng)布局兩個(gè)維度來(lái)看，半導(dǎo)體測(cè)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(lái)越復(fù)雜，也意味著測(cè)試技術(shù)還有更多成長(zhǎng)發(fā)展的空間。
