集成電路測試機的挑戰(zhàn)與趨勢

　　迎?九?（《電子產(chǎn)品世界》編輯，北京?100036）

　　摘?要：介紹了集成電路測試機（ATE）面臨的挑戰(zhàn)與解決方案。

　　關(guān)鍵詞：集成電路；測試；微調(diào)；trim

　　集成電路自動測試設(shè)備（ATE，測試機）是檢測芯片功能和性能的專用設(shè)備，據(jù)SEMI預(yù)測，2019年中國測試機占據(jù)后道檢測設(shè)備62.8%的份額 ^[1] 。ATE測試的趨勢是什么？電子產(chǎn)品世界記者訪問了泰瑞達(dá)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略總監(jiān)翟朝艷（Natalian Der）女士。

　　1 芯片測試的新挑戰(zhàn)

　　當(dāng)今的半導(dǎo)體公司可謂重任在肩：需要在芯片上整合多種功能，有高性能指標(biāo)，很短的上市時間，合理的成本，并保證質(zhì)量。

　　過去，測試就是把一批芯片給你，你測出來哪些是好、哪些是壞。但現(xiàn)在這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，測試環(huán)節(jié)已是芯片生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)在最新測試是已經(jīng)發(fā)覺一些是不好的芯片，對它進(jìn)行trim（微調(diào)），然后再重新測試，最后區(qū)分出好的和壞的。這種方法大大提高了良率，同時降低了芯片的測試成本。

　　trim現(xiàn)在越來越重要和普遍。因為現(xiàn)在芯片的工藝尺寸變得越來越小。尤其對于RF和模擬，可以微調(diào)頻率、電壓、電流等，例如trim達(dá)到了整個RF設(shè)計時間的40%（如圖1），有的甚至?xí)哌_(dá)50%~60%。在設(shè)計過程中，一般要進(jìn)行可制造性設(shè)計（DFM），以便后面的產(chǎn)品修復(fù)。

　　為此，測試工程師面臨一系列的挑戰(zhàn)。

　　質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越來越高。在消費電子、手機和汽車電子中，汽車電子對于不良率的要求是最高的。但隨著時間的推移，這3類電子產(chǎn)品的不良率要求都在不斷地提升。與此同時，消費電子、手機產(chǎn)品現(xiàn)在也慢慢進(jìn)入汽車中，所以也需要性能提高，要求也在慢慢向汽車電子靠攏（如圖2）。

　　另一方面，芯片的光刻尺寸越來越小。隨著工藝的進(jìn)步，從之前28 nm，一直到現(xiàn)在的10 nm、7 nm??；同時芯片集成的功能越來越多，整體尺寸越來越大。

　　上述2個原因集合在一起，導(dǎo)致缺陷率越來越高，所以trim的難度越來越大。

　　2）越來越短的芯片開發(fā)周期，加上越來越多的功能。消費電子例如手機的更新?lián)Q代很快。同時對于汽車電子，人們認(rèn)為傳統(tǒng)汽車電子，一般有幾年的設(shè)計時間。但是調(diào)查表明，68%的汽車電子芯片要在2年內(nèi)完成。

　　3）芯片種類的多樣化。現(xiàn)在智能手機是主流的產(chǎn)品，此前是計算機。現(xiàn)在隨著新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用的拓展，終端產(chǎn)品越來越多樣化，包括物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、AR/VR（增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實）、自動駕駛，以及5G和AI（人工智能）。盡管終端產(chǎn)品更多樣化，但是芯片生產(chǎn)廠家仍希望能用一個測試平臺靈活地測試各種芯片。

　　2 5G、AI和自動駕駛帶來的挑戰(zhàn)

　　1）5G。從前端的智能手機到后端的數(shù)據(jù)中心，每一個級別的設(shè)備都需要建設(shè)。這是機會，也帶來了挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)傳播的可信度，同時收發(fā)時的功率有多大，在帶內(nèi)傳播數(shù)據(jù)的失真度/EVM（誤差向量幅度）是什么樣；另外對于帶外，怎么防止它不會干擾別的頻段工作，??這些都是5G帶來的設(shè)計和測試方面的挑戰(zhàn)。具體地，對于手機，因為速度越來越快，所以每個手機都將成為一個超級電腦。如果5G用毫米波的波段，手機芯片的RF需要多達(dá)四五個，而不像以前1個就滿足了。同時5G的時延也越來越低，使得5G可以用于大量應(yīng)用。

　　2）AI。Al也是大大促進(jìn)SoC增長的一個因素。如圖3，最下面深藍(lán)色是傳統(tǒng)的計算，AI這幾年出現(xiàn)。過去幾年是從傳統(tǒng)的計算轉(zhuǎn)化過來的。最初AI的增長是因為云應(yīng)用最多，然后慢慢地邊緣設(shè)備會越來越多。最上面的綠色是AI，會促進(jìn)各行各業(yè)的應(yīng)用。AI給測試帶來的挑戰(zhàn)有3個：①測試的數(shù)據(jù)越來越多。②需要大電流，有的甚至高達(dá)上千安。③高速I/O接口，例如現(xiàn)在有的接口可以達(dá)到56 Gbit/s。

　　3)自動駕駛。自動駕駛芯片如何提高安全性（safety）？實際上，safety從參數(shù)上要做更多的測試，不管是壽命的測試、高低溫、壓力測試等。同時對于參數(shù)的管控，從之前的DPPM（百萬分之一的缺陷零件）變成DPPB（十億分之一的缺陷零件）。所以在safety方面，最關(guān)鍵的是要把DPPM降下來，而且測試的覆蓋范圍要更廣。

　　3 ATE測試工具如何來應(yīng)對挑戰(zhàn)

　　1)靈活。例如泰瑞達(dá)采用可擴展的測試架構(gòu)——板卡，板卡有專門應(yīng)用于模擬、RF、數(shù)字測試的。

　　2）測試平臺多樣化。

　　3）并行測試，即多個芯片同時測試，這樣可以降低每個芯片的測試時間和成本。

　　4）測試環(huán)境。例如泰瑞達(dá)的IG-XL軟件是圖形化的界面，讓設(shè)計工程師很容易上手，也能夠快速、更好地完成更繁重的任務(wù)，縮短產(chǎn)品的上市時間。

　　芯片測試的客戶主要分為4類：①IDM（集成器件制造商）；②晶圓廠；③設(shè)計公司；中國現(xiàn)在的設(shè)計公司數(shù)量很多，設(shè)計公司做完后去找晶圓廠去生產(chǎn)，找OSAT(外包半導(dǎo)體封裝測試)去測試；④OSAT。

　　本土芯片業(yè)的特點之一是發(fā)展非常快。另外是多元化，一方面有世界領(lǐng)先的公司，另一方面也有比較低端的芯片公司，還有模擬、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用芯片，??每個領(lǐng)域的芯片都會有不同的要求，例如模擬，如果用到汽車的電源控制，電源的范圍就會很寬。

　　如何用好ATE設(shè)備做測試？這與測試工程師的經(jīng)驗有一定的關(guān)系。因為芯片不一樣，所以需要測的參數(shù)不一樣，測試工程師編寫的程序也不同。過去一些本土芯片公司剛起步，可能都不測芯片，多給客戶5%的量就可以了。但是現(xiàn)在隨著對電子產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，尤其企業(yè)要做大做強，無法承受高缺陷率的損失。因此，測試日益受到芯片公司的重視。為了培訓(xùn)中國的測試工程師，泰瑞達(dá)等ATE企業(yè)和國內(nèi)高校合作，把測試知識編成教材，使學(xué)生和業(yè)內(nèi)人士能夠很快上手。

　　中國的芯片公司如果想做大做強、走向世界，離不開能夠給測試把關(guān)、幫助把質(zhì)量做好的測試設(shè)備。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]李丹.中國集成電路測試設(shè)備市場概況及預(yù)測.電子產(chǎn)品世界,2019(10):4-7.

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第01期第9頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。