集成電路測(cè)試機(jī)的挑戰(zhàn)與趨勢(shì)

　　迎?九?（《電子產(chǎn)品世界》編輯，北京?100036）

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

　　關(guān)鍵詞：集成電路；測(cè)試；微調(diào)；trim

　　集成電路自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE，測(cè)試機(jī)）是檢測(cè)芯片功能和性能的專用設(shè)備，據(jù)SEMI預(yù)測(cè)，2019年中國(guó)測(cè)試機(jī)占據(jù)后道檢測(cè)設(shè)備62.8%的份額 ^[1] 。ATE測(cè)試的趨勢(shì)是什么？電子產(chǎn)品世界記者訪問(wèn)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(cè)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(shí)間，合理的成本，并保證質(zhì)量。

　　過(guò)去，測(cè)試就是把一批芯片給你，你測(cè)出來(lái)哪些是好、哪些是壞。但現(xiàn)在這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，測(cè)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(cè)試是已經(jīng)發(fā)覺(jué)一些是不好的芯片，對(duì)它進(jìn)行trim（微調(diào)），然后再重新測(cè)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(shí)降低了芯片的測(cè)試成本。

　　trim現(xiàn)在越來(lái)越重要和普遍。因?yàn)楝F(xiàn)在芯片的工藝尺寸變得越來(lái)越小。尤其對(duì)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(gè)RF設(shè)計(jì)時(shí)間的40%（如圖1），有的甚至?xí)哌_(dá)50%~60%。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般要進(jìn)行可制造性設(shè)計(jì)（DFM），以便后面的產(chǎn)品修復(fù)。

　　為此，測(cè)試工程師面臨一系列的挑戰(zhàn)。

　　質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高。在消費(fèi)電子、手機(jī)和汽車電子中，汽車電子對(duì)于不良率的要求是最高的。但隨著時(shí)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(shí)，消費(fèi)電子、手機(jī)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(lái)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(shí)芯片集成的功能越來(lái)越多，整體尺寸越來(lái)越大。

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

　　2）越來(lái)越短的芯片開(kāi)發(fā)周期，加上越來(lái)越多的功能。消費(fèi)電子例如手機(jī)的更新?lián)Q代很快。同時(shí)對(duì)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(jì)時(shí)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?，F(xiàn)在智能手機(jī)是主流的產(chǎn)品，此前是計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在隨著新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的拓展，終端產(chǎn)品越來(lái)越多樣化，包括物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、AR/VR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)）、自動(dòng)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(gè)測(cè)試平臺(tái)靈活地測(cè)試各種芯片。

　　2 5G、AI和自動(dòng)駕駛帶來(lái)的挑戰(zhàn)

　　1）5G。從前端的智能手機(jī)到后端的數(shù)據(jù)中心，每一個(gè)級(jí)別的設(shè)備都需要建設(shè)。這是機(jī)會(huì)，也帶來(lái)了挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)傳播的可信度，同時(shí)收發(fā)時(shí)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(duì)于帶外，怎么防止它不會(huì)干擾別的頻段工作，??這些都是5G帶來(lái)的設(shè)計(jì)和測(cè)試方面的挑戰(zhàn)。具體地，對(duì)于手機(jī)，因?yàn)樗俣仍絹?lái)越快，所以每個(gè)手機(jī)都將成為一個(gè)超級(jí)電腦。如果5G用毫米波的波段，手機(jī)芯片的RF需要多達(dá)四五個(gè)，而不像以前1個(gè)就滿足了。同時(shí)5G的時(shí)延也越來(lái)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(zhǎng)的一個(gè)因素。如圖3，最下面深藍(lán)色是傳統(tǒng)的計(jì)算，AI這幾年出現(xiàn)。過(guò)去幾年是從傳統(tǒng)的計(jì)算轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的。最初AI的增長(zhǎng)是因?yàn)樵茟?yīng)用最多，然后慢慢地邊緣設(shè)備會(huì)越來(lái)越多。最上面的綠色是AI，會(huì)促進(jìn)各行各業(yè)的應(yīng)用。AI給測(cè)試帶來(lái)的挑戰(zhàn)有3個(gè)：①測(cè)試的數(shù)據(jù)越來(lái)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(dòng)駕駛。自動(dòng)駕駛芯片如何提高安全性（safety）？實(shí)際上，safety從參數(shù)上要做更多的測(cè)試，不管是壽命的測(cè)試、高低溫、壓力測(cè)試等。同時(shí)對(duì)于參數(shù)的管控，從之前的DPPM（百萬(wàn)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(lái)，而且測(cè)試的覆蓋范圍要更廣。

　　3 ATE測(cè)試工具如何來(lái)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

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

　　2）測(cè)試平臺(tái)多樣化。

　　3）并行測(cè)試，即多個(gè)芯片同時(shí)測(cè)試，這樣可以降低每個(gè)芯片的測(cè)試時(shí)間和成本。

　　4）測(cè)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(jì)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(shí)間。

　　芯片測(cè)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(jì)公司；中國(guó)現(xiàn)在的設(shè)計(jì)公司數(shù)量很多，設(shè)計(jì)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(cè)試)去測(cè)試；④OSAT。

　　本土芯片業(yè)的特點(diǎn)之一是發(fā)展非?？?。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(gè)領(lǐng)域的芯片都會(huì)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(huì)很寬。

　　如何用好ATE設(shè)備做測(cè)試？這與測(cè)試工程師的經(jīng)驗(yàn)有一定的關(guān)系。因?yàn)樾酒灰粯樱孕枰獪y(cè)的參數(shù)不一樣，測(cè)試工程師編寫(xiě)的程序也不同。過(guò)去一些本土芯片公司剛起步，可能都不測(cè)芯片，多給客戶5%的量就可以了。但是現(xiàn)在隨著對(duì)電子產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，尤其企業(yè)要做大做強(qiáng)，無(wú)法承受高缺陷率的損失。因此，測(cè)試日益受到芯片公司的重視。為了培訓(xùn)中國(guó)的測(cè)試工程師，泰瑞達(dá)等ATE企業(yè)和國(guó)內(nèi)高校合作，把測(cè)試知識(shí)編成教材，使學(xué)生和業(yè)內(nèi)人士能夠很快上手。

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

　　參考文獻(xiàn)

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

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