淺談國內集成電路自動測試設備（ATE）的發展

胡忠臣

【摘要】本文涉及集成電路自動測試設備（ATE）的發展。具體探討了國內ATE設備的發展思路，結合技術、市場、配套環境及用戶環境幾個方面進行了分析，結合作者實際工作經驗，對如何突破國產中高端自動測試設備開發及應用給出了幾點建議。

【關鍵詞】集成電路測試設備 先進技術 高端人才 配套環境

一、前言

近年來，集成電路行業越來越被重視，從技術和市場的角度，國內集成電路都迎來了快速成長期，而且在國內政策和市場及其他各方面引導下，我國集成電路行業保持快速發展趨勢，產業規模也持續擴大，技術水平顯著提升。集成電路產業鏈主要包括材料、設計、設備、制造和封裝五大部分，每個部分分工明確，清晰而又復雜，環環相扣，缺一不可。本文主要探討產業鏈中設備類之一的自動測試設備（ATE）。自動測試設備的應用場合涵蓋集成電路整個產業鏈，主要包括了芯片的設計驗證，晶圓制造相關的測試和封裝完成后的最終成品測試。

二、集成電路自動測試設備（ATE）現狀

全球集成電路自動測試設備（ATE）行業基本形成了壟斷的局面，被日本和美國公司壟斷了全球近90%以上的市場，他們也有著行業最先進的技術和研發能力，但是設備價格常年保持較高。國內測試設備行業起步晚，整體規模較小，有部分低端測試設備，主要用于后道封裝測試，但對于中高端測試設備市場，依然是一片空白。

根據國際半導體協會（SEMI）統計，2017年全球集成電路測試設備銷售額45.3億美元，占所有設備比重為7.9%。過去五年，測試設備占整個集成電路設備產業的比重大致在8%-9%。據保守預計，2018年和2019年，全球測試設備每年市場規模大致在50億美元，而且隨著移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等應用領域興起，國內己經成為世界上最重要的芯片消費市場之一；同時國內各地區加大加快集成電路產業發展和建設，測試設備的需求愈來愈旺盛。

國內的ATE發展滯后和緩慢由各種原因造成，一是技術難點和開發難度。國外設備先進的技術指標和高可靠性穩定性設備不僅僅是長達幾十年的技術開發經驗的積累，更是結合應用市場和反饋需求，一次次的調試和驗證，不斷改進完善產品的性能指標和可靠穩定性。二是如此復雜的應用開發設備也需要大量的資金投入。開發周期長、資金見效慢、開發失敗率也高，很少有資本愿意涉及此行業；三是國內從事此行業的高端技術人員較少，更沒有完整的人才梯隊建設，測試設備行業對高端人才的技術和技術預見能力要求極高，既要熟知測試設備技術，同時又要具備技術和管理的交叉、技術和市場的融合等能力；也需要一定規模以上的團隊合作才有推進和突破的可能性。

綜上所述，技術水平、創新能力、資金實力、高端設計人才等方面仍存在著較大的差距。國內集成電路測試設備的匱乏極大的影響了國內集成電路行業的健康發展，如何突破國產中高端自動測試設備開發及應用一直是我們集成電路設備行業困擾的難題。

三、國內集成電路自動測試設備《ATE）發展的幾點建議

（一）技術層面

集成電路自動化測試設備的設計與實施是一項系統型工程，可以說，測試設備的最高技術指標決定著市場芯片的最高技術指標。設各系統覆蓋了機械動力、電力電子、系統軟件以及專用芯片設計等領域。系統的設計開發包含了主體框架及內部架構布局設計、控制方式設計、供電設計、冷卻控制系統設計、軟件設計、自動校準設計、監控及安全設計等各個部分，其中最核心難點和技術瓶頸主要還是在于各類功能板卡實現以及整機量產應用的穩定性及可靠性。

首先應學習國內外先進技術和加工制造工藝，通過消化吸收再創新，著重技術難點和關鍵技術瓶頸的突破和研究，了解自己的短處，學習別人的長處，在適當的情況下，引進核心關鍵技術。其次，國內很多相關企業、高校及研究型單位很早就致力于集成電路測試設備領域的技術研究與創新，如作為集成電路測試設備的技術創新的引領者和產業發展的推動者的中國科學院微電子所、北京自動測試技術研究等，每年都有著高質量專利和新技術的產出，需更有效快速地促進成果轉化，開展后續的試驗、開發應用推廣，快速形成新設備、新方法等。

（二）人才層面

擁有足夠的人才是保持競爭力的根本手段。我國集成電路產業基礎薄弱，在人才資源和投入上更與國際巨頭差距很大。短期內，引進和發掘國內外高端領軍人才，利用其長期深厚的技術積累和人才資源快速建立高效的研發技術團隊，建立技術支撐體系。長期內，注重人才的培育和培養，目前國內很多高校己開展集成電路方面的有關專業和課程，如東南大學等高校。面向國家戰略需求的方針，培養具備集成電路設備及其他方面的設計、制造、測試技術和集成系統研發能力的新型研究人才和工程技術人才，以適應國內對集成電路設計與應用人才的迫切需求。未來幾年，也將形成強大的集成電路人才梯隊。同時國內相關設備企業應當充裕發揮自身的特點，加大與大學、科研院校聯合，借助其綜合能力，迅速突破技術難點，掌握關鍵技術。

（三）配套層面

（1）加大投入資金。集成電路設備領域特點投入大，研發周期長，失敗率高，見效慢，所以很多投資方不愿涉及，的確需要國家政策支持。目前，國家大基金己致力于國內集成電路行業的發展，而且越來越多的投資方和地方資本也愿意緊跟國家政策和方向，共同培育國內集成電路相關企業。一方面解決了企業的融資難題和大量的研發資金投入，另一方面更深層次的解決產業向市場化機制過渡的問題，提升企業的竟爭實力，讓集成電路設備產業加速向市場化機制過渡。

（2）制造及用戶環境。集成電路設備屬于多品種，小批量加工，設備高度集成。從復雜飯金加工制造-->高精度機加--表面處理-->高傳輸速率線束制造加工-->多層（高達30層）PCB板加工-->高良率SMT貼片等，加工流程較繁瑣，加工工藝和技術要求高。在各個環節中不允許出現問題，成規模的加工制造商往往不愿意觸及，投入與產出不成比例，短期內帶來不了大的效益；但是中小規模的加工制造商，從設備精度、工廠管理、技術水平又達不到初始設計要求，集成電路設備制造時，往往通過不斷更改降低設計要求和參數標準來滿足加工指標。應鼓勵大中型加工制造企業涉及集成電路產業，通過項目合作和技術改進推動產業專業化配套體系發展。

除此以外，單一部件的可靠性和精度，通過不停的技術改善和加工工藝管理可以實現。但是，集成電路測試設備是高密度高精度高度集成化系統，部件種類繁多，一旦測試設備在封裝測試廠裝機量產，更不允許出現問題，MTBF需達到4000小時以上。長期保持每個部件的可靠和精度要求，維持測試設備的高穩定性和高可靠性更是難上加難。常規加工技術不能達到高要求的精度需求，需突破目前常規加工技術不能達到的精度界限，目前，設備高要求的高精度部件只能委托歐美公司加工制造。需從精密加工設備、切削刀具、加工環境、加工工件材質、加工用夾具和精密測控技術，綜合改善各個環節，逐一完善，消除木桶效應。

最后，國內集成電路設備企業要構建完善規范的測試設備研發生產體系，通過先進的運作管理機制，組建符合現代企業要求，且能對標國外先進設備廠家的質量體系，以此增強科研成果的轉化能力，降低成本、提高質量，為高可靠性穩定性的設備提供基礎條件，確保產出設備經得起時間和用戶的驗證測試；另一方面，國內封測企業用戶需接納國內設備企業，給予國內設備供應商信心，緊密地結合自動化測試設備研發制造企業和芯片設計公司、晶圓代工廠、后端封裝廠制造企業，鏈接集成電路產業鏈的上下游。

四、結論

雖然差距是存在的，但也應當看到國內集成電路設備公司的發展機遇、發展空間和發展方向。少數優秀的本土測試設備制造商正在奮起直追。本土企業中，包括上海御渡等業內少數專用測試設備制造商通過研發和技術積累，消化吸收國內外先進技術，并不斷創新改進，掌握相關核心技術，擁有自主知識產權。并且相關設備已在國內大型封測企業實現量產應用，與國外知名企業相比，國內優勢企業對客戶需求更為理解，服務方式更為靈活，產品性價比更高，具有一定的本土優勢，有信心和決心為國內集成電路的整體發展戰略提供支撐。

參考文獻：

[1]國際半導體協會（SEMI）.2017集成電路測試設備市場報告，2018.

[2]杜中一.集成電路制造技術[M].化學工業出版社，2016.