集成電路測試機的挑戰與趨勢

迎九

摘要：介紹了集成電路測試機（ATE）面臨的挑戰與解決方案。

關鍵詞：集成電路;測試;微調;trim

集成電路自動測試設備（ATE，測試機）是檢測芯片功能和性能的專用設備，據SEMl預測，2019年中國測試機占據后道檢測設備62.8%的份額。ATE測試的趨勢是什么？電子產品世界記者訪問了泰瑞達業務戰略總監翟朝艷（Natalian Der）女士。

1芯片測試的新挑戰

當今的半導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，很短的上市時間，合理的成本，并保證質量。

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。但現在這遠遠不夠，測試環節已是芯片生產的重要環節，現在最新測試是已經發覺一些是不好的芯片，對它進行trim（微調），然后再重新測試，最后區分出好的和壞的。這種方法大大提高了良率，同時降低了芯片的測試成本。

trim現在越來越重要和普遍。因為現在芯片的工藝尺寸變得越來越小。尤其對于RF和模擬，可以微調頻率、電壓、電流等，例如trim達到了整個RF設計時間的40%（女口圖1），有的甚至會高達50%～60%。在設計過程中，一般要進行可制造性設計（DFM），以便后面的產品修復。

為此，測試工程師面臨一系列的挑戰。

質量標準越來越高。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、手機產品現在也慢慢進入汽車中，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。隨著工藝的進步，從之前28nm，一直到現在的10nm、7nm……;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周期，加上越來越多的功能。消費電子例如手機的更新換代很快。同時對于汽車電子，人們認為傳統汽車電子，一般有幾年的設計時間。但是調查表明，68%的汽車電子芯片要在2年內完成。

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

25G、AI和自動駕駛帶來的挑戰

1）5G。從前端的智能手機到后端的數據中心，每一個級別的設備都需要建設。這是機會，也帶來了挑戰，包括數據量、數據傳播的可信度，同時收發時的功率有多大，在帶內傳播數據的失真度/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帶來的設計和測試方面的挑戰。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5GN以用于大量應用。

2）AI。AI也是大大促進SoC增長的一個因素。如圖3，最下面深藍色是傳統的計算，AI這幾年出現。過去幾年是從傳統的計算轉化過來的。最初AI的增長是因為云應用最多，然后慢慢地邊緣設備會越來越多。最上面的綠色是AI，會促進各行各業的應用。AI給測試帶來的挑戰有3個：①測試的數據越來越多。②需要大電流，有的甚至高達上千安。③高速I/O接口，例如現在有的接口可以達到56Gbit/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，最關鍵的是要把DPPM降下來，而且測試的覆蓋范圍要更廣。

3ATE測試工具如何來應對挑戰

1）靈活。例如泰瑞達采用可擴展的測試架構板卡，板卡有專門應用于模擬、RF、數字測試的。

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）測試環境。例如泰瑞達的IG-XL軟件是圖形化的界面，讓設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，縮短產品的上市時間。

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設計公司;中國現在的設計公司數量很多.設計公司做完后去找晶圓廠去生產，找OSAT（外包半導體封裝測試）去測試;④OSAT。 本土芯片業的特點之一是發展非常快。另外是多元化.一方面有世界領先的公司，另一方面也有比較低端的芯片公司，還有模擬、物聯網等應用芯片，……每個領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設備做測試？這與測試工程師的經驗有一定的關系。因為芯片不一樣，所以需要測的參數不一樣，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。但是現在隨著對電子產品質量的要求越來越高，尤其企業要做大做強，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。為了培訓中國的測試工程師，泰瑞達等ATE企業和國內高校合作，把測試知識編成教材，使學生和業內人士能夠很快上手。

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、幫助把質量做好的測試設備。