需求激增，半導體自動測試設備迎大考

在近日舉辦的“中國集成電路設計業(yè)2022年會暨廈門集成電路產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇”上，專家指出，隨著新興市場的不斷發(fā)展，半導體ATE（自動測試設備）迎來了千載難逢的發(fā)展機會。但是在ATE市場快速增長的同時，新興市場也給ATE產業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。

新興半導體產業(yè)需求帶動ATE市場增長

在半導體產業(yè)鏈中，一顆芯片的生命周期始于市場需求，在進行產品的定義、設計、制造、封裝后，最終交付到終端消費者手中，在整個流程中需要經過多次測試。其中ATE測試不僅在封裝后要進行，在制造環(huán)節(jié)中也同樣需要，是實現從研發(fā)到量產至關重要的一環(huán)。越高端、功能越復雜的芯片對測試的依賴度越高，同時測試設備的各類先進功能對半導體廠商來說也變得越來越重要。

隨著新興產業(yè)對半導體的需求越來越多、越來越豐富，ATE市場的增長十分迅猛。GIR調研數據顯示，2021年全球半導體ATE設備收入大約為40.7億美元，預計2028年達到50.01億美元。

數據來源：GIR調研

泰瑞達公司中國產品專家于波表示，ATE市場的快速發(fā)展，主要是受到三個新興半導體領域需求激增的帶動。其一是數據中心以及先進計算的業(yè)務，從2021年到2030年間的復合年均增長率達5%。其二是無線通信業(yè)務，隨著5G通信和下一代通信基站的不斷發(fā)展，從2021年到2030年間無線通信業(yè)務的年復合增長率達6%。其三是汽車電子，這也是半導體市場里增長最快的細分領域，從2021年到2030年間的年復合率達13%。

數據來源：泰瑞達

挑戰(zhàn)接踵而至

而誰能想象，新興市場的繁榮為ATE設備帶來巨大市場增長量的同時，也帶來了重重困難。

據了解，測試方案的優(yōu)劣直接影響到良率和測試成本。有資料顯示，芯片缺陷相關故障對成本的影響從IC級別的數十美元，增長到模塊級別的數百美元，乃至應用端級別的數千美元。此外，目前芯片開發(fā)周期縮短，對于流片的成功率要求非常高，任何一次失敗，對企業(yè)而言都是無法承受的。因此，在芯片設計及開發(fā)過程中需要進行充分的驗證和測試。

然而，由于ATE不屬于工藝設備，因此產品迭代速度較慢，單類產品生命周期較長。市場目前主流的ATE多是在同一測試技術平臺通過更換不同測試模塊來實現多種類別的測試，并提高平臺延展性。

“如今，很多玩家都很關注新興市場，這也使得這些市場的競爭開始變得非常激烈，使得市場對芯片迭代的需求越來越多，且產品的生產周期也在逐漸縮短。但是在這樣的情況下，還需要保證芯片的質量符合要求，尤其是汽車電子領域，對芯片質量要求可謂是零失誤。因此，對于芯片測試的要求也變得更加苛刻?！庇诓ㄏ颉吨袊娮訄蟆酚浾弑硎尽?/p>

要獲得更快的產品面世時間、更高的測試效率、更低的測試成本、更高的質量，一系列對于ATE的新要求已經接踵而至?！斑@些要求對ATE而言是比較矛盾的，很難同時兼?zhèn)?。此外，從測試機的開發(fā)角度而言，也會遇到很多相互制衡的因素，例如，測試機的通道數量是否夠、測試機是否能達到高的測試密度等。”于波說。

除了新興市場為ATE設備帶來的挑戰(zhàn)外，先進制程工藝芯片的測試也為ATE設備帶來了很大挑戰(zhàn)。

于波表示：“對于測試行業(yè)而言，從封裝到先進封裝，對于測試的方法并沒有太大的變化，只是從測試策略上可能有一些區(qū)別。但是隨著先進制程的發(fā)展，會給ATE設備帶來一些挑戰(zhàn)。先進制程芯片的硅片尺寸比較大，在測試時消耗的功率也比較大，用的資源也比較多，對測試機會有很大的壓力。首先，這會導致測試成本提升。其次，對測試機的各方面技術的要求也會提升，需要測試機具備更高的性能。最后，測試方式也需要有變化，需要針對先進制程開發(fā)新的測試方法?！?/p>

新的方法論破解難題

如何才能快速且高效地完成新一代ATE方案的開發(fā)，以滿足市場對大量出貨、類型各異的芯片測試需求，成為了業(yè)界亟待解決的新難題。對于ATE廠商而言，究竟如何破解？

于波表示，對于ATE廠商而言，可以從三步來解決。首先，在開發(fā)測試工具時，對于新興技術要具備一定的技術前瞻性和傾斜性，提前開發(fā)技術，從而節(jié)約成本?！笆聦嵣希瑢τ跍y試機供應商的廠商來說，無論車載芯片、工業(yè)芯片，其實測試的本質并沒有發(fā)生變化，大部分的研發(fā)是隨著市場的方向來的。但是由于最近兩三年車載市場的年復合增長率確實非常高，因此整個研發(fā)方向也會往這個方向去傾斜。對于測試行業(yè)而言，也會向這個方向傾斜，例如，提前研發(fā)出更多車載產品應用解決方案所對應的測試板卡等?！庇诓ㄕf。

其次，通過改善測試機的功能，來提升芯片測試的良率。雖然，芯片的良率大部分是由代工廠來決定，但是通過優(yōu)化測試方法，也可以提高芯片的良率，從而提升產品的面世時間。于波認為：“通過測試提升芯片良率主要有兩個方式：其一，在測試過程中修復一些設計中的缺陷，來提升邊界良率，降低報廢成本。其二，提升測試規(guī)格的精密度，減少‘誤傷’情況，把芯片測得更準?！?/p>

最后，在測試過程中，要對測試單元進行精簡，減少不必要的環(huán)節(jié)，在提升芯片測試效率的同時，還能減少不必要的成本消耗。

“在破解難題的過程中，往往也會開發(fā)出新的測試方法論甚至更深一層的合作模式。例如，在先進制程芯片的測試中，可以通過提升單位面積產出效率、加大電流及電壓等方式，來提升芯片的測試效率。此外，如今各個新興領域的競爭也進入到了白熱化的階段，各大系統廠商甚至紛紛開始自研芯片，這對于測試行業(yè)而言，更是一個很大的挑戰(zhàn)，但是也促進了我們與上游設計廠商等進行更深度的合作，提前研制出芯片測試的方式以及標準，提升芯片的生產速度。”于波表示。