集成电路测试机的挑战与趋势

迎九

摘要：介绍了集成电路测试机（ATE）面临的挑战与解决方案。

关键词：集成电路;测试;微调;trim

集成电路自动测试设备（ATE，测试机）是检测芯片功能和性能的专用设备，据SEMl预测，2019年中国测试机占据后道检测设备62.8%的份额。ATE测试的趋势是什么？电子产品世界记者访问了泰瑞达业务战略总监翟朝艳（Natalian Der）女士。

1芯片测试的新挑战

当今的半导体公司可谓重任在肩：需要在芯片上整合多种功能，有高性能指标，很短的上市时间，合理的成本，并保证质量。

过去，测试就是把一批芯片给你，你测出来哪些是好、哪些是坏。但现在这远远不够，测试环节已是芯片生产的重要环节，现在最新测试是已经发觉一些是不好的芯片，对它进行trim（微调），然后再重新测试，最后区分出好的和坏的。这种方法大大提高了良率，同时降低了芯片的测试成本。

trim现在越来越重要和普遍。因为现在芯片的工艺尺寸变得越来越小。尤其对于RF和模拟，可以微调频率、电压、电流等，例如trim达到了整个RF设计时间的40%（女口图1），有的甚至会高达50%～60%。在设计过程中，一般要进行可制造性设计（DFM），以便后面的产品修复。

为此，测试工程师面临一系列的挑战。

质量标准越来越高。在消费电子、手机和汽车电子中，汽车电子对于不良率的要求是最高的。但随着时间的推移，这3类电子产品的不良率要求都在不断地提升。与此同时，消费电子、手机产品现在也慢慢进入汽车中，所以也需要性能提高，要求也在慢慢向汽车电子靠拢（如图2）。

另一方面，芯片的光刻尺寸越来越小。随着工艺的进步，从之前28nm，一直到现在的10nm、7nm……;同时芯片集成的功能越来越多，整体尺寸越来越大。

上述2个原因集合在一起，导致缺陷率越来越高，所以trim的难度越来越大。

2）越来越短的芯片开发周期，加上越来越多的功能。消费电子例如手机的更新换代很快。同时对于汽车电子，人们认为传统汽车电子，一般有几年的设计时间。但是调查表明，68%的汽车电子芯片要在2年内完成。

3）芯片种类的多样化。现在智能手机是主流的产品，此前是计算机。现在随着新技术的开发和应用的拓展，终端产品越来越多样化，包括物联网、智能家居、AR/VR（增强现实/虚拟现实）、自动驾驶，以及5G和AI（人工智能）。尽管终端产品更多样化，但是芯片生产厂家仍希望能用一个测试平台灵活地测试各种芯片。

25G、AI和自动驾驶带来的挑战

1）5G。从前端的智能手机到后端的数据中心，每一个级别的設备都需要建设。这是机会，也带来了挑战，包括数据量、数据传播的可信度，同时收发时的功率有多大，在带内传播数据的失真度/EVM（误差向量幅度）是什么样;另外对于带外，怎么防止它不会干扰别的频段工作，……这些都是5G带来的设计和测试方面的挑战。具体地，对于手机，因为速度越来越快，所以每个手机都将成为一个超级电脑。如果5G用毫米波的波段，手机芯片的RF需要多达四五个，而不像以前1个就满足了。同时5G的时延也越来越低，使得5GN以用于大量应用。

2）AI。AI也是大大促进SoC增长的一个因素。如图3，最下面深蓝色是传统的计算，AI这几年出现。过去几年是从传统的计算转化过来的。最初AI的增长是因为云应用最多，然后慢慢地边缘设备会越来越多。最上面的绿色是AI，会促进各行各业的应用。AI给测试带来的挑战有3个：①测试的数据越来越多。②需要大电流，有的甚至高达上千安。③高速I/O接口，例如现在有的接口可以达到56Gbit/s。

3）自动驾驶。自动驾驶芯片如何提高安全性（safety）？实际上，safety从参数上要做更多的测试，不管是寿命的测试、高低温、压力测试等。同时对于参数的管控，从之前的DPPM（百万分之一的缺陷零件）变成DPPB（十亿分之一的缺陷零件）。所以在safety方面，最关键的是要把DPPM降下来，而且测试的覆盖范围要更广。

3ATE测试工具如何来应对挑战

1）灵活。例如泰瑞达采用可扩展的测试架构板卡，板卡有专门应用于模拟、RF、数字测试的。

2）测试平台多样化。

3）并行测试，即多个芯片同时测试，这样可以降低每个芯片的测试时间和成本。

4）测试环境。例如泰瑞达的IG-XL软件是图形化的界面，让设计工程师很容易上手，也能够快速、更好地完成更繁重的任务，缩短产品的上市时间。

芯片测试的客户主要分为4类：①IDM（集成器件制造商）;②晶圆厂;③设计公司;中国现在的设计公司数量很多.设计公司做完后去找晶圆厂去生产，找OSAT（外包半导体封装测试）去测试;④OSAT。 本土芯片业的特点之一是发展非常快。另外是多元化.一方面有世界领先的公司，另一方面也有比较低端的芯片公司，还有模拟、物联网等应用芯片，……每个领域的芯片都会有不同的要求，例如模拟，如果用到汽车的电源控制，电源的范围就会很宽。

如何用好ATE设备做测试？这与测试工程师的经验有一定的关系。因为芯片不一样，所以需要测的参数不一样，测试工程师编写的程序也不同。过去一些本土芯片公司刚起步，可能都不测芯片，多给客户5%的量就可以了。但是现在随着对电子产品质量的要求越来越高，尤其企业要做大做强，无法承受高缺陷率的损失。因此，测试日益受到芯片公司的重视。为了培训中国的测试工程师，泰瑞达等ATE企业和国内高校合作，把测试知识编成教材，使学生和业内人士能够很快上手。

中国的芯片公司如果想做大做强、走向世界，离不开能够给测试把关、帮助把质量做好的测试设备。