泰瑞達(dá)中國區(qū)銷售副總經(jīng)理黃飛鴻

編者按：后摩爾時(shí)代集成電路芯片的晶體管數(shù)量急劇增加，另一方面功能的集成度同樣不斷提高，都對(duì)于集成電路芯片測(cè)試解決方案提出了新的挑戰(zhàn)，測(cè)試效率和測(cè)試功能都必須滿足新的測(cè)試需求。日前，泰瑞達(dá)中國區(qū)銷售副總經(jīng)理黃飛鴻借著新測(cè)試設(shè)備的解決方案發(fā)布的機(jī)會(huì)，詳細(xì)地闡述了集成電路芯片測(cè)試的現(xiàn)狀與趨勢(shì)。

ATE測(cè)試技術(shù)發(fā)展的三個(gè)時(shí)代

集成電路芯片工藝演進(jìn)大概可以分成三個(gè)時(shí)代，而ATE測(cè)試解決方案同樣隨之演進(jìn)了若干階段。

在1990年代的時(shí)候是0.35微米和0.13微米制程，在這之前是CMOS工藝蓬勃發(fā)展的時(shí)代，實(shí)際上是半導(dǎo)體SOC芯片功能越來越強(qiáng)，在芯片上面會(huì)集成模擬的功能，包括數(shù)據(jù)接口的傳輸率也在增加。在這一時(shí)代，對(duì)于之前ATE（Automatic Test Equipment）的測(cè)試技術(shù)帶來極大的挑戰(zhàn)。原先舊的測(cè)試平臺(tái)實(shí)際上不能夠覆蓋這種新帶來的模擬和高速接口測(cè)試的需求，表現(xiàn)為對(duì)于ATE測(cè)試機(jī)要滿足日趨復(fù)雜的SOC芯片的需求，可以稱之為比拼測(cè)試機(jī)的“功能時(shí)代”。

到了2000-2015年，集成電路工藝開始進(jìn)入90納米、65納米、28納米和14納米時(shí)代。這個(gè)時(shí)代工藝越來越先進(jìn)，芯片尺寸也越來越小，它帶來了芯片上面晶體管集成度越來越高。芯片規(guī)模日趨變大之后帶來的挑戰(zhàn)是測(cè)試時(shí)間非常長(zhǎng)，測(cè)試成本在整個(gè)芯片成本之中的比例變得很高。

伴隨芯片設(shè)計(jì)工藝演進(jìn)，芯片對(duì)于ATE測(cè)試提出了更為廣泛的要求，包括標(biāo)準(zhǔn)化接口，DFT設(shè)計(jì)能力也在不斷地加強(qiáng)，只有這樣才能夠覆蓋到日趨復(fù)雜的芯片測(cè)試需求，ATE測(cè)試設(shè)備需要具備包括BIST測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)化接口測(cè)試以及越來越深的掃描測(cè)試的能力。

如果說功能時(shí)代基本上測(cè)試都是單工位測(cè)試，那么進(jìn)入這個(gè)時(shí)代單工位測(cè)試對(duì)芯片成本帶來非常大的壓力，所以對(duì)測(cè)試機(jī)提出了“同測(cè)”的要求，即要求測(cè)試機(jī)板卡集成的通道數(shù)要越來越多，能夠同時(shí)進(jìn)行2工位，4工位，8工位測(cè)試，在此這個(gè)時(shí)代也可以稱之為“資本效率時(shí)代”。

第三個(gè)時(shí)代開啟于2020年后，即集成電路工藝進(jìn)入5納米和2-3納米，而此時(shí)情況似乎開始輪回了。

這個(gè)時(shí)代晶體管上面數(shù)量的增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度超過了本身可測(cè)試設(shè)計(jì)的技術(shù)。另外，從測(cè)試機(jī)臺(tái)設(shè)備角度來看，機(jī)臺(tái)多工位測(cè)試不可能無限次增加。同時(shí)芯片的生命周期越來越短，原來消費(fèi)類芯片生命周期2年或者3年，現(xiàn)在1年就迭代，甚至對(duì)于AI芯片和AP高復(fù)雜度芯片來說也是逐年迭代，這些因素都是復(fù)雜性的因素，對(duì)于測(cè)試機(jī)要求帶來了不同領(lǐng)域，不同要求的復(fù)雜性的調(diào)整，所以這個(gè)時(shí)代可以稱之為“復(fù)雜性時(shí)代”。

“復(fù)雜性時(shí)代”帶來新挑戰(zhàn)

先進(jìn)工藝演進(jìn)會(huì)帶來哪些測(cè)試挑戰(zhàn)呢？

首先，先進(jìn)工藝芯片增加了測(cè)試時(shí)間，而ATE測(cè)試設(shè)備的效率需要提速。

先進(jìn)工藝演進(jìn)使得芯片里面晶體管數(shù)量逐漸的增加，測(cè)試要求對(duì)每個(gè)晶體管都要覆蓋，因此會(huì)極大增加整個(gè)芯片的測(cè)試時(shí)間。

對(duì)于以處理器芯片為代表的數(shù)字芯片來說，測(cè)試時(shí)間主要花費(fèi)在Scan和BIST測(cè)試。工藝尺寸越來越小，勢(shì)必帶來測(cè)試時(shí)間的增加。和2015年相比，同樣測(cè)試條件下的測(cè)試時(shí)間增加了近2.5倍，接下來可能會(huì)達(dá)到3倍的測(cè)試時(shí)間。

對(duì)于模擬和射頻芯片來說，除了芯片內(nèi)部的模擬測(cè)試外，Trim測(cè)試花費(fèi)的時(shí)間比重越來越大，就是在測(cè)試之前內(nèi)部需要先做trim調(diào)整，調(diào)整完之后，每顆芯片再進(jìn)行測(cè)試，同樣會(huì)帶來額外的測(cè)試時(shí)間。

其次，先進(jìn)工藝條件下，采用先進(jìn)工藝生產(chǎn)芯片，僅僅是測(cè)試時(shí)間增加意味著測(cè)試成本的增加，同時(shí)保證良率（yield）是對(duì)于測(cè)試技術(shù)提出的另一個(gè)挑戰(zhàn)。

當(dāng)工藝尺寸不斷縮減，初次yield對(duì)于晶圓來說是不斷下降的，但是隨著芯片程度越來越復(fù)雜，每顆芯片Die尺寸是不斷增加的，實(shí)際上它對(duì)于里面可能帶來失效的概率也在增加，所以兩個(gè)因素如果迭加起來看，對(duì)800平方毫米的die size wafer來說，可以看到初次良率跌到不足10%。

雖然消費(fèi)類集成電路產(chǎn)品所能允許的失效率較高，但是到了2020年出現(xiàn)了新的趨勢(shì)，即越來越多的消費(fèi)和手持移動(dòng)的芯片開始應(yīng)用到汽車電子領(lǐng)域。一旦應(yīng)用場(chǎng)景到了汽車場(chǎng)景之后，對(duì)于失效率的要求就會(huì)呈指數(shù)型增長(zhǎng)?，F(xiàn)在對(duì)芯片失效率要求掉10個(gè)DPM以下，甚至有些場(chǎng)景要求1個(gè)DPM。

在這兩個(gè)截然相反的趨勢(shì)下，這就要求針對(duì)集成電路芯片的ATE測(cè)試一定要測(cè)的準(zhǔn)，才能保證產(chǎn)品良率的提高。

新機(jī)臺(tái)UltraFLEXplus應(yīng)對(duì)測(cè)試挑戰(zhàn)

為了滿足后摩爾時(shí)代大規(guī)模集成電路芯片的測(cè)試新需求，泰瑞達(dá)不斷通過創(chuàng)新技術(shù)手段推出系列測(cè)試新品設(shè)備，UltraFLEXplus就是一款最新型的集成電路芯片的ATE測(cè)試平臺(tái)。

UltraFLEXplus是UltraFLEX家族的新成員，它完全基于UltraFLEX和IG-XL平臺(tái)方案的優(yōu)勢(shì)并結(jié)合了用戶新的功能需求。

黃飛鴻表示，UltraFLEXplus是對(duì)原來UltraFLEX系列很好的補(bǔ)充，并且具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

一是結(jié)構(gòu)更緊湊，采用全水冷系統(tǒng)。

UltraFLEXplus可謂使人眼前一亮，外觀特別干凈，特別緊湊，跟上一代UltraFLEX相比，感覺一下子漂亮好多，精致很多，集成度做的非常好，是全水冷系統(tǒng)。

芯片測(cè)試接口板采用Broadside技術(shù)設(shè)計(jì)，可以使這塊接口板的應(yīng)用區(qū)域更大，同時(shí)可以使接口板PCB層數(shù)做的更少。

二是全新的數(shù)字測(cè)試板卡。

測(cè)試板卡是一塊插在測(cè)試頭里面，上面有一根一根針頂?shù)叫酒瑴y(cè)試接口板，這個(gè)芯片測(cè)試接口板是根據(jù)每個(gè)芯片同測(cè)數(shù)需求專門設(shè)計(jì)的。

全新的數(shù)字測(cè)試板卡除了高密度特點(diǎn)外，還采用新的技術(shù)，包括開放式架構(gòu)，可升級(jí)的架構(gòu)，后面提到分布式控制CPU的架構(gòu)。本身來說測(cè)試效率提高，同時(shí)配合IG-XL軟件可以使工程開發(fā)時(shí)間從原來100%變成80%，也就是說在更快的時(shí)間內(nèi)，更短的時(shí)間內(nèi)，能夠開發(fā)出更優(yōu)化的測(cè)試程序。

三是獨(dú)有的PACE架構(gòu)。

PACE架構(gòu)在這一代UltraFLEXplus平臺(tái)上面所獨(dú)有采用的。在原來UltraFLEX控制結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)上面是通過中間的工作站主控電腦來控制每塊板卡的測(cè)量測(cè)試、計(jì)算、數(shù)據(jù)結(jié)果的傳送。對(duì)于新的架構(gòu)來說，依然有一臺(tái)主控電腦，但是我把真正的板卡控制全部都下放到每塊板卡上面，因?yàn)槊繅K板卡上面都有自己獨(dú)立的CPU，在這上面可以完成所有的指令的運(yùn)行。最終只要通過RESULTS BUS傳回主控電腦就可以了，這樣帶來的好處就是測(cè)試效率的提升。

截至目前， UltraFLEXplus全球裝機(jī)量已經(jīng)接近600臺(tái)，獲得了主要客戶的歡迎。