5G、人工智能、新能源等新技術的成熟驅動各行業加速數字化轉型落地，從而持續推動全球半導體行業穩步增長。根據IC Insights半導體行業報告，預計2022年全球半導體總銷售額將再增長11%，達到6806億美元的新紀錄。半導體產業的持續繁榮也讓半導體自動測試設備（ATE）的市場規模隨之水漲船高，預計2028年將達到72億美元。
ADI中國區工業市場總監蔡振宇
作為半導體產業的關鍵一環，ATE貫穿著半導體設計、制造和封裝全環節，對產品良率的監控及產品質量的判斷至關重要。然而面對當今不斷變化的IC產業，ATE測試也面臨各種新的挑戰。“芯片已經進入3nm時代，一顆芯片上承載的功能也越來越多，芯片工藝越來越復雜，這不僅意味著測試的復雜度成倍遞增，也讓芯片的良率更依賴測試的高級功能。如何才能快速且高效地完成新一代ATE方案的開發，以滿足市場對大量出貨、類型各異的半導體測試需求成為了業界亟待解決的新難題。”ADI中國區工業市場總監蔡振宇對此表示。作為在半導體領域深耕數十年的全球領先高性能半導體企業，ADI具有20多年的ATE行業經驗，擁有深厚的技術積累，推出的多款解決方案獲得業界廣泛歡迎。
半導體產業鏈“承上啟下”，自動化測試設備很關鍵
在半導體產業鏈中，一顆芯片的生命周期開始于對市場需求的分析，跟隨著產品的定義、設計和制造，封裝完成以后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測試屬于制造環節，是實現從研發到量產至關重要的一環。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于5G、IoT和云計算等半導體廠商來說變得越來越重要。”蔡振宇強調說。
依據半導體測試系統應用劃分，ATE應用的主要細分領域為存儲器、SoC、模擬、數字、分立器件和RF測試機等，無論哪種應用，ATE通常都需要完成芯片的功能測試、直流參數測試以及交流功能測試等工作，其原理是通過對芯片施加輸入信號，采集被檢測芯片的輸出信號與預期值進行比較，判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性，保證在相應的芯片制造中，產品符合客戶設計、制造要求以及市場需求。
ATE系統
由于測試方案的優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，到模塊級別的數百美元，乃至應用端級別的數千美元。“目前芯片開發周期縮短，對于流片的成功率要求非常高，任何一次失敗，對企業而言都是無法承受的。因此，在芯片設計及開發過程中需要進行充分的驗證和測試。”蔡振宇指出。
從幾大關鍵測試維度入手，打造穩定高效的ATE產品方案
隨著摩爾定律不斷發展，工藝和應用的復雜度不斷提升，半導體產業如果要做出好的產品，需要進一步重視“測試先行”。半導體工藝仍然在不斷演進，制造工藝的精細和芯片內部結構的復雜度不斷提升，一片芯片上承載的功能越來越多，芯片上的晶體管集成度越來越高，產品迭代速度也越來越快，甚至很多像AI、GPU和AP這樣高復雜度芯片都要求進行逐年迭代，使得測試和驗證的復雜程度驟增，測試時間和成本也相應增加不少。
“半導體測試機市場競爭的關鍵在于測試廣度、測試精度、測試速度，以及測試機的延展性上。測試機的測試覆蓋范圍越廣，能夠測試的項目越多，就越受客戶青睞。”蔡振宇指出。測試精度的重要指標包括測試電流、電壓、電容、時間量等參數的精度，先進設備一般能夠在電流測量上能達到皮安（pA）量級的精度，在電壓測量上達到微伏（μV）量級的精度，在電容測量上能達到0.01皮法（pF）量級的精度，在時間量測量上能達到百皮秒（pS）。測試機的延展性則主要體現在能否根據需要靈活地增加測試功能、通道和工位數。
面對這些挑戰，測試設備開發商亟需穩定的ATE解決方案，還期待有著高質量的測試覆蓋率，能夠支持更多通道，在單位時間內測試盡可能多的單元。ADI推出了ATE ASSP（專用標準產品），涵蓋了先進的集成式引腳電子器件(PE)、器件電源(DPS)和參數測量單元 (PMU)等產品，以低功耗、高集成度等優勢進一步幫助客戶提升ATE機臺的性能以及降低其成本。
其中，PE用于產生激勵待測物的信號，以此獲取待測物的反饋，所以PE芯片要求具備更高的精度。同時，集成度也是對方案的關鍵要求，例如集成引腳電子/引腳驅動器以單封裝提供關鍵的測試應用解決方案，包括數字驅動和比較功能、有源負載和每引腳參數測量單元，這些單元通過電平設置DAC進行控制。“針對國內的ATE市場應用，ADATE318和ADATE320目前應用較廣，數據速率可從600MHz到1.6GHz。其中，ADATE318比較適合數字芯片、存儲器、混合信號測試等，ADATE320的數據速率則會更高一些，更適合高速芯片的測試。”蔡振宇補充道。
然而，很多時候確定性性能的單一方案很難滿足多樣性的市場需求，產品方案設計的拓展能力很重要，例如隨著越來越多的功率或者電源的芯片測試需求遠高于AD5560提供的25V電壓和1.2A電流的范圍，客戶可以將多顆AD5560通過GaN模式級聯以獲得更大的輸出電流。此外，ADI中國應用開發團隊還基于AD5522拓展開發出了250W (±50V、5A)的高功率參考設計，很好地滿足了大功率應用需求。“我們方案的拓展能力非常受客戶歡迎。”蔡振宇透露道。
本土ATE發展面臨提速機遇，ADI中國發力助客戶成長
中國半導體行業正迎來新一輪發展機遇，市場對半導體的需求非常強勁，從而帶動一波從設計到半導體制造封測投資熱潮。在當下國內半導體產業鏈前端的制造、設計環節對國內ATE需求將得到顯著提升，豐富的產業鏈客戶也有助于國內ATE需求的穩健攀升。市場調研機構Gartner公司預測，到2025年中國芯片測試服務市場將達到550億元人民幣。
目前，國內的測試設備廠商已經在功率器件、模擬電路等特定領域測試機中占據一席之地，并正在朝速度更快，復雜度更高的測試機產品發力，相信在不久的將來，會有越來越多的國產測試機出現在芯片測試線上。“國內在模擬測試設備方面已有一定突破，面對日益擴大的中國半導體ATE市場，ADI愿意與本土的ATE廠商緊密合作，以本地決策和中國速度，響應國內半導體市場的創新需求，共同推動ATE產業的繁榮發展。”蔡振宇展望到。
