集成電路測試儀-芯片檢測設(shè)備

◆ 芯片生產(chǎn)需經(jīng)過幾百步的工藝，任何一步的錯誤都可能導(dǎo)致器件失效。因此，芯片檢測環(huán)節(jié)至關(guān)重要，采用好的芯片測試設(shè)備和方法是提高芯片制造水平的關(guān)鍵之一。同時集成電路設(shè)計是否合理、產(chǎn)品是否可靠，都需要通過集成電路的功能及參數(shù)測試才能驗證。

一、集成電路芯片測試的三大核心設(shè)備

◆ 設(shè)備制造業(yè)是集成電路的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是完成晶圓制造、封裝測試環(huán)節(jié)和實現(xiàn)集成電路技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，在集成電路生產(chǎn)線投資中設(shè)備投資達(dá)總資本支出的 80%左右（SEMI 估計）。

◆ 所需專用設(shè)備主要包括晶圓制造環(huán)節(jié)所需的光刻機、化學(xué)汽相淀積（CVD）設(shè)備、刻蝕機、離子注入機、表面處理設(shè)備等；封裝環(huán)節(jié)所需的切割減薄設(shè)備、度量缺陷檢測設(shè)備、鍵合封裝設(shè)備等；測試環(huán)節(jié)所需的測試機、分選機、探針臺等；以及其他前端工序所需的擴散、氧化及清洗設(shè)備等。 這些設(shè)備的制造需要綜合運用光學(xué)、物理、化學(xué)等科學(xué)技術(shù)，具有技術(shù)含量高、制造難度大、設(shè)備價值高等特點。

◆ 集成電路的測試設(shè)備主要包括測試機、分選機和探針臺等。作為重要的專用設(shè)備，集成電路測試設(shè)備不僅可判斷被測芯片或器件的合格性，還可提供關(guān)于設(shè)計、制造過程的薄弱環(huán)節(jié)信息，有助于提高芯片制造水平。其中：

◆ 測試機是檢測芯片功能和性能的專用設(shè)備。測試機對芯片施加輸入信號，采集被測試芯片的輸出信號與預(yù)期值進(jìn)行比較，判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。

◆ 分選機和探針臺是將芯片的引腳與測試機的功能模塊連接起來并實現(xiàn)批量自動化測試的專用設(shè)備。 在設(shè)計驗證和成品測試環(huán)節(jié)，測試機需要和分選機配合使用；在晶圓檢測環(huán)節(jié)，測試機需要和探針臺配合使用。

二、芯片測試設(shè)備的技術(shù)難點：

◆ 集成電路行業(yè)是技術(shù)密集、知識密集的高科技行業(yè)，集計算機、自動化、通信、精密電子測試和微電子等技術(shù)于一身，集成電路對可靠性、穩(wěn)定性和一致性要求較高，對生產(chǎn)設(shè)備要求較高。因此，集成電路測試設(shè)備的技術(shù)壁壘較高。

（一）測試機

◆ 隨著集成電路應(yīng)用越趨于廣，需求量越來越大，對測試成本要求越來越高，因此對測試機的測試速度要求越來越高（如源的響應(yīng)速度要求達(dá)到微秒級）；

◆ 由于集成電路參數(shù)項目越來越多，如電壓、電流、時間、溫度、電阻、電容、頻率、脈寬、占空比等，對測試機功能模塊的需求越來越多；

◆ 狀態(tài)、測試參數(shù)監(jiān)控、生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)分析等方面，結(jié)合大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，對測試機的數(shù)據(jù)存儲、采集、分析方面提出了較高的要求。

◆ 客戶對集成電路測試精度要求越來越高（微伏、微安級精度），如對測試機鉗位精度要求從1%提升至 0.25%、時間測量精度提高到微秒級，對測試機測試精度要求越趨嚴(yán)格；

◆ 集成電路產(chǎn)品門類的增加，要求測試設(shè)備具備通用化軟件開發(fā)平臺，方便客戶進(jìn)行二次應(yīng)用程序開發(fā)，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的測試需求；測試設(shè)備供應(yīng)商對設(shè)備；

（二）分選機

◆ 集成電路封裝形式的多樣性要求分選機具備對不同封裝形式集成電路進(jìn)行測試時能夠快速切換的能力，從而形成較強的柔性化生產(chǎn)能力及適應(yīng)性；

◆ 由于集成電路的小型化和集成化特征，分選機對自動化高速重復(fù)定位控制能力和測壓精度要求較高，誤差精度普遍要求在 0.01mm 等級；

◆ 分選機的批量自動化作業(yè)要求其具備較強的運行穩(wěn)定性，例如對 UPH（每小時運送集成電路數(shù)量）和 Jam Rate（故障停機比率）的要求很高；

◆ 集成電路測試對外部測試環(huán)境有一定要求，例如部分集成電路測試要求在-55—150℃的多種溫度測試環(huán)境、無磁場干擾測試環(huán)境、多種外場疊加的測試環(huán)境中進(jìn)行，如何給定相應(yīng)的測試環(huán)境是分選機技術(shù)難點。

（三）探針臺

◆ 晶圓檢測需具備多套視覺精密測量及定位系統(tǒng)，并具備視覺相互標(biāo)定、多個坐標(biāo)系互相擬合的功能；

◆ 探針臺精度要求非常嚴(yán)苛，重復(fù)定位精度要求達(dá)到 0.001mm（微米）等級；

◆ 探針臺對設(shè)備工作環(huán)境潔凈度要求較高，除需達(dá)到幾乎無人干預(yù)的全自動化作業(yè)，對傳動機構(gòu)低粉塵提出要求，還需具備氣流除塵等特殊功能。

◆ 晶圓檢測對于設(shè)備穩(wěn)定性要求較高，各個執(zhí)行器件均需進(jìn)行多余度的控制，晶圓損傷率要求控制在 1ppm（百萬分之一）以內(nèi)；

三、國內(nèi)測試設(shè)備企業(yè)快速成長

◆ 作為半導(dǎo)體行業(yè)的核心，集成電路芯片在近半個世紀(jì)里獲得快速發(fā)展。早期的集成電路企業(yè)以 IDM（Integrated DeviceManufacturing）模式為主， IDM 模式也稱為垂直集成模式，即 IC 制造商（IDM）自行設(shè)計、并將自行生產(chǎn)加工、封裝、測試后的成品芯片銷售。集成電路芯片產(chǎn)業(yè)鏈開始向?qū)I(yè)化分工的垂直分工模式發(fā)展。

◆ 隨著加工技術(shù)的日益成熟和標(biāo)準(zhǔn)化程度的不斷提高，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈開始向?qū)I(yè)化分工方向發(fā)展， 逐步形成了獨立的芯片

設(shè)計企業(yè)（Fabless）、晶圓制造代工企業(yè)（Foundry）、封裝測試企業(yè)（Package & TestingHouse），并形成了新的產(chǎn)業(yè)模式——垂直分工模式。

在垂直分工模式下，設(shè)計、制造和封裝測試分離成集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的獨立一環(huán)。

◆ 據(jù)國際半導(dǎo)體協(xié)會統(tǒng)計，從產(chǎn)業(yè)鏈分布而言， 2015 年芯片設(shè)計、晶圓制造和封裝測試的收入約占產(chǎn)業(yè)鏈整體銷售收入的 27%、 51%和 22%。目前雖然半導(dǎo)體前 20 大廠商中大部分仍為 IDM 廠商，如英特爾（Intel）、三星（Samsung）、東芝（Toshiba）、德州儀器（TI）、意法半導(dǎo)體（ST）等，但由于近年來半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)成本以及晶圓生產(chǎn)線投資成本呈指數(shù)級上揚，更多的 IDM 廠商開始采用輕晶圓制造（Fab-lite）模式，即將晶圓委托晶圓制造代工商制造，甚至直接變成獨立的芯片設(shè)計企業(yè)，如超微（AMD）、恩智浦（NXP）和瑞薩（Renesas）等，垂直分工已成為半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)營模式的發(fā)展方向。

四、半導(dǎo)體芯片行業(yè)的主要企業(yè)模式

◆ 芯片是先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，涉及信息安全，做大做強集成電路產(chǎn)業(yè)已成為國有產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略先導(dǎo)。近年來，中國集成電路技術(shù)水平與國際差距不斷縮小，產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展的軌道，其中主要包括以華為海思、紫光展銳等為核心的芯片設(shè)計公司，以中芯國際、上海華虹為代表的晶圓代工制造商，以及以華天科技、長電科技、通富微電等為龍頭的芯片封裝測試企業(yè)，此外還包括采用 IDM 模式的華潤微電子、士蘭微等。構(gòu)筑完成的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系具備實現(xiàn)集成電路專用設(shè)備進(jìn)口替代并解決國內(nèi)較大市場缺口的基礎(chǔ)。我國垂直分工模式的芯片產(chǎn)業(yè)鏈初步搭建成形，產(chǎn)業(yè)上中下游已然打通，涌現(xiàn)出一批實力較強的代表性本土企業(yè)。