构建稳定高效的自动测试设备，迎接集成电路融合时代的机遇和挑战
5G、成熟的人工智能、新能源等新技术推动各行业加快数字化转型，不断推动全球半导体产业稳步增长。根据IC Insights据半导体行业报道，预计2022年全球半导体总销量将6806亿美元的新纪录。半导体产业的持续繁荣也让半导体自动测试设备（ATE）预计2028年将达到72亿美元。
作为半导体产业的关键环节，ATE贯穿半导体设计、制造和包装的全过程，对产品良率的监控和产品质量的判断至关重要。然而，面对今天不断变化的变化IC产业，ATE测试也面临着各种新的挑战。芯片已进入3nm在这个时代，芯片承载的功能越来越多，芯片过程也越来越复杂，这不仅意味着测试的复杂性翻了一番，而且使芯片的良率更依赖于测试的先进功能。如何快速高效地完成新一代？ATE为了满足市场对大量发货和不同类型半导体测试的需求，解决方案的开发已成为业界亟待解决的新问题。”ADI中国工业市场总监蔡振宇表示。作为全球领先的高性能半导体企业，深耕半导体领域数十年，ADI具有20多年的ATE业内经验丰富，技术积累深厚，推出的多种解决方案在业内广受欢迎。
半导体产业链“承上启下”，自动化测试设备很关键
在半导体产业链中，芯片的生命周期始于对市场需求的分析。随着产品的定义、设计和制造，包装完成后交付给终端消费者，整个过程需要多次测试。“其中ATE测试属于制造环节，是实现从研发到量产的关键环节。芯片越高端，功能越复杂，对测试的依赖就越高。同时，测试设备的各种先进功能为5G、IoT半导体制造商，如云计算，变得越来越重要。蔡振宇强调。
根据半导体测试系统的应用划分，ATE存储器是应用的主要细分，SoC、模拟、数字、分立器件和RF无论哪种应用，测试机等，ATE芯片的功能测试、直流参数测试和交流功能测试通常需要完成。其原理是通过向芯片添加输入信号来比较被测芯片的输出信号和预期值，判断芯片在不同工作条件下的功能和性能的有效性，确保产品满足客户设计、制造和市场需求。
ATE系统
由于测试方案的优缺点直接影响良率和测试成本。数据显示，芯片缺陷相关故障对成本的影响IC数十美元的级别，数百美元的模块级别，甚至数千美元的应用端级别。目前芯片开发周期缩短，对流片成功率要求很高，企业无法承受任何失败。因此，在芯片设计和开发过程中需要充分的验证和测试。蔡振宇指出。
从几大关键测试维度入手，打造稳定高效的ATE产品方案
随着摩尔定律的不断发展，工艺和应用的复杂性不断提高，半导体行业要想生产出好的产品，就需要进一步重视测试第一。半导体工艺仍在进化，制造工艺的细化和芯片内部结构的复杂性不断提高，芯片上的功能越来越多，芯片上的晶体管集成越来越高，产品迭代越来越快，甚至很多AI、GPU和AP这样高复杂度芯片都要求进行逐年迭代，使得测试和验证的复杂程度骤增，测试时间和成本也相应增加不少。
半导体测试机市场竞争的关键在于测试广度、精度、速度和延展性。测试机的测试覆盖范围越广，能测试的项目越多，越受客户青睐。蔡振宇指出。测试精度的重要指标包括测试电流、电压、电容、时间量等参数的精度。先进的设备通常可以在电流测量中实现皮安（pA）在电压测量电压测量上达到微伏（μV）在电容测量中，量级精度可达0.01皮法（pF）量级精度可以在时间测量上达到百皮秒（pS）。测试机的延展性主要体现在测试功能、通道和工位数能否根据需要灵活增加。
面对这些挑战，测试设备开发商迫切需要稳定ATE解决方案还期期待着高质量的测试覆盖率，可以支持更多的渠道，在单位时间内测试尽可能多的单元。ADI推出了ATE ASSP(专用标准产品)涵盖先进的集成引脚电子设备(PE)、器件电源(DPS)以及参数测量单元 (PMU)以低功耗、高集成高低功耗、高集成度等产品ATE降低机器性能和成本。
引脚电子设备、设备电源和参数测量单元的功能和性能定位
针对通用ATE应用程序和信号链相似。我们通过集成集中了一些功能，以降低客户的设计难度。ADI做ASSP主要原因之一。此外，ATE测试需要支持多通道，多通道并行测试提高了测试的复杂性，需要更好的性能芯片来满足客户测试机的需求。蔡振宇这样解释ADI在ATE领域做ASSP考虑计划，ADI的ASSP将许多功能集成到芯片中，可以进一步降低测试机的成本，提高测量密度。与分立设备方案相比，我们使用的多模包装可以进一步帮助客户降低成本和功耗。”
ATE数字测量信号链的基本框图
其中，PE为了获得待测物体的反馈，用于产生激励待测物体的信号PE芯片需要更高的精度。同时，集成度也是解决方案的关键要求。例如，集成引脚电子/引脚驱动器提供关键的测试应用解决方案，包括数字驱动和比较功能、有源负载和每引脚参数测量单元。这些单元通过电平设置DAC进行控制。针对国内ATE市场应用，ADATE318和ADATE320目前应用广泛，数据速率可达600MHz到1.6GHz。其中，ADATE318更适合数字芯片、存储器、混合信号测试等，ADATE320的数据速率会更高，更适合高速芯片的测试。蔡振宇补充道。
ADATE3xx框图及参数
针对更高速芯片的测量要求，ADATE334提供双通道单封装的关键测试应用，集成校准寄存器专用16位数模转换器(DAC)在高精度所需的所有直流电平都可以在高精度和低功耗下支持2.3GHz~4.6Gbps。“未来ADI的PE芯片将继续向两个方向发展，即更高速度的产品研发和更多的渠道密度集成产品。蔡振宇描绘ADI PE关键演进路线图。
PMU和DPS该产品用于提供灵活的电压和电流源/测量功能，以满足各种成本敏感测试应用的需要。其中PMU其功能是驱动电流进入装置并测量电压或测量装置加电压产生的电流。其集成度、测量精度和通道数是通常评估的几个重要维度。ADI的AD5522是一种高性能、高集成度参数测量单元，包括四个独立通道。每个单引脚参数测量单元(PPMU)该通道包括个16位电压输出DAC，可设置驱动电压输入、位置输入和比较器输入(高低)的可编程输入电平。
AD5522器件框图
DPS用于为待测物体提供可编程电源，通常是大电流和高电压，如高性能和高集成器件电源AD5560提供可编程驱动电压和测量范围。该产品包括所需的DAC电平，用以设置驱动放大器的可编程输入，还包括箝位和比较器电路、片内集成用于DAC功能障碍和增益校正功能。
AD5560器件框图
高功率DPS／SMU产品方案（±50V，5A；支持4象限V/I）
然而，在许多情况下，确定性能的单一方案很难满足多样化的市场需求。产品方案设计的扩展能力非常重要。例如，随着功率或电源芯片测试需求的增加，AD5560提供的25V电压和1.2A在电流范围内，客户可以使用多个电流AD5560通过GaN模式级联获得更大的输出电流。此外，ADI基于中国的应用开发团队AD5522发展250W (±50V、5A)高功率参考设计很好地满足了大功率应用的需求。我们计划的扩展能力非常受客户欢迎。蔡振宇透露道。
本土ATE发展面临机遇，ADI中国帮助客户成长
中国半导体行业正迎来新一轮发展机遇，市场对半导体的需求非常强劲，从而带动一波从设计到半导体制造封测投资热潮。国内半导体产业链前端的制造设计环节ATE需求将显著改善，丰富的产业链客户也将有助于国内ATE需求稳步上升。市场调研机构Gartner该公司预测，到2025年，中国芯片测试服务市场将达到550亿元。
目前，国内测试设备制造商在功率设备、模拟电路等特定领域占据了一席之地，并正朝着更快、更复杂的测试产品努力。我相信在不久的将来，越来越多的国内测试机将出现在芯片测试线上。中国在模拟测试设备方面取得了一些突破，面对中国半导体的不断扩大ATE市场，ADI愿意和本地人在一起ATE厂家紧密合作，响应国内半导体市场的创新需求，以当地决策和中国速度共同推动ATE产业繁荣发展。蔡振宇展望。