據(jù)SemiAnalysis報(bào)道，美國(guó)測(cè)試公司Aehr Test Solutions開(kāi)發(fā)出名為FOX-XP的新工具以提高晶圓級(jí)老化測(cè)試效率，大大降低成本。

半導(dǎo)體制造過(guò)程相當(dāng)于是現(xiàn)代的煉金術(shù)，需要數(shù)千家公司和數(shù)萬(wàn)個(gè)工藝步驟的協(xié)同。由于其復(fù)雜性，良率是該行業(yè)關(guān)乎1000億美元的問(wèn)題。因此，制造過(guò)程需要不斷進(jìn)行關(guān)鍵狀態(tài)檢查，以支持人類(lèi)創(chuàng)造更高級(jí)的產(chǎn)品。

半導(dǎo)體行業(yè)的普通觀察者通常會(huì)過(guò)度關(guān)注荷蘭光刻機(jī)巨頭ASML和光刻，盡管這只占半導(dǎo)體制造廠總設(shè)備的約22%，計(jì)量和檢查約占工具的13%。

Aehr開(kāi)發(fā)FOX-XP工具提高效率，成本約250萬(wàn)美元

Aehr Test Solutions是美國(guó)一家擁有獨(dú)特測(cè)試解決方案的小公司，其技術(shù)用于蘋(píng)果的Face ID、英特爾硅光子學(xué)，以及最重要的SiC（碳化硅）。幾年前，該公司在SiC（碳化硅）領(lǐng)域取得了早期成功。從那時(shí)起，由于他們的工具在SiC中的迅速采用，收入和股價(jià)飆升。

由于提高了能效，SiC正迅速成為大功率電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。為了支持電動(dòng)汽車(chē)、可再生能源和儲(chǔ)能的爆炸式增長(zhǎng)，該行業(yè)正在尋求到本世紀(jì)末將晶圓產(chǎn)量從每年幾十萬(wàn)片增加到每年數(shù)百萬(wàn)片。

因?yàn)槠?chē)和基礎(chǔ)設(shè)施是已安裝基礎(chǔ)的一部分，故電氣化終端市場(chǎng)的失敗尤其具有災(zāi)難性。維護(hù)和修理需要在現(xiàn)場(chǎng)拆開(kāi)復(fù)雜的設(shè)備，這些設(shè)備在首次制造時(shí)可能在常溫下運(yùn)行良好，但如果長(zhǎng)時(shí)間暴露在更極端的環(huán)境中，故障和不規(guī)則現(xiàn)象會(huì)隨著時(shí)間的推移而頻繁出現(xiàn)。

汽車(chē)和工業(yè)供應(yīng)商需要進(jìn)行密集的測(cè)試才能成為合格的供應(yīng)商，即使合格了，也不能在測(cè)試上有所懈怠。SiC有許多與其易碎/脆性晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)的缺陷。主要來(lái)源包括襯底、外延或與摻雜相關(guān)的缺陷，例如螺紋位錯(cuò)、向內(nèi)生長(zhǎng)的堆垛層錯(cuò)和重組誘導(dǎo)的堆垛層錯(cuò)（RISF）。與其他半導(dǎo)體相比，它的良率特別低，占最終設(shè)備成本的30%左右。

每個(gè)設(shè)備的汽車(chē)測(cè)試可能持續(xù)兩到四天，測(cè)試數(shù)千臺(tái)設(shè)備所需的時(shí)間將會(huì)特別長(zhǎng)。大多數(shù)行業(yè)已經(jīng)從分立功率器件轉(zhuǎn)向多芯片模塊。在這些情況下，一個(gè)壞的die可能導(dǎo)致許多好的die失敗，在長(zhǎng)達(dá)十年故障率為1%的情況下，標(biāo)準(zhǔn)12芯模塊的故障率也將達(dá)到約15%。

大多數(shù)行業(yè)使用封裝或模塊老化來(lái)消除高價(jià)值部件的早期失效率。在升高的溫度/電壓下進(jìn)行加速壓力測(cè)試可以通過(guò)測(cè)量測(cè)試期間設(shè)備性能的任何變化來(lái)幫助清除潛在的制造缺陷，從而最大限度地減少客戶在現(xiàn)場(chǎng)擁有產(chǎn)品die的機(jī)會(huì)。

這對(duì)于IGBT和標(biāo)準(zhǔn)硅基設(shè)備領(lǐng)域來(lái)說(shuō)很好，因?yàn)槔匣瘯r(shí)間更短。但對(duì)于SiC，由于所需老化時(shí)間較長(zhǎng)，成本開(kāi)始飆升。這就是Aehr Test System的新方法，他們不是創(chuàng)建模塊級(jí)測(cè)試工具，而是制造晶圓級(jí)測(cè)試工具。

Aehr為這些晶圓級(jí)老化測(cè)試開(kāi)發(fā)了FOX-XP工具。每個(gè)晶圓可以包含多達(dá)1000個(gè)SiC器件。FOX-XP一次可以測(cè)試9到18個(gè)晶圓。FOX-XP在腔室內(nèi)執(zhí)行此操作，該腔充當(dāng)高度調(diào)節(jié)的極端溫度環(huán)境。FOX-XP工具的成本約為250萬(wàn)美元。

這些工具還必須與Aehr測(cè)試系統(tǒng)的WaferPak接觸器一起使用。WaferPak類(lèi)似于探針卡，但它不僅與晶圓接口，還承載晶圓。WaferPak被認(rèn)為是一種消耗品，因?yàn)樗鼈儗?duì)于每種設(shè)計(jì)都是獨(dú)一無(wú)二的，并且填充一個(gè)FOX-XP的成本約為150萬(wàn)美元。設(shè)計(jì)通常每隔幾年就會(huì)改變一次。

這些設(shè)計(jì)更改提高了終端市場(chǎng)功率設(shè)備的效率并降低了成本。


測(cè)試重要性凸顯，封測(cè)分離已是大勢(shì)所趨

隨著產(chǎn)品進(jìn)入高性能CPU、GPU、NPU、DSP和SoC時(shí)代，芯片內(nèi)部集成的模塊越來(lái)越多，生產(chǎn)制造過(guò)程中的失效模式也相應(yīng)增多，芯片測(cè)試的重要性凸顯，現(xiàn)有以封裝為主、測(cè)試為輔的一體化構(gòu)造已經(jīng)無(wú)法滿足測(cè)試需求，封測(cè)分離趨勢(shì)正在逐步加重。

芯片的測(cè)試主要分為三個(gè)階段：芯片設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、晶圓制造中的晶圓測(cè)試（CP測(cè)試）以及封裝完成后的成品測(cè)試（FT測(cè)試），其中CP測(cè)試和FT測(cè)試是半導(dǎo)體后道測(cè)試的核心環(huán)節(jié)。


設(shè)計(jì)驗(yàn)證

設(shè)計(jì)驗(yàn)證是采用相應(yīng)的驗(yàn)證語(yǔ)言、驗(yàn)證工具及驗(yàn)證方法，在芯片生產(chǎn)之前驗(yàn)證芯片設(shè)計(jì)是否符合芯片定義的需求規(guī)格，是否已經(jīng)完全釋放了風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)并更正了所有的缺陷。

眾所周知流片費(fèi)用高昂，在芯片生產(chǎn)過(guò)程中單單流片就占了總成本的60%。以28nm芯片為例：根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，28nm制程芯片的平均設(shè)計(jì)成本為3000萬(wàn)美元。在芯片流片之后再發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)故障基本無(wú)法更改，所以芯片設(shè)計(jì)驗(yàn)證處在流片環(huán)節(jié)的上游是減小流片損失的最優(yōu)解。

根據(jù)驗(yàn)證工具的不同可以分為EDA驗(yàn)證、FPGA原型驗(yàn)證、Emulator（仿真器）驗(yàn)證，其中EDA為主流的驗(yàn)證工具，通過(guò)軟件仿真來(lái)驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的功能行為驗(yàn)證波形，可以直觀、快速地找出功能bug。


CP測(cè)試和FT測(cè)試

CP測(cè)試在整個(gè)芯片制造過(guò)程中位于晶圓制造和封裝之間，通過(guò)在檢測(cè)頭上裝上以金線制成細(xì)如毛發(fā)的探針（probe），與晶粒上的接點(diǎn)（pad）接觸，測(cè)試其電氣特性，不合格的晶粒會(huì)被標(biāo)上記號(hào)，而后當(dāng)晶圓以晶粒為單位切割成獨(dú)立的晶粒時(shí)，標(biāo)有記號(hào)的不合格晶粒會(huì)被淘汰。

FT測(cè)試是芯片在封裝完成以后進(jìn)行的最終的功能和性能測(cè)試，是產(chǎn)品質(zhì)量控制的最后環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，CP測(cè)試的項(xiàng)目比較多也比較全，F(xiàn)T測(cè)試的項(xiàng)目比較少，但都是關(guān)鍵項(xiàng)目，條件嚴(yán)格。

CP測(cè)試與FT測(cè)試的持續(xù)時(shí)間與測(cè)試覆蓋率直接相關(guān)，測(cè)試時(shí)間越長(zhǎng)則測(cè)試覆蓋率越好。但是收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)也是根據(jù)按照測(cè)試時(shí)間而定，測(cè)試項(xiàng)越多，測(cè)試時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，費(fèi)用越高。

芯片制造過(guò)程中的測(cè)試成本約占設(shè)計(jì)費(fèi)用的5%，以28nm的3000萬(wàn)美元成本計(jì)算，測(cè)試花費(fèi)成本大概150萬(wàn)美元，這個(gè)費(fèi)用和芯片設(shè)計(jì)的總費(fèi)用相比似乎不算多，但對(duì)于一些中小規(guī)模公司來(lái)說(shuō)，芯片的測(cè)試成本已經(jīng)接近研發(fā)成本，此時(shí)就有一些公司流片完成后直接切割封裝，砍去了CP測(cè)試的環(huán)節(jié)，只做少量的封裝測(cè)試（FT測(cè)試）以減少成本。不過(guò)，這樣做的結(jié)果就是一些有故障問(wèn)題的芯片未能被檢測(cè)出來(lái)就直接裝機(jī)流向客戶。

但仔細(xì)算算，即使CP環(huán)節(jié)直接省去，總成本也降低不到5%，產(chǎn)品退回或者賠償都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于5%的成本。反觀單單流片就占了總成本的60%，倒不如在流片前加強(qiáng)質(zhì)量把控。最后，F(xiàn)T作為產(chǎn)品質(zhì)量的直接把控，如果把有功能缺陷的芯片賣(mài)給客戶，損失是極其慘重的，不僅是經(jīng)濟(jì)上的賠償，還有損信譽(yù)，對(duì)客戶回流意義重大，價(jià)值更是不可估量。

可見(jiàn)測(cè)試再也不是芯片制造的配角更不是封裝的附屬品，芯片測(cè)試非常必要，且一定要專注去做。但是這些年，由于長(zhǎng)期被迫與封裝捆綁，導(dǎo)致芯片測(cè)試業(yè)缺乏承接客戶能力，加之整個(gè)行業(yè)起步較慢，在整個(gè)發(fā)展過(guò)程中面臨諸多困難。

高端半導(dǎo)體測(cè)試機(jī)為核心資產(chǎn)

全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約千億美元。

根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì) SEMI 最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，受晶圓廠建設(shè)推動(dòng)，預(yù)計(jì)2022 年全球半導(dǎo)體制造設(shè)備總銷(xiāo)售額有望增至 1085 億美元，同比增長(zhǎng) 5.9%；預(yù)計(jì)全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模 2023 年將收縮至 912 億美元。

測(cè)試機(jī)為后道測(cè)試設(shè)備最大細(xì)分領(lǐng)域，約 38 億美元。據(jù) SEMI 統(tǒng)計(jì)，半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備 2020 年市場(chǎng)規(guī)模為 60.1 億美元，到 2022 年預(yù)計(jì)將達(dá) 80.3 億美元，兩年 CAGR 達(dá) 16%。

從測(cè)試設(shè)備結(jié)構(gòu)來(lái)看，測(cè)試機(jī)占比最大，達(dá)到 63.1%，而分選機(jī)、探針臺(tái)占比分別為 17.4%、15.2%。

測(cè)試機(jī)中，SoC 及存儲(chǔ)類(lèi)測(cè)試及應(yīng)用最廣，在全球和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)均在 70%左右結(jié)構(gòu)占比。

國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)份額主要由進(jìn)口產(chǎn)品占據(jù)。

據(jù) SEMI 統(tǒng)計(jì)，愛(ài)德萬(wàn)、泰瑞達(dá)在測(cè)試機(jī)領(lǐng)域基于長(zhǎng)期積累，合計(jì)份額超過(guò) 80%；其他主要廠商包括科休、長(zhǎng)川科技、華峰測(cè)控等。

國(guó)產(chǎn)集成電路測(cè)試設(shè)備主要集中在中低端領(lǐng)域，而高端的測(cè)試設(shè)備主要依賴于國(guó)際主流的測(cè)試設(shè)備廠商，如美國(guó)泰瑞達(dá)、日本愛(ài)德萬(wàn)，單機(jī)進(jìn)口價(jià)格動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)美元。


偉測(cè)科技的高端測(cè)試設(shè)備機(jī)臺(tái)數(shù)量在中國(guó)大陸行業(yè)領(lǐng)先，已經(jīng)成為中國(guó)大陸高端芯片測(cè)試服務(wù)的主要供應(yīng)商之一。公司現(xiàn)有機(jī)器設(shè)備以進(jìn)口設(shè)備為主，主要供應(yīng)商包括愛(ài)德萬(wàn)、泰瑞達(dá)、Semics 等國(guó)際知名測(cè)試設(shè)備廠商。


獨(dú)立第三方測(cè)試服務(wù)的優(yōu)勢(shì)與興起

集成電路產(chǎn)業(yè)早期是 IDM 垂直整合運(yùn)營(yíng)模式，代表企業(yè)如 Intel、三星等。隨著技術(shù)升級(jí)的成本越來(lái)越高以及對(duì) IC 產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率的要求提升，促使整個(gè)產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展為設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試分離的垂直分工產(chǎn)業(yè)鏈模式。

在“封測(cè)一體化”的商業(yè)模式上，集成電路行業(yè)誕生了“獨(dú)立第三方測(cè)試服務(wù)”的新模式。

獨(dú)立第三方測(cè)試企業(yè)專業(yè)從事晶圓和芯 片成品測(cè)試業(yè)務(wù)，是行業(yè)內(nèi)測(cè)試服務(wù)的主要供給方，主要服務(wù)的客戶為芯片設(shè)計(jì)公司，同 時(shí)也大量承接封測(cè)一體企業(yè)、晶圓制造企業(yè)、IDM 廠商外包的測(cè)試業(yè)務(wù)。

IDM 企業(yè)、晶圓制造企業(yè)及封測(cè)企業(yè)的 CP 測(cè)試產(chǎn)能通常較小，通常需要與第三方測(cè)試服務(wù)商合作。

1）IDM 企業(yè)覆蓋芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試全流程，通過(guò)自建封測(cè)廠滿足芯片測(cè)試需求。隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇以及先進(jìn)制程的資本性支出急劇上升，為了專注于芯片設(shè)計(jì)和晶圓制造核心環(huán)節(jié)，IDM 企業(yè)有意減少封測(cè)環(huán)節(jié)的投資，將部分測(cè)試需求外包給封測(cè)一體企業(yè)、獨(dú)立第三方測(cè)試企業(yè)來(lái)完成。

2）晶圓制造企業(yè)為了服務(wù)于內(nèi)部生產(chǎn)與 研發(fā)，通常配備少量的晶圓測(cè)試產(chǎn)能，由于產(chǎn)能較小，一旦測(cè)試需求超過(guò)晶圓代工廠的負(fù) 荷，晶圓代工廠就會(huì)考慮將晶圓測(cè)試服務(wù)外包給獨(dú)立第三方測(cè)試企業(yè)或者封測(cè)一體企業(yè)來(lái) 完成。

3）晶圓測(cè)試與封裝的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性不高，封測(cè)一體企業(yè)的晶圓測(cè)試產(chǎn)能通常較小，需要將部分晶圓測(cè)試業(yè)務(wù)外包給獨(dú)立第三方測(cè)試企業(yè)來(lái)執(zhí)行，因此與獨(dú)立第三方測(cè)試企業(yè)產(chǎn)生較為緊密的合作關(guān)系。

FT 測(cè)試方面，封測(cè)一體企業(yè)在芯片成品測(cè)試業(yè)務(wù)上與獨(dú)立第三方測(cè)試企業(yè)存在既競(jìng)爭(zhēng)又合作的關(guān)系。FT 測(cè)試與封裝的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性較大，封測(cè)一體企業(yè)較為重視該業(yè)務(wù)，但是由于測(cè)試平臺(tái)的類(lèi)型較多，封測(cè)一體企業(yè)無(wú)法做到封裝和芯片成品測(cè)試產(chǎn)能的完全匹配，需要將部分芯片成品測(cè)試外包給獨(dú)立第三方測(cè)試企業(yè)來(lái)執(zhí)行。

此外，獨(dú)立第三方測(cè)試服務(wù)模式具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 獨(dú)立第三方測(cè)試服務(wù)廠商在技術(shù)專業(yè)性和效率上的優(yōu)勢(shì)更明顯。

獨(dú)立第三方測(cè)試服務(wù)廠商將全部的人力、物力和資金專注于測(cè)試業(yè)務(wù)，而封測(cè)一體廠商的核心業(yè)務(wù)是封裝，測(cè)試業(yè)務(wù)只是占比很小的次要業(yè)務(wù)，因此無(wú)論是測(cè)試技術(shù)的專業(yè)性、測(cè)試設(shè)備的多樣性和先進(jìn)性、測(cè)試服務(wù)的效率和品質(zhì)等方面，獨(dú)立第三方測(cè)試服務(wù)廠商的優(yōu)勢(shì)更加突出。

2. 獨(dú)立第三方測(cè)試廠商的測(cè)試結(jié)果中立客觀，更受信賴。

集成電路測(cè)試本質(zhì)是對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、晶圓制造環(huán)節(jié)、芯片封裝環(huán)節(jié)的工作進(jìn)行監(jiān)督和檢驗(yàn)，封測(cè)一體企業(yè)同時(shí)提供封裝和測(cè)試服務(wù)，并且封裝業(yè)務(wù)的金額占比更大，因此在測(cè)試結(jié)果的中立性和客觀性上存在局限性，而獨(dú)立第三方測(cè)試廠商獨(dú)立于以上環(huán)節(jié)，能夠從中立的立場(chǎng)出具客觀公正的測(cè)試結(jié)果，更容易獲得芯片設(shè)計(jì)公司的信賴。