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集成电路测试仪-芯片检测设备

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集成电路检测仪芯片检测设备


◆ 芯片生产需经过几百步的工艺,任何一步的错误都可能导致器件失效。因此,芯片检测环节至关重要,采用好的芯片测试设备和方法是提高芯片制造水平的关键之一。同时集成电路设计是否合理、产品是否可靠,都需要通过集成电路的功能及参数测试才能验证。

 

一、集成电路芯片测试的三大核心设备

 

◆ 设备制造业是集成电路的基础产业,是完成晶圆制造、封装测试环节和实现集成电路技术进步的关键,在集成电路生产线投资中设备投资达总资本支出的 80%左右(SEMI 估计)。

 

◆ 所需专用设备主要包括晶圆制造环节所需的光刻机、化学汽相淀积(CVD)设备、刻蚀机、离子注入机、表面处理设备等;封装环节所需的切割减薄设备、度量缺陷检测设备、键合封装设备等;测试环节所需的测试机、分选机、探针台等;以及其他前端工序所需的扩散、氧化及清洗设备等。 这些设备的制造需要综合运用光学、物理、化学等科学技术,具有技术含量高、制造难度大、设备价值高等特点。

 

 

◆ 集成电路的测试设备主要包括测试机、分选机和探针台等。作为重要的专用设备,集成电路测试设备不仅可判断被测芯片或器件的合格性,还可提供关于设计、制造过程的薄弱环节信息,有助于提高芯片制造水平。其中:

 

◆ 测试机是检测芯片功能和性能的专用设备。测试机对芯片施加输入信号,采集被测试芯片的输出信号与预期值进行比较,判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性。

 

◆ 分选机和探针台是将芯片的引脚与测试机的功能模块连接起来并实现批量自动化测试的专用设备。 在设计验证和成品测试环节,测试机需要和分选机配合使用;在晶圆检测环节,测试机需要和探针台配合使用。

 

二、芯片测试设备的技术难点:

 

◆ 集成电路行业是技术密集、知识密集的高科技行业,集计算机、自动化、通信、精密电子测试和微电子等技术于一身,集成电路对可靠性、稳定性和一致性要求较高,对生产设备要求较高。因此,集成电路测试设备的技术壁垒较高。

 

(一)测试机

 

◆ 随着集成电路应用越趋于广,需求量越来越大,对测试成本要求越来越高,因此对测试机的测试速度要求越来越高(如源的响应速度要求达到微秒级);

◆ 由于集成电路参数项目越来越多,如电压、电流、时间、温度、电阻、电容、频率、脉宽、占空比等,对测试机功能模块的需求越来越多;

◆ 状态、测试参数监控、生产质量数据分析等方面,结合大数据的应用,对测试机的数据存储、采集、分析方面提出了较高的要求。

◆ 客户对集成电路测试精度要求越来越高(微伏、微安级精度),如对测试机钳位精度要求从1%提升至 0.25%、时间测量精度提高到微秒级,对测试机测试精度要求越趋严格;

◆ 集成电路产品门类的增加,要求测试设备具备通用化软件开发平台,方便客户进行二次应用程序开发,以适应不同产品的测试需求;测试设备供应商对设备;

 

(二)分选机

 

◆ 集成电路封装形式的多样性要求分选机具备对不同封装形式集成电路进行测试时能够快速切换的能力,从而形成较强的柔性化生产能力及适应性;

◆ 由于集成电路的小型化和集成化特征,分选机对自动化高速重复定位控制能力和测压精度要求较高,误差精度普遍要求在 0.01mm 等级;

◆ 分选机的批量自动化作业要求其具备较强的运行稳定性,例如对 UPH(每小时运送集成电路数量)和 Jam Rate(故障停机比率)的要求很高;

◆ 集成电路测试对外部测试环境有一定要求,例如部分集成电路测试要求在-55—150℃的多种温度测试环境、无磁场干扰测试环境、多种外场叠加的测试环境中进行,如何给定相应的测试环境是分选机技术难点。

 

(三)探针台

 

◆ 晶圆检测需具备多套视觉精密测量及定位系统,并具备视觉相互标定、多个坐标系互相拟合的功能;

◆ 探针台精度要求非常严苛,重复定位精度要求达到 0.001mm(微米)等级;

◆ 探针台对设备工作环境洁净度要求较高,除需达到几乎无人干预的全自动化作业,对传动机构低粉尘提出要求,还需具备气流除尘等特殊功能。

◆ 晶圆检测对于设备稳定性要求较高,各个执行器件均需进行多余度的控制,晶圆损伤率要求控制在 1ppm(百万分之一)以内;

 

三、国内测试设备企业快速成长

 

◆ 作为半导体行业的核心,集成电路芯片在近半个世纪里获得快速发展。早期的集成电路企业以 IDM(Integrated DeviceManufacturing)模式为主, IDM 模式也称为垂直集成模式,即 IC 制造商(IDM)自行设计、并将自行生产加工、封装、测试后的成品芯片销售。集成电路芯片产业链开始向专业化分工的垂直分工模式发展。

 

◆ 随着加工技术的日益成熟和标准化程度的不断提高,集成电路产业链开始向专业化分工方向发展, 逐步形成了独立的芯片

设计企业(Fabless)、晶圆制造代工企业(Foundry)、封装测试企业(Package & TestingHouse),并形成了新的产业模式——垂直分工模式。

在垂直分工模式下,设计、制造和封装测试分离成集成电路产业链中的独立一环。

 

◆ 据国际半导体协会统计,从全球产业链分布而言, 2015 年芯片设计、晶圆制造和封装测试的收入约占产业链整体销售收入的 27%、 51%和 22%。目前虽然全球半导体前 20 大厂商中大部分仍为 IDM 厂商,如英特尔(Intel)、三星(Samsung)、东芝(Toshiba)、德州仪器(TI)、意法半导体(ST)等,但由于近年来半导体技术研发成本以及晶圆生产线投资成本呈指数级上扬,更多的 IDM 厂商开始采用轻晶圆制造(Fab-lite)模式,即将晶圆委托晶圆制造代工商制造,甚至直接变成独立的芯片设计企业,如超微(AMD)、恩智浦(NXP)和瑞萨(Renesas)等,垂直分工已成为半导体行业经营模式的发展方向。

 

四、半导体芯片行业的主要企业模式

 

◆ 芯片是先导性、基础性产业,涉及信息安全,做大做强集成电路产业已成为国有产业转型的战略先导。近年来,中国集成电路技术水平与国际差距不断缩小,产业已经进入快速发展的轨道,其中主要包括以华为海思、紫光展锐等为核心的芯片设计公司,以中芯国际、上海华虹为代表的晶圆代工制造商,以及以华天科技、长电科技、通富微电等为龙头的芯片封装测试企业,此外还包括采用 IDM 模式的华润微电子、士兰微等。构筑完成的产业生态体系具备实现集成电路专用设备进口替代并解决国内较大市场缺口的基础。我国垂直分工模式的芯片产业链初步搭建成形,产业上中下游已然打通,涌现出一批实力较强的代表性本土企业。 

 

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