本文來(lái)自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”。
半導(dǎo)體測(cè)試的創(chuàng)新未能跟上芯片制造商對(duì)下一代芯片的要求，限制了開(kāi)發(fā)并推高了測(cè)試成本。
芯片制造商仍在努力確定下一代半導(dǎo)體的最佳測(cè)試解決方案，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)很難從生產(chǎn)過(guò)程中盡早消除不良晶圓和芯片。即使管芯已經(jīng)封裝，在封裝的最終測(cè)試上花費(fèi)多少與設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)用戶(hù)或供應(yīng)商的成本之間也存在復(fù)雜的權(quán)衡。
造成這個(gè)問(wèn)題的原因有兩個(gè)：芯片變得越來(lái)越復(fù)雜，以及測(cè)試耗材供應(yīng)商無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。測(cè)試耗材是將測(cè)試系統(tǒng)連接到晶圓、芯片或封裝的關(guān)鍵部件（探針卡、測(cè)試和老化插座以及接口板）。芯片制造商希望制造更先進(jìn)的設(shè)備，但遇到了測(cè)試能力的限制。
“直到2013年，半導(dǎo)體測(cè)試的成本一直呈下降趨勢(shì)，但自2019年以來(lái)，測(cè)試設(shè)備和耗材收入的增長(zhǎng)一直超過(guò)半導(dǎo)體收入。”Yole Group制造和全球供應(yīng)鏈活動(dòng)業(yè)務(wù)線副總監(jiān)John West說(shuō)。
2023年，半導(dǎo)體行業(yè)在測(cè)試設(shè)備和耗材上的支出為134億美元，占行業(yè)收入的2.5%，并且還在不斷增長(zhǎng)。Yole Group預(yù)計(jì)，2023年至2028年，測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)將以6.2%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)擴(kuò)張，其中測(cè)試耗材年增長(zhǎng)率為6%。
此前，隨著公司每年成功地增加在單個(gè)測(cè)試單元中可以同時(shí)測(cè)試的芯片數(shù)量，測(cè)試成本一直在下降。然而，對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，業(yè)界已經(jīng)達(dá)到了并行測(cè)試的上限，并且自從通過(guò)14nm工藝節(jié)點(diǎn)以來(lái)，一直無(wú)法找到方法來(lái)抵消與測(cè)試更復(fù)雜的設(shè)備相關(guān)的更高成本。
芯片現(xiàn)在要經(jīng)歷多達(dá)六個(gè)階段的測(cè)試，從晶圓驗(yàn)收、晶圓分類(lèi)、晶圓級(jí)老化、封裝測(cè)試、老化測(cè)試到系統(tǒng)級(jí)測(cè)試——這對(duì)于最新一代芯片等應(yīng)用至關(guān)重要。智能手機(jī)、汽車(chē)和人工智能(AI)。測(cè)試芯片非常昂貴，而且越來(lái)越昂貴，但在電子系統(tǒng)中使用時(shí)芯片發(fā)生故障的成本可能會(huì)高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這意味著芯片制造商面臨著平衡測(cè)試支出和設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)的棘手挑戰(zhàn)。找到正確的平衡并不容易，這也解釋了為什么芯片制造商之間的測(cè)試解決方案差異如此之大。
John West表示：“先進(jìn)的封裝技術(shù)和封裝中芯片數(shù)量的增加是推高測(cè)試成本的重要因素。對(duì)晶圓上的每個(gè)芯片進(jìn)行徹底的測(cè)試已變得至關(guān)重要，以減少壞芯片進(jìn)入包含多個(gè)好芯片的封裝的可能性。該解決方案需要探針卡具有高探針數(shù)量和探針密度、更長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間以及更復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境熱管理。這意味著更昂貴的設(shè)備和消耗品，并且隨著測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng)，設(shè)備和消耗品也會(huì)更多。”
蘋(píng)果和高通等公司正在盡其所能地推動(dòng)現(xiàn)有技術(shù)，但他們被迫在芯片設(shè)計(jì)上做出許多妥協(xié)，以適應(yīng)他們的測(cè)試工程師和供應(yīng)商可以提供的功能。他們通常在芯片設(shè)計(jì)的同時(shí)設(shè)計(jì)測(cè)試解決方案，以確保它們保持在這些限制之內(nèi)。
“我們所處的情況是，業(yè)界有明確的技術(shù)路線圖，可以達(dá)到前端低于1nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，并有一系列封裝解決方案來(lái)優(yōu)化這些芯片的性能。業(yè)界還不清楚這些設(shè)備的測(cè)試解決方案是什么樣子。測(cè)試技術(shù)的響應(yīng)速度不夠快。這不僅僅是一個(gè)供應(yīng)商問(wèn)題——這是一個(gè)物理問(wèn)題，”John West評(píng)論道。
汽車(chē)是成本不斷增長(zhǎng)的另一個(gè)領(lǐng)域。最近，大多數(shù)進(jìn)入汽車(chē)應(yīng)用的芯片都基于成熟的半導(dǎo)體技術(shù)，這些技術(shù)的測(cè)試解決方案眾所周知。然而，使用7nm節(jié)點(diǎn)芯片的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的引入以及需要在SiC基板上制造功率器件的電動(dòng)汽車(chē)是汽車(chē)測(cè)試界的新領(lǐng)域。
自2018年以來(lái)，隨著并購(gòu)活動(dòng)的增加，半導(dǎo)體測(cè)試市場(chǎng)的整合加速。測(cè)試生態(tài)系統(tǒng)中的供應(yīng)商看到對(duì)先進(jìn)解決方案的需求是一個(gè)瓶頸，并通過(guò)收購(gòu)客戶(hù)或供應(yīng)商來(lái)應(yīng)對(duì)，以從供應(yīng)鏈中獲取更多價(jià)值。垂直整合以獲得下一代芯片測(cè)試所需的最佳技術(shù)是一個(gè)明顯的市場(chǎng)差異化因素，可以為公司帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
收購(gòu)數(shù)量正在迅速增長(zhǎng)，特別是在印刷電路板（PCB）領(lǐng)域，許多公司被收購(gòu)，或者大型企業(yè)集團(tuán)的部門(mén)被分拆出來(lái)。
在數(shù)據(jù)分析中使用人工智能是否能夠幫助優(yōu)化測(cè)試以克服當(dāng)前的一些限制還有待觀察。
雖然未來(lái)5-7年的半導(dǎo)體制造和封裝解決方案是已知的，但無(wú)論從技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，都沒(méi)有明確的測(cè)試解決方案。
當(dāng)前的測(cè)試解決方案是不穩(wěn)定的，因?yàn)樾酒圃焐淘噲D找出最不糟糕的選擇，推動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的創(chuàng)新以縮小差距。所有這些都意味著半導(dǎo)體測(cè)試市場(chǎng)在技術(shù)和市場(chǎng)演變方面都是動(dòng)態(tài)的。
