集成電路測試貫穿在集成電路設計、芯片制造、封裝以及集成電路應用的全過程,測試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán),具有技術含量高、知識密集的特點。 集成電路測試同時服務于集成電路設計企業(yè)、制造企業(yè)和封裝企業(yè),在產(chǎn)業(yè)鏈中具有重要的作用,從芯片設計和生產(chǎn)的過程來看如果沒有測試,這個產(chǎn)業(yè)鏈是不完整的甚至是斷裂。 所有裝配和封裝芯片都要進行最終電測試以確保集成電路質(zhì)量。測試和硅片分類時所做的功 能測試相同。集成電路芯片處理器在自動測試設備(ATE)上進行單個芯片測試。集成電路 處理器迅速將每個集成電路插入測試儀的電接觸孔,彈簧針使管殼上管腳實現(xiàn)電接觸以便進 行電學測試。測試完成后集成電路處理器將集成電路移回到它最終發(fā)貨包裝體中。 根據(jù)測試的目的不同,可以把集成電路測試分為 4 種類型。 (1)驗證測試(Verification Testing,也稱作 Design Validation) 當一款新的芯片第一次被設計并生產(chǎn)出來,首先要接受驗證測試。在這一階段,將會進行功 能測試,以及全面的 AC、DC 參數(shù)的測試。通過驗證測試,可以診斷和修改設計錯誤,為最終規(guī)范(產(chǎn)品手冊)測量出芯片的各種電氣參數(shù),并開發(fā)出測試流程。 2)生產(chǎn)測試(Manufacturing Testing) 當芯片的設計方案通過了驗證測試,進入量產(chǎn)階段之后,將利用前一階段調(diào)試好的流程進行 生產(chǎn)測試。在這一階段,測試的目的就是明確做出被測芯片是否通過測試的判決。由于每一 顆芯片都要進行生產(chǎn)測試,所以測試成本是這一階段的首要問題。從這一角度出發(fā),生產(chǎn)測 試通常所采用的測試向量集不會包含過多的功能向量,但是必須有足夠高的模型化故障的覆 蓋率。 (3)可靠性測試(Reliability Testing) 通過生產(chǎn)測試的每一顆芯片并不完全相同,最典型的例子就是同一型號產(chǎn)品的使用壽命不盡 相同??煽啃詼y試就是要保證產(chǎn)品的可靠性,通過調(diào)高供電電壓、延長測試時間、提高溫度 等方式,將不合格的產(chǎn)品(如會很快失效的產(chǎn)品)淘汰出來。 (4)接受測試(Acceptance Testing) 當芯片送到用戶手中,用戶將進行再一次的測試。例如,系統(tǒng)集成商在組裝系統(tǒng)之前,會對 買回的各個部件進行此項測試。 晶圓測試和芯片測試還可以分為 WAT 測試、 CP 測試、 FT 測試等。 WAT 測試:Wafer Acceptance Test,晶圓可接受度測試,半導體硅片在完成所有制程工藝之后,針對硅片上的各種測試結(jié)構進行的電性測試,測試晶圓的良率 CP 測試:Circuit Probing,晶圓測試,在晶圓制造完成后進行封裝前,通過探針臺和測試機配合使用,對晶圓上的芯片進行功能和電參數(shù)性能測試,其測試過程為:探針臺將晶圓逐片自動傳送至測試位置,芯片的 Pad 點通過探針、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接,測試機對芯片施加輸入信號、采集輸出信號,判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。測試結(jié)果通過通信接口傳送給探針臺,探針臺據(jù)此對芯片進行打點標記,形成晶圓的 Map 圖。 FT 測試:Final Test,成品測試,芯片完成封裝后,通過分選機和測試機配合使用,對集成電路進行功能和電參數(shù)性能測試,保證出廠的每顆集成電路的功能和性能指標能夠達到設計規(guī)范要求。其測試過程為:分選機將被檢測集成電路逐個自動傳送至測試工位,被檢測集成電路的引腳通過測試工位上的金手指、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接,測試機對集成電路施加輸入信號、采集輸出信號,判斷集成電路在不同工作條件下功能和性能的有效性。測試結(jié)果通過通信接口傳送給分選機,分選機據(jù)此對被測試集成電路進行標記、分選、收料或編帶。 CP 測試是對整片 wafer 上的每個 die 測試,而 成品測試是對封裝好的芯片測試,CP 測試通過之后才會去封裝,封裝好后的芯片 進行成品測,通過之后才可以出廠。 自 20 世紀 80 年代以來,規(guī)模較大的半導體生產(chǎn)商就開始利用 DFT 技術來改善測試成本, 降低測試復雜度。如今,前端設計人員都能清楚地認識到只要使用恰當?shù)墓ぞ吆头椒?,在設 計的最初階段就對測試略加考慮,會在將來受益匪淺。DFT 技術與現(xiàn)代的 EDA/ATE 技術緊 密地聯(lián)系在一起,大幅降低了測試對 ATE 資源的要求,便于集成電路產(chǎn)品的質(zhì)量控制,提高產(chǎn)品的可制造性,降低產(chǎn)品的測試成本,縮短產(chǎn)品的制造周期。 集成電路測試行業(yè)屬于典型的資本密集型、技術密集型和人才密集型產(chǎn)業(yè),并且規(guī)模經(jīng)濟特 征明顯。集成電路行業(yè)是需要不斷投入巨額資金、大量人力的產(chǎn)業(yè),設備費用和研發(fā)費用都 非常大,進入壁壘較高。集成電路測試產(chǎn)業(yè)行業(yè)的進入壁壘主要表現(xiàn)在技術、人才、資本、 行業(yè)經(jīng)驗和認證方面。 集成電路測試行業(yè)作為集成電路產(chǎn)業(yè)的重要一環(huán),其生存和發(fā)展與集成電路產(chǎn)業(yè)息息相關。 世界先進的集成電路測試設備技術,基本掌握在美國、日本等集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家廠商手 中;而美國、歐盟以及日本作為傳統(tǒng)的半導體行業(yè)領先地區(qū)擁有絕對的優(yōu)勢地位,其在集成 電路測試理念以及測試技術均處于國際領先地位。而我國臺灣地區(qū)作為 Foundry 模式的優(yōu) 勢地區(qū),擁有多家測試企業(yè),其獨立測試企業(yè)無論在數(shù)量、企業(yè)規(guī)模上也具備一定的優(yōu)勢。 由于國內(nèi)集成電路測試行業(yè)在規(guī)模、裝備和技術方面與國際水平存在一定的差距,目前國內(nèi)除了涉及國家安全的芯片以外,約 60%以上的高端芯片必須交由大陸地區(qū)以外的企業(yè)完成。 中國大陸地區(qū)集成電路測試產(chǎn)業(yè)起步較晚,最早的獨立測試企業(yè)成立至今也不過二十年左右, 可以規(guī)模化生產(chǎn)的專業(yè)集成電路測試企業(yè)在十家左右。 目前,大陸地區(qū)測試產(chǎn)能主要集中在集成電路制造企業(yè)的測試車間以及封裝企業(yè)的測試業(yè)務部門,其中封裝企業(yè)擁有國內(nèi)大部分的集成電路測試產(chǎn)能。 近年來,集成電路測試產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好,但是獨立測試占整個集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模的比例仍 然較小,與集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的制造商、設計企業(yè)、制造企業(yè)、封裝企業(yè)相比,獨立測試企業(yè)普遍規(guī)模偏小。 目前,90% 以上的測試在芯片廠測試,第三方測試公司占據(jù) 10% 左右市場。 但是隨著集成電路行業(yè)尤其是國內(nèi)集成電路行業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)對于集成電路測試的需求將不斷擴大, 同時隨著國家對獨立測試行業(yè)的認可和重視,集成電路測試行業(yè)將有著廣闊的發(fā)展空間。 2019 年 12 月 13 日,利揚芯片首席執(zhí)行官張亦鋒發(fā)表《中國專業(yè)芯片測試的機遇與挑戰(zhàn)》的演講提到,最近兩年以來,每年全球測試設備投資超過 70億美金。目前國內(nèi)測試業(yè)產(chǎn)值達 18 億美元(120億人民幣左右),而這一數(shù)據(jù)在 5 年后、10 年后、15 年后則將遞增至 50 億(350億人民幣左右),、110 億、240 億美金。 中國大陸地區(qū)已經(jīng)成為全球最大和發(fā)展速度最快的集成電路市場,隨著技術進步和產(chǎn)業(yè)提升, 我國新進的設計、制造和封裝企業(yè)對于先進測試技術的共同需求越來越大。但是由于先進集 成電路測試技術含量高、知識密集, 能夠獨立承擔專業(yè)測試服務的公司寥寥無幾,無法滿足眾多產(chǎn)業(yè)化測試需求。 另外,測試能力也一直是我國集成電路自主設計發(fā)展的制約因素。在快速發(fā)展的集成電路產(chǎn) 業(yè)中,測試相對于集成電路設計、制造和封裝是最薄弱的一環(huán)。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,集成電路 產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入了高性能 CPU、DSP 和 SoC 時代,隨著芯片的日益復雜和性能不斷提高, 高端產(chǎn)品的測試驗證和生產(chǎn)費用越來越高,為集成電路測試業(yè)帶來巨大發(fā)展原動力和商機, 專業(yè)化的獨立測試企業(yè)迎來了巨大的市場發(fā)展機遇。 總體來看,專業(yè)芯片測試仍面臨一系列挑戰(zhàn)。 在市場方面,龐大的國產(chǎn)化芯片市場,需要配套的專業(yè)測試資源和產(chǎn)能儲備。 在資金方面,測試設備投資巨大,資產(chǎn)回收期長,費用攤提是最主要成本。 在團隊方面,則需要組建有戰(zhàn)斗力的測試營運、技術業(yè)務的專業(yè)管理團隊。 在人才方面,開發(fā)及維護不同測試平臺,需要綜合能力極強的技術專才隊伍。 在效能方面,如何維持測試平臺穩(wěn)定可靠,保持設備高稼動率是測試廠最主要的挑戰(zhàn),而在管理方面,滿足客戶對測試的多變性和大數(shù)據(jù)分析要求,在流程合理化、管理信息化、聯(lián)機自動化方面提升管理精度是快速穩(wěn)定高質(zhì)量交貨的保證。 集成電路測試行業(yè)內(nèi)具有代表性的企業(yè)主要有京元電子股份有限公司(中國臺灣地區(qū))、上 海華嶺集成電路技術股份有限公司、廣東利揚芯片測試股份有限公司、北京確安科技股份有 限公司、華潤賽美科微電子(深圳)有限公司、無錫泰思特測試有限責任公司、芯哲科技、華隆微電等。 國內(nèi)IC專業(yè)測試仍處于中早期發(fā)展階段,數(shù)十家中小測試公司伴隨上游設計、制造環(huán)節(jié)興起迅速發(fā)展。但與臺灣京元電子等成熟企業(yè)相比,國內(nèi) IC 測試公司在規(guī)模、技術上仍有很大的差距。 目前國內(nèi) IC專業(yè)測試企業(yè)主要有兩類。 一類是具有國企背景的 IC 測試公司,例如華嶺股份、確安科技、華潤賽美科微的大股東分別為復旦微電子(01385.HK)、華大電子、華潤電子。這類國企背景的 IC 測試廠商的定位介于內(nèi)部測試部門和市場化測試服務商之間,大股東同時也是大客戶,擁有資源優(yōu)勢的同時也存在擴張動力不足、市場化能力不強的問題,目前規(guī)模增速較為緩慢。 另一類是以利揚芯片、威伏半導體、上海偉測半導體為代表的市場化專業(yè)測試廠商,這類企業(yè)直接服務于國內(nèi) IC 設計企業(yè),具有較強的市場開拓能力,最近幾年發(fā)展迅速。 中國臺灣京元電子集團成立于 1987 年 5 月,主要從事半導體產(chǎn)品的封裝測試業(yè)務,收入規(guī)模世界排名第二,是全球最大的專業(yè)測試廠,在中國大陸、北美、日本、新加坡等多地為客戶提供服務,測試服務項目報告晶圓測試、IC 成品測試、封裝及其他項目。 利揚芯片( 833474.OC ):利揚芯片是一家專業(yè)從事集成電路測試的企業(yè),具體業(yè)務包括集成電路測試方案開發(fā)、晶圓測試、芯片成品測試,并提供芯片驗證測試分析、測試軟件開發(fā)、探針卡、搭載基板、測試治具、晶圓切割和減薄等配套服務。公司目前是華南地區(qū)最大的芯片測試企業(yè),與華南地區(qū)的多數(shù)半導體企業(yè)保持著緊密的合作關系。利揚是上市公司匯頂科技和全志科技最大的芯片測試服務商。利揚的指紋識別芯片測試全球市占率第一,同時積極拓展測試業(yè)務,在 RF、存儲、IoT、汽車電子等領域儲備潛在客戶。現(xiàn)在正在申請科創(chuàng)板。 華潤賽美科微電子(深圳)有限公司成立于 2000 年 6 月,是華潤微電子旗下一家從事數(shù)字與模擬產(chǎn)品的測試及后工序服務(晶園切割、挑粒及 IC 封裝)的專業(yè)廠家,目前為華南地區(qū)規(guī)模大的專業(yè)代工測試公司,擁有數(shù)千平方米的萬級潔凈廠房,員工400 多人,擁有 400 多臺自美國、日本、韓國等地引進的先進測試設備,產(chǎn)品與服務涵蓋各種半導體產(chǎn)品,為客戶提供各種集成電路從中測——封裝——成測的一體化服務。 威伏半導體:上海威伏半導體成立于 2012 年,是一家專門為芯片設計公司提供晶圓測試解決方案及測試服務的企業(yè)。公司在晶圓測試環(huán)節(jié)具備獨立測試程序和定制化測試方案開發(fā)能力,具備從電源驅(qū)動、MCU到存儲芯片的完整測試能力。公司在技術研發(fā)和人才方面具有一定的實力,伴隨國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)鏈的成熟,有望迅速成長成為第三方晶圓測試領軍企業(yè)。 華嶺股份 ( 430139.OC ) ,復旦微電子控股子公司,專業(yè)從事集成電路測試技術研究開發(fā)、芯片設計驗證分析和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)測試服務企業(yè),是第一批國家鼓勵的集成電路企業(yè)。 確安科技 ( 430094.OC ) ,第三方測試服務的獨立測試公司,承擔極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項課題的兩家企業(yè)之一,行業(yè)中領軍企業(yè)之一。實際控制人為中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司。 芯哲科技 ( 838181.OC ) ,集生產(chǎn)、研發(fā)和銷售集成電路測試與封裝產(chǎn)品的專業(yè)廠家,上海市集成電路行業(yè)協(xié)會的會員,產(chǎn)品主要用于汽車電子、醫(yī)療電子、智能手機、平板等。 華隆微電 ( 833642.OC ) ,從事封裝測試的產(chǎn)品功率晶體管、MOSFET、肖特基二極管、穩(wěn)壓電路 ( 78 系列 ) 及霍爾 IC、霍爾傳感器等產(chǎn)品。已摘牌。 A股沒有獨立測試的上市公司,京元電子是臺灣的上市公司,華嶺股份、利揚芯片、確安科技、芯哲科技 ( 838181.OC ) 、華隆微電 ( 833642.OC )都在新三板上。因此,在芯片測試這個大市場,新三板企業(yè)有著巨大的投資機會。 目前來看,利揚芯片的規(guī)模最大,并且正在走科創(chuàng)板流程,如果成功上科創(chuàng)板,獲得大額融資,將進一步拉開與其他同行的差距。因此,利揚芯片最有可能成為大陸的京元電子。 其他幾家也有亮點,但是規(guī)模都太小。不過,隨著國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,國產(chǎn)替代進程的加快,華嶺股份、確安科技也有巨大的機會。 |
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