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作為芯片質(zhì)量的把關(guān)者，半導(dǎo)體測試是確保產(chǎn)品良率和成本控制的重要環(huán)節(jié)。
隨著半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體測試環(huán)節(jié)在產(chǎn)業(yè)鏈中所扮演的角色不斷豐富、深化，成為產(chǎn)業(yè)鏈中一個不可或缺，具有承上啟下作用的環(huán)節(jié)。
測試環(huán)節(jié)提升的不止有產(chǎn)業(yè)鏈中的地位，還有所肩負(fù)任務(wù)的復(fù)雜和困難程度，摩爾定律演進(jìn)過程中所提升的單顆芯片復(fù)雜度、汽車智電化過程中對芯片的高要求、先進(jìn)封裝技術(shù)使得封裝內(nèi)任何芯片的缺陷都更難被檢測。與此同時，半導(dǎo)體測試設(shè)備廠商還兼顧著上下游客戶的各種需求——更短工程開發(fā)，更低的成本，更快的規(guī)模量產(chǎn)，更高的測試質(zhì)量；分析解決問題，幫助客戶快速將產(chǎn)品推向市場，獲取前期利潤。
在此背景下，半導(dǎo)體測試設(shè)備廠商將如何解答產(chǎn)業(yè)發(fā)展及上下游客戶帶來的難題？信息時代，測試設(shè)備的發(fā)展趨勢會是怎樣？國內(nèi)的設(shè)備商是否有機(jī)會借助“國產(chǎn)替代”實(shí)現(xiàn)彎道超車？
對于上述問題，在近期的媒體溝通會上，泰瑞達(dá)半導(dǎo)體亞太區(qū)銷售副總裁Richard Hsieh和泰瑞達(dá)中國區(qū)總經(jīng)理Felix Huang分享了他們的思考。
汽車芯片0 DPPM帶來的挑戰(zhàn)
半導(dǎo)體制造工藝十分復(fù)雜，包含成百上千道工序，每一道出錯都可能影響芯片功效。因此，半導(dǎo)體測試貫穿半導(dǎo)體設(shè)計、晶圓制造、封裝三大流程，通過在重要的工序后借助半導(dǎo)體檢測設(shè)備對晶圓和芯片的質(zhì)量進(jìn)行檢測，及時將不符合規(guī)范的產(chǎn)品剔除，將在有效提升產(chǎn)品良率的同時，實(shí)現(xiàn)對成本的控制。
國金證券在研報中指出，晶圓制造環(huán)節(jié)檢測主要進(jìn)行光學(xué)檢測，封測環(huán)節(jié)主要進(jìn)行電性能檢測。半導(dǎo)體測試環(huán)節(jié)是避免“十倍成本”的關(guān)鍵。所謂“十倍成本”是指芯片故障若未在測試環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)，那么在后續(xù)電路板級別中發(fā)現(xiàn)故障導(dǎo)致的成本將在十倍以上。
圖源：民生證券研報截圖
隨著半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，檢測環(huán)節(jié)的復(fù)雜程度也與日俱增。
Richard Hsieh提到，隨著制程的演進(jìn)，自2015年后，測試產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到“復(fù)雜性時代”，產(chǎn)業(yè)復(fù)雜性主要體現(xiàn)于單顆芯片晶體數(shù)量增長速度遠(yuǎn)快于DFT技術(shù)的發(fā)展、先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展帶來的測試難度提升、面對市場的激烈競爭，先進(jìn)芯片上市窗口期越來越短等方面，工程師在對芯片進(jìn)行校準(zhǔn)、修復(fù)和測試時所需的步驟極大增加。
與此同時，智電化之下，單輛汽車對芯片的需求越來越大。相比消費(fèi)電子，車規(guī)芯片有更高的測試要求，至少需要滿足三個質(zhì)量目標(biāo)：
首先是DPPM滿足一定級別（DPPM即Defect part per million，每百萬產(chǎn)品中的不良品數(shù)目，消費(fèi)芯片一般小于500，車規(guī)芯片為個位數(shù)甚至是0）；
第二是要符合AEC-Q10X、ISO26262、TS/ISO16949三大行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；
三是要保證十年以上耐用性；
圖源：泰瑞達(dá)PPT截圖
Richard Hsieh表示：“要實(shí)現(xiàn)0 DPPM，意味著任何一個環(huán)節(jié)都不能掉鏈子。半導(dǎo)體從設(shè)計到封測的環(huán)節(jié)、工序太多，這些環(huán)節(jié)中哪怕出現(xiàn)千分之一、萬分之一的問題，乘起來帶來的最終結(jié)果就是非常大的質(zhì)量缺陷?！?/p>
根據(jù) Yole 的統(tǒng)計，工藝節(jié)點(diǎn)每縮減一代，工藝中產(chǎn)生的致命缺陷數(shù)量會增加 50%。當(dāng)工序超過500道時，只有保證每一道工序的良品率都超過99.99%，最終的良品率方可超過95%；當(dāng)單道工序的良品率下降至99.98%時，最終的總良品率會下降至約90%。
泰瑞達(dá)是如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的？
按照Felix Huang的介紹，泰瑞達(dá)實(shí)現(xiàn)0 DPPM的路徑主要體現(xiàn)于三個方面，策略、過程、工具，而貫穿其中也至關(guān)重要的則是數(shù)據(jù)。
圖源：泰瑞達(dá)PPT截圖
?FLEX Test
首先，當(dāng)晶圓加工完后，會檢測是否有不良的Die；后續(xù)將晶圓分割成單個Die并進(jìn)行裝配，再進(jìn)行封裝，將封裝好的芯片進(jìn)行檢測。但檢測并未結(jié)束，泰瑞達(dá)之后還會滿足芯片安裝到系統(tǒng)板上系統(tǒng)級測試。在上述每個階段，泰瑞達(dá)都有機(jī)臺覆蓋測試。Felix Huang強(qiáng)調(diào)，“零質(zhì)量缺陷測試一定要從晶圓測試、成品測試和系統(tǒng)級測試三個方面來看?！?/p>
對測試設(shè)備商而言，測試的根本目的本質(zhì)是幫助客戶提升良率和有效產(chǎn)量，降低成本，加快產(chǎn)品的上市速度。想最大程度實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，要求設(shè)備商要根據(jù)實(shí)際需求，將測試靈活地向前或向后移動，盡可能有效地減少測試步驟，降低整體測試成本。
圖源：泰瑞達(dá)PPT截圖
一般而言，相較于較中后期的封裝與工藝環(huán)節(jié)，測試在芯片造價中所占成本要少很多，如果能在更早期的環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題，將能幫客戶節(jié)省諸多資金。優(yōu)化測試策略是一個動態(tài)和持續(xù)的過程，大數(shù)據(jù)則是測試策略決策的重要依據(jù)。Felix Huang表示，“優(yōu)化測試需要考慮在哪個階段，進(jìn)行什么樣的測試項(xiàng)才能達(dá)到最優(yōu)，這需要具體情況具體分析，不同的公司、不同的芯片都需要做不同的分析。”
?工具的設(shè)計與優(yōu)化
值得一提的是，優(yōu)化測試策略更多是做成本效益優(yōu)化，想要減少測試、開發(fā)過程中的不確定性，提升產(chǎn)品開發(fā)和量產(chǎn)速度，需要其他的工具策略來實(shí)現(xiàn)。
基于此，泰瑞達(dá)推出PortBridge工具，其可以在制造過程中，彌合兩個環(huán)節(jié)之間的溝通鴻溝，設(shè)計人員通過測試設(shè)備控制晶圓測試、成品測試和系統(tǒng)級測試，然后再根據(jù)設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)做調(diào)試、優(yōu)化，再反饋到晶圓廠、封測端，盡可能提升效率和良率。
圖源：泰瑞達(dá)PPT截圖
由于覆蓋了更多場景，所測試芯片的功能、設(shè)計也越來越復(fù)雜，這也導(dǎo)致最終產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常驚人，僅靠一人之力無法及時完成項(xiàng)目。基于這些變化，泰瑞達(dá)開發(fā)了多人協(xié)同分布式處理開發(fā)工具Git、測試程序開發(fā)軟件IG-XL、全流程管理軟件DevOps（Development Operation）。
Felix Huang表示：“泰瑞達(dá)的整個測試程序開發(fā)都基于IG-XL軟件。同時，基于IG-XL軟件，泰瑞達(dá)還有一個輔助工具Oasis，再加上全流程管理軟件DevOps，可以保障最終檢開發(fā)出來的代碼質(zhì)量?！?/p>
數(shù)據(jù)分析
在測試過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)繁多，想要實(shí)現(xiàn)良率優(yōu)化、質(zhì)量控制、流程優(yōu)化，那么對大數(shù)據(jù)的分析，并進(jìn)行針對性的反饋、優(yōu)化顯得尤為重要。
對此，泰瑞達(dá)研發(fā)了一個大數(shù)據(jù)分析設(shè)備UltraEDGE，可在服務(wù)器內(nèi)建FDE Fault Detect Engine工具，做質(zhì)量和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，同時可安裝第三方數(shù)據(jù)分析軟件，比如OptimalPlus、PDF數(shù)據(jù)管理軟件。
工具在其中進(jìn)行加密和機(jī)器學(xué)習(xí)，對抓到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，之后形成晶圓圖，并通過顏色分塊的方式將一些潛在的缺陷問題體現(xiàn)出來，最后反饋給晶圓廠，為其后續(xù)的生產(chǎn)優(yōu)化和效率提升提供參考。
圖源：泰瑞達(dá)PPT截圖
Felix Huang強(qiáng)調(diào)，數(shù)據(jù)分析最終是看質(zhì)量指標(biāo)，而不是只看最早的測試結(jié)果，是需要將不同統(tǒng)計結(jié)果結(jié)合在一起來進(jìn)行判斷。他總結(jié)道：“在測試時，一定要定義好測試策略，包括用EDA軟件做早期的器件調(diào)試，如PortBridge工具。在整個開發(fā)和發(fā)布的流程中，要用IG-XL、Oasis保證測試程序質(zhì)量的可靠性；分析從前到后的數(shù)據(jù)，要有很強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析軟件，才能實(shí)現(xiàn)測試零缺陷?！?/p>
從展示的案例看，數(shù)據(jù)是重中之重，對數(shù)據(jù)的分析、反饋同樣重要。泰瑞達(dá)正在不斷加強(qiáng)對數(shù)據(jù)分析的處理能力，并與一些獨(dú)立做大數(shù)據(jù)分析的公司合作。與此同時，泰瑞達(dá)內(nèi)部也早已成立專門研發(fā)團(tuán)隊(duì)，用以加速測試結(jié)果分析。
產(chǎn)品迭代方向
對于半導(dǎo)體測試設(shè)備產(chǎn)品的發(fā)展方向，F(xiàn)elix Huang認(rèn)為，一方面是進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析的輔助工具，包括質(zhì)量輔助工具；另一方面則是自動化工具比如其在之前提到的全流程管理軟件DevOps（Development Operation），這或許會是以后行業(yè)的趨勢，在每個階段盡可能有一個流程管理和版本控制的軟件，避免人為出錯。
三五年內(nèi) 本土企業(yè)無法形成有力挑戰(zhàn)
近年來，外部環(huán)境持續(xù)變幻，我國半導(dǎo)體行業(yè)受到較大影響。
深耕中國二十余年
測試環(huán)節(jié)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的地位愈發(fā)重要，而泰瑞達(dá)是該細(xì)分領(lǐng)域中擁有最先進(jìn)技術(shù)的頭部廠商，未來是否也會被相關(guān)國家限制在華開展業(yè)務(wù)？
對此，F(xiàn)elix Huang認(rèn)為，目前被限制的更多是人工智能、大算力相關(guān)先進(jìn)工藝的芯片，不用過于擔(dān)心測試這些后端環(huán)節(jié)。Felix Huang表示，自2019年在泰瑞達(dá)帶團(tuán)隊(duì)以來，越來越多的客戶打消了上述疑慮。泰瑞達(dá)扎根中國20多年，團(tuán)隊(duì)人數(shù)接近百人。且生產(chǎn)銷售的測試機(jī)臺的美國成分都遠(yuǎn)低于3%了，一些都在1%左右。
經(jīng)歷過外部環(huán)境的動蕩及芯片短缺給生產(chǎn)經(jīng)營帶來的影響，“國產(chǎn)替代”已成我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展中的大趨勢，這從IC設(shè)計到終端應(yīng)用中均有體現(xiàn)，不過各環(huán)節(jié)的“替代”程度略有差異。
不懼國產(chǎn)替代
作為半導(dǎo)體后道工藝的核心環(huán)節(jié)，測試領(lǐng)域同樣面臨著國產(chǎn)替代的情況。當(dāng)談及這一話題，泰瑞達(dá)中國區(qū)總經(jīng)理Felix Huang并不避諱，他坦然道，面對國產(chǎn)替代潮，泰瑞達(dá)當(dāng)然也會有焦慮，但也不會過分焦慮。
Felix Huang解釋道，在消費(fèi)類白色家電、消費(fèi)電子等對芯片質(zhì)量及要求沒那么復(fù)雜的領(lǐng)域，以當(dāng)前國產(chǎn)設(shè)備商的發(fā)展迭代速度，預(yù)計未來三五年后便可對泰瑞達(dá)形成有力競爭。但在對芯片穩(wěn)定性、可重復(fù)性、安全性有著高要求的車規(guī)級等領(lǐng)域，泰瑞達(dá)有全套的解決方案和豐富的技術(shù)沉淀，保持優(yōu)勢，當(dāng)然泰瑞達(dá)歡迎和擁抱國內(nèi)企業(yè)的競爭，愿跟本土企業(yè)一同耕耘中國市場。
圖源：民生證券研報截圖
值得一提的是，泰瑞達(dá)的底氣。除了來自于憑借較強(qiáng)的技術(shù)、品牌在行業(yè)中建立的優(yōu)勢外，還包括泰瑞達(dá)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同建立的協(xié)同生態(tài)。
在半導(dǎo)體行業(yè)分工細(xì)化趨勢下，檢測設(shè)備商在承接 IC 設(shè)計廠商和封測廠商的需求時，往往會針對性、定制化地提供配套設(shè)備。在彼此合作過程中，IC設(shè)計企業(yè)與測試設(shè)備商會根據(jù)實(shí)際需要，去打磨、調(diào)試設(shè)備，甚至聯(lián)合開發(fā)產(chǎn)品。在多年的合作過程中，測試設(shè)備商與產(chǎn)業(yè)鏈上下游往往有著不錯的默契與協(xié)同能力，且具備較強(qiáng)的定制化能力及穩(wěn)定的客戶群體，以此構(gòu)建較為深厚的生態(tài)壁壘。
圖源：國元證券研報截圖
那這是否意味著，頭部設(shè)備商的技術(shù)和生態(tài)壁壘堅(jiān)不可破？后發(fā)測試設(shè)備商在產(chǎn)業(yè)競爭中毫無勝算？
事實(shí)上，對于測試設(shè)備商的選擇，IC設(shè)計企業(yè)往往有著更強(qiáng)的話語權(quán)，這也導(dǎo)致測試機(jī)廠商與設(shè)計廠商之間的綁定合作關(guān)系更深。Felix Huang也提到，復(fù)雜、面向高端的測試設(shè)備需要有中高端的芯片來迭代，但這是國產(chǎn)機(jī)現(xiàn)在很難逾越的一道坎，這個坎是一個綜合因素：鮮少用于板卡的高端芯片，成熟的軟件開發(fā)平臺，完備的配套。沒有這樣的機(jī)會，就沒有這樣的升級。
根據(jù)民生證券統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年，中國大陸為全球最大的芯片消費(fèi)市場，約占全球芯片市場的35%，但國產(chǎn)芯片設(shè)計公司份額仍舊較低，僅占據(jù)全球IC市場總額 4%，而美國、韓國的市占率達(dá) 54%、22%。
圖源：民生證券研報截圖
另據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究數(shù)據(jù)，2021年愛德萬、泰瑞達(dá)合計占據(jù)了超過80%的全球市場份額，國內(nèi)廠商華峰測控僅占比3%；在中國測試機(jī)市場中，泰瑞達(dá)和愛德萬分別占 據(jù)39%以及37%的市場份額，國內(nèi)廠商華峰測控和長川科技分別占比8%和5%。
圖源：民生證券研報截圖
在多因素的疊加作用下，目前國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)類似圣邦股份、思瑞浦、卓勝微、晶晨股份等企業(yè)也已經(jīng)成為細(xì)分領(lǐng)域的“小巨人”企業(yè)。
業(yè)界認(rèn)為，國內(nèi)IC企業(yè)基于對產(chǎn)業(yè)鏈成本、性能、供應(yīng)鏈安全性和話語權(quán)等多方面考慮，會逐漸加大國內(nèi)測試設(shè)備的采購。而隨著本土IC設(shè)計企業(yè)逐漸切入中高端市場，也會倒逼或拉動國內(nèi)測試設(shè)備企業(yè)向高端市場推進(jìn)。
在國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)徹底在高端市場站穩(wěn)腳跟之前，測試設(shè)備環(huán)節(jié)仍會是泰瑞達(dá)、萬德萬兩家頭部企業(yè)唱主角。Felix Huang表示，不管是現(xiàn)在還是將來，泰瑞達(dá)在中國市場會扮演一個良性競爭的角色，針對高端市場的競爭，泰瑞達(dá)推出了UltraFLEXplus、ETS-800等產(chǎn)品，高端市場中除了國內(nèi)企業(yè)，還有很多全球的優(yōu)秀廠商。
“一直以來，泰瑞達(dá)有著一個口號——“we measure quality”，這從三十年前就開始了。”Felix Huang表示：“我們的測試平臺，適合對產(chǎn)品質(zhì)量有要求的客戶，這類型的客戶一定會存在，而泰瑞達(dá)也一定會有存在的意義，在中國市場同樣如此?！?/p>
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