驅動半導體工業發展的動力是什么？是人們對自然學習語言、人工智能、自動駕駛、視頻監控、增強/虛擬現實、5G通信、個人醫療、可再生能源以及智能電網的需求。表面上看，這些需求五花八門，但透過現象看本質后，我們可以驚奇地發現他們存在許多共同點，比如數以億計的計算能力、無線網絡的擴展能力、高效的能源管理能力，以及多維感知的能力。而實現這些系統級能力的基礎是關鍵器件的性能升級，比如處理器的堆核升頻，網絡的異質互聯，以及感知層的提精降耗等等。
后摩爾時代，半導體產業面臨變革
根據Omdia發布的數據顯示，目前半導體產業內增長最快速的三個應用領域分別為汽車處理、數據中心服務器處理和高級移動半導體領域，預計未來5年的增長率分別為16%、12%和7%。受高速、高算力和高帶寬需求的影響，這些應用領域的處理器工藝制程已經邁向新節點，達到了市場上最先進的5-7nm級別，預計到本世紀末將達到1nm的范疇。
圖 | Fab 數字制程節點快逼近1nm
工藝節點的提高不僅意味著產品面世周期的延長，成本的指數型增長，還面臨隨著單芯片集成度不斷提高、算力越來越密集、晶圓面積不斷增大后，良率和產量開始走下坡的挑戰。有數據表明，當單芯片晶圓面積只有10 mm?時，良率可達70%以上，而當單芯片晶圓面積增長到360 mm?時，良率已經降至15%左右。
所以業界開始尋求降本增產，加速產品上市的方法。而以chiplet構成的系統可以說是一個“超級”異構系統，給傳統的異構SoC增加了新的維度。業內專家稱，采用經過充分測試和驗證的chiplet可以大大縮短產品的上市時間，降低芯片的研發成本。這樣做的好處是可以根據需要利用不同的制程節點來優化目標設計。根據統計數據顯示，單芯片面積同為360 mm2時，采用4顆小芯片的方案良率可從上述的15%提升至37%左右。
圖 | 與單片芯片相比，晶粒chiplet技術可實現更高的產量
不過有一點是無論如何都避免不了的，那就是先進工藝節點下多樣的低核心電壓，以及功能堆疊下的峰值電流的增加，因此從處理器到應用系統，所需的電源管理系統也變得愈加復雜。總結下來就是，更強大的數據處理能力將拉動更高復雜性、更高性能的電源管理市場的發展。
談到電源管理，我們不得不說一說當前火熱的汽車電子市場。隨著汽車智能網聯、電動化趨勢的不斷發展，汽車電子成本占比將達到整車成本的50%，包括AI芯片、MCU、傳感器、通信模塊、電池管理、DC/DC電壓轉換器、牽引電機逆變器、車載充電器，以及其他系統的電氣化設備等，同時需求總量正呈現指數型攀升趨勢。
此外，隨著汽車電動化和智能化的普及，新能源汽車的持續快速放量，電動汽車中的核心部件——功率半導體的需求量新增巨大。然而Si材料在經歷了70年的開發后，到達了它的材料極限，傳統的IGBT和HVMOS在效率和功率密度上都存在不足。此時，擁有更快切換速度、溫漂損失小、功率密度更高、集成度更高的第三代半導體材料制成的SiC和GaN FET被搬上了汽車電子的舞臺，并將逐漸占領市場。
驅動半導體工業發展的動力，
正讓測試面臨挑戰
無論是云服務器、5G通信、人工智能還是汽車電動化智能化的發展，都會對半導體測試帶來挑戰。
圖 | SoC測試示意圖
比如SoC工作在多樣的低核心電壓（<1V）下，但整個系統的峰值電流又很高（10-100A），于是為了滿足這個趨勢的需求，業界開發出了低噪聲、高效率，被稱為負載電裝置的功率調節器。而這些器件在出廠前需要經過更高水平的負載和過流測試，更低且更精確的導通電阻RDS(on)的測量。
再比如電動汽車的BMS，通常單節電池的電壓范圍是3.6V-4.7V，所以其輸出和測量精度就要求在0.1mV左右。同時，在25個單元電池的監控中，其浮地共模電壓要達到120V，以適應在最高單元上運行高達120V的現代BMS設計，所以這是一種高共模電壓下的高精度電壓測量。
值得一提的是，針對這些高電壓、大電流、高精度的測試，泰瑞達的測試缺陷模型是非常完善的。
此外，在這兩個例子中，還同時面臨激增的產能需求，泰瑞達為了降低合作伙伴測試成本的ASP壓力，提高資本投資的效率和回報，增加了并行測試的站點數（從原來的4個站點增加到16/32個站點），大大擴容了吞吐量。
無獨有偶，在電動汽車和射頻應用中開始加速普及的第三代半導體器件的使用，也會給半導體測試帶來挑戰。比如：配合功率密度升高的更高電壓電流的輸出和測量（SiC的擊穿電壓測量值高達3kV，某些測試電流高于2kA）；配合快速切換下的短脈沖寬度測量；SiC本身特性帶來的短路電流的測量（SiC器件的短路電流高達7.5kA）；以及確保GaN器件質量，可篩選出工藝缺陷的動態RDS(on)也被稱為電流崩潰效應的測量，而為了解決基于GaN的SiP功率模塊的高成本廢料問題，泰瑞達采用了更高質量的晶圓探針測試，來幫助合作伙伴解決上述問題。
當然，前面這些挑戰只是半導體工業和ATE行業往前發展的縮影，實際上的變革需求遠遠大于我們所能列舉的。
如何破局，擁抱半導體測試新時代？
面對如此多的挑戰，誰來顛覆傳統的測試架構，為半導體封測廠商解憂？作為提供半導體測試解決方案組合的領導者，泰瑞達提供的J750、UltraFLEX系列和EAGLE TEST SYSTEMS等產品可以完美地覆蓋上述需求。
圖 | 泰瑞達的產品目標
我們來重點介紹一下UltraFLEX系列產品，它包括UltraFLEX和UltraFLEXplus兩種測試機。這兩款機型在產品規劃之初，就賦予了四大核心思想：
1.降低工程開銷——UltraFLEX是基于IG-XL軟件平臺構建的，該平臺是一個已經被證明具有很好魯棒性、易于編程的平臺，且提供所有儀器的延續性代碼。比如，相同的IG-XL版本和測試程序都可以在UltraFLEX和UltraFLEXplus測試儀上運行，因此只要用過UltraFLEX的工程師想要上手UltraFLEX plus，完全不需要額外培訓；
2.更高的產量和質量——UltraFLEX系列通過對重要特性的準確和完整測試，采用精確的規格，允許最小的保護和插入，幫助客戶實現最高的測試質量和產量；
3.增加測試機存量/增量市場的價值——UltraFLEX和UltraFLEXplus投資的使用壽命都非常長，且提供長期升級選項
4.更少的測試單元——采用UltraFLEXplus可將IC量產所需的測試單元數量減少15%-50%提高生產效率，測試單元的減少可以轉化為更少的探針臺和分選器、更低的設備功率和更少的操作人員，從而最大程度地降低總制造成本。
寫在最后
我們生活在一個有趣的時代，半導體技術的未來及其在我們共同的未來中將扮演的角色從未如此令人興奮。今天的半導體產業正在經歷轉型，業務增長不再由數量或單位數量驅動，而開始關聯更多的復雜性和終端市場層面的多種技術集成。這些新興因素對未來的設計和制造設備提出了一系列新的挑戰，比如云、AI處理器、邊緣處理器、有線電源轉換和電信基礎設施的新生和變化，而正是這些變化讓我們保持在陡峭的學習曲線上。泰瑞達團隊希望與您一同踏上這段有趣的成長旅程，當您遇到測試挑戰時，歡迎聯系泰瑞達當地的合作伙伴，在合作中實現共贏。
