浅谈国内集成电路自动测试设备（ATE）的发展

浅谈国内集成电路自动测试设备（ATE）的发展

【摘要】本文涉及集成电路自动测试设备（ATE）的发展。具体探讨了国内ATE设备的发展思路，结合技术、市场、配套环境及用户环境几个方面进行了分析，结合作者实际工作经验，对如何突破国产中高端自动测试设备开发及应用给出了几点建议。
【关键词】集成电路测试设备先进技术高端人才配套环境
一、前言
近年来，集成电路行业越来越被重视，从技术和市场的角度，国内集成电路都迎来了快速成长期，而且在国内政策和市场及其他各方面引导下，我国集成电路行业保持快速发展趋势，产业规模也持续扩大，技术水平显著提升。集成电路产业链主要包括材料、设计、设备、制造和封装五大部分，每个部分分工明确，清晰而又复杂，环环相扣，缺一不可。本文主要探讨产业链中设备类之一的自动测试设备（ATE）。自动测试设备的应用场合涵盖集成电路整个产业链，主要包括了芯片的设计验证，晶圆制造相关的测试和封装完成后的最终成品测试。
二、集成电路自动测试设备（ATE）现状
全球集成电路自动测试设备（ATE）行业基本形成了垄断的局面，被日本和美国公司垄断了全球近90%以上的市场，他们也有着行业最先进的技术和研发能力，但是设备价格常年保持较高。国内测试设备行业起步晚，整体规模较小，有部分低端测试设备，主要用于后道封装测试，但对于中高端测试设备市场，依然是一片空白。
根据国际半导体协会（SEMI）统计，2017年全球集成电路测试设备销售额45.3亿美元，占所有设备比重为7.9%。过去五年，测试设备占整个集成电路设备产业的比重大致在8%-9%。据保守预计，2018年和2019年，全球测试设备每年市场规模大致在50亿美元，而且随着移动互联网、云计算、大数据、物联网等应用领域兴起，国内己经成为世界上最重要的芯片消费市场之一；同时国内各地区加大加快集成电路产业发展和建设，测试设备的需求愈来愈旺盛。
国内的ATE发展滞后和缓慢由各种原因造成，一是技术难点和开发难度。国外设备先进的技术指标和高可靠性稳定性设备不仅仅是长达几十年的技术开发经验的积累，更是结合应用市场和反馈需求，一次次的调试和验证，不断改进完善产品的性能指标和可靠稳定性。二是如此复杂的应用开发设备也需要大量的资金投入。开发周期长、资金见效慢、开发失败率也高，很少有资本愿意涉及此行业；三是国内从事此行业的高端技术人员较少，更没有完整的人才梯队建设，测试设备行业对高端人才的技术和技术预见能力要求极高，既要熟知测试设备技术，同时又要具备技术和管理的交叉、技术和市场的融合等能力；也需要一定规模以上的团队合作才有推进和突破的可能性。
综上所述，技术水平、创新能力、资金实力、高端设计人才等方面仍存在着较大的差距。国内集成电路测试设备的匮乏极大的影响了国内集成电路行业的健康发展，如何突破国产中高端自动测试设备开发及应用一直是我们集成电路设备行业困扰的难题。
三、国内集成电路自动测试设备《ATE）发展的几点建议
（一）技术层面
集成电路自动化测试设备的设计与实施是一项系统型工程，可以说，测试设备的最高技术指标决定着市场芯片的最高技术指标。设各系统覆盖了机械动力、电力电子、系统软件以及专用芯片设计等领域。系统的设计开发包含了主体框架及内部架构布局设计、控制方式设计、供电设计、冷却控制系统设计、软件设计、自动校准设计、监控及安全设计等各个部分，其中最核心?y点和技术瓶颈主要还是在于各类功能板卡实现以及整机量产应用的稳定性及可靠性。
首先应学习国内外先进技术和加工制造工艺，通过消化吸收再创新，着重技术难点和关键技术瓶颈的突破和研究，了解自己的短处，学习别人的长处，在适当的情况下，引进核心关键技术。其次，国内很多相关企业、高校及研究型单位很早就致力于集成电路测试设备领域的技术研究与创新，如作为集成电路测试设备的技术创新的引领者和产业发展的推动者的中国科学院微电子所、北京自动测试技术研究等，每年都有着高质量专利和新技术的产出，需更有效快速地促进成果转化，开展后续的试验、开发应用推广，快速形成新设备、新方法等。
（二）人才层面
拥有足够的人才是保持竞争力的根本手段。我国集成电路产业基础薄弱，在人才资源和投入上更与国际巨头差距很大。短期内，引进和发掘国内外高端领军人才，利用其长期深厚的技术积累和人才资源快速建立高效的研发技术团队，建立技术支撑体系。长期内，注重人才的培育和培养，目前国内很多高校己开展集成电路方面的有关专业和课程，如东南大学等高校。面向国家战略需求的方针，培养具备集成电路设备及其他方面的设计、制造、测试技术和集成系统研发能力的新型研究人才和工程技术人才，以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求。未来几年，也将形成强大的集成电路人才梯队。同时国内相关设备企业应当充裕发挥自身的特点，加大与大学、科研院校联合，借助其综合能力，迅速突破技术难点，掌握关键技术。
（三）配套层面
（1）加大投入资金。集成电路设备领域特点投入大，研发周期长，失败率高，见效慢，所以很多投资方不愿涉及，的确需要国家政策支持。目前，国家大基金己致力于国内集成电路行业的发展，而且越来越多的投资方和地方资本也愿意紧跟国家政策和方向，共同培育国内集成电路相关企业。一方面解决了企业的融资难题和大量的研发资金投入，另一方面更深层次的解决产业向市场化机制过渡的问题，提升企业的竟争实力，让集成电路设备产业加速向市场化机制过渡。
（2）制造及用户环境。集成电路设备属于多品种，小批量加工，设备高度集成。从复杂饭金加工制造-->高精度机加--表面处理-->高传输速率线束制造加工-->多层（高达30层）PCB板加工-->高良率SMT贴片等，加工流程较繁琐，加工工艺和技术要求高。在各个环节中不允许出现问题，成规模的加工制造商往往不愿意触及，投入与产出不成比例，短期内带来不了大的效益；但是中小规模的加工制造商，从设备精度、工厂管理、技术水平又达不到初始设计要求，集成电路设备制造时，往往通过不断更改降低设计要求和参数标准来满足加工指标。应鼓励大中型加工制造企业涉及集成电路产业，通过项目合作和技术改进推动产业专业化配套体系发展。
除此以外，单一部件的可靠性和精度，通过不停的技术改善和加工工艺管理可以实现。但是，集成电路测试设备是高密度高精度高度集成化系统，部件种类繁多，一旦测试设备在封装测试厂装机量产，更不允许出现问题，MTBF需达到4000小时以上。长期保持每个部件的可靠和精度要求，维持测试设备的高稳定性和高可靠性更是难上加难。常规加工技术不能达到高要求的精度需求，需突破目前常规加工技术不能达到的精度界限，目前，设备高要求的高精度部件只能委托欧美公司加工制造。需从精密加工设备、切削刀具、加工环境、加工工件材质、加工用夹具和精密测控技术，综合改善各个环节，逐一完善，消除木桶效应。
最后，国内集成电路设备企业要构建完善规范的测试设备研发生产体系，通过先进的运作管理机制，组建符合现代企业要求，且能对标国外先进设备厂家的质量体系，以此增强科研成果的转化能力，降低成本、提高质量，为高可靠性稳定性的设备提供基础条件，确保产出设备经得起时间和用户的验证测试；另一方面，国内封测企业用户需接纳国内设备企业，给予国内设备供应商信心，紧密地结合自动化测试设备研发制造企业和芯片设计公司、晶圆代工厂、后端封装厂制造企业，链接集成电路产业链的上下游。
四、结论
虽然差距是存在的，但也应当看到国内集成电路设备公司的发展机遇、发展空间和发展方向。少数优秀的本土测试设备制造商正在奋起直追。本土企业中，包括上海御渡等业内少数专用测试设备制造商通过研发和技术积累，消化吸收国内外先进技术，并不断创新改进，掌握相关核心技术，拥有自主知识产权。并且相关设备已在国内大型封测企业实现量产应用，与国外知名企业相比，国内优势企业对客户需求更为理解，服务方式更为灵活，产品性价比更高，具有一定的本土优势，有信心和决心为国内集成电路的整体发展战略提供支撑。
参考文献：
[1]国际半导体协会（SEMI）.2017集成电路测试设备市场报告，2018.
[2]杜中一.集成电路制造技术[M].化学工业出版社，2016.