10月28-29日，以“凝聚芯合力，發展芯設備”為主題的第十屆(2022)中國半導體設備年會暨半導體設備與核心部件展示會(CSEAC)在無錫太湖國際博覽中心舉行，摩爾精英測試運營總監蔡丹在活動上進行了《半導體工業的量産測試和量産測試機》的主題演講。

一、從研發到量産，測試是關鍵必備環節

半導體産業鍊很長，但是如果從芯片測試的角度來看，芯片的制造環節可以分為晶圓制造、晶圓測試、芯片封裝、成品測試等幾個階段。其中晶圓測試通過ATE搭配Prober來完成；成品測試則是通過ATE搭配Handler來完成。

因為芯片測試所占芯片總制造成本的比例相對較小，在百分之幾的範圍，通常會被很多芯片設計公司所忽視。但實際上，芯片測試是實現從研發到量産的關鍵環節。首先，我們通過晶圓測試和成品測試雙重環節來保障産品的質量。其次，測試方案的優劣直接影響到良率的高低和測試成本的大小。

芯片測試是一項較為複雜的工作，它涉及到測試設備、測試程序、測試參數、測試條件、測試方法論、新産品量産導入流程和系統、芯片功能及性能的驗證、測試數據分析等諸多方面。要開發出一套高質量的測試方案，需要開發者熟悉所測芯片的功能，熟悉所用測試設備的性能，具備完善的半導體測試理論知識，擁有豐富的量産測試開發實踐經驗。

二、工程運行PTE的目标：快速導入、提升質量、降低成本

半導體業界一般把operations分為engineering operation和manufacturing operation兩大部分。

Engineering operation在很多公司又被稱為PTE (product and testing engineering) 。

在工程運營中，我們的目标非常清晰：

第一, 快速導入市場（time-to-market）。這一點對于“消費類電子産品”尤為重要。錯過時間節點，一顆芯片産品可能就會被市場淘汰。

第二，提升質量。“質量提升”是公司做大做強無法繞過的坎。國内芯片産品從“低端模仿”逐漸走向“中高端創新”，對品質的要求越來越高。以卓越品質賦能産品價值，售價和利潤可以遠遠領先于同行。從産品層面、公司層面、國際視野三個維度來看，追求卓越品質，是公司在長遠發展中的核心競争力。

第三，降低成本。雖然測試隻占芯片總成本的百分之幾，但是如果測試方案質量做的不好，完全可以把測試成本放大幾倍、甚至幾十倍，成為運營不能承受之重。另外，對于出貨量大的芯片公司來說，1%甚至0.1%的總成本節省，都是一筆巨款。

工程運營的工作範疇包括産品工程和測試工程。

其中産品工程的工作重點是良率提升、壞品分析（包括客戶退料RMA）、分析成本以及思考怎樣降低成本。而測試工程的工作重點是測試方案的開發和執行，包括三種主要的ATE測試程序：用于可靠性測試的QUAL程序，用于芯片驗證的CHAR的程序，以及用于量産的CP和FT程序。

三、對ATE測試方案有不同的期望

首先，可靠性測試 (Reliability Test）對ATE測試方案（QUAL）的期望

第一，非常快速鎖定檢驗程序 (Lock test program ASAP)。在芯片可靠性測試的前後，我們需要用ATE程序來搜集芯片在關鍵參數上測試結果的漂移。有些可靠性測試項目的測試時間很長，盡早鎖定ATE QUAL test program，才能開始進行可靠性的測試，從而盡早知道芯片的可靠性設計是否達到期望。

第二，足夠的覆蓋率 (“Good-enough” test coverage)。沒有足夠覆蓋率的程序，會喪失對芯片某些關鍵參數的測試結果監測，從而忽視潛在的質量風險。

第三，精确性 (accuracy)。我們需要一定精度來追蹤關鍵參數的漂移，測試的精度要能夠定量地反映出趨勢的變化。

第四，穩定性 （Gauge R&R – Repeatability &Reproducibility） 對同一顆芯片的同一個參數多次測量結果一緻嗎? 在不同的測試機台上的結果是否一緻？在同一個機台，利用不同的測試治具得出的測試結果是否一緻? 在同一機台、同一治具上的不同工位測測試結果是否一緻？這些都是我們需要搜集和分析的數據。

其次，驗證測試 (Characterization Test) 對ATE測試方案（CHAR）的期望

第一，完整的覆蓋率（可分期交付）。CHAR test program是一個項目中最龐大、最完整的ATE測試程序。它的作用是對芯片的各個ip、各項參數在不同測試條件下做最完備的檢測。CHAR program在不同process corner、不同電壓、不同溫度下所得到的測試結果，幫助我們對芯片進行一個“全方位的體檢”，即characterization across“PVT”。

第二，非常精确。相比QUAL 測試程序，我們對CHAR測試結果的精确度有着更高的期望。由于CHAR program不用于大批量生産，對test time不太敏感，因此為了更準确地分析芯片的性能，我們可以通過設定更精确的量測檔位、取更多的采樣點做平均、以及預留更多的wait time/settling time等方式來達到ATE instrument力所能及的最精确的結果。

第三，穩定性。同QUAL 程序一樣，我們也需要穩定的ATE測試結果。

最後，量産測試 (Production Test) 對ATE測試方案（CP/FT）的期望

第一，最低成本 （Lowest-cost）。在任何大規模生産中，生産成本一定是我們最優先考慮的事。因此，我們需要采用“最合适而不是最昂貴、最高端的ATE測試設備”來開發量産測試方案。

第二，非常穩定 （High Gauge R&R）。三種ATE測試程序中，“量産測試程序”對穩定度的要求最高。這是因為測試結果的穩定性極大地影響着量産良率，而良率也間接轉換成芯片的生産制造成本，同時影響着産品的産能和交付。

第三，充足的覆蓋率 （Sufficient test coverage）。我們用充足的覆蓋率，而不是完整的覆蓋率，這是出于測試成本的考慮。ATE CHAR program需要幾分鐘、幾十分鐘、甚至幾個小時的來完成一顆芯片的測試數據搜集是很常見的。很顯然，這種program不能用于量産，因為太貴了！一套ATE測試設備每小時的收費大概在10美金到200美金不等。如果一顆芯片測試需要幾十分鐘，那麼它一定要賣出天價才能保本。所以我們不得不在test coverage和test time之間做權衡和取舍。

四、量産測試是defect-oriented test，而特性驗證是spec-oriented test

一個好的産品等于“好的設計” 加上“好的制造”。檢驗是不是好的設計，我們通過“特性驗證測試”來證明。檢驗是不是好的制造，我們通過“量産測試”來證明。在半導體測試中，我們需要區分量産測試和特性驗證測試，這兩者各自的特點，決定了我們需要在實際工作中需要采用不同的測試方案。這兩者的測試成本也是完全不一樣的。

對于特性驗證測試，我們會選取芯片的多個process lots的樣片來搜集數據，保障産品的參數符合設計技術規範的要求。常見的三種process lots：FF/SS/TT（Fast-Fast/Slow-Slow/Typical-Typical）, 複雜的可以有多達9種process lots。

對于量産測試，我們需要确保沒有在生産制造中引入的有defects或處于outliers的産品。結合芯片設計期望參數、芯片驗證測試結果、小批量測試統計結果、客戶端産品使用要求等，綜合考慮，制定出合理的test limits。另外在test limit附近、遠離平均值的異常結果，也需要特别注意，這些outliers可能是潛在的生産制造缺陷。

因此，量産測試是defect-oriented test，而特性驗證是spec-oriented test。

對于一個設計合格的産品，量産測試的重點是以最低的成本、快速、可靠地找出制造過程中引入的defects和outliers。

五、如何有效降低半導體量産測試的成本

生産測試能力可以用下面的公式來表示：

生産測試能力 (UPH) = 通過測試的DUT數量 / 測試所有DUT所花費的時間 (小時)

生産中的測試成本的計算公式為：

測試成本 = 每秒鐘測試成本 x 測試所有DUT所花費的時間

其中，每秒鐘測試成本 = （Dt Dh Cf Cv) x ((Ttest Tindex)/Ttest) x ((Tprod Tdown Tidle)/Tprod)

• Dt：測試機的折舊（￥/秒）
• Dh：分選機或探針台的折舊（￥/秒）
• Cf：測試場地的固定成本（￥/秒）
• Cv：測試場地的可變成本（￥/秒）
• Ttest：測試時間（秒）
• Tindex：轉位時間（秒）
• Tprod：平均每周測試機用于生産的時間（小時）
• Tdown：平均每周測試機停機的時間（小時）
• Tidle：平均每周測試機空閑的時間（小時）

在了解了芯片的測試成本構成以後，我們可以很清楚地知道如果控制和降低量産成本。

首先，最直接地方式就是通過提高并測數，即提高每一個touch down可以同時測試的芯片的數量。

另外，使用concurrent testing等高效的測試技術，也可以降低單顆芯片的測試時間，但這對于芯片的DFT設計有一定要求。

此外，通過選擇合适的測試設備、優化測試設備組合，即選擇“合适的、而不是最貴的”設備，使之性能和質量達标，可以達到降低每秒鐘測試成本的目的。

再次，合理安排測試流程和分配測試項，降低芯片整體測試成本。例如，一般來說，單顆芯片的CP測試成本要低于FT。因此，在滿足質量和覆蓋率的前提下（不涉及封裝過程引入的缺陷），将在FT的測試項目放到在CP測試可以降低測試方案的整體成本。

從測試工廠的角度來看，對芯片量産所使用的ATE設備有着以下的期望：

首先，覆蓋産品範圍廣

單一機型可覆蓋多種類芯片(Digital/Analog/Mixed-Sig/RF etc.), 以承接更多客戶；單一Configuration可覆蓋多類型的産品，消除或降低測試機Re-config工作量

其次，穩定性高

硬件和軟件的故障少，MTBF/MTBA指标優秀；測試結果準确、穩定，不會因測試機本身造成低良率問題

再次，使用成本低

整機價格合理；機台備品、備件價格低；節能環保，耗電量低；對廠務配套設施要求簡單，易安裝、易保養、易維修；Service費用低，技術服務響應速度快；License費用低，最好免費

第四，自動化程度高

自動化程度高，減少Op/技術員的人工操作；機台操作簡單、UI界面友好；設備軟硬件接口功能完善且靈活，能與EAP（Equipment Automation Program)快速整合實現生産制造自動化；測試機硬件校準高度自動化；軟硬件問題診斷工具完善，能快速、準确甄别機台問題

六、摩爾精英芯片自動化測試設備（ATE），為量産而生

摩爾精英于2020年10月完成對源自德州儀器TI的ATE設備與研發團隊的并購，設立了全資子公司，建立了以中國研發支持團隊為核心的跨國協作網絡，服務客戶芯片測試，同步研發新一代設備。摩爾精英ATE測試設備經曆了超過二十年的時間和量産雙重檢驗，擁有百億顆芯片量産測試的經驗。

該系列ATE測試機台自2015年起，進入國内手機芯片供應商的供應鍊，測試 AP、PMIC等産品，迄今已測試近百萬片晶圓。2021年6月，摩爾精英測試團隊完成了某RF SoC國際大客戶的Qualification，開始導入量産。

迄今為止，摩爾精英測試團隊已為國内外數十個領域的客戶完成芯片測試方案開發，并已進入量産。

從産品覆蓋範圍、可靠性、使用成本、自動化程度等各方面指标來看，摩爾精英的ATE設備都具有很大的優勢，是一款非常适合大批量測試量産的機型。摩爾精英以自主ATE機台為基礎，依靠技術實力強、經驗豐富的國際化團隊，為客戶提供測試方案定制，幫助客戶降本增效。

摩爾精英無錫SiP先進封測中心 – 測試車間

2022年初，摩爾精英完成了無錫先進封測中心的建設，總面積共1.5萬平方米。工廠測試車間配置了數十套以摩爾精英MEE-T系列機台為基礎的CP/FT測試産能。從年初到現在，已經有15家客戶的30餘款芯片産品，在摩爾精英無錫工廠完成了工程開發，并且有部分産品已經導入量産。

總的來說，基于該系列測試機台，摩爾精英采用DFT設計、自有機台、測試方案三位一體的模式，來更好地服務芯片産品從研發到量産的測試。摩爾精英測試業務嘗試解決客戶芯片産品從研發到量産測試中的痛點，核心是怎樣實現從設計到測試到設備的協同創新，做出最适合的方案，從而達到最适合的效果和成本。

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