5G、人工智能、新能源等新技术的成熟驱动各行业加速数字化转型落地，从而持续推动全球半导体行业稳步增长。根据IC Insights半导体行业报告，预计2022年全球半导体总销售额将再增长11%，达到6806亿美元的新纪录。半导体产业的持续繁荣也让半导体自动测试设备（ATE）的市场规模随之水涨船高，预计2028年将达到72亿美元。

ADI中国区工业市场总监蔡振宇

作为半导体产业的关键一环，ATE贯穿着半导体设计、制造和封装全环节，对产品良率的监控及产品质量的判断至关重要。然而面对当今不断变化的IC产业，ATE测试也面临各种新的挑战。“芯片已经进入3nm时代，一颗芯片上承载的功能也越来越多，芯片工艺越来越复杂，这不仅意味着测试的复杂度成倍递增，也让芯片的良率更依赖测试的高级功能。如何才能快速且高效地完成新一代ATE方案的开发，以满足市场对大量出货、类型各异的半导体测试需求成为了业界亟待解决的新难题。”ADI中国区工业市场总监蔡振宇对此表示。作为在半导体领域深耕数十年的全球领先高性能半导体企业，ADI具有20多年的ATE行业经验，拥有深厚的技术积累，推出的多款解决方案获得业界广泛欢迎。

半导体产业链“承上启下”，自动化测试设备很关键

在半导体产业链中，一颗芯片的生命周期开始于对市场需求的分析，跟随着产品的定义、设计和制造，封装完成以后交付到终端消费者手中，在整个流程中需要经过多次测试。“其中ATE测试属于制造环节，是实现从研发到量产至关重要的一环。越高端、功能越复杂的芯片对测试的依赖度越高，同时测试设备的各类先进功能对于5G、IoT和云计算等半导体厂商来说变得越来越重要。”蔡振宇强调说。

依据半导体测试系统应用划分，ATE应用的主要细分领域为存储器、SoC、模拟、数字、分立器件和RF测试机等，无论哪种应用，ATE通常都需要完成芯片的功能测试、直流参数测试以及交流功能测试等工作，其原理是通过对芯片施加输入信号，采集被检测芯片的输出信号与预期值进行比较，判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性，保证在相应的芯片制造中，产品符合客户设计、制造要求以及市场需求。

ATE系统

由于测试方案的优劣直接影响到良率和测试成本。有资料显示，芯片缺陷相关故障对成本的影响从IC级别的数十美元，到模块级别的数百美元，乃至应用端级别的数千美元。“目前芯片开发周期缩短，对于流片的成功率要求非常高，任何一次失败，对企业而言都是无法承受的。因此，在芯片设计及开发过程中需要进行充分的验证和测试。”蔡振宇指出。

从几大关键测试维度入手，打造稳定高效的ATE产品方案

随着摩尔定律不断发展，工艺和应用的复杂度不断提升，半导体产业如果要做出好的产品，需要进一步重视“测试先行”。半导体工艺仍然在不断演进，制造工艺的精细和芯片内部结构的复杂度不断提升，一片芯片上承载的功能越来越多，芯片上的晶体管集成度越来越高，产品迭代速度也越来越快，甚至很多像AI、GPU和AP这样高复杂度芯片都要求进行逐年迭代，使得测试和验证的复杂程度骤增，测试时间和成本也相应增加不少。

“半导体测试机市场竞争的关键在于测试广度、测试精度、测试速度，以及测试机的延展性上。测试机的测试覆盖范围越广，能够测试的项目越多，就越受客户青睐。”蔡振宇指出。测试精度的重要指标包括测试电流、电压、电容、时间量等参数的精度，先进设备一般能够在电流测量上能达到皮安（pA）量级的精度，在电压测量上达到微伏（μV）量级的精度，在电容测量上能达到0.01皮法（pF）量级的精度，在时间量测量上能达到百皮秒（pS）。测试机的延展性则主要体现在能否根据需要灵活地增加测试功能、通道和工位数。

面对这些挑战，测试设备开发商亟需稳定的ATE解决方案，还期待有着高质量的测试覆盖率，能够支持更多通道，在单位时间内测试尽可能多的单元。ADI推出了ATE ASSP（专用标准产品），涵盖了先进的集成式引脚电子器件(PE)、器件电源(DPS)和参数测量单元 (PMU)等产品，以低功耗、高集成度等优势进一步帮助客户提升ATE机台的性能以及降低其成本。

其中，PE用于产生激励待测物的信号，以此获取待测物的反馈，所以PE芯片要求具备更高的精度。同时，集成度也是对方案的关键要求，例如集成引脚电子/引脚驱动器以单封装提供关键的测试应用解决方案，包括数字驱动和比较功能、有源负载和每引脚参数测量单元，这些单元通过电平设置DAC进行控制。“针对国内的ATE市场应用，ADATE318和ADATE320目前应用较广，数据速率可从600MHz到1.6GHz。其中，ADATE318比较适合数字芯片、存储器、混合信号测试等，ADATE320的数据速率则会更高一些，更适合高速芯片的测试。”蔡振宇补充道。

然而，很多时候确定性性能的单一方案很难满足多样性的市场需求，产品方案设计的拓展能力很重要，例如随着越来越多的功率或者电源的芯片测试需求远高于AD5560提供的25V电压和1.2A电流的范围，客户可以将多颗AD5560通过GaN模式级联以获得更大的输出电流。此外，ADI中国应用开发团队还基于AD5522拓展开发出了250W (±50V、5A)的高功率参考设计，很好地满足了大功率应用需求。“我们方案的拓展能力非常受客户欢迎。”蔡振宇透露道。

本土ATE发展面临提速机遇，ADI中国发力助客户成长

中国半导体行业正迎来新一轮发展机遇，市场对半导体的需求非常强劲，从而带动一波从设计到半导体制造封测投资热潮。在当下国内半导体产业链前端的制造、设计环节对国内ATE需求将得到显著提升，丰富的产业链客户也有助于国内ATE需求的稳健攀升。市场调研机构Gartner公司预测，到2025年中国芯片测试服务市场将达到550亿元人民币。

目前，国内的测试设备厂商已经在功率器件、模拟电路等特定领域测试机中占据一席之地，并正在朝速度更快，复杂度更高的测试机产品发力，相信在不久的将来，会有越来越多的国产测试机出现在芯片测试线上。“国内在模拟测试设备方面已有一定突破，面对日益扩大的中国半导体ATE市场，ADI愿意与本土的ATE厂商紧密合作，以本地决策和中国速度，响应国内半导体市场的创新需求，共同推动ATE产业的繁荣发展。”蔡振宇展望到。