ATE测试概述_专业集成电路测试网-芯片测试技术-ic test

半导体行业的三种主要业务模式：IDM（Integrated Device Manufacturer，集成器件制造商）、Fabless（无工厂半导体设计公司）、Foundry（晶圆代工厂）以及OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Test，外包半导体封装和测试），涵盖了从芯片设计、制造到封装测试的整个半导体产业链。

ATE是“Automatic Test Equipment”的缩写，即自动测试设备。ATE是用于测试和验证半导体芯片性能的自动化设备，广泛应用于半导体制造过程中的各个测试环节，目的是确保集成电路产品的品质。

1. ATE测试类型

IC（集成电路）测试流程是确保芯片质量和可靠性的重要环节，它被划分为三个关键阶段：晶圆测试（Wafer/Chip）、封装后测试（Packaged IC(s)）以及模块/系统板级测试（System Level Test）。前两个阶段主要利用ATE（Automatic Test Equipment，自动测试设备）机台进行，分别对应于晶圆级别的CP（Chip Probing）测试和封装完成后的FT（Final Test）测试。

CP测试（Chip Probing）

· 测试对象：晶圆（Wafer）上的每一颗独立芯片（Die）。在晶圆制造完成后，尚未进行划片和封装的阶段，通过探针卡将每个裸露的芯片管脚与测试机连接，进行电气特性和功能的测试。

· 测试目的：主要是对芯片的电气特性、功能等进行初步检测，尽早发现有缺陷的芯片，以减少后续封装等环节的资源浪费。比如检测芯片的基本电路是否连通、一些关键参数是否在设计范围内等。

· 测试方式：通过探针卡与wafer上的芯片接触，将芯片的信号引出到ATE机台，由ATE机台按照预设的测试程序对芯片施加各种激励信号，并采集芯片的响应信号，从而对芯片的各项性能指标进行评估。

FT测试（Final Test）

· 测试对象：经过封装后的芯片，此时芯片已具备了最终的外观形态和一定的物理保护。

· 测试目的：是在芯片封装完成后，对其进行全面、严格的性能测试，确保芯片在实际应用中的可靠性和稳定性，符合产品的规格要求。

· 测试方式：同样是利用ATE机台，但与CP测试相比，测试项目更加全面和深入。除了再次验证芯片的功能和电气特性外，还会进行可靠性测试，如高温、低温、湿度、机械应力等环境应力测试。

· 筛选与分级：根据测试结果，不仅可以判断芯片是否合格，还可以对合格芯片进行性能分级，将性能优异的芯片筛选出来，用于对性能要求更高的应用场景，实现芯片的差异化应用和价值最大化。如华为麒麟系列芯片根据不同性能分bin，实现不同型号手机上的差异化布局。以麒麟9000系列为例，其高性能版本搭载在华为Mate系列旗舰手机上；而中端性能版本则应用于华为nova系列等中高端手机，以较为均衡的性能和适中的价格，满足年轻用户对时尚外观和良好性能的双重需求。

在整个半导体产业链中，CP测试和FT测试相互配合，共同为芯片的质量保驾护航，是确保芯片产品能够满足市场和客户要求的关键环节。

随着WLCSP（wafer level chip scale package）封装技术的推广，有越来越多的产品在通过CP测试后就可以直接切割分片供货了。这是因为WLCSP封装技术具有诸多优点，如封装后的芯片尺寸和裸芯片几乎一致，达到了小型化的极限，且具有密度大、低感应、低成本、散热能力佳等特点。这种封装方式在一定程度上简化了传统封装后再进行FT测试的流程，提高了生产效率，降低了成本。不过，尽管如此，FT测试在一些对芯片可靠性要求极高的应用场景中，仍然是不可或缺的环节，以确保芯片在实际使用中的稳定性和可靠性。

2. ATE测试设备

测试机（Tester）

· 功能：测试机是半导体测试环节的“大脑”，起着至关重要的作用。它能够生成各种复杂的测试信号，这些信号如同精心设计的“考题”，施加到被测芯片上。同时，测试机还会接收芯片在这些信号刺激下产生的响应信号，就像收集芯片的“答卷”。通过对这些响应信号进行深入分析和处理，测试机可以精准地判断芯片的性能和功能是否达到合格标准。不同类型的芯片需要不同功能的测试机，如数字芯片测试机、模拟芯片测试机、射频芯片测试机等。

· 测试内容：涵盖直流参数、交流参数、功能测试等。

· 直流参数测试主要关注芯片在直流条件下的电气特性，如静态电流、漏电流等，这些参数直接关系到芯片的功耗和稳定性。

· 交流参数测试则侧重于芯片在交流信号下的表现，包括频率、保持时间、建立时间等。

· 功能测试更是全面检验芯片的各项功能是否正常，比如对于一款图像处理芯片，要测试其是否能准确地对图像进行压缩、解压缩、滤波等操作。

· 特点：技术壁垒高，客户对于集成电路测试在测试功能模块、测试精度、响应速度、应用程序定制化、平台可延展性以及测试数据的存储、采集和分析等方面提出愈来愈高的要求。全球主要的测试机供应商：泰瑞达（Teradyne）、爱德万（Advantest）、致茂电子（Chroma）、华峰测控、长川科技等。

分选机（Handler）

· 功能：分选机主要用于将被测芯片按照一定的标准或要求进行分类和分选。

在半导体生产过程中，经过测试后的芯片会有不同的性能表现和质量等级，分选机能够根据这些差异，将芯片精准地分选出来，合格的芯片送往后续的封装等工序，不合格的芯片则进行相应的处理，从而确保最终产品的质量和一致性。

· 特点：通过高分辨率的图像传感器，分选机可以捕捉到芯片表面的细微特征，如划痕、污渍、引脚状态等，再结合高效的图像处理算法，对芯片的品质和合格性进行判断。

· 关键技术包括图像传感器、图像处理算法、运动控制系统等；对自动化高速重复定位控制能力和测压精度要求较高，通常要求达到0.01mm的精度；还需要具备稳定性强、快速切换能力和抗干扰能力强等特点。

探针台（Wafer Prober）

· 功能：探针台主要用于半导体芯片的设计验证和晶圆制造环节。它通过极其精细的探针，精确地接触晶圆上的焊盘，这些探针就如同微小的“触手”，能够将测试程序精准地传送给芯片。同时，探针台还能接收芯片在执行测试程序后反馈的信号，以此判断芯片的功能和性能是否符合设计要求。

· 特点：精度要求苛刻，达到0.001mm级别；对设备稳定性要求极高。需要具备视觉精密控测量和定位系统，对系统算法提出很高要求。

· 知名厂商: 东京电子有限公司（Tokyo Electron Ltd.，简称TEL）、MPI Corporation(总部位于台湾)、长川科技、矽电、FormFactor Inc.（原Cascade Microtech，是全球最大的探针卡供应商，占有34%的市场份额）等。

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