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封测工厂的测试之痛

时间:2014-10-24 21:36来源:未知 作者:封测G哥 点击:

        从技术角度上来讲,集成电路的封装和量产测试是两个完全不同的概念和生产工艺环节,然而业界通常习惯性地把两者放在一起来讲。原因无它,只因为这两项业务在流程上属于紧密相关联的两个步骤,通常都必须在同一工厂里先后完成。我曾经试探地问一些业界资深人士,是否有可能把这两项业务分开、独立操作,得到的回答几乎都是斩钉截铁的“操作比较困难”或者“成本上不划算”。

图1. 芯片制造基本流程

       仔细想来也确实如此,IC测试的两个主要环节:CP(Chip Probing

       晶圆测试)和FT(Final Test成品测试)在生产流程上分别是一前一后紧靠着封装的工序(参考图1)。如果把测试和封装工序分在两地操作,无论从时间上还是物流上需要付出额外成本,所以多数情况下,客户都选择把两项业务外包给同一家工厂—在哪里封装也就在哪里进行测试,于是封装厂也就成为了封装测试厂。这样还有一个好处是,客户只需要和一家供应商打交道,万一发生问题也容易沟通解决。

       粗看起来,这种方式确实不失为一种节约成本且操作便利的模式。然而,从我和不少设计公司及封装厂的人士沟通交流后发现,事情并不如想象的那么简单。封装厂在同时承担了测试任务以后,却也带来了许多额外的麻烦。

       一般来说,封装厂首要面对的麻烦就是测试技术积累的问题。一般封装厂内部的技术人员都主要是封装工艺研发和生产管理的方面的专业人士,对于自己的产品,封装厂一般都拥有比较完整的know how的经验。然而,测试与封装在技术上是完全不同的两个独立环节,封装专业人士的知识和经验完全无法扩展到测试上面,面对测试工序上的问题,封装厂需要专门人士来解决。

       有些封装厂、特别是国内的一些封装生产企业,过去根本就是没有测试业务,仅仅为客户提供封装服务。但是由于越来越多的客户对测试也提出了要求,才不得不开始建立测试产线。这不仅仅是设备采购上需要花费巨大资金,测试专业的人才的空缺则更是个棘手问题。专业测试人才的人力成本并不便宜—特别是能够进行高端测试方案开发的工程师工资很高,这对封装厂来说无疑是一个非常大的负担。更为麻烦的是,客户对测试方案开发的需求多种多样,测试机平台种类也五花八门,要完全满足客户需求,需要组建一个团队,其成本可想而知。而且客户对于测试开发业务的需求量非常不稳定,时多时少,这对于人力成本的计划和控制也是一个挑战。笔者曾经从一家全球排名前几名的台湾知名封装企业那里了解到,他们当年曾经建立了多达80人的测试技术开发团队,专门为客户提供技术服务,然而业务进行得并不顺利,现在这个团队已经几乎解散。

       所以目前很多封装厂虽然提供测试的生产服务,却不得不要求客户自行解决测试程序的开发问题。而很多中小设计公司自身也缺乏足够的开发经验和资源,只能依赖于第三方,比如测试设备的供应商等。这样一来,不仅仅是开发成本高,开发进度难以控制,更麻烦的是第三方开发者的能力良莠不齐,而且由于对产品的不了解导致测试方案软硬件中都存在大量品质问题,为后续的量产埋下隐患,有时甚至可能导致严重的品质事故。

       当然,技术问题还不是全部,测试生产服务的另一大障碍就是设备成本问题。根据最通常的商业模式,测试设备的收费都是按照机时的使用来收费的(根据不同平台,一般每小时从几十人民币到数百美金不等),所以只要设备工作时间充足,其利润还是比较可观的。但是问题在于,封装厂往往会面对不同客户的不同类型产品,其量产所需要的测试平台也可能完全不同。我们完全不可能指望,一个小型模拟器件和高端SOC使用同一种机台进行测试。面对五花八门的产品,封测厂就需要预备不同的测试设备。而客户的产品的产量可能非常不稳定,导致机台空闲和产能不够的情况頻烦交替出现。无论何种情况出现,都会给工厂和客户带来不必要的麻烦以及经济损失。

       众所周知,测试设备的价格都非常高,而且一般成本要在三年内折算完,如果设备出现空闲,则会对工厂造成巨大的经济损失。以比较通用爱德万的高端测试设备 V93000为例(图2),一台包含高速数字信号通道以及模拟和射频模组的机台售价往往超过百万美金,如果三年折旧的话,每年就成本就是三四十万美金,一旦因为客户订单下降,导致设备空闲,会计成本和现金流压力可想而知。所以封装厂一般尽可能地不太愿意随便采购新的测试设备,而希望客户能够将就采用现有的空闲平台,这就等于把麻烦推给了广大中小客户,要么机台性能不能符合测试要求,要么机台过于高端而导致不必要的成本支出。一些体量较大的客户因为订单足够,可以指定要求封装厂采购设备,或者自行采购设备放到工厂委托加工,但这一方法对于中小设计公司则几乎行不通,封装厂和客户都因此而受到损失。

       另外还有就是生产管理的问题。由于封装厂对测试设备以及测试方案本身的不熟悉,在日常生产维护工程中也会遭遇种种困扰。一旦量产中发生任何设备严重故障或者测试技术问题,都需要客户或者地三方供应商的FAE前来解决。不仅成本巨大,而且时间上也难以做到及时有效,特别是客户或第三方供应商不在工厂本地的时候,问题尤为突出。比如,全球两大高端测试机供应商的中国总部和技术支持团队都设在上海,而客户却可能远在西安和成都,一旦设备量产发生问题,解决的成本极大且效率低下,封测厂和供应商对此都有所抱怨。

       因此种种,量产测试服务对于很多工厂而言都成为一个巨大的包袱,特别是芯片性能随着摩尔定律的不断提升而导致测试技术要求越来越高的时候,面对各类客户的订单需求,封装企业在测试方面的痛苦也是可想而知的了。

       对于封装厂而言,测试服务的困难由来已久,日积月累也确实难以在一时之间找到妥善完全的解决办法。但笔者根据在测试行业的多年经验,也愿意尝试探讨一些可行的对策供读者参考。

图2. 芯片测试相关工程的构架

       首先自然还是测试的工程技术资源的匮乏问题。要想解决这一难题,封装厂目前最好的办法可能还是需要和外部的第三方技术服务机构采取深度的合作来弥补自身技术的短板。多年以前,在中国大陆能够提供高端测试开发服务的只有少数几家国外的测试设备公司,比如爱德万、泰瑞达等。这些公司的技术人员资源有限且成本高昂,也缺少对被测芯片产品本身以及量产维护管理的实践经验。图3是一颗芯片设计制造过程中与测试相关的工程构架,一般测试设备供应商的工程师由于自身技术经验的局限性,往往只精熟于机台的应用开发,而对产品设计和量产管理知之甚少,所以只能提供工程开发阶段(图3.中红色部分)的部分技术服务,无论从技术能力上还是商务模式上都无法完整服务于整个流程。所以对于多数封装企业来说,和这些供应商建立战略层面的合作有着诸多不切实际之处。

图3. 的测试技术服务商的合作模式

       不过如今,国内也逐渐学习海外的经验和商业模式,开始有了独立的测试技术服务公司,不仅仅代理销售各类测试相关设备和治具,而且还具备一定的测试方案开发能力,模式灵活且服务成本相对较低。不过这些服务机构单纯凭借自身业务也缺少进一步发展壮大的实力,如果国内中高端封装企业能够和那些有相当技术积累和资源资质的测试技术服务商深入无缝地进行合作,甚至建立战略层面的联合联盟,让专业测试技术服务商代替封装厂去和客户以及设备供应商对接,形成技术层面沟通的桥梁(如图4所示)。那么对于双方而言,就不失为一个有机会迅速弥补自身的短板,实现为客户提供优质高效turn-key服务能力的途径。当然,如何去选择一个信誉和技术都可靠的合作伙伴,是封装厂接下来要面临的一大问题。

       另一方面就是产能建设的投资规划和管理。封装工厂为避免市场预判错误而导致的投资过度或不足,就需要采用更为灵活的设备导入方式。如果可能,封装厂可以考虑对于部分机台采取租赁的形式来取代原来的单一买断模式。这种模式不仅可以避免产能需求大幅波动产生的影响,而且可以减少采购设备所产生的现金流压力。事实上,这种模式已经在很多工厂里被尝试和采用,外部金融机构提供的融资租赁的商业模式也已经非常成熟。一种比较常见的融资租赁模式就是,当封装厂需要采用某台设备时,由金融机构出资买下设备并交付封装厂使用,封装厂按年或者月支付比较可观的租金,在租赁达到一定年份以后,设备所有权可按照协议处理,比如产权直接转移给封装厂。这样,金融机构能够获得比较稳定的利润,而封装厂则避免了初期采购的巨大资金压力,双方各取所需。也有一种形式,是二手设备商将手中的闲置设备租赁给封装厂使用,一般两年就可以收回成本,其收益也高于设备的贩卖的利润,而且相比更为稳定。笔者在和一些业界同仁交流类似想法的时候,甚至一些设备原厂也对此类商业模式表示出了强烈的兴趣。可以预见,未来封测企业对于量产测试设备的租赁将成为一个比较主要的产线建设模式。

       甚至会有更加激进的商业模式出现。比如目前国内也开始出现专业的量产测试工厂,专注为设计公司提供CP甚至FT的量产测试服务。封装企业也不妨考虑将部分产能外包给这些专业测试机构,从而把自身的精力释放出来集中到自己专业的封装的开发及生产上,以提高效率。

       顺便值得提一句的是,在海外等集成电路发达国家地区还有一种非常有意思的模式:测试工厂干脆会把车间就建设在Fab和封装厂的旁边,打通净化间通道,实现厂房直连。这样流片及封装后的产品可以就地直接从生产车间运送到相邻的测试车间,不仅物流和时间花费极低,而且对于客户来说,管理和沟通的成本也大大减少。日本最大的DRAM制造商ELPIDA\尔必达和测试供应商Tera Probe之间的合作就是这一模式的典型案例。这类模式或许在不久的将来会引入到国内,被一些大型fab和封装企业所采用。

       随着芯片制造封装技术的高速发展,测试的需求和面临的挑战也会指数上升。我们相信,测试服务的商业模式上也会随之发生巨大的变化

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