淺談國內(nèi)集成電路自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）的發(fā)展

胡忠臣

【摘要】本文涉及集成電路自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）的發(fā)展。具體探討了國內(nèi)ATE設(shè)備的發(fā)展思路，結(jié)合技術(shù)、市場(chǎng)、配套環(huán)境及用戶環(huán)境幾個(gè)方面進(jìn)行了分析，結(jié)合作者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)如何突破國產(chǎn)中高端自動(dòng)測(cè)試設(shè)備開發(fā)及應(yīng)用給出了幾點(diǎn)建議。

【關(guān)鍵詞】集成電路測(cè)試設(shè)備 先進(jìn)技術(shù) 高端人才 配套環(huán)境

一、前言

近年來，集成電路行業(yè)越來越被重視，從技術(shù)和市場(chǎng)的角度，國內(nèi)集成電路都迎來了快速成長(zhǎng)期，而且在國內(nèi)政策和市場(chǎng)及其他各方面引導(dǎo)下，我國集成電路行業(yè)保持快速發(fā)展趨勢(shì)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也持續(xù)擴(kuò)大，技術(shù)水平顯著提升。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要包括材料、設(shè)計(jì)、設(shè)備、制造和封裝五大部分，每個(gè)部分分工明確，清晰而又復(fù)雜，環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。本文主要探討產(chǎn)業(yè)鏈中設(shè)備類之一的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）。自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合涵蓋集成電路整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，主要包括了芯片的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，晶圓制造相關(guān)的測(cè)試和封裝完成后的最終成品測(cè)試。

二、集成電路自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）現(xiàn)狀

全球集成電路自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）行業(yè)基本形成了壟斷的局面，被日本和美國公司壟斷了全球近90%以上的市場(chǎng)，他們也有著行業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)和研發(fā)能力，但是設(shè)備價(jià)格常年保持較高。國內(nèi)測(cè)試設(shè)備行業(yè)起步晚，整體規(guī)模較小，有部分低端測(cè)試設(shè)備，主要用于后道封裝測(cè)試，但對(duì)于中高端測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)，依然是一片空白。

根據(jù)國際半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（SEMI）統(tǒng)計(jì)，2017年全球集成電路測(cè)試設(shè)備銷售額45.3億美元，占所有設(shè)備比重為7.9%。過去五年，測(cè)試設(shè)備占整個(gè)集成電路設(shè)備產(chǎn)業(yè)的比重大致在8%-9%。據(jù)保守預(yù)計(jì)，2018年和2019年，全球測(cè)試設(shè)備每年市場(chǎng)規(guī)模大致在50億美元，而且隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域興起，國內(nèi)己經(jīng)成為世界上最重要的芯片消費(fèi)市場(chǎng)之一；同時(shí)國內(nèi)各地區(qū)加大加快集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展和建設(shè)，測(cè)試設(shè)備的需求愈來愈旺盛。

國內(nèi)的ATE發(fā)展滯后和緩慢由各種原因造成，一是技術(shù)難點(diǎn)和開發(fā)難度。國外設(shè)備先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)和高可靠性穩(wěn)定性設(shè)備不僅僅是長(zhǎng)達(dá)幾十年的技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的積累，更是結(jié)合應(yīng)用市場(chǎng)和反饋需求，一次次的調(diào)試和驗(yàn)證，不斷改進(jìn)完善產(chǎn)品的性能指標(biāo)和可靠穩(wěn)定性。二是如此復(fù)雜的應(yīng)用開發(fā)設(shè)備也需要大量的資金投入。開發(fā)周期長(zhǎng)、資金見效慢、開發(fā)失敗率也高，很少有資本愿意涉及此行業(yè)；三是國內(nèi)從事此行業(yè)的高端技術(shù)人員較少，更沒有完整的人才梯隊(duì)建設(shè)，測(cè)試設(shè)備行業(yè)對(duì)高端人才的技術(shù)和技術(shù)預(yù)見能力要求極高，既要熟知測(cè)試設(shè)備技術(shù)，同時(shí)又要具備技術(shù)和管理的交叉、技術(shù)和市場(chǎng)的融合等能力；也需要一定規(guī)模以上的團(tuán)隊(duì)合作才有推進(jìn)和突破的可能性。

綜上所述，技術(shù)水平、創(chuàng)新能力、資金實(shí)力、高端設(shè)計(jì)人才等方面仍存在著較大的差距。國內(nèi)集成電路測(cè)試設(shè)備的匱乏極大的影響了國內(nèi)集成電路行業(yè)的健康發(fā)展，如何突破國產(chǎn)中高端自動(dòng)測(cè)試設(shè)備開發(fā)及應(yīng)用一直是我們集成電路設(shè)備行業(yè)困擾的難題。

三、國內(nèi)集成電路自動(dòng)測(cè)試設(shè)備《ATE）發(fā)展的幾點(diǎn)建議

（一）技術(shù)層面

集成電路自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)施是一項(xiàng)系統(tǒng)型工程，可以說，測(cè)試設(shè)備的最高技術(shù)指標(biāo)決定著市場(chǎng)芯片的最高技術(shù)指標(biāo)。設(shè)各系統(tǒng)覆蓋了機(jī)械動(dòng)力、電力電子、系統(tǒng)軟件以及專用芯片設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)包含了主體框架及內(nèi)部架構(gòu)布局設(shè)計(jì)、控制方式設(shè)計(jì)、供電設(shè)計(jì)、冷卻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、自動(dòng)校準(zhǔn)設(shè)計(jì)、監(jiān)控及安全設(shè)計(jì)等各個(gè)部分，其中最核心難點(diǎn)和技術(shù)瓶頸主要還是在于各類功能板卡實(shí)現(xiàn)以及整機(jī)量產(chǎn)應(yīng)用的穩(wěn)定性及可靠性。

首先應(yīng)學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和加工制造工藝，通過消化吸收再創(chuàng)新，著重技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸的突破和研究，了解自己的短處，學(xué)習(xí)別人的長(zhǎng)處，在適當(dāng)?shù)那闆r下，引進(jìn)核心關(guān)鍵技術(shù)。其次，國內(nèi)很多相關(guān)企業(yè)、高校及研究型單位很早就致力于集成電路測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)研究與創(chuàng)新，如作為集成電路測(cè)試設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新的引領(lǐng)者和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)者的中國科學(xué)院微電子所、北京自動(dòng)測(cè)試技術(shù)研究等，每年都有著高質(zhì)量專利和新技術(shù)的產(chǎn)出，需更有效快速地促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，開展后續(xù)的試驗(yàn)、開發(fā)應(yīng)用推廣，快速形成新設(shè)備、新方法等。

（二）人才層面

擁有足夠的人才是保持競(jìng)爭(zhēng)力的根本手段。我國集成電路產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，在人才資源和投入上更與國際巨頭差距很大。短期內(nèi)，引進(jìn)和發(fā)掘國內(nèi)外高端領(lǐng)軍人才，利用其長(zhǎng)期深厚的技術(shù)積累和人才資源快速建立高效的研發(fā)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，建立技術(shù)支撐體系。長(zhǎng)期內(nèi)，注重人才的培育和培養(yǎng)，目前國內(nèi)很多高校己開展集成電路方面的有關(guān)專業(yè)和課程，如東南大學(xué)等高校。面向國家戰(zhàn)略需求的方針，培養(yǎng)具備集成電路設(shè)備及其他方面的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試技術(shù)和集成系統(tǒng)研發(fā)能力的新型研究人才和工程技術(shù)人才，以適應(yīng)國內(nèi)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用人才的迫切需求。未來幾年，也將形成強(qiáng)大的集成電路人才梯隊(duì)。同時(shí)國內(nèi)相關(guān)設(shè)備企業(yè)應(yīng)當(dāng)充裕發(fā)揮自身的特點(diǎn)，加大與大學(xué)、科研院校聯(lián)合，借助其綜合能力，迅速突破技術(shù)難點(diǎn)，掌握關(guān)鍵技術(shù)。

（三）配套層面

（1）加大投入資金。集成電路設(shè)備領(lǐng)域特點(diǎn)投入大，研發(fā)周期長(zhǎng)，失敗率高，見效慢，所以很多投資方不愿涉及，的確需要國家政策支持。目前，國家大基金己致力于國內(nèi)集成電路行業(yè)的發(fā)展，而且越來越多的投資方和地方資本也愿意緊跟國家政策和方向，共同培育國內(nèi)集成電路相關(guān)企業(yè)。一方面解決了企業(yè)的融資難題和大量的研發(fā)資金投入，另一方面更深層次的解決產(chǎn)業(yè)向市場(chǎng)化機(jī)制過渡的問題，提升企業(yè)的竟?fàn)帉?shí)力，讓集成電路設(shè)備產(chǎn)業(yè)加速向市場(chǎng)化機(jī)制過渡。

（2）制造及用戶環(huán)境。集成電路設(shè)備屬于多品種，小批量加工，設(shè)備高度集成。從復(fù)雜飯金加工制造-->高精度機(jī)加--表面處理-->高傳輸速率線束制造加工-->多層（高達(dá)30層）PCB板加工-->高良率SMT貼片等，加工流程較繁瑣，加工工藝和技術(shù)要求高。在各個(gè)環(huán)節(jié)中不允許出現(xiàn)問題，成規(guī)模的加工制造商往往不愿意觸及，投入與產(chǎn)出不成比例，短期內(nèi)帶來不了大的效益；但是中小規(guī)模的加工制造商，從設(shè)備精度、工廠管理、技術(shù)水平又達(dá)不到初始設(shè)計(jì)要求，集成電路設(shè)備制造時(shí)，往往通過不斷更改降低設(shè)計(jì)要求和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來滿足加工指標(biāo)。應(yīng)鼓勵(lì)大中型加工制造企業(yè)涉及集成電路產(chǎn)業(yè)，通過項(xiàng)目合作和技術(shù)改進(jìn)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)專業(yè)化配套體系發(fā)展。

除此以外，單一部件的可靠性和精度，通過不停的技術(shù)改善和加工工藝管理可以實(shí)現(xiàn)。但是，集成電路測(cè)試設(shè)備是高密度高精度高度集成化系統(tǒng)，部件種類繁多，一旦測(cè)試設(shè)備在封裝測(cè)試廠裝機(jī)量產(chǎn)，更不允許出現(xiàn)問題，MTBF需達(dá)到4000小時(shí)以上。長(zhǎng)期保持每個(gè)部件的可靠和精度要求，維持測(cè)試設(shè)備的高穩(wěn)定性和高可靠性更是難上加難。常規(guī)加工技術(shù)不能達(dá)到高要求的精度需求，需突破目前常規(guī)加工技術(shù)不能達(dá)到的精度界限，目前，設(shè)備高要求的高精度部件只能委托歐美公司加工制造。需從精密加工設(shè)備、切削刀具、加工環(huán)境、加工工件材質(zhì)、加工用夾具和精密測(cè)控技術(shù)，綜合改善各個(gè)環(huán)節(jié)，逐一完善，消除木桶效應(yīng)。

最后，國內(nèi)集成電路設(shè)備企業(yè)要構(gòu)建完善規(guī)范的測(cè)試設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)體系，通過先進(jìn)的運(yùn)作管理機(jī)制，組建符合現(xiàn)代企業(yè)要求，且能對(duì)標(biāo)國外先進(jìn)設(shè)備廠家的質(zhì)量體系，以此增強(qiáng)科研成果的轉(zhuǎn)化能力，降低成本、提高質(zhì)量，為高可靠性穩(wěn)定性的設(shè)備提供基礎(chǔ)條件，確保產(chǎn)出設(shè)備經(jīng)得起時(shí)間和用戶的驗(yàn)證測(cè)試；另一方面，國內(nèi)封測(cè)企業(yè)用戶需接納國內(nèi)設(shè)備企業(yè)，給予國內(nèi)設(shè)備供應(yīng)商信心，緊密地結(jié)合自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備研發(fā)制造企業(yè)和芯片設(shè)計(jì)公司、晶圓代工廠、后端封裝廠制造企業(yè)，鏈接集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的上下游。

四、結(jié)論

雖然差距是存在的，但也應(yīng)當(dāng)看到國內(nèi)集成電路設(shè)備公司的發(fā)展機(jī)遇、發(fā)展空間和發(fā)展方向。少數(shù)優(yōu)秀的本土測(cè)試設(shè)備制造商正在奮起直追。本土企業(yè)中，包括上海御渡等業(yè)內(nèi)少數(shù)專用測(cè)試設(shè)備制造商通過研發(fā)和技術(shù)積累，消化吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，并不斷創(chuàng)新改進(jìn)，掌握相關(guān)核心技術(shù)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。并且相關(guān)設(shè)備已在國內(nèi)大型封測(cè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用，與國外知名企業(yè)相比，國內(nèi)優(yōu)勢(shì)企業(yè)對(duì)客戶需求更為理解，服務(wù)方式更為靈活，產(chǎn)品性價(jià)比更高，具有一定的本土優(yōu)勢(shì)，有信心和決心為國內(nèi)集成電路的整體發(fā)展戰(zhàn)略提供支撐。

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