通過測試：芯片背後的芯片。工程網
至關重要的 ATE 行業從未面臨過如此多的挑戰——但像 Elevate Semiconductor 這樣的公司正在奮勇向前。
Engineering.com 2023 年 4 月 9 日。 對於半導體行業來說，這是一個有趣的時期。大流行引發的芯片短缺、地緣政治緊張局勢以及所有行業的計算需求激增使該行業保持警惕。
在這種背景下，您可能會忘記另一個有趣的問題：測試。隨著集成電路 (IC) 變得越來越複雜，它們的測試要求也越來越複雜。沒有人比 Elevate Semiconductor 的創始人兼首席技術官 Patrick Sullivan 更清楚這一點，Elevate Semiconductor 是世界上最重要的自動測試設備 (ATE) 集成電路供應商之一。
“這有點像你的下水道系統。你不喜歡去想它。你不喜歡投入很多錢。但是當它壞了，你馬上就會注意到，”沙利文在 製造未來最新一集，他詳細談到了 IC 測試的挑戰，IC 測試是整個半導體行業的關鍵推動因素。為了避免成為瓶頸，測試需要與時俱進。
親愛的，我把晶體管縮小了
電子的歷史是小型化的歷史之一。從最早的房間大小的電腦，到房樑上都裝滿了球形真空管，到最新的筆記本電腦，在鍵盤的一個鍵下封裝了 400 億個晶體管，過去幾十年見證了我們的電子設備呈指數級縮小。每向下一個數量級都伴隨著設計、製造和測試方面的新挑戰。
晶體管技術的當前技術水平以納米為單位：7nm、5nm 甚至更小。這些是比文字門尺寸更方便的標籤，但它們足夠接近並且比“真的，真的很小”和“真的，真的，真的很小”更有用的描述符。
“要使 7nm 和 5nm 技術能夠得到有效測試，有很多棘手的問題需要解決，”Sullivan 說。
一個棘手的問題是必須開發新的測試 IC 來處理更小幾何形狀的更高引腳密度。另一個問題是它們的公差非常小，這意味著設備電源必須非常準確。如果電壓稍微升高一點，就可能損壞被測設備，造成 Sullivan 所說的“行走的傷員”，並在現場早逝。電源還必須非常高效，以確保所有可用電源都提供給被測設備。
“我們確實受到客戶的推動，以確保我們擁有電壓非常低、精度非常高的設備電源，”Sullivan 說。
另一方面，對於設備電源的電壓範圍，Sullivan 指出了 Elevate Semiconductor 的 惠特尼芯片，一種雙通道電源管理單元 (PMU) 和數模轉換器 (DAC) 解決方案，專為 -60 至 60 伏的電壓而設計。
“Whitney 的電壓明顯高於傳統的 ATE，後者通常在 15 伏左右。我們實際上將使用該架構來推動越來越高的電壓，以滿足需求，”Sullivan 說。
Elevate Semiconductor 的 Whitney PMU/DPS 雙通道 ATE IC。 （來源：Elevate Semiconductor。）
芯片變得越來越複雜
隨著芯片的縮小，它們自然會變得更加複雜，包含更多的邏輯門和計算能力。但是芯片在其他方面變得越來越複雜。一方面，芯片的集成度越來越高。最近的一個例子來自蘋果公司，據報導，該公司正在開發一款單芯片，為其即將推出的 iPhone 提供 Wi-Fi、藍牙和蜂窩網絡功能（當前型號將這些功能分配給來自兩個供應商的兩個獨立芯片）。芯片提供的功能越多，設計和測試就越複雜。
今天的許多芯片也是高度專業化的，例如用於機器學習加速的芯片或用於高度監管的醫療設備的芯片。芯片佈局也在適應 5G 和 6G 等新興技術的要求。再加上氮化鎵 (GaN) 和碳化矽 (SiC) 等新型半導體材料的增長，很明顯，IC 的多樣性和復雜性從未像現在這樣高。
“現實情況是，這些極其複雜的芯片的測試時間正在飆升，”Sullivan 解釋道。他說 艾維半導體 必須展望行業不斷變化的需求，以確保其 ATE IC 為未來需求做好準備——這是一項艱鉅但必要的任務，以確保 IC 測試設備永遠不會落後於 IC 本身。
IC測試的成本是ATE公司必須牢記的另一個因素。 Sullivan 承認，隨著測試要求變得越來越複雜，控製成本是整個行業面臨的挑戰。
“過去，測試成本大約佔芯片成本的 30%，”沙利文說。 “每個人都認為它會下降——它開始下降了——然後隨著這些新技術的出現，它開始回升，這就是大問題。”
IC 測試與 IC 設計密不可分，雙方的工程師都必須仔細規劃，以確保芯片及時通過測試並進入市場窗口。這並不容易，但如果有前瞻性的 ATE 公司在您身邊，事情就會變得容易一些。
有關 ATE 行業的挑戰以及公司如何喜歡的更多信息 艾維半導體 正在努力解決這些問題，觀看 Patrick Sullivan 與 engineering.com 的 Jim Anderton 的最新一集對話 製造未來。
