测试设备主要用于半导体制造过程中检测芯片性能与缺陷，几乎每一步主要工艺完成后都需要进行，贯穿于整个半导体生产的始末。

面对飞速前进中的半导体工艺技术，超长“待机”服务的半导体测试设备要如何始终走在被测芯片的前面？随着半导体工艺的不断升级和下游应用的日益复杂，与半导体产业密不可分的测试的角色也在不断丰富和深化。

半导体测试是什么？

半导体测试贯穿设计、生产过程的核心环节。半导体测试就是通过测量半导体的输出响应和预期输出并进行比较以确定或评估集成电路功能和性能的过程，其测试内容主要为电学参数测试。一般来说，每个芯片都要经过两类测试：

（1）参数测试。参数测试是确定芯片管脚是否符合各种上升和下降时间、建立和保持时间、高低电压阈值和高低电流规范，包括DC（Direct Current）参数测试与AC（Alternating Current）参数测试。DC参数测试包括短路测试、开路测试、最大电流测试等。AC参数测试包括传输延迟测试、建立和保持时间测试、功能速度测试等。这些测试通常都是与工艺相关的。CMOS输出电压测量不需要负载，而TTL器件则需要电流负载。

（2）功能测试。功能测试决定芯片的内部数字逻辑和模拟子系统的行为是否符合期望。这些测试由输入适量和相应的响应构成。他们通过测试芯片内部节点来检查一个验证过的设计是否正产工作。功能测试对逻辑电路的典型故障有很高的覆盖率。

测试成本与测试时间成正比，而测试时间取决于测试行为，包括低速的参数测试和高速的矢量测试（功能测试）。其中参数测试的时间与管脚的数目成比例，适量测试的时间依赖于矢量的数目和时钟频率。测试的成本主要是功能测试。

半导体测试贯穿设计、制造、封装、应用全过程。从最初形成满足特定功能需求的芯片设计，经过晶圆制造、封装环节，在最终形成合格产品前，需要检测产品是否符合各种规范。按生产流程分类。半导体测试可以按生产流程可以分为三类：验证测试、晶圆测试测试、封装检测。

（1） 验证测试：又称实验室测试或特性测试，是在器件进入量产之前验证设计是否正确，需要进行功能测试和全面的AC/DC。特性测试确定器件工作参数的范围。通常测试最坏情况，因为它比平均情况更容易评估，并且通过此类测试的器件将会在其他任何条件下工作。

（2） 晶圆测试：每一块加加工完成后的芯片都需要进行晶圆测试，他没有特性测试全面，但必须判定芯片是否符合设计的质量和需求。测试矢量需要高的故障覆盖率，但不需要覆盖所有的功能和数据类型。晶圆测试主要考虑的是测试成本，需要测试时间最小，只做通过/不通过的判决。

（3） 封装测试：是在封装完成后的测试。根据具体情况，这个测试内容可以与生产测试相似，或者比生产测试更全面一些，甚至可以在特定的应用系统中测试。封装测试最重要的目标就是避免将有缺陷的器件放入系统之中。晶圆测试又称前道测试、“Circuit porbing”（即CP测试）、“Wafer porbing”或者“Die sort”。

测试永远走在芯片前面

对于测试厂商而言，不是追赶市场趋势，更多是要去预言下一代趋势。因为测试仪器必须走在被测试的芯片前面。

而如何让待机周期超长的测试机可以始终走在前面？那就意味着高端测试机必须向可扩展性测试平台方向发展，灵活性、兼容性和可扩展性是关键的能力。在单一平台上，通过硬件板卡和软件工具的演进和拓展，不断提高其测试能力和应用范围，以面对新的需求，并最大程度上保护用户在设备和技术能力上的投入。

例如，爱德万测试的V93000测试机于1999年最初上市。20多年来，它依旧保持着稳定的销售出货。但它早已不是20多年前的那台测试机，至今它已经历了Single Density、 Pin Scale、 Smart Scale、EXA Scale四代升级，以满足不断发展的测试需求，同时依然保持其软硬件的用户接口方式。

“我们通常会往前多看5年，芯片技术发展的跨代周期一般是5年。那么就要知道，5年之后的芯片需要什么样的能力？需要测试什么？” 葛樑强调，而要切准方向，就必须和产业链上的企业紧密沟通合作，“很多研发思路和方案其实是和产业链客户相互激荡产生的。”

据了解，爱德万测试制定新产品方向和策略的时候，通常采取一种“通专结合”的方式，也就是通用方案和专用方案相结合的模式。以存储器芯片为例，大部分的存储器芯片都是通用类芯片，通常公司在发布下一代存储测试产品前都会与全球几大存储器的领导厂商做重复沟通，了解他们的需求，以保证下一代产品的公共性，这是“通”的部分；但同时也会考虑各个客户独有的需求以及各家的测试成本，去做一些定制化的方案。但是，通和专之间有时候是会转化的。当几家领导厂商在比较早期的时候就采纳了某一种方案，接下去很可能整个市场也都会遵循这一模式，那么一些专用的定制化方案就可能慢慢也转变成被市场接受的通用方案。

协同开发推出解决方案逐渐成为测试厂商和产业链上下有合作的主流方向。半导体测试机需配套芯片的测试需求，与IC 设计厂商进行联合开发，基于长期的开发合作，测试机厂商也能够进一步积累大量专利与研发经验，与合作的设计公司形成默契合作并逐步建立生态。

因此，早期绑定IC设计厂商进行联合开发的测试机厂商，往往获取订单的概率更大，一旦进入设计公司合作体系，将拥有显著的客户资源壁垒与产业协同壁垒。

后摩尔时代，“测试先行”重要性凸显

但事实上，对于IC厂商而言，与测试厂商在早起就绑定联合开发测试方案，同样越来越关键。以前可能大多数人会认为，芯片测试是客户把产品设计出来以后才能跟测试厂商来谈测试方案，但现在的情况更趋于，当他们有了一个基本的想法雏形时，就最好开始和测试厂商做深入沟通，这样才能确保他们的产品在设计出来或者是设计过程中，就可以建立起相应的测试方案，可以逐步地去验证。

测试的价值最主要体现在上市时间（Time-to-Market）和成品率提升（Yield Improvement）两个方面。检测设备自身不会改变晶圆或芯片的质地，但是经过优化的测试方法，可以在具有高测试覆盖率的前提下，控制成本并降低在最终客户那里的DPPM（Defective Parts Per Million），减少退货率。

而随着产业走入芯片融合时代，工艺和应用的复杂度不断提升之下，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”。特别是到了后摩尔时代，在工艺制程没法更进一步提升的情况下，先进封装成为业界重视的一大方向，2.5D封装、3D封装、SiP等这都对晶圆级测试提出了更高的要求，这也进一步凸显测试先行的重要性。

因为，传统来讲，一块芯片通常在晶圆级测试层面测得比较简单，在封装完成后会测试得比较完整。但现在，由于先进封装的复杂度大大提升，里面可能会涉及包括存储、CPU、GPU等一堆芯片，而且都是价格不菲，但凡其中有一颗不好的芯片，就有可能拖累其他所有的芯片。因而在先进封装时代，很多测试需要提前，比如原来在后面的系统级测试可能要提前到晶圆级层面就要做，来保证整体的良率。

同时，随着技术的融合发展，半导体产业价值链之间的边界也趋于模糊化。测试厂商和半导体客户之间更趋于一种“你中有我、我中有你”的状态，需要在很早期的阶段就来共同合作研发测试方案，包括整个测试流程的设计、机台设备的调整等等。

无疑，无论从产品技术或是市场布局两个维度来看，半导体测试的发展历程与全球半导体产业紧密相连。芯片技术越来越复杂，也意味着测试技术还有更多成长发展的空间。

文章来源： 光学半导体与元宇宙， 天天IC