淺析存儲器芯片測試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及國產(chǎn)化機遇

2020北京微電子國際研討會暨IC WORLD學(xué)術(shù)會議在北京召開，

本次會議以“開創(chuàng)芯啟程，領(lǐng)跑芯未來”為主題。在“新一代存儲器技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展”研討專題論壇上，武漢精鴻電子技術(shù)有限公司副總經(jīng)理鄧標華發(fā)表了以《存儲器芯片測試技術(shù)及國產(chǎn)化機遇》為題的主題報告。

本次報告主要從三個方面分析了存儲器芯片測試設(shè)備的市場狀況，即發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)挑戰(zhàn)和國產(chǎn)機遇。

發(fā)展現(xiàn)狀：測試設(shè)備同樣面臨“卡脖子”難題

據(jù)鄧標華介紹，存儲器戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)主要有存儲器顆粒、嵌入式存儲器、存儲器模組和泛存儲器產(chǎn)品，而存儲器制造工藝主要有Design House、IDM和Package Test等。一般而言，后道制程工藝后，都必須進行功能測試、性能檢測，功能測試一般指的是晶圓測試、老化測試和最終測試，性能測試主要指直流參數(shù)測試和交流參數(shù)測試。

鄧標華表示，對IC芯片測試的要求是快速、準確、非破壞，而芯片測試的重要作用就是工藝控制和良率管理。

在談及國內(nèi)測試設(shè)備的現(xiàn)狀時，鄧標華說，與制造設(shè)備一樣，測試設(shè)備同樣是制約我國IC制造產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”難題。中芯國際、長江存儲等最先進節(jié)點的生產(chǎn)線上，目前尚無任何一臺國產(chǎn)存儲器后道測試設(shè)備。

據(jù)鄧標華介紹，目前存儲器測試設(shè)備主要分為CP Tester、B/I Tester、FT Tester和SLT Tester，其中CP Tester占57.69%。根據(jù)SEMI預(yù)測數(shù)據(jù)，2019年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場526.9億美元，其中中國市場占比22.2%。測試設(shè)備占據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備投資在8.3%左右，其中泰瑞達和愛德萬分別占中國集成電路測試機市場份額的46.7%、35.3%，合計占比達到82%，而在全球范圍，兩家公司更是壟斷85%以上市場，基本涵蓋所有存儲器產(chǎn)品種類和測試流程。

技術(shù)挑戰(zhàn)：四大挑戰(zhàn)亟需解決

面對這樣的國內(nèi)外市場“卡脖子”問題，鄧標華表示，存儲器芯片測試設(shè)備主要存在四大技術(shù)挑戰(zhàn)，即“并測數(shù)：不斷增加”、“信號互連：速率不斷提升”、“器件特性：測試項復(fù)雜度不斷增加”、“熱設(shè)計：功率密度不斷增加”。

據(jù)鄧標華介紹，CP并測數(shù)提升到1000多。為滿足memory速率和并測數(shù)提升的需求，Probe由懸臂式正逐漸向MEMS演進。MEMS pin數(shù)由6000到45000到70000未來可支持pin數(shù)高達17W+，支持高速，為將來存儲器主流針卡。而在工藝上，由于存儲芯片尤其多IO，密pitch Pad，對平坦度精度要求高，未來激光加工為主流。另外，由于高昂的材料成本，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在PCB互連方面，已逐漸被高速線纜替代。而高速同軸線纜，具有可靈活配置IO資源，良好的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向容差和高速性能等特點，成為存儲器測試中主流互連方式。

在信號互連面臨的挑戰(zhàn)主要是SI設(shè)計挑戰(zhàn)和PI設(shè)計挑戰(zhàn)。

SI設(shè)計挑戰(zhàn)：速率變高→非理想傳輸線效應(yīng)→反射和損耗劇增→信號完整性的難度增大

PI設(shè)計挑戰(zhàn)：動態(tài)負載增加→電源網(wǎng)絡(luò)噪聲增加→系統(tǒng)時序margin減小

據(jù)鄧標華介紹，存儲器關(guān)鍵特性測試主要有低成本、高效，靈活的控制器測試和高性能、高帶寬三個方面的特點。

而在自動化整機和熱設(shè)計方面則講究DUT溫度均勻性、板級散熱（高功率）和系統(tǒng)級散熱（高密度）三個關(guān)鍵要素：高并測數(shù)、多槽位插板帶來的DUTs溫度均勻性挑戰(zhàn)；大于1kW高功率單板的散熱挑戰(zhàn)，避免出現(xiàn)熱點；高密系統(tǒng)級散熱以及液冷系統(tǒng)帶來的漏液風(fēng)險和可靠性挑戰(zhàn)。

鄧標華認為，存儲器芯片測試設(shè)備在BI老化測試、SLT系統(tǒng)測試、FT封裝測試、CP晶圓測試四個方面的技術(shù)現(xiàn)狀主要有幾個需要解決的問題。1、BI老化測試：并測數(shù)高，測試速率低，以BIST為主，高溫高速的老化測試設(shè)備缺乏；2、SLT系統(tǒng)測試：標準控制接口，模塊化設(shè)計，集成度高；3、FT封裝測試：測試精度高，功能全，并測數(shù)少；4、CP晶圓測試：探針主流采用接觸式，集成度和效率低。這四種工藝分別對應(yīng)的設(shè)備是動態(tài)老化測試設(shè)備、全自動系統(tǒng)級測試解決方案設(shè)備、封裝后測試的主要設(shè)備和Memory封裝前晶圓性能檢測主要設(shè)備。

鄧標華表示，目前存儲器芯片測試設(shè)備的技術(shù)發(fā)展趨勢主要有：接口速率不斷提高（M-PHY4.0/PCIE5.0/ DDR5） 和讀寫性能的提升（MRAM/PRAM）；存儲容量不斷提升（TLC/QLC，128/192層）；AI 在快速分析測試結(jié)果中的應(yīng)用；以MEMS Probe為主，支持10w級以上的pin；部分場景BI與FT的設(shè)備融合；高可靠性、穩(wěn)定性、一致性的整機。

國產(chǎn)機遇：武漢精鴻相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域已超對標產(chǎn)品

在談及國產(chǎn)化機遇時，鄧標華表示，存儲器制造代表我國國家信息安全和經(jīng)濟發(fā)展的重大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。而存儲器測試設(shè)備是制約我國存儲器制造業(yè)快速發(fā)展的“卡脖子”難題。存儲器測試設(shè)備的加速升級是亟需解決的重點。武漢精鴻正是在此背景下新成立，專注于存儲器芯片測試設(shè)備的廠商。目前武漢精鴻已經(jīng)在存儲測試設(shè)備領(lǐng)域的各個方面展開布局。

據(jù)鄧標華介紹，武漢精鴻是一家中韓合資的企業(yè)，依托國內(nèi)上市公司精測電子的資金和技術(shù)支持，目前已投資約3億元，專注于芯片后道電測試和存儲器/SoC芯片測試。不僅如此，武漢精鴻基于韓國公司在該領(lǐng)域的先進技術(shù)和華中科技大學(xué)存儲器芯片測試研究中心合作，在產(chǎn)學(xué)研的前沿技術(shù)領(lǐng)域深度配合，經(jīng)過消化吸收，已經(jīng)實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)移，獨立開發(fā)。

據(jù)了解，目前，韓國存儲器ATE測試設(shè)備各項性能指標均達到國際先進水平，產(chǎn)品已大批量應(yīng)用于韓國Samsung/Hynix產(chǎn)線，成熟穩(wěn)定。武漢精測顯示面板測試設(shè)備在測試信號和電源設(shè)計領(lǐng)域有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗。武漢精鴻電子存儲器BI設(shè)備現(xiàn)已批量供貨給長江存儲。

據(jù)鄧標華介紹，武漢精鴻在BI測試、CP/FT測試已經(jīng)基本實現(xiàn)小批量產(chǎn)，短期內(nèi)可實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。

最后，鄧標華表示，武漢精鴻在Burn-in這個領(lǐng)域已經(jīng)走得比較靠前，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，目前已經(jīng)交付長江存儲，也取得了很好的反饋。在其他相關(guān)技術(shù)所取的成就方面，武漢精鴻目前在并測數(shù)方面已經(jīng)取得一定成果，比如最新開發(fā)的CP測試設(shè)備，相關(guān)指標已經(jīng)超過對標產(chǎn)品，主要原因是單板設(shè)計方面做了很大的改良。在整機散熱方面，通過實驗室的仿真改良，也有機會在該領(lǐng)域有所斬獲。而在信號互連方面，目前也在加大研發(fā)，爭取在該領(lǐng)域有所突破。
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