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集成電路測試儀-芯片檢測設備

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集成電路檢測儀芯片檢測設備


◆ 芯片生產需經過幾百步的工藝,任何一步的錯誤都可能導致器件失效。因此,芯片檢測環節至關重要,采用好的芯片測試設備和方法是提高芯片製造水平的關鍵之一。同時集成電路設計是否合理、產品是否可靠,都需要通過集成電路的功能及參數測試才能驗證。

 

一、集成電路芯片測試的三大核心設備

 

◆ 設備製造業是集成電路的基礎產業,是完成晶圓製造、封裝測試環節和實現集成電路技術進步的關鍵,在集成電路生產線投資中設備投資達總資本支出的 80%左右(SEMI 估計)。

 

◆ 所需專用設備主要包括晶圓製造環節所需的光刻機、化學汽相澱積(CVD)設備、刻蝕機、離子注入機、表麵處理設備等;封裝環節所需的切割減薄設備、度量缺陷檢測設備、鍵合封裝設備等;測試環節所需的測試機、分選機、探針台等;以及其他前端工序所需的擴散、氧化及清洗設備等。 這些設備的製造需要綜合運用光學、物理、化學等科學技術,具有技術含量高、製造難度大、設備價值高等特點。

 

 

◆ 集成電路的測試設備主要包括測試機、分選機和探針台等。作為重要的專用設備,集成電路測試設備不僅可判斷被測芯片或器件的合格性,還可提供關於設計、製造過程的薄弱環節信息,有助於提高芯片製造水平。其中:

 

◆ 測試機是檢測芯片功能和性能的專用設備。測試機對芯片施加輸入信號,采集被測試芯片的輸出信號與預期值進行比較,判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。

 

◆ 分選機和探針台是將芯片的引腳與測試機的功能模塊連接起來並實現批量自動化測試的專用設備。 在設計驗證和成品測試環節,測試機需要和分選機配合使用;在晶圓檢測環節,測試機需要和探針台配合使用。

 

二、芯片測試設備的技術難點:

 

◆ 集成電路行業是技術密集、知識密集的高科技行業,集計算機、自動化、通信、精密電子測試和微電子等技術於一身,集成電路對可靠性、穩定性和一致性要求較高,對生產設備要求較高。因此,集成電路測試設備的技術壁壘較高。

 

(一)測試機

 

◆ 隨著集成電路應用越趨於廣,需求量越來越大,對測試成本要求越來越高,因此對測試機的測試速度要求越來越高(如源的響應速度要求達到微秒級);

◆ 由於集成電路參數項目越來越多,如電壓、電流、時間、溫度、電阻、電容、頻率、脈寬、占空比等,對測試機功能模塊的需求越來越多;

◆ 狀態、測試參數監控、生產質量數據分析等方麵,結合大數據的應用,對測試機的數據存儲、采集、分析方麵提出了較高的要求。

◆ 客戶對集成電路測試精度要求越來越高(微伏、微安級精度),如對測試機鉗位精度要求從1%提升至 0.25%、時間測量精度提高到微秒級,對測試機測試精度要求越趨嚴格;

◆ 集成電路產品門類的增加,要求測試設備具備通用化軟件開發平台,方便客戶進行二次應用程序開發,以適應不同產品的測試需求;測試設備供應商對設備;

 

(二)分選機

 

◆ 集成電路封裝形式的多樣性要求分選機具備對不同封裝形式集成電路進行測試時能夠快速切換的能力,從而形成較強的柔性化生產能力及適應性;

◆ 由於集成電路的小型化和集成化特征,分選機對自動化高速重複定位控製能力和測壓精度要求較高,誤差精度普遍要求在 0.01mm 等級;

◆ 分選機的批量自動化作業要求其具備較強的運行穩定性,例如對 UPH(每小時運送集成電路數量)和 Jam Rate(故障停機比率)的要求很高;

◆ 集成電路測試對外部測試環境有一定要求,例如部分集成電路測試要求在-55—150℃的多種溫度測試環境、無磁場幹擾測試環境、多種外場疊加的測試環境中進行,如何給定相應的測試環境是分選機技術難點。

 

(三)探針台

 

◆ 晶圓檢測需具備多套視覺精密測量及定位係統,並具備視覺相互標定、多個坐標係互相擬合的功能;

◆ 探針台精度要求非常嚴苛,重複定位精度要求達到 0.001mm(微米)等級;

◆ 探針台對設備工作環境潔淨度要求較高,除需達到幾乎無人幹預的全自動化作業,對傳動機構低粉塵提出要求,還需具備氣流除塵等特殊功能。

◆ 晶圓檢測對於設備穩定性要求較高,各個執行器件均需進行多餘度的控製,晶圓損傷率要求控製在 1ppm(百萬分之一)以內;

 

三、國內測試設備企業快速成長

 

◆ 作為半導體行業的核心,集成電路芯片在近半個世紀裏獲得快速發展。早期的集成電路企業以 IDM(Integrated DeviceManufacturing)模式為主, IDM 模式也稱為垂直集成模式,即 IC 製造商(IDM)自行設計、並將自行生產加工、封裝、測試後的成品芯片銷售。集成電路芯片產業鏈開始向專業化分工的垂直分工模式發展。

 

◆ 隨著加工技術的日益成熟和標準化程度的不斷提高,集成電路產業鏈開始向專業化分工方向發展, 逐步形成了獨立的芯片

設計企業(Fabless)、晶圓製造代工企業(Foundry)、封裝測試企業(Package & TestingHouse),並形成了新的產業模式——垂直分工模式。

在垂直分工模式下,設計、製造和封裝測試分離成集成電路產業鏈中的獨立一環。

 

◆ 據國際半導體協會統計,從全球產業鏈分布而言, 2015 年芯片設計、晶圓製造和封裝測試的收入約占產業鏈整體銷售收入的 27%、 51%和 22%。目前雖然全球半導體前 20 大廠商中大部分仍為 IDM 廠商,如英特爾(Intel)、三星(Samsung)、東芝(Toshiba)、德州儀器(TI)、意法半導體(ST)等,但由於近年來半導體技術研發成本以及晶圓生產線投資成本呈指數級上揚,更多的 IDM 廠商開始采用輕晶圓製造(Fab-lite)模式,即將晶圓委托晶圓製造代工商製造,甚至直接變成獨立的芯片設計企業,如超微(AMD)、恩智浦(NXP)和瑞薩(Renesas)等,垂直分工已成為半導體行業經營模式的發展方向。

 

四、半導體芯片行業的主要企業模式

 

◆ 芯片是先導性、基礎性產業,涉及信息安全,做大做強集成電路產業已成為國有產業轉型的戰略先導。近年來,中國集成電路技術水平與國際差距不斷縮小,產業已經進入快速發展的軌道,其中主要包括以華為海思、紫光展銳等為核心的芯片設計公司,以中芯國際、上海華虹為代表的晶圓代工製造商,以及以華天科技、長電科技、通富微電等為龍頭的芯片封裝測試企業,此外還包括采用 IDM 模式的華潤微電子、士蘭微等。構築完成的產業生態體係具備實現集成電路專用設備進口替代並解決國內較大市場缺口的基礎。我國垂直分工模式的芯片產業鏈初步搭建成形,產業上中下遊已然打通,湧現出一批實力較強的代表性本土企業。 

 

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