半導(dǎo)體芯片，是信息化時(shí)代的基石，也是當(dāng)今尖端制造的制高點(diǎn)。芯片制造，已經(jīng)進(jìn)入10納米到7納米器件的量產(chǎn)時(shí)代，是中國(guó)輸不起的領(lǐng)域。芯片生產(chǎn)需經(jīng)過幾百步的工藝，任何一步的錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致器件失效。因此，芯片檢測(cè)環(huán)節(jié)至關(guān)重要，采用好的芯片測(cè)試設(shè)備和方法是提高芯片制造水平的關(guān)鍵之一。同時(shí)集成電路設(shè)計(jì)是否合理、產(chǎn)品是否可靠，都需要通過集成電路的功能及參數(shù)測(cè)試才能驗(yàn)證。

一、集成電路芯片測(cè)試的三大核心設(shè)備

設(shè)備制造業(yè)是集成電路的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是完成晶圓制造、封裝測(cè)試環(huán)節(jié)和實(shí)現(xiàn)集成電路技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，在集成電路生產(chǎn)線投資中設(shè)備投資達(dá)總資本支出的 80%左右（SEMI 估計(jì)）。

所需專用設(shè)備主要包括晶圓制造環(huán)節(jié)所需的光刻機(jī)、化學(xué)汽相淀積（CVD）設(shè)備、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)、表面處理設(shè)備等；封裝環(huán)節(jié)所需的切割減薄設(shè)備、度量缺陷檢測(cè)設(shè)備、鍵合封裝設(shè)備等；測(cè)試環(huán)節(jié)所需的測(cè)試機(jī)、分選機(jī)、探針臺(tái)等；以及其他前端工序所需的擴(kuò)散、氧化及清洗設(shè)備等。 這些設(shè)備的制造需要綜合運(yùn)用光學(xué)、物理、化學(xué)等科學(xué)技術(shù)，具有技術(shù)含量高、制造難度大、設(shè)備價(jià)值高等特點(diǎn)。

集成電路的測(cè)試設(shè)備主要包括測(cè)試機(jī)、分選機(jī)和探針臺(tái)等。作為重要的專用設(shè)備，集成電路測(cè)試設(shè)備不僅可判斷被測(cè)芯片或器件的合格性，還可提供關(guān)于設(shè)計(jì)、制造過程的薄弱環(huán)節(jié)信息，有助于提高芯片制造水平。其中：

測(cè)試機(jī)是檢測(cè)芯片功能和性能的專用設(shè)備。測(cè)試機(jī)對(duì)芯片施加輸入信號(hào)，采集被測(cè)試芯片的輸出信號(hào)與預(yù)期值進(jìn)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(jī)和探針臺(tái)是將芯片的引腳與測(cè)試機(jī)的功能模塊連接起來并實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)化測(cè)試的專用設(shè)備。 在設(shè)計(jì)驗(yàn)證和成品測(cè)試環(huán)節(jié)，測(cè)試機(jī)需要和分選機(jī)配合使用；在晶圓檢測(cè)環(huán)節(jié)，測(cè)試機(jī)需要和探針臺(tái)配合使用。

二、芯片測(cè)試設(shè)備的技術(shù)難點(diǎn)：

集成電路行業(yè)是技術(shù)密集、知識(shí)密集的高科技行業(yè)，集計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信、精密電子測(cè)試和微電子等技術(shù)于一身，集成電路對(duì)可靠性、穩(wěn)定性和一致性要求較高，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求較高。因此，集成電路測(cè)試設(shè)備的技術(shù)壁壘較高。

（一）測(cè)試機(jī)

1）隨著集成電路應(yīng)用越趨于廣泛，需求量越來越大，對(duì)測(cè)試成本要求越來越高，因此對(duì)測(cè)試機(jī)的測(cè)試速度要求越來越高（如源的響應(yīng)速度要求達(dá)到微秒級(jí)）；

2）由于集成電路參數(shù)項(xiàng)目越來越多，如電壓、電流、時(shí)間、溫度、電阻、電容、頻率、脈寬、占空比等，對(duì)測(cè)試機(jī)功能模塊的需求越來越多；

3）狀態(tài)、測(cè)試參數(shù)監(jiān)控、生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)分析等方面，結(jié)合大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，對(duì)測(cè)試機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、采集、分析方面提出了較高的要求。

4）客戶對(duì)集成電路測(cè)試精度要求越來越高（微伏、微安級(jí)精度），如對(duì)測(cè)試機(jī)鉗位精度要求從1%提升至 0.25%、時(shí)間測(cè)量精度提高到微秒級(jí)，對(duì)測(cè)試機(jī)測(cè)試精度要求越趨嚴(yán)格；

5）集成電路產(chǎn)品門類的增加，要求測(cè)試設(shè)備具備通用化軟件開發(fā)平臺(tái)，方便客戶進(jìn)行二次應(yīng)用程序開發(fā)，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的測(cè)試需求；測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商對(duì)設(shè)備；

（二）分選機(jī)

1）集成電路封裝形式的多樣性要求分選機(jī)具備對(duì)不同封裝形式集成電路進(jìn)行測(cè)試時(shí)能夠快速切換的能力，從而形成較強(qiáng)的柔性化生產(chǎn)能力及適應(yīng)性；

2）由于集成電路的小型化和集成化特征，分選機(jī)對(duì)自動(dòng)化高速重復(fù)定位控制能力和測(cè)壓精度要求較高，誤差精度普遍要求在 0.01mm 等級(jí)；

3）分選機(jī)的批量自動(dòng)化作業(yè)要求其具備較強(qiáng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，例如對(duì) UPH（每小時(shí)運(yùn)送集成電路數(shù)量）和 Jam Rate（故障停機(jī)比率）的要求很高；

4）集成電路測(cè)試對(duì)外部測(cè)試環(huán)境有一定要求，例如部分集成電路測(cè)試要求在-55—150℃的多種溫度測(cè)試環(huán)境、無磁場(chǎng)干擾測(cè)試環(huán)境、多種外場(chǎng)疊加的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行，如何給定相應(yīng)的測(cè)試環(huán)境是分選機(jī)技術(shù)難點(diǎn)。

（三）探針臺(tái)

1）晶圓檢測(cè)需具備多套視覺精密測(cè)量及定位系統(tǒng)，并具備視覺相互標(biāo)定、多個(gè)坐標(biāo)系互相擬合的功能；

2）探針臺(tái)精度要求非常嚴(yán)苛，重復(fù)定位精度要求達(dá)到 0.001mm（微米）等級(jí)；

3）探針臺(tái)對(duì)設(shè)備工作環(huán)境潔凈度要求較高，除需達(dá)到幾乎無人干預(yù)的全自動(dòng)化作業(yè)，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)低粉塵提出要求，還需具備氣流除塵等特殊功能。

4）晶圓檢測(cè)對(duì)于設(shè)備穩(wěn)定性要求較高，各個(gè)執(zhí)行器件均需進(jìn)行多余度的控制，晶圓損傷率要求控制在 1ppm（百萬分之一）以內(nèi)；

三、國(guó)內(nèi)測(cè)試設(shè)備企業(yè)快速成長(zhǎng)

作為半導(dǎo)體行業(yè)的核心，集成電路芯片在近半個(gè)世紀(jì)里獲得快速發(fā)展。早期的集成電路企業(yè)以 IDM（Integrated DeviceManufacturing）模式為主， IDM 模式也稱為垂直集成模式，即 IC 制造商（IDM）自行設(shè)計(jì)、并將自行生產(chǎn)加工、封裝、測(cè)試后的成品芯片銷售。集成電路芯片產(chǎn)業(yè)鏈開始向?qū)I(yè)化分工的垂直分工模式發(fā)展。

隨著加工技術(shù)的日益成熟和標(biāo)準(zhǔn)化程度的不斷提高，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈開始向?qū)I(yè)化分工方向發(fā)展， 逐步形成了獨(dú)立的芯片。

設(shè)計(jì)企業(yè)（Fabless）、晶圓制造代工企業(yè)（Foundry）、封裝測(cè)試企業(yè)（Package & TestingHouse），并形成了新的產(chǎn)業(yè)模式——垂直分工模式。

在垂直分工模式下，設(shè)計(jì)、制造和封裝測(cè)試分離成集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的獨(dú)立一環(huán)。

據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，從全球產(chǎn)業(yè)鏈分布而言， 2015 年芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測(cè)試的收入約占產(chǎn)業(yè)鏈整體銷售收入的 27%、 51%和 22%。目前雖然全球半導(dǎo)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(dǎo)體（ST）等，但由于近年來半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)成本以及晶圓生產(chǎn)線投資成本呈指數(shù)級(jí)上揚(yáng)，更多的 IDM 廠商開始采用輕晶圓制造（Fab-lite）模式，即將晶圓委托晶圓制造代工商制造，甚至直接變成獨(dú)立的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，如超微（AMD）、恩智浦（NXP）和瑞薩（Renesas）等，垂直分工已成為半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)營(yíng)模式的發(fā)展方向。

四、半導(dǎo)體芯片行業(yè)的主要企業(yè)模式

芯片是先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，涉及國(guó)家信息安全，做大做強(qiáng)集成電路產(chǎn)業(yè)已成為國(guó)家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略先導(dǎo)。近年來，中國(guó)集成電路技術(shù)水平與國(guó)際差距不斷縮小，產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)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(shè)計(jì)公司，以中芯國(guó)際、上海華虹為代表的晶圓代工制造商，以及以華天科技、長(zhǎng)電科技、通富微電等為龍頭的芯片封裝測(cè)試企業(yè)，此外還包括采用 IDM 模式的華潤(rùn)微電子、士蘭微等。構(gòu)筑完成的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系具備實(shí)現(xiàn)集成電路專用設(shè)備進(jìn)口替代并解決國(guó)內(nèi)較大市場(chǎng)缺口的基礎(chǔ)。我國(guó)垂直分工模式的芯片產(chǎn)業(yè)鏈初步搭建成形，產(chǎn)業(yè)上中下游已然打通，涌現(xiàn)出一批實(shí)力較強(qiáng)的代表性本土企業(yè)。