浅析存储器芯片测试技术发展现状及国产化机遇

2020北京微电子国际研讨会暨IC WORLD学术会议在北京召开，

本次会议以“开创芯启程，领跑芯未来”为主题。在“新一代存储器技术及应用发展”研讨专题论坛上，武汉精鸿电子技术有限公司副总经理邓标华发表了以《存储器芯片测试技术及国产化机遇》为题的主题报告。

本次报告主要从三个方面分析了存储器芯片测试设备的市场状况，即发展现状、技术挑战和国产机遇。

发展现状：测试设备同样面临“卡脖子”难题

据邓标华介绍，存储器战略产业主要有存储器颗粒、嵌入式存储器、存储器模组和泛存储器产品，而存储器制造工艺主要有Design House、IDM和Package Test等。一般而言，后道制程工艺后，都必须进行功能测试、性能检测，功能测试一般指的是晶圆测试、老化测试和最终测试，性能测试主要指直流参数测试和交流参数测试。

邓标华表示，对IC芯片测试的要求是快速、准确、非破坏，而芯片测试的重要作用就是工艺控制和良率管理。

在谈及国内测试设备的现状时，邓标华说，与制造设备一样，测试设备同样是制约我国IC制造产业的“卡脖子”难题。中芯国际、长江存储等最先进节点的生产线上，目前尚无任何一台国产存储器后道测试设备。

据邓标华介绍，目前存储器测试设备主要分为CP Tester、B/I Tester、FT Tester和SLT Tester，其中CP Tester占57.69%。根据SEMI预测数据，2019年全球半导体设备市场526.9亿美元，其中中国市场占比22.2%。测试设备占据半导体设备投资在8.3%左右，其中泰瑞达和爱德万分别占中国集成电路测试机市场份额的46.7%、35.3%，合计占比达到82%，而在全球范围，两家公司更是垄断85%以上市场，基本涵盖所有存储器产品种类和测试流程。

技术挑战：四大挑战亟需解决

面对这样的国内外市场“卡脖子”问题，邓标华表示，存储器芯片测试设备主要存在四大技术挑战，即“并测数：不断增加”、“信号互连：速率不断提升”、“器件特性：测试项复杂度不断增加”、“热设计：功率密度不断增加”。

据邓标华介绍，CP并测数提升到1000多。为满足memory速率和并测数提升的需求，Probe由悬臂式正逐渐向MEMS演进。MEMS pin数由6000到45000到70000未来可支持pin数高达17W+，支持高速，为将来存储器主流针卡。而在工艺上，由于存储芯片尤其多IO，密pitch Pad，对平坦度精度要求高，未来激光加工为主流。另外，由于高昂的材料成本，复杂的结构设计，在PCB互连方面，已逐渐被高速线缆替代。而高速同轴线缆，具有可灵活配置IO资源，良好的结构导向容差和高速性能等特点，成为存储器测试中主流互连方式。

在信号互连面临的挑战主要是SI设计挑战和PI设计挑战。

SI设计挑战：速率变高→非理想传输线效应→反射和损耗剧增→信号完整性的难度增大

PI设计挑战：动态负载增加→电源网络噪声增加→系统时序margin减小

据邓标华介绍，存储器关键特性测试主要有低成本、高效，灵活的控制器测试和高性能、高带宽三个方面的特点。

而在自动化整机和热设计方面则讲究DUT温度均匀性、板级散热（高功率）和系统级散热（高密度）三个关键要素：高并测数、多槽位插板带来的DUTs温度均匀性挑战；大于1kW高功率单板的散热挑战，避免出现热点；高密系统级散热以及液冷系统带来的漏液风险和可靠性挑战。

邓标华认为，存储器芯片测试设备在BI老化测试、SLT系统测试、FT封装测试、CP晶圆测试四个方面的技术现状主要有几个需要解决的问题。1、BI老化测试：并测数高，测试速率低，以BIST为主，高温高速的老化测试设备缺乏；2、SLT系统测试：标准控制接口，模块化设计，集成度高；3、FT封装测试：测试精度高，功能全，并测数少；4、CP晶圆测试：探针主流采用接触式，集成度和效率低。这四种工艺分别对应的设备是动态老化测试设备、全自动系统级测试解决方案设备、封装后测试的主要设备和Memory封装前晶圆性能检测主要设备。

邓标华表示，目前存储器芯片测试设备的技术发展趋势主要有：接口速率不断提高（M-PHY4.0/PCIE5.0/ DDR5） 和读写性能的提升（MRAM/PRAM）；存储容量不断提升（TLC/QLC，128/192层）；AI 在快速分析测试结果中的应用；以MEMS Probe为主，支持10w级以上的pin；部分场景BI与FT的设备融合；高可靠性、稳定性、一致性的整机。

国产机遇：武汉精鸿相关技术领域已超对标产品

在谈及国产化机遇时，邓标华表示，存储器制造代表我国国家信息安全和经济发展的重大战略产业。而存储器测试设备是制约我国存储器制造业快速发展的“卡脖子”难题。存储器测试设备的加速升级是亟需解决的重点。武汉精鸿正是在此背景下新成立，专注于存储器芯片测试设备的厂商。目前武汉精鸿已经在存储测试设备领域的各个方面展开布局。

据邓标华介绍，武汉精鸿是一家中韩合资的企业，依托国内上市公司精测电子的资金和技术支持，目前已投资约3亿元，专注于芯片后道电测试和存储器/SoC芯片测试。不仅如此，武汉精鸿基于韩国公司在该领域的先进技术和华中科技大学存储器芯片测试研究中心合作，在产学研的前沿技术领域深度配合，经过消化吸收，已经实现技术转移，独立开发。

据了解，目前，韩国存储器ATE测试设备各项性能指标均达到国际先进水平，产品已大批量应用于韩国Samsung/Hynix产线，成熟稳定。武汉精测显示面板测试设备在测试信号和电源设计领域有丰富的应用经验。武汉精鸿电子存储器BI设备现已批量供货给长江存储。

据邓标华介绍，武汉精鸿在BI测试、CP/FT测试已经基本实现小批量产，短期内可实现规模量产。

最后，邓标华表示，武汉精鸿在Burn-in这个领域已经走得比较靠前，相关产品已经实现量产，目前已经交付长江存储，也取得了很好的反馈。在其他相关技术所取的成就方面，武汉精鸿目前在并测数方面已经取得一定成果，比如最新开发的CP测试设备，相关指标已经超过对标产品，主要原因是单板设计方面做了很大的改良。在整机散热方面，通过实验室的仿真改良，也有机会在该领域有所斩获。而在信号互连方面，目前也在加大研发，争取在该领域有所突破。
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