將測試提升到一個新的水平

《半導體芯科技》雜志文章

SPEA公司半導體和MEMS測試業務部副總裁Emanuele Bardo與Silicon Semiconductor編輯Philip Alsop討論了該公司與半導體行業相關的自動測試設備專業知識，重點介紹了技術創新以及公司的未來增長計劃。

SPEA于1976年在意大利北部成立。創始人曾在著名的意大利公司Olivetti工作，后來在通用電氣工作，然后創立了SPEA。最初的業務與ICT測試儀的生產有關——用于組裝好的PCBA板的測試。

1993年，SPEA生產了第一臺半導體測試儀，一年后投入市場。作為歐洲公司，其第一個安裝基地是歐洲的主要半導體IDM公司。該公司的第一臺大批量半導體測試儀于1999年投放市場，后來在2002/2003年推出了第二代版本。SPEA隨后在2003/2004年滲透到傳感器市場。當時，應用并不多。一個早期的成功應用是任天堂Wii，它包含首個三個軸向加速度計——這些加速度計是用SPEA機器進行測試和校準的。從那時起，消費者業務推動了傳感器業務的大量創新，其次是汽車行業。

△功率半導體器件對可靠性的需求不斷增長，這促使SPEA開發了一種專用的測試系統，能夠滿足對器件進行完整的交流、直流、ISO測試要求。

在2009/2010年，再次受到汽車和電動汽車的推動，SPEA開始大力滲透高壓和大電流業務，該業務如今已成為公司最大的收入份額之一。2018年，SPEA推出了第二代面向器件的測試儀，即DOT（deviceoriented tester）。這是該行業最大的“革命”之一，引入了一種新的ATE構思方式，成為歐洲、美國、亞洲（韓國、日本和中國大陸）的許多客戶的一個非常成功的代表性商業案例。如今，該公司的營業額已超過2億歐元，目標是在未來兩年內突破3億歐元的關口。

SPEA公司在自動測試設備市場中的地位目前排名第四。然而，該公司在兩個主要市場占據主導地位。在MEMS傳感器市場，公司占有60%以上的市場份額，在高電壓大電流半導體產品市場也占有重要地位。最大的新聞是，在過去由其兩個主要競爭對手主導的模擬混合信號方面，SPEA的市場份額在過去四年中增長了兩倍多。根據該公司的四年路線圖，該公司的機器設計大大降低了測試成本，SPEA預計將上升到整體排名第三的市場地位。

關于SPEA如何在市場上脫穎而出，以及它在半導體測試方面與競爭對手的不同之處，Emanuele解釋說：對于所有ATE供應商來說，測量電壓和電流是一樣的。當然，如果你必須以一定的精度測量五伏電壓，或者你有這個規格，或者你沒有，關鍵是你如何做到這一點，以及如何使它具有成本效益。為了使今天的事情具有成本效益，你必須研究兩個主要課題——設計架構以及機器中的分布式智能。因此，該機器的架構帶來了兩個主要優勢——擁有高度模塊化和可配置的部件，其整體資本支出成本明顯低于競爭對手。第二個課題是你如何設計你的儀器和背板，以獲得最高的多站點效率——半導體測試需要多站點測試以獲得成本優勢。因此，關鍵問題是，在并行測試期間，每次添加一個站點，測試時間的百分比會增加多少？所以，如果你的效率是99%，這是一個尚可的數字，但如果你的效率是99.95%，這就是一個完全不同的數字了，它代表著成本的節省。因此，這兩個元素是由這個測試的架構驅動的。

Emanuele繼續說道：“另一個課題是你今天在機器中加載的智能功能。這種類型的設備——它們使用自己的智能來自我控制自己的校準數據，以便機器可以在生產車間的空閑時間自動重新校準。這與舊的工作模式不同，在這種模式下，設備和測試儀運行一定時間，就可以進行預防性維護操作，然后進行診斷和校準等?！?/p>

“我們引入的最大優勢正是這三個，即設備的架構、多站點效率和智能化?？傮w而言，這代表了成本的節約。當你開始將成本分成不同的部分并且同步采取行動時，你就可以將這些成本大幅降低。這就是競爭因素，也是大客戶考慮改變其測試平臺的原因?！?/p>

就SPEA的產品和服務組合而言，DOT測試儀是最大的創新。DOT的意思是面向器件的測試儀，這個名字本身就代表了公司架構向前邁出的一大步，因為舊的ATE機器，它們曾經有純的模擬卡、純的數字卡、單處理卡、高壓卡等?？蛻粜枰x擇部件，這些還不在預算之內，而且還要求他們的應用團隊設計一個PCB接口，以便專門連接產品和測試儀接口。

借助DOT，還有SPEA本身具有的可配置的板卡。因此，客戶可以根據其產品組合，他可以在一塊電路板上，將模擬、數字、信號處理和電源的邏輯組合配置在一起，這樣，客戶就可以用一個板卡并行測試一個、兩個、四個或八個器件，然后用所需的同一種板卡數量來增加測試儀的數量。這是巨大的成本優勢，也是我們實現多站點效率的技術因素。因此，這是SPEA在混合信號測試儀方面的主要優勢之一。

SPEA公司在與電力電子相關的高電壓、高電流測試方面也擁有非常強大的技術路線圖。這個市場，直到三年前還是一個非常小的市場，現在正在蓬勃發展。即使在2023年，在半導體行業市場普遍下滑的一年里，唯一實現兩位數增長的細分市場就是功率器件和分立器件——由汽車、電動汽車、混合動力汽車和充電站驅動。在這個細分市場中，SPEA非常領先，因為它與重要的IDM公司合作，并達到了所有電壓標準和所需的精度。因此，這兩個細分市場是公司目前投資最多的細分市場。

在SEMICON West 2023上，SPEA推出了一些創新技術。這次展會對公司來說是一個非常積極的活動——美國市場確實“需要新供應商從舊的ATE供應商的壟斷中走出來的創新”。在前面已經提到的架構方面，SPEA已經開發了超高速數字引腳，該引腳將成為低成本混合信號測試儀的一個選項，其概念是您可以使用高速數字引腳部分配置其中一張卡。SPEA今天擁有的所有產品，都具有以太網、HDMI等高速接口。

降低高速數字測試的測試成本一直是一個巨大的挑戰，通過這種類型的創新，SPEA提供了配置具有低速數字、高速數字、模擬和信號處理通道的板卡選項，成本極具競爭力。這與混合信號有關。

△創新的DOT測試平臺滿足了BMS、SerDes、運算放大器、PMIC、MEMS和傳感器、微控制器等應用的測試要求。

該公司在SEMICON West上討論的另一個重要話題是碳化硅產品測試的新興需求，其中額定電壓超過3000伏，并在路線圖中還有可能超過6000伏。

SPEA最近推出的另一項重大創新集中在自動維護上。Emanuele解釋說：“舊的ATE系統的工作方式是運行一定小時，然后進入預防性維護模式，機器必須進行校準調整，并最終進行診斷。我們能夠做的是知道測試人員何時有空閑時間。如果你做一個計算，這個時間在一個月內非常顯著。那么，我們就能夠了解測試儀何時會閑置一段時間?！?/p>

“在這一時間點上，我們可以運行校準程序的一個子集，以驗證校準數據的漂移。我們能夠隨著時間的推移來跟蹤和記錄這些數據。而且，我們能夠預測儀器何時可能超過校準閾值。而當到了這一時間點時，當我們有這個預測，我們就能夠自動重新校準機器，而不是留有適當余量的將測試儀設置為PM狀態?！?/p>

這種自動維護/校準創新是工業4.0的實際應用——使測試儀足夠智能，因此它可以自動控制數據漂移并最終重新校準。

SPEA在工業4.0方面引入的另一個功能是開發一種能夠計算繼電器壽命的測試儀。所有ATE都裝滿了機械和固態繼電器。這些部件遲早會失效，因為它們都有一定的使用壽命。能夠了解安裝在測試儀中的易損件的使用壽命，并能夠預測使用壽命結束，這是一項非常重要的進步，因為它可以幫助客戶減少停機時間并提高制造效率。

從工業4.0到人工智能和機器學習只是一小步，正如Emanuele所承認的那樣：“人工智能將在未來帶來巨大的潛力，我認為像我們這樣的供應商將有可能幫助我們的客戶將測試程序和測試應用程序從一臺機器遷移到另一臺機器。正如我之前所說，我們進入市場有點晚，我們提供競爭優勢，但我們的客戶最頭疼的一個問題是，我們已經有很多產品在機器A上運行，我們需要在SPEA上進行轉換。在此測試程序遷移期間，使用人工智能提供幫助將是未來的一大機遇?！?/p>

“這將是我們可以為客戶提供巨大優勢的下一步。我們的設計團隊和軟件團隊正在研究這個課題，因為這不僅關系到人工智能本身，還關系到我們如何設計我們的軟件架構，使其友好，以便使用人工智能工具自動完成遷移，并具有客戶想要的適當保密級別?！?/p>

雖然圍繞半導體行業無處不在的保密協議使Emanuele無法分享有關SPEA如何幫助特定公司的細節，但他能夠對正在進行的工作類型提供一些高層次的看法。

Emanuele說：“在過去的兩年里，我們在BMS（Battery Management System，電池管理系統）測試方面發揮了極其重要的作用。我們幫助一家主要客戶降低了50%以上的運營成本，這要歸功于我們為該業務開發的具有極高精度的專用儀器。您可以理解，將我們現有機器的產量提高一倍，再加上我之前提到的所有優勢，可以節省大量成本，節省占地面積等。這是我們取得的最大成功之一?！?/p>

△DOT800測試平臺融合了工業4.0的元素，包括自動維護功能、數據收集和分析，以及可以輕松從傳統測試儀遷移測試程序服務的人工智能。

“我們還為另一家主要客戶提供了傳感器測試支持，由于我們的多站點能力比競爭對手高出十倍，他們能夠獲得非常大的市場份額。這是我們多年來建立的合作伙伴關系的兩個非常好的例子，它們為我們的兩個主要客戶帶來了很多優勢?！?/p>

展望未來，Emanuele預計SPEA將在所有領域繼續保持有機增長。模擬混合信號領域和電源領域的增長率最高，它們是非常大的細分市場，也是SPEA重點推出其大部分創新的細分市場。

傳感器業務仍在增長，但速度與前幾年不同。也就是說，傳感器業務在中國大陸的增長令人印象深刻，SPEA在其中發揮主導作用，最近也建立了合作伙伴關系。模擬混合信號和高功率領域的高增長給公司帶來了許多挑戰。SPEA最近批準了一項大規模投資，將在未來兩年及以后將產能提高兩倍半以上。

Emanuele總結道：“這是一項巨大的投資，不僅在意大利總部，而且在全世界。當然，因為我們正在亞洲、中國、東南亞、美國和歐洲的所有國家發展我們的組織。通過擴大我們的客戶群，我們的客戶需要更快的響應時間，他們需要應用能力，他們需要服務能力，他們需要本地維修中心。這就是所有投資的重點所在——盡可能地貼近客戶?！?/p>

在技術未來方面，SPEA從硬件和軟件的角度制定了五年的路線圖。該公司與主要客戶分享其計劃，并定期收到有關他們自己的計劃（他們要去哪里）的反饋。它還與個人客戶合作，以驗證創新。Emanuele解釋說：“最近，我們還引入了以下做法：一旦我們推出了新設備或新設備功能，我們就會與客戶合作，確定他們具有特定的技術要求的某一產品可以采用該創新，我們共同努力縮短驗證時間，并通過經過充分驗證的解決方案以改進的方式加快上市時間?！?/p>

審核編輯 黃宇