作者 | 翊含
編輯 | Panken

芯東西4月5日消息，據SemiAnalysis報導，美國測試公司Aehr Test Solutions開發出名為FOX-XP的新工具以提高晶圓級老化測試效率，大大降低成本。

半導體製造過程相當於是現代的鍊金術，需要數千家公司和數萬個工藝步驟的協同。由於其複雜性，良率是該行業關乎1000億美元的問題。因此，製造過程需要不斷進行關鍵狀態檢查，以支持人類創造更高級的產品。

半導體行業的普通觀察者通常會過度關注荷蘭光刻機巨頭ASML和光刻，儘管這隻占半導體製造廠總設備的約22%，計量和檢查約占工具的13%。

作者迪倫·帕特爾（Dylan PATEl）將深入探討Aehr獨特的測試技術、Aehr相對於多個競爭對手的競爭優勢的持久性，以及這些競爭對手正在採取哪些措施來縮小與Aehr測試系統的技術差距。

迪倫還將考慮一個包括EV要求、工具吞吐量、耗材收入增長、測試強度等的模型，表明Aehr的機會每年可能超過5億美元。本文還將討論它們在GaN（氮化鎵）、矽光子學和存儲設備方面的增長潛力。最後，迪倫討論為什麼與Axcelis相比，Aehr更適合SiC和GaN長期增長。

一、各大測試公司代表產品各有千秋，Aehr在SiC領域取得早期成功

美國知名探針卡供應商FormFactor、日本知名探針卡供應商Micronics Japan和義大利微電子公司Technoprobe生產的探針卡由一塊印刷電路板組成，該電路板上有一排比頭髮還細的探針。探針的排列是針對每個單獨的晶片設計而定製的。探針本身非常精細，只能在MEMS晶片上製造。

▲MEMS晶片上製造的探針（圖源：SemianAlysis）

日本測試公司Advantest和美國半導體測試公司Teradyne最著名的是自動測試設備（ATE）。ATE工具取出探針卡，將它們與晶圓上的晶片完美對齊，並與晶圓上的電路進行物理接觸，然後它向電路發送精確的電氣測試信號以表徵它們。

▲自動測試設備（圖源：SemiAnalysis）

Aehr Test Solutions是美國一家擁有獨特測試解決方案的小公司，其技術用於蘋果的Face ID、英特爾矽光子學，以及最重要的SiC（碳化矽）。

幾年前，該公司在SiC（碳化矽）領域取得了早期成功。從那時起，由於他們的工具在SiC中的迅速採用，收入和股價飆升。

▲功率器件物理學及其對性能的影響（圖源：SemiAnalysis）

由於提高了能效，SiC正迅速成為大功率電子設備的標準。為了支持電動汽車、可再生能源和儲能的爆炸式增長，該行業正在尋求到本世紀末將晶圓產量從每年幾十萬片增加到每年數百萬片。

▲通過採用ADAS過渡到EV將ICAPS半導體含量增加4倍(圖源：SemiAnalysis）

二、汽車和工業供應商測試時間長，SiC可幫助降低早期失效率

因為汽車和基礎設施是已安裝基礎的一部分，故電氣化終端市場的失敗尤其具有災難性。維護和修理需要在現場拆開複雜的設備，這些設備在首次製造時可能在常溫下運行良好，但如果長時間暴露在更極端的環境中，故障和不規則現象會隨著時間的推移而頻繁出現。

汽車和工業供應商需要進行密集的測試才能成為合格的供應商，即使合格了，也不能在測試上有所懈怠。SiC有許多與其易碎/脆性晶體結構相關的缺陷。主要來源包括襯底、外延或與摻雜相關的缺陷，例如螺紋位錯、向內生長的堆垛層錯和重組誘導的堆垛層錯（RISF）。與其他半導體相比，它的良率特別低，占最終設備成本的30%左右。

▲汽車測試流程（圖源：SemiAnalysis）

每個設備的汽車測試可能持續兩到四天，測試數千台設備所需的時間將會特別長。大多數行業已經從分立功率器件轉向多晶片模塊。在這些情況下，一個壞的die可能導致許多好的die失敗，在長達十年故障率為1%的情況下，標準12芯模塊的故障率也將達到約15%。

▲SiC與多晶片封裝/模塊（圖源：SemiAnalysis）

浴缸曲線適用於半導體。在設備生命周期的開始階段，失效率非常高。這稱為早期失效率。這些高失效率呈指數下降到穩定狀態。在長時間的低失效率之後，失效率最終會由於磨損故障再次上升，有很多種方法可以消除早期失效率。

▲失效率（圖源：SemiAnalysis）

大多數行業使用封裝或模塊老化來消除高價值部件的早期失效率。在升高的溫度/電壓下進行加速壓力測試可以通過測量測試期間設備性能的任何變化來幫助清除潛在的製造缺陷，從而最大限度地減少客戶在現場擁有產品die的機會。

這對於IGBT和標準矽基設備領域來說很好，因為老化時間更短。但對於SiC，由於所需老化時間較長，成本開始飆升。這就是Aehr Test System的新方法，他們不是創建模塊級測試工具，而是製造晶圓級測試工具。

更廣泛的邏輯行業在90年代採用了這些工具的早期版本，但隨後轉變為更多的行業標準測試。Aehr仍然用於雷射的晶圓級老化，例如蘋果的Face ID和英特爾的矽光子平台。

▲WLBI與PPBI測試流程示例（圖源：SemiAnalysis）

由於SiC良率低，可以使早期失效率大大降低，允許封裝更少的故障設備並縮短完整的測試周期。周期時間是SiC器件生產的主要限制因素，而Aehr減少周期時間的解決方案大有益處。

美國半導體元器件製造商安森美半導體是Aehr在SiC領域的第一個標誌性客戶。Aehr還與英飛凌、意法半導體、羅姆半導體、Wolfspeed、三菱集團、三安集成電路、華潤微電子等其他公司進行了合作。

▲封裝部分與晶圓級老化（圖源：SemiAnalysis）

三、Aehr開發FOX-XP工具提高效率，成本約250萬美元

轉向晶圓級老化時，成本節省是巨大的。如果滿足汽車質量要求，那麼每個SiC器件製造商都可以輕而易舉地轉向晶圓級老化。隨著汽車製造商意識到這一點，一些汽車製造商甚至要求他們的供應商實施十幾個小時的超長時間老化。因此，唯一具有成本效益的方法是使用Aehr。

Aehr為這些晶圓級老化測試開發了FOX-XP工具。每個晶圓可以包含多達1000個SiC器件。FOX-XP一次可以測試9到18個晶圓。FOX-XP在腔室內執行此操作，該腔充當高度調節的極端溫度環境。FOX-XP工具的成本約為250萬美元。

這些工具還必須與Aehr測試系統的WaferPak接觸器一起使用。WaferPak類似於探針卡，但它不僅與晶圓接口，還承載晶圓。WaferPak被認為是一種消耗品，因為它們對於每種設計都是獨一無二的，並且填充一個FOX-XP的成本約為150萬美元。設計通常每隔幾年就會改變一次。

這些設計更改提高了終端市場功率設備的效率並降低了成本。

▲迪倫·帕特爾的推文（圖源：SemiAnalysis）

WaferPak是未來經常性收入的關鍵引擎，WaferPak的收入將在幾年內超過FOX-XP。

WaferPak有2048個I/O引腳和DPS通道。每個通道都有遠程電壓和接地檢測。每個通道可在高達40V和低至-30V的1024個電壓電平之間循環。它可以在高達2A的電流下運行。需要明確的是，WaferPak無法像高端探針卡那樣進行精細測試，因為它們的探針要少得多。這些探頭比高端ATE設備具有更精細的控制，關鍵在於它允許在在150攝氏度的高溫下運行時進行高壓測試。

▲關鍵SiC MOSFET參數和壓力測試（圖源：SemiAnalysis）

老化工具能夠進行多種類型的測試。這包括具有負高溫柵極偏置的雙極電壓，這是為一位新客戶提出要求並迅速開發的。

最後是Aehr的產品線，即FOX-XP WaferPak Aligner，它在FOUP或晶圓盒與WaferPak Contactors之間真空吸取裝載和卸載晶圓。WaferPak對準器的成本通常不到100萬美元，但根據晶圓廠的自動化要求，有多種產品可供選擇。對準器可以支持多種Fox-XP工具，但許多晶圓廠希望完全自動化Fox-XP，這需要將它們與全自動對準器一對一配對。

結語：Aehr開發FOX-XP工具，加速晶圓老化測試時間節約成本

Aehr為晶圓級老化測試開發了FOX-XP工具，汽車製造商們的測試過程轉向晶圓級老化步驟時，能提高終端市場功率設備的效率並大大降低成本。

周期時間是SiC器件生產的主要限制因素。由於SiC良率低，可以使早期失效率大大降低，而Aehr減少周期時間的解決方案大有益處，使得各個汽車製造商們可以節省更多開支。

來源：SemiAnalysis