《半導(dǎo)體芯科技》雜志文章

SPEA公司半導(dǎo)體和MEMS測試業(yè)務(wù)部副總裁Emanuele Bardo與Silicon Semiconductor編輯Philip Alsop討論了該公司與半導(dǎo)體行業(yè)相關(guān)的自動測試設(shè)備專業(yè)知識，重點(diǎn)介紹了技術(shù)創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)立了SPEA。最初的業(yè)務(wù)與ICT測試儀的生產(chǎn)有關(guān)——用于組裝好的PCBA板的測試。

1993年，SPEA生產(chǎn)了第一臺半導(dǎo)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(dǎo)體IDM公司。該公司的第一臺大批量半導(dǎo)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(dāng)時，應(yīng)用并不多。一個早期的成功應(yīng)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(jī)器進(jìn)行測試和校準(zhǔn)的。從那時起，消費(fèi)者業(yè)務(wù)推動了傳感器業(yè)務(wù)的大量創(chuàng)新，其次是汽車行業(yè)。

△功率半導(dǎo)體器件對可靠性的需求不斷增長，這促使SPEA開發(fā)了一種專用的測試系統(tǒng)，能夠滿足對器件進(jìn)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(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)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(yè)最大的“革命”之一，引入了一種新的ATE構(gòu)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(yè)案例。如今，該公司的營業(yè)額已超過2億歐元，目標(biāo)是在未來兩年內(nèi)突破3億歐元的關(guān)口。

SPEA公司在自動測試設(shè)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(jù)主導(dǎo)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(dǎo)體產(chǎn)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(dǎo)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(jù)該公司的四年路線圖，該公司的機(jī)器設(shè)計大大降低了測試成本，SPEA預(yù)計將上升到整體排名第三的市場地位。

關(guān)于SPEA如何在市場上脫穎而出，以及它在半導(dǎo)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(yīng)商來說，測量電壓和電流是一樣的。當(dāng)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(guī)格，或者你沒有，關(guān)鍵是你如何做到這一點(diǎn)，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(shè)計架構(gòu)以及機(jī)器中的分布式智能。因此，該機(jī)器的架構(gòu)帶來了兩個主要優(yōu)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(shè)計你的儀器和背板，以獲得最高的多站點(diǎn)效率——半導(dǎo)體測試需要多站點(diǎn)測試以獲得成本優(yōu)勢。因此，關(guān)鍵問題是，在并行測試期間，每次添加一個站點(diǎn)，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(shù)字，但如果你的效率是99.95%，這就是一個完全不同的數(shù)字了，它代表著成本的節(jié)省。因此，這兩個元素是由這個測試的架構(gòu)驅(qū)動的。

Emanuele繼續(xù)說道：“另一個課題是你今天在機(jī)器中加載的智能功能。這種類型的設(shè)備——它們使用自己的智能來自我控制自己的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以便機(jī)器可以在生產(chǎn)車間的空閑時間自動重新校準(zhǔn)。這與舊的工作模式不同，在這種模式下，設(shè)備和測試儀運(yùn)行一定時間，就可以進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)操作，然后進(jìn)行診斷和校準(zhǔn)等?！?/p>

“我們引入的最大優(yōu)勢正是這三個，即設(shè)備的架構(gòu)、多站點(diǎn)效率和智能化?？傮w而言，這代表了成本的節(jié)約。當(dāng)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(chǎn)品和服務(wù)組合而言，DOT測試儀是最大的創(chuàng)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(gòu)向前邁出的一大步，因?yàn)榕f的ATE機(jī)器，它們曾經(jīng)有純的模擬卡、純的數(shù)字卡、單處理卡、高壓卡等。客戶需要選擇部件，這些還不在預(yù)算之內(nèi)，而且還要求他們的應(yīng)用團(tuán)隊(duì)設(shè)計一個PCB接口，以便專門連接產(chǎn)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(jù)其產(chǎn)品組合，他可以在一塊電路板上，將模擬、數(shù)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(shù)量來增加測試儀的數(shù)量。這是巨大的成本優(yōu)勢，也是我們實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)效率的技術(shù)因素。因此，這是SPEA在混合信號測試儀方面的主要優(yōu)勢之一。

SPEA公司在與電力電子相關(guān)的高電壓、高電流測試方面也擁有非常強(qiáng)大的技術(shù)路線圖。這個市場，直到三年前還是一個非常小的市場，現(xiàn)在正在蓬勃發(fā)展。即使在2023年，在半導(dǎo)體行業(yè)市場普遍下滑的一年里，唯一實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)增長的細(xì)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(qū)動。在這個細(xì)分市場中，SPEA非常領(lǐng)先，因?yàn)樗c重要的IDM公司合作，并達(dá)到了所有電壓標(biāo)準(zhǔn)和所需的精度。因此，這兩個細(xì)分市場是公司目前投資最多的細(xì)分市場。

在SEMICON West 2023上，SPEA推出了一些創(chuàng)新技術(shù)。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(shí)“需要新供應(yīng)商從舊的ATE供應(yīng)商的壟斷中走出來的創(chuàng)新”。在前面已經(jīng)提到的架構(gòu)方面，SPEA已經(jīng)開發(fā)了超高速數(shù)字引腳，該引腳將成為低成本混合信號測試儀的一個選項(xiàng)，其概念是您可以使用高速數(shù)字引腳部分配置其中一張卡。SPEA今天擁有的所有產(chǎn)品，都具有以太網(wǎng)、HDMI等高速接口。

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

△創(chuàng)新的DOT測試平臺滿足了BMS、SerDes、運(yùn)算放大器、PMIC、MEMS和傳感器、微控制器等應(yīng)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(chǎn)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(xiàng)重大創(chuàng)新集中在自動維護(hù)上。Emanuele解釋說：“舊的ATE系統(tǒng)的工作方式是運(yùn)行一定小時，然后進(jìn)入預(yù)防性維護(hù)模式，機(jī)器必須進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)整，并最終進(jìn)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(nèi)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(diǎn)上，我們可以運(yùn)行校準(zhǔn)程序的一個子集，以驗(yàn)證校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的漂移。我們能夠隨著時間的推移來跟蹤和記錄這些數(shù)據(jù)。而且，我們能夠預(yù)測儀器何時可能超過校準(zhǔn)閾值。而當(dāng)?shù)搅诉@一時間點(diǎn)時，當(dāng)我們有這個預(yù)測，我們就能夠自動重新校準(zhǔn)機(jī)器，而不是留有適當(dāng)余量的將測試儀設(shè)置為PM狀態(tài)?！?/p>

這種自動維護(hù)/校準(zhǔn)創(chuàng)新是工業(yè)4.0的實(shí)際應(yīng)用——使測試儀足夠智能，因此它可以自動控制數(shù)據(jù)漂移并最終重新校準(zhǔn)。

SPEA在工業(yè)4.0方面引入的另一個功能是開發(fā)一種能夠計算繼電器壽命的測試儀。所有ATE都裝滿了機(jī)械和固態(tài)繼電器。這些部件遲早會失效，因?yàn)樗鼈兌加幸欢ǖ氖褂脡勖Ｄ軌蛄私獍惭b在測試儀中的易損件的使用壽命，并能夠預(yù)測使用壽命結(jié)束，這是一項(xiàng)非常重要的進(jìn)步，因?yàn)樗梢詭椭蛻魷p少停機(jī)時間并提高制造效率。

從工業(yè)4.0到人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)只是一小步，正如Emanuele所承認(rèn)的那樣：“人工智能將在未來帶來巨大的潛力，我認(rèn)為像我們這樣的供應(yīng)商將有可能幫助我們的客戶將測試程序和測試應(yīng)用程序從一臺機(jī)器遷移到另一臺機(jī)器。正如我之前所說，我們進(jìn)入市場有點(diǎn)晚，我們提供競爭優(yōu)勢，但我們的客戶最頭疼的一個問題是，我們已經(jīng)有很多產(chǎn)品在機(jī)器A上運(yùn)行，我們需要在SPEA上進(jìn)行轉(zhuǎn)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(jī)遇?！?/p>

“這將是我們可以為客戶提供巨大優(yōu)勢的下一步。我們的設(shè)計團(tuán)隊(duì)和軟件團(tuán)隊(duì)正在研究這個課題，因?yàn)檫@不僅關(guān)系到人工智能本身，還關(guān)系到我們?nèi)绾卧O(shè)計我們的軟件架構(gòu)，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(dāng)保密級別?！?/p>

雖然圍繞半導(dǎo)體行業(yè)無處不在的保密協(xié)議使Emanuele無法分享有關(guān)SPEA如何幫助特定公司的細(xì)節(jié)，但他能夠?qū)φ谶M(jìn)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(tǒng)）測試方面發(fā)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(yùn)營成本，這要?dú)w功于我們?yōu)樵摌I(yè)務(wù)開發(fā)的具有極高精度的專用儀器。您可以理解，將我們現(xiàn)有機(jī)器的產(chǎn)量提高一倍，再加上我之前提到的所有優(yōu)勢，可以節(jié)省大量成本，節(jié)省占地面積等。這是我們?nèi)〉玫淖畲蟪晒χ弧！?/p>

△DOT800測試平臺融合了工業(yè)4.0的元素，包括自動維護(hù)功能、數(shù)據(jù)收集和分析，以及可以輕松從傳統(tǒng)測試儀遷移測試程序服務(wù)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(diǎn)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(guān)系的兩個非常好的例子，它們?yōu)槲覀兊膬蓚€主要客戶帶來了很多優(yōu)勢?！?/p>

展望未來，Emanuele預(yù)計SPEA將在所有領(lǐng)域繼續(xù)保持有機(jī)增長。模擬混合信號領(lǐng)域和電源領(lǐng)域的增長率最高，它們是非常大的細(xì)分市場，也是SPEA重點(diǎn)推出其大部分創(chuàng)新的細(xì)分市場。

傳感器業(yè)務(wù)仍在增長，但速度與前幾年不同。也就是說，傳感器業(yè)務(wù)在中國大陸的增長令人印象深刻，SPEA在其中發(fā)揮主導(dǎo)作用，最近也建立了合作伙伴關(guān)系。模擬混合信號和高功率領(lǐng)域的高增長給公司帶來了許多挑戰(zhàn)。SPEA最近批準(zhǔn)了一項(xiàng)大規(guī)模投資，將在未來兩年及以后將產(chǎn)能提高兩倍半以上。

Emanuele總結(jié)道：“這是一項(xiàng)巨大的投資，不僅在意大利總部，而且在全世界。當(dāng)然，因?yàn)槲覀冋趤喼?、中國、東南亞、美國和歐洲的所有國家發(fā)展我們的組織。通過擴(kuò)大我們的客戶群，我們的客戶需要更快的響應(yīng)時間，他們需要應(yīng)用能力，他們需要服務(wù)能力，他們需要本地維修中心。這就是所有投資的重點(diǎn)所在——盡可能地貼近客戶。”

在技術(shù)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(guān)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(yàn)證創(chuàng)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(shè)備或新設(shè)備功能，我們就會與客戶合作，確定他們具有特定的技術(shù)要求的某一產(chǎn)品可以采用該創(chuàng)新，我們共同努力縮短驗(yàn)證時間，并通過經(jīng)過充分驗(yàn)證的解決方案以改進(jìn)的方式加快上市時間?！?/p>

審核編輯 黃宇