提升IC测试厂的产能利用率

　前言

　　IC测试厂最重要的两大指标就是测试品质与生产效率。测试品质的关键在于测试的再现性与可重复性，而生产要素除了合格率的因素外，最主要的就是测试设备的产能利用率。在质的方面，对于经过测试的每一颗IC，要求在最短的时间内测完所有指标，而且不因时间、地点的不同而测得不同的结果。在量的方面，如何提升测试设备的产能利用率，降低机器准备时间、故障维修时间以及如何减少重测，均考验测试厂的工程技术能力与量产的运行能力。

　　自动测试设备ATE的生产效率

　　IC测试厂的服务项目，主要包括晶圆测试、成品测试，以及少部分的老化测试与手工测试。

　　在半导体IC测试服务里，最重要的设备就是自动测试设备(ATE)，简称测试台。将其与探针台(Probe)连接，可用于晶圆测试，若与机械手连接，就可用于成品测试。

　　要测试IC的好坏，即是否符合产品的设计指标，就需要用到各种测试仪器，如电源、逻辑波形发生/接收器、信号发生器、示波器，甚至频谱分析仪等等。先进的测试系统已能将这些测试仪器整合在一台系统之内，并利用电脑程序来控制这些仪器，何时送出测试波形以及何时检测被测IC(DUT：Device Under Test)的输出信号是否符合指标，由于是电脑程序控制，我们可以将所有的测试项目依序排列，在很短的时间内完成测试。试想有一颗待测的CPU管芯，要测完所有的指令与功能、芯片的工作电压范围、运算速度，只需几秒钟的测试时间，这全都有赖于先进自动测试系统的作用。

　　现在的晶圆越做越大，以一批25片晶圆为例，每片包含400只管芯，每只测试用时4秒钟，测完一批约需十多个小时，如果没有快速的测试设备，是无法消化晶圆厂产出的晶片的。

　　自动测试设备ATE的测试品质

　　自动测试设备ATE的另一个要素就是仪器的指标是否能够符合被测IC的要求，尤其对于最新的半导体产品而言，无论是工作速率、频宽、电源分辨率，还是功能复杂度都不断提升，相对地对自动测试系统ATE指标的要求也越趋严格。以测试CPU为例，逻辑向量速率需大于GHz，准确度要小于纳秒(ns)，而先进的USB2.0、PCI-express更要求测试系统能够产生精确的差分逻辑信号，语音信号的分辨率必须小于毫伏，其它，如视讯、通讯或微波类产品，对于信号的品质都有不同尺度的要求。

　　除了信号品质外，另一挑战就是接口技术。在测试系统里探针台与机械手主要的工作是将被测的管芯或封装完成的IC，一颗颗地送到被测IC接口板的固定引脚处，而每一引脚再藉由电路板的连线连接到测试机内的仪器。信号在接口板上传输会衰减，或受阻抗匹配影响而造成波形失真，或由于接地不良造成干扰等，会影响到被测物的输入与输出并造成误测，这是我们不愿看到的。

　　量产测试环境

　　半导体IC测试厂就是以构建量产测试环境为主，从进货检测开始，安排测试机台、测试机的设置、一致性检验、生产过程中的异常处理机制、测完后的分级处理、测试资料的收集，以及后序流程的检测烘烤、包装、出货等，每一步骤都希望采用生产线的自动化以减少人为的错误。本文将以测试机的生产自动化为主，提出数项改进建议以供参考。

　　机台生产监控器

　　要想提高测试系统的产能利用率，就安装一个生产监控器。在过去记录大多为人工方式，粗略记录生产时间、异常时间、设置时间等；而先进的测试厂，已经能够通过生产自动化，在每一台测试系统上安装一个生产监控软件，如OEE advisor，用来记录每一个细微的动作，如记录每批货的载入时间、机器设置时间、测试程序装入时间、一致性检验时间、生产开始时间、生产完成时间、结账时间等等，甚至于每颗IC的测试时间、分级时间，通过网络的联接，可以在生产异常时自动报警，甚至发送e-mail或短信息通知负责工程师，而主管则可在办公室通过网络实时了解生产线上每一台系统的生产状况。

　　自动程序载入器

　　在过去，测试程序版本、机器配置、机器操作系统版本、机器准用的管理，常常困扰生产线，造成机器设置失败而无法生产，或虽可生产，但由于用错了程序版本，造成客户退货而整批重测的现象。在先进的测试厂里，已能够做到在程序服务器上统一管理测试程序，由系统来管理哪一批货对应哪个程序，而线上的操作员只要在测试机上输入货批代码，系统会找到正确的测试程序，并自动检查测试系统的硬件配置、系统程序版本，甚至检查系统是否已经通过校准而允许生产等，最后才将测试程序载入系统，等待下一步的一致性检验。

　　一致性检验系统

　　生产前的一致性检验，一直作为判断测试系统的安装状况可否用来继续生产的准则。生产线上的工程师，常被要求采集标准样品的测试数据与先前测过的标准数据做一一比对，这样做较费时并且不易分辨细微的区别。现在较先进的做法是由电脑直接选取标准样品，再到测试系统上执行测试，测试机自动收集测试数据，与服务器上标准数据作详细比对；若比对不能通过，系统将会显示测试失败的地方，以利于线上工程师依序排除错误。自动化的另一优点是以最小的样品数取得最多的资料点，藉由系统统计的判断，指出系统的状况，如此就可减少比对样品的使用次数，进而降低样品的故障率，而能省下比对样品的成本。

　　测试资料收集系统

　　每一颗IC均有数十项到数百项测试项目，测试机可记录每一颗测试读值，并将整批测试资料上传到服务器。资料收集及上传会占用测试机时间，运用电脑的技巧以处理大量的资料是目前正在努力的方向。当资料存在服务器后，可做进一步的分析，如产品特性分析、合格率分析、Binning分析、Waftermap分析等等。有些客户会要求将原始测试资料传回公司再做分析，这些要求都需要有强大的服务器与快速的网络系统。

　　自动排产系统

　　自动测试设备虽可称为万用测试系统，但测试厂却还是常因为客户产品的不同种类而伤透脑筋。自动测试系统通常是在一个大的测试头上装有一、二十个插槽，依据待测IC的测试指标组成不同的配置，例如设计成1槽插放通用电源，2至5槽插放中速逻辑波形发生/接收器，6槽插放高速逻辑波形发生器，7槽插放中频信号发生器，9槽插放低频高分辨率频谱分析仪等。由于测试厂要服务多家客户及多种产品，目前没有一种自动测试设备能用一种配置覆盖所有的IC种类，所以退而求其次，只能异中求同，尽量将相似的产品归类，分成多种分类来管理。但实际上除硬件配置不同外，还有软件配置的不同，如A类待测IC，需在系统程序V3.2.6.1版本，Pin卡速度400Mbps，存储器56M，32种波形表等等，一般的测试厂需要很小心去管理这一切，将每种待测IC的硬件与软件配置列表，再将配置相似的自动测试设备分组交由生产管理人去排产，而要生产时再由生产线工程师去设置，有时，由于配置不对，需要替换或移动硬件，有时需要转换系统程序版本，这都会浪费系统的准备时间，较先进的做法是利用电脑自动化来管理，事先检查与系统实时配置管理，以减少不必要的安装时间，并提高自动测试系统的产能利用率。

　　生产知识/经验库

　　生产线上的待测IC，大部分已可列入流程管理系统，但某些工程实验品/批或测试开发时的实验品，却需靠生产注意事项告知生产线如何做，问题常发生在有些批已变成工程实验批或交班不清或注意事项未注明异常处理等等，造成生产线需紧急呼叫产品工程师或导致生产异常。倘若能将此注意事项电脑化，当生产批号被输入时即能将工程实验批的流程与步骤、注意事项显示在自动测试系统的屏幕上，并指导操作工如何操作，这将减少生产线异常状况的发生。如何能累积生产经验并提醒每班的生产技术员，则有赖于知识库的建立；通过整理及查询系统，相信能提高所有技术人员解决问题的能力，以减少停机。

　　统计过程控制

　　理论上，我们可以通过生产线的实时资料收集系统，通过资料库的统计理论转而对当前待测IC做某些测试项目的删减，而达到缩短生产时间的目的。但前提是自动测试系统的一致性检验资料、待测样品取样资料及生产一段时间后的自动QA比对系统与失效重测的处置，都须清楚地注明货批处理与系统自动化。现有系统只能做到开路/短路连续发生时的管制，Soft Bin超出的处置，或测完后的合格率的管制，希望我们能通过生产资料的实时计算、比对以及清楚的处理流程达到缩短测试时间的目的。

　　结论

　　要提高测试厂的产能利用率，就要减少异常的发生。通过事先的检查、确认与生产线自动化，如前所提的自动排产系统、自动程序载入器、一致性检验系统、产能监控器、测试资料收集系统、生产知识库、统计过程控制系统，相信能对自动测试系统产生最大的利用率与测出世界级的品质。