半導(dǎo)體制造是現(xiàn)代的煉金術(shù)過程，是一種復(fù)雜的舞蹈，需要數(shù)千家公司和數(shù)萬個工藝步驟的和諧同步。由于其復(fù)雜性，良率是該行業(yè)超過1000億美元的問題。因此，制造過程包含持續(xù)不斷的關(guān)鍵狀態(tài)檢查流，以支持人類創(chuàng)造的最復(fù)雜的事物。 一個不經(jīng)意的半導(dǎo)體行業(yè)觀察者往往會過分關(guān)注 ASML和光刻技術(shù)，盡管它們僅占半導(dǎo)體工廠總設(shè)備的22%（按美元價值計算）。計量和檢查（檢查）約占工具的13%（以美元價值計算）。像 KLA-Tencor、Nova Measuring和Onto Innovation這樣的公司制造在整個前端測量晶圓的設(shè)備。 FormFactor、Micronics和Technoprobe TPRO.IT制造的探針卡由印刷電路板和比人類頭發(fā)絲還細(xì)的探針陣列組成。探針的排列是根據(jù)每個單獨的芯片設(shè)計定制的。探針本身非常精細(xì)，只能在 MEMS晶圓上制造。

Advantes和 Teradyne最知名的是自動化測試設(shè)備。許多其他事情中，ATE工具取出探針卡，將它們與晶圓上的芯片完美對齊，并與晶圓上的電路進(jìn)行物理接觸。然后它向電路發(fā)送精確的電氣測試信號以表征它們。

上述內(nèi)容只是對幾家主要公司的快速、不完整的總結(jié)，但在這個行業(yè)還有許多其他公司。今天我們要討論Aehr Test Solutions就是是一家擁有獨特測試解決方案的小公司。它用于Apple 的 FaceID、Intel硅光子學(xué)，以及最重要的碳化硅。 幾年前，我們首次發(fā)布了一份關(guān)于該公司的報告，稱其在SiC領(lǐng)域取得了早期成功。從那時起，由于他們的工具在碳化硅中的迅速采用，收入和股價飆升。 今天的文章將深入探討他們獨特的測試技術(shù)。我們將探討Aehr相對于多個競爭對手的競爭優(yōu)勢的持久性，以及這些競爭對手正在采取哪些措施來縮小與 Aehr測試系統(tǒng)的技術(shù)差距。我們還將包括一個考慮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。我們還將討論它們在GaN、硅光子學(xué)和存儲設(shè)備方面的增長潛力。最后，我們將討論為什么Aehr比 Axcelis更適合長期SiC和GaN增長。

由于提高了能效，碳化硅(SiC)正迅速成為大功率電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。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(yè)正在尋求到本世紀(jì)末將晶圓產(chǎn)量從每年幾十萬片增加到每年數(shù)百萬片。

電氣化終端市場的失敗尤其具有災(zāi)難性，因為汽車和基礎(chǔ)設(shè)施是應(yīng)該持續(xù)數(shù)十年的已安裝基礎(chǔ)的一部分。此外，維護(hù)和修理需要在現(xiàn)場拆開復(fù)雜的設(shè)備。這些設(shè)備在首次制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(huán)境中，故障和不規(guī)則現(xiàn)象會隨著時間的推移而頻繁出現(xiàn)。 ?

汽車和工業(yè)供應(yīng)商需要進(jìn)行密集的測試才能成為合格的供應(yīng)商，即使一旦合格，也不會在測試上有所懈怠。SiC有許多與其易碎/脆性晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)的缺陷。主要來源包括襯底、外延或與摻雜相關(guān)的缺陷，例如螺紋位錯、向內(nèi)生長的堆垛層錯和重組誘導(dǎo)的堆垛層錯(RISF)。與其他半導(dǎo)體相比，這里的良率特別低，占最終設(shè)備成本的30%左右。現(xiàn)場缺陷率使這個數(shù)字高得多。

每個設(shè)備的汽車測試可能持續(xù)兩到四天，測試數(shù)千臺設(shè)備所需的空間是天文數(shù)字。此外，大多數(shù)行業(yè)已經(jīng)從分立功率器件轉(zhuǎn)向多芯片模塊。在這些情況下，即使是一個壞的die也可能導(dǎo)致許多好的die失敗。即使1%的十年故障率，標(biāo)準(zhǔn)12芯片模塊的故障率也將達(dá)到~15%！

浴缸曲線適用于半導(dǎo)體。在設(shè)備生命周期的開始階段，Mortality rates非常高。這稱為infant mortality。這些高死亡率呈指數(shù)下降到穩(wěn)定狀態(tài)。在長時間的低故障率之后，故障最終會由于磨損故障再次上升。必須消除infant mortality，但有多種方法可以做到這一點。

大多數(shù)行業(yè)使用封裝或模塊老化來消除高價值部件的infant mortality。在升高的溫度/電壓下進(jìn)行加速壓力測試可以通過測量測試期間設(shè)備性能的任何變化來幫助清除腐爛的雞蛋。這些潛在的制造缺陷可以被消除，從而最大限度地減少客戶在現(xiàn)場擁有產(chǎn)品模具的機會。這對于 IGBT 和標(biāo)準(zhǔn)硅基設(shè)備領(lǐng)域來說很好，因為老化時間更短，但對于SiC，由于所需老化時間的長度，成本開始飆升。這就是 Aehr Test System 的新穎方法的用武之地。他們不是創(chuàng)建模塊級測試工具，而是制造晶圓級測試工具。 更廣泛的邏輯行業(yè)在90年代采用了這些工具的早期版本，但隨后轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟男袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試。Aehr 仍然用于激光的晶圓級老化，例如蘋果的FaceID 和英特爾的硅光子平臺。

由于碳化硅良率低，可以淘汰大部分infant mortality。允許封裝更少的失敗設(shè)備并縮短完整的測試周期。周期時間是SiC器件生產(chǎn)的主要限制因素，而Aehr減少周期時間的解決方案很有前途。安森美半導(dǎo)體是Aehr在SiC領(lǐng)域的第一個標(biāo)志性客戶。Aehr還與英飛凌、ST Microelectronics、Rohm、Wolfspeed、Mitsubishi、Rohm、Sanan IC、CR Micro 等其他公司進(jìn)行了合作。

轉(zhuǎn)向晶圓級老化時，成本節(jié)省是巨大的。如果滿足汽車質(zhì)量要求，那么每個SiC器件制造商都可以輕而易舉地轉(zhuǎn)向晶圓級老化。隨著汽車制造商意識到這一點，一些汽車制造商甚至要求他們的供應(yīng)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(fā)了FOX-XP工具。每個晶圓可以包含多達(dá)一千個SiC器件。FOX-XP 一次可以測試9到18個晶圓。FOX-XP在腔室內(nèi)執(zhí)行此操作，該腔充當(dāng)高度調(diào)節(jié)的極端溫度環(huán)境。這可以被認(rèn)為是一個烤箱，除了它，也可以耗散超過18kW。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(tǒng)的WaferPak接觸器一起使用。WaferPak類似于探針卡，但它不僅與晶圓接口，還承載晶圓。WaferPak被認(rèn)為是一種消耗品，因為它們對于每種設(shè)計都是獨一無二的，并且填充一個FOX-XP的成本約為150萬美元。設(shè)計通常每隔幾年就會改變一次。這些設(shè)計更改提高了終端市場功率設(shè)備的效率并降低了成本。 WaferPaks是未來經(jīng)常性收入的關(guān)鍵引擎。我們稍后將分享的模型表明，WaferPaks的收入將在幾年內(nèi)超過FOX-XP。 WaferPak有2048個I/O引腳和DPS通道。每個通道都有遠(yuǎn)程電壓和接地檢測。每個通道可在高達(dá)40V和低至-30V的1024個電壓電平之間循環(huán)。它可以運行高達(dá)2A。需要明確的是，WaferPak無法像高端探針卡那樣進(jìn)行精細(xì)測試，因為它們的探針要少得多。此外，這些探頭比高端ATE設(shè)備具有更精細(xì)的控制。關(guān)鍵在于它允許在高達(dá)150攝氏度的溫度下運行時進(jìn)行高壓測試。

老化工具能夠進(jìn)行多種類型的測試。這包括具有負(fù)高溫柵極偏置的雙極電壓，這是為一位新客戶提出要求并迅速開發(fā)的。 最后一塊是Aehr的產(chǎn)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(zhǔn)器的成本通常不到100萬美元，但根據(jù)晶圓廠的自動化要求，有多種產(chǎn)品可供選擇。對準(zhǔn)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(zhǔn)器一對一配對。

編輯：黃飛

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