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當先進製程持續突破摩爾定律!晶片的最後一哩路:半導體先進測試,將面臨哪些未知挑戰

在半導體分工的產業鏈下,多數人或許知道IC設計、也聽過晶圓代工,但對於下游的封測往往一知半解,它分別是封裝(Packaging)與測試(Testing)兩個不同步驟,「特別是在現今半導體業者迎戰5G、電動車下驅動更複雜的先進製程,測試也成了一個新戰場,」SEMI全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸如此分析。

SEMI-SEMI Talks領袖對談-晶片-國際半導體展-SEMI測試委員會 圖片來源:shutterstock
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何謂半導體先進測試

測試,顧名思義就是要將製作好的晶片進行驗收、檢查晶片是否能正常運作,在封裝前進行測試確保每片晶圓的可靠度與良率,並剔除不良的晶片只封裝好的晶片,當然、封裝後依舊要進行測試以確保封裝過程沒有發生問題。

但曹世綸指出,正因為半導體的發展必須持續突破摩爾定律限制,因此不少業者除了從原有的晶片線寬著手進行技術提升外,更有另一群人擁抱封裝技術、以發展小晶片(Chiplet)的方式藉此改善晶片的效能表現,但也正是這樣的改變,為測試產業帶來了全新的挑戰與機會,看在半導體測試產業專家眼裡,會如何解讀先進測試在產業鏈中所扮演的角色?

先進測試的技術挑戰,隨晶片複雜程度升級

「這就像是閉著眼睛在森林中跑步一樣、是相當困難的」信驊科技營運長謝承儒曾於2021年底參與國際半導體產業協會(SEMI)所舉辦的SEMI Talks領袖對談時透露。想像當前半導體在晶片及封裝的複雜程度,需要有相對應的測試技術才能匹配當前的需求。就以小晶片與探針卡為例,他說當一個晶片被拆分成四個獨立的小晶片時,為了要維持更高的最終良率、就必須要針對四個小晶片進行測試,而過去只需要一個探針卡的需求,如今卻乘上4倍、對設計公司及供應商來說必須要承擔更多的成本壓力。

此外,謝承儒也提到、不少晶片現在都是採用「異質整合」的方式,相比於過去是採用單一晶片的狀態來說,存有更多的變異、測試上的挑戰也更加棘手、需要晶圓測試段更精確分類測試,而且必須要做到確實、以避免後續整合後拖垮了晶片的效能表現,「可以說從成本到技術,對測試這個環節來說都是全新的困難與挑戰,」他說。

同時謝承儒也點出,由於這些困難絕非一己之力可以解決,更需仰賴產業上中下游的共同合作,才能有助於測試這個環節突破困境、一同與當前半導體技術並進。要知道,來自客戶端的晶片應用五花八門,而不同產品需要不同的測試資源配置,將會產生巨大的設備與人力成本,正由於測試的投資金額規模大,因此需要各個產業鍊環節一同分擔。站在全球產業協會的角度,SEMI該如何發揮自己平台角色的使命跟任務?

信驊科技營運長謝承儒:若測試行業的技術腳步跟不上電晶體的製造,將可能是摩爾定律跟創新技術的最大限制。

SEMI攜手產業成立測試委員會,制定國際標準突破技術瓶頸

曹世綸表示,測試確實不單只是一個半導體的生產環節、而是肩負起從設計到製造、甚至是系統整合的過程中,每個生產階段的品質要求,是需要集眾人之力一同解開測試產業當前的瓶頸。自2018年起,SEMI就邀請了包括信驊科技、聯發科、台積電、日月光、矽品,甚至是EDA的上游廠商如Synopsys、Cadence等,都一同加入SEMI測試委員會的行列,希望能藉由產業生態系的打造來共同面臨技術的挑戰並找出策略。

曹世綸近一步指出,物聯網、電動車等新興應用,以及5G、AI等趨勢都是推動半導體成長的關鍵,但也因為在應用場域上更講求效能表現,因此對高效能晶片的需求更是倍增、當這些晶片採用堆疊架構製造時,就如同謝承儒所提、同一封裝中的晶片數量越多且結構越複雜時,不僅找出不良晶片的難度大幅提升、各元件間的相容性與互聯也為晶片成品的可靠度添加了許多不確定性。

因此,不只是舉辦研討會、召集產業內的業者集思廣益外,亦透過協會來制定針對設備機台的共同標準,希望能為測試產業面臨到的瓶頸盡一份心力。

先進測試是挑戰 同時也是培育尖端人才機會點

挑戰雖然仍在眼前,但謝承儒依舊樂觀的點出其中的機會:人才。他表示,隨著測試端的技術需要大幅提升,測試工程師應該會感到相當興奮,同時也能吸引更多有志挑戰半導體摩爾定律的人才,投入測試技術的研發,而攜手SEMI一同關注人才培育的議題,也將會是協助台灣半導體產業維持市場競爭力的不二法門,「若測試行業的技術腳步跟不上電晶體的製造,將可能是摩爾定律跟創新技術的最大限制。」謝承儒點出。

同時,全台最大半導體年度盛會SEMICON Taiwan 2023國際半導體展即將於2023年9月6日至8日於台北南港展覽館1&2館擴大舉辦,規劃先進測試相關主題專區與論壇,為大家剖析先進測試為實踐未來新興應用的技術發展重點

若想了解更多資訊請見SEMICON Taiwan官網:https://www.semicontaiwan.org/zh

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