将测试提升到一个新的水平

《半导体芯科技》杂志文章

SPEA公司半导体和MEMS测试业务部副总裁Emanuele Bardo与Silicon Semiconductor编辑Philip Alsop讨论了该公司与半导体行业相关的自动测试设备专业知识，重点介绍了技术创新以及公司的未来增长计划。

SPEA于1976年在意大利北部成立。创始人曾在著名的意大利公司Olivetti工作，后来在通用电气工作，然后创立了SPEA。最初的业务与ICT测试仪的生产有关——用于组装好的PCBA板的测试。

1993年，SPEA生产了第一台半导体测试仪，一年后投入市场。作为欧洲公司，其第一个安装基地是欧洲的主要半导体IDM公司。该公司的第一台大批量半导体测试仪于1999年投放市场，后来在2002/2003年推出了第二代版本。SPEA随后在2003/2004年渗透到传感器市场。当时，应用并不多。一个早期的成功应用是任天堂Wii，它包含首个三个轴向加速度计——这些加速度计是用SPEA机器进行测试和校准的。从那时起，消费者业务推动了传感器业务的大量创新，其次是汽车行业。

△功率半导体器件对可靠性的需求不断增长，这促使SPEA开发了一种专用的测试系统，能够满足对器件进行完整的交流、直流、ISO测试要求。

在2009/2010年，再次受到汽车和电动汽车的推动，SPEA开始大力渗透高压和大电流业务，该业务如今已成为公司最大的收入份额之一。2018年，SPEA推出了第二代面向器件的测试仪，即DOT（deviceoriented tester）。这是该行业最大的“革命”之一，引入了一种新的ATE构思方式，成为欧洲、美国、亚洲（韩国、日本和中国大陆）的许多客户的一个非常成功的代表性商业案例。如今，该公司的营业额已超过2亿欧元，目标是在未来两年内突破3亿欧元的关口。

SPEA公司在自动测试设备市场中的地位目前排名第四。然而，该公司在两个主要市场占据主导地位。在MEMS传感器市场，公司占有60%以上的市场份额，在高电压大电流半导体产品市场也占有重要地位。最大的新闻是，在过去由其两个主要竞争对手主导的模拟混合信号方面，SPEA的市场份额在过去四年中增长了两倍多。根据该公司的四年路线图，该公司的机器设计大大降低了测试成本，SPEA预计将上升到整体排名第三的市场地位。

关于SPEA如何在市场上脱颖而出，以及它在半导体测试方面与竞争对手的不同之处，Emanuele解释说：对于所有ATE供应商来说，测量电压和电流是一样的。当然，如果你必须以一定的精度测量五伏电压，或者你有这个规格，或者你没有，关键是你如何做到这一点，以及如何使它具有成本效益。为了使今天的事情具有成本效益，你必须研究两个主要课题——设计架构以及机器中的分布式智能。因此，该机器的架构带来了两个主要优势——拥有高度模块化和可配置的部件，其整体资本支出成本明显低于竞争对手。第二个课题是你如何设计你的仪器和背板，以获得最高的多站点效率——半导体测试需要多站点测试以获得成本优势。因此，关键问题是，在并行测试期间，每次添加一个站点，测试时间的百分比会增加多少？所以，如果你的效率是99%，这是一个尚可的数字，但如果你的效率是99.95%，这就是一个完全不同的数字了，它代表着成本的节省。因此，这两个元素是由这个测试的架构驱动的。

Emanuele继续说道：“另一个课题是你今天在机器中加载的智能功能。这种类型的设备——它们使用自己的智能来自我控制自己的校准数据，以便机器可以在生产车间的空闲时间自动重新校准。这与旧的工作模式不同，在这种模式下，设备和测试仪运行一定时间，就可以进行预防性维护操作，然后进行诊断和校准等。”

“我们引入的最大优势正是这三个，即设备的架构、多站点效率和智能化。总体而言，这代表了成本的节约。当你开始将成本分成不同的部分并且同步采取行动时，你就可以将这些成本大幅降低。这就是竞争因素，也是大客户考虑改变其测试平台的原因。”

就SPEA的产品和服务组合而言，DOT测试仪是最大的创新。DOT的意思是面向器件的测试仪，这个名字本身就代表了公司架构向前迈出的一大步，因为旧的ATE机器，它们曾经有纯的模拟卡、纯的数字卡、单处理卡、高压卡等。客户需要选择部件，这些还不在预算之内，而且还要求他们的应用团队设计一个PCB接口，以便专门连接产品和测试仪接口。

借助DOT，还有SPEA本身具有的可配置的板卡。因此，客户可以根据其产品组合，他可以在一块电路板上，将模拟、数字、信号处理和电源的逻辑组合配置在一起，这样，客户就可以用一个板卡并行测试一个、两个、四个或八个器件，然后用所需的同一种板卡数量来增加测试仪的数量。这是巨大的成本优势，也是我们实现多站点效率的技术因素。因此，这是SPEA在混合信号测试仪方面的主要优势之一。

SPEA公司在与电力电子相关的高电压、高电流测试方面也拥有非常强大的技术路线图。这个市场，直到三年前还是一个非常小的市场，现在正在蓬勃发展。即使在2023年，在半导体行业市场普遍下滑的一年里，唯一实现两位数增长的细分市场就是功率器件和分立器件——由汽车、电动汽车、混合动力汽车和充电站驱动。在这个细分市场中，SPEA非常领先，因为它与重要的IDM公司合作，并达到了所有电压标准和所需的精度。因此，这两个细分市场是公司目前投资最多的细分市场。

在SEMICON West 2023上，SPEA推出了一些创新技术。这次展会对公司来说是一个非常积极的活动——美国市场确实“需要新供应商从旧的ATE供应商的垄断中走出来的创新”。在前面已经提到的架构方面，SPEA已经开发了超高速数字引脚，该引脚将成为低成本混合信号测试仪的一个选项，其概念是您可以使用高速数字引脚部分配置其中一张卡。SPEA今天拥有的所有产品，都具有以太网、HDMI等高速接口。

降低高速数字测试的测试成本一直是一个巨大的挑战，通过这种类型的创新，SPEA提供了配置具有低速数字、高速数字、模拟和信号处理通道的板卡选项，成本极具竞争力。这与混合信号有关。

△创新的DOT测试平台满足了BMS、SerDes、运算放大器、PMIC、MEMS和传感器、微控制器等应用的测试要求。

该公司在SEMICON West上讨论的另一个重要话题是碳化硅产品测试的新兴需求，其中额定电压超过3000伏，并在路线图中还有可能超过6000伏。

SPEA最近推出的另一项重大创新集中在自动维护上。Emanuele解释说：“旧的ATE系统的工作方式是运行一定小时，然后进入预防性维护模式，机器必须进行校准调整，并最终进行诊断。我们能够做的是知道测试人员何时有空闲时间。如果你做一个计算，这个时间在一个月内非常显著。那么，我们就能够了解测试仪何时会闲置一段时间。”

“在这一时间点上，我们可以运行校准程序的一个子集，以验证校准数据的漂移。我们能够随着时间的推移来跟踪和记录这些数据。而且，我们能够预测仪器何时可能超过校准阈值。而当到了这一时间点时，当我们有这个预测，我们就能够自动重新校准机器，而不是留有适当余量的将测试仪设置为PM状态。”

这种自动维护/校准创新是工业4.0的实际应用——使测试仪足够智能，因此它可以自动控制数据漂移并最终重新校准。

SPEA在工业4.0方面引入的另一个功能是开发一种能够计算继电器寿命的测试仪。所有ATE都装满了机械和固态继电器。这些部件迟早会失效，因为它们都有一定的使用寿命。能够了解安装在测试仪中的易损件的使用寿命，并能够预测使用寿命结束，这是一项非常重要的进步，因为它可以帮助客户减少停机时间并提高制造效率。

从工业4.0到人工智能和机器学习只是一小步，正如Emanuele所承认的那样：“人工智能将在未来带来巨大的潜力，我认为像我们这样的供应商将有可能帮助我们的客户将测试程序和测试应用程序从一台机器迁移到另一台机器。正如我之前所说，我们进入市场有点晚，我们提供竞争优势，但我们的客户最头疼的一个问题是，我们已经有很多产品在机器A上运行，我们需要在SPEA上进行转换。在此测试程序迁移期间，使用人工智能提供帮助将是未来的一大机遇。”

“这将是我们可以为客户提供巨大优势的下一步。我们的设计团队和软件团队正在研究这个课题，因为这不仅关系到人工智能本身，还关系到我们如何设计我们的软件架构，使其友好，以便使用人工智能工具自动完成迁移，并具有客户想要的适当保密级别。”

虽然围绕半导体行业无处不在的保密协议使Emanuele无法分享有关SPEA如何帮助特定公司的细节，但他能够对正在进行的工作类型提供一些高层次的看法。

Emanuele说：“在过去的两年里，我们在BMS（Battery Management System，电池管理系统）测试方面发挥了极其重要的作用。我们帮助一家主要客户降低了50%以上的运营成本，这要归功于我们为该业务开发的具有极高精度的专用仪器。您可以理解，将我们现有机器的产量提高一倍，再加上我之前提到的所有优势，可以节省大量成本，节省占地面积等。这是我们取得的最大成功之一。”

△DOT800测试平台融合了工业4.0的元素，包括自动维护功能、数据收集和分析，以及可以轻松从传统测试仪迁移测试程序服务的人工智能。

“我们还为另一家主要客户提供了传感器测试支持，由于我们的多站点能力比竞争对手高出十倍，他们能够获得非常大的市场份额。这是我们多年来建立的合作伙伴关系的两个非常好的例子，它们为我们的两个主要客户带来了很多优势。”

展望未来，Emanuele预计SPEA将在所有领域继续保持有机增长。模拟混合信号领域和电源领域的增长率最高，它们是非常大的细分市场，也是SPEA重点推出其大部分创新的细分市场。

传感器业务仍在增长，但速度与前几年不同。也就是说，传感器业务在中国大陆的增长令人印象深刻，SPEA在其中发挥主导作用，最近也建立了合作伙伴关系。模拟混合信号和高功率领域的高增长给公司带来了许多挑战。SPEA最近批准了一项大规模投资，将在未来两年及以后将产能提高两倍半以上。

Emanuele总结道：“这是一项巨大的投资，不仅在意大利总部，而且在全世界。当然，因为我们正在亚洲、中国、东南亚、美国和欧洲的所有国家发展我们的组织。通过扩大我们的客户群，我们的客户需要更快的响应时间，他们需要应用能力，他们需要服务能力，他们需要本地维修中心。这就是所有投资的重点所在——尽可能地贴近客户。”

在技术未来方面，SPEA从硬件和软件的角度制定了五年的路线图。该公司与主要客户分享其计划，并定期收到有关他们自己的计划（他们要去哪里）的反馈。它还与个人客户合作，以验证创新。Emanuele解释说：“最近，我们还引入了以下做法：一旦我们推出了新设备或新设备功能，我们就会与客户合作，确定他们具有特定的技术要求的某一产品可以采用该创新，我们共同努力缩短验证时间，并通过经过充分验证的解决方案以改进的方式加快上市时间。”

审核编辑 黄宇