芯片测试巨变：异构集成推动封装尺寸与ATE设备升级

随着异构集成（将多个芯片集成到单个封装中以提升半导体性能）的日益普及，芯片与基板尺寸持续增大，后端半导体测试设备生态也加速向更大尺寸产品演进。

据业内人士10月5日透露，为自动化测试设备（ATE）提供材料、组件和模块的公司正在开发更大规格的产品。受人工智能加速器及其他 AI 与数据中心芯片需求拉动，加上 chiplet 架构的普及，半导体器件与封装的物理尺寸也在不断增大。所谓 chiplet，是将多个功能芯片分别制造后再集成进一个大型半导体封装中，这与传统的单片芯片和片上系统（SoC）路线有着本质区别。

一位 ATE 行业人士表示：“单片芯片正日益逼近光刻掩模的极限，这推动了 2.5D 和 3D 异构集成技术的应用，封装尺寸每年增长约 25%。目前，整个最终测试生态系统对更大尺寸产品的需求普遍存在。”

这里提到的光刻掩模极限，指的是光刻扫描仪单次曝光时能在晶圆上覆盖的最大物理面积，已知约为 26 毫米×33 毫米。

最终测试是在封装完成后检查半导体电气性能与可靠性的环节。一旦封装尺寸变大，最终测试设备所用模块与关键组件也需同步增大。设备必须符合新的技术规范，才能安全容纳大型半导体封装、实时传输信号并有效散热。

爱德万测试为更大尺寸封装准备 ATE

在 ATE 生态中，更大尺寸的主测试仪、处理单元、测试插座、测试接口板（TIB）以及散热管理材料正在陆续出现。作为全球领先的 ATE 供应商之一，爱德万测试（Advantest）为其 ATE 系统开发了 Mega Set Tray、EXA Scale Duo Interface 以及主动温度控制（ATC）散热管理模块。其 V93000 EXA Scale 平台专为先进数字集成电路、AI 和高性能计算应用设计。

Mega Set Tray 是一种比 JEDEC（联合电子器件工程委员会）标准托盘更大的托盘。托盘主要用于装载半导体器件或封装并送入测试仪内部。Mega Set Tray 的设计目标就是一次容纳多个大型半导体封装。

EXA Scale Duo 接口将测试仪主体与测试插座、接口板的连接区域扩展为双单元甚至更大配置，让大型封装可以同时接受测试。PCB 上可用的元件安装区域也随之扩大。V93k DUT Scale PCB 的尺寸为 635 毫米×523 毫米，相较上一代的 581 毫米×429 毫米增加了 63%。这里的用户区域指有效电路安装区域。

ATC 热管理模块能够精确控制超过 2000 瓦（W）发热环境下的温度，采用双液冷系统。它通过对高功率 AI 芯片做温度控制、尽量压低温度波动，从而减少芯片损坏风险与测量误差。

TSE、ISC 扩展测试插座与接口板

包括 TSE 和 ISC 在内的测试插座厂商也在沿同一方向推进。TSE 正在构建面向大尺寸应用的集成解决方案，涵盖大面积测试插座与接口板。

TSE 的硅橡胶（弹性体）插座和弹簧针插座属于消耗性组件，负责将半导体封装上的凸点、焊球等电气端子与测试设备进行物理和电气连接。为了适应更大器件，这些插座经过扩展，能在极小间距下容纳数万个引脚，同时耐受高接触压力与高温。

该公司还开发了大型接口板。这些 PCB 用于在主 ATE 系统与测试插座之间传递电信号和电源。针对非存储半导体产品，TSE 采用高达 60 层的超多层板，可稳定提供最高 341 安培电流，以满足 AI 芯片的功率需求。在存储端，该公司也开发了高性能大型板，能够同时或并行测试 1024 个芯片。

ISC 公司则推出了 WiDER-Max，这是一款模块化的大尺寸测试插座。它根据被测半导体封装的结构、尺寸和芯片布局，分别设计并制造多个模块，再组装成一个大型插座，使得模块设计能针对被测封装进行优化。

传统插座尺寸约为 120 毫米×120 毫米。WiDER-Max 已扩展至约 180 毫米×120 毫米，ISC 还计划将支持范围扩大到 240 毫米。目前该公司正与全球客户讨论批量生产应用与研发事宜。

200毫米级导热垫片，改善大型封装散热

积水化学正在开发一种 200 毫米级的大型导热界面材料（TIM）片材，定位为 MANION 系列高导热散热片材的下一代核心产品。MANION 系列采用碳纤维与专有磁场取向技术，在保持柔韧性和贴合性的同时实现了高导热性。

MANION 系列产品安装在 ATE 系统 ATC 热管理模块底部，通过压入并填充被测封装表面与热管理模块之间的微小气隙，在最终测试期间将芯片产生的热量高效传递至 ATC，从而快速降温。

以往测试大型封装时，往往需要把多片小型散热片拼接使用。但各片之间的接缝和缝隙容易形成气穴，显著降低传热效率并增加热阻。改用 200 毫米级 TIM 片后，这些问题可以避免，测试效率也随之提升。

一位业内人士表示：“随着 AI 半导体尺寸不断增大，发热量越来越高，后端测试的成功将取决于大面积散热组件和材料的可靠性。顺应这一趋势，整个测试生态系统中更大尺寸技术的研发可能会进一步加速。”

从半导体制造商、设备制造商到组件与材料供应商，整个生态系统的技术协同，以及大尺寸规格标准的建立，预计将成为半导体行业下一阶段的关键竞争因素。

（来源：theelec）