ATE 设备在可测试性设计中的应用

自动测试设备（ATE）在可测试性设计中发挥着重要作用。可测性设计工具针对集成电路生产测试需要，通过人工插入或工具自动综合生成测试逻辑电路，自动产生测试向量，能显著提升测试覆盖率，有效降低芯片在 ATE 上测试的困难度及成本。

基于扫描设计方法是一种常用的可测性设计方法，把被测电路的寄存器转换成扫描寄存器，再将扫描寄存器连接成一条或多条的扫描链以传递测试信号。可测性设计的测试电路生成涉及一系列复杂操作，通常需依靠自动化工具辅助完成。其流程包括将普通寄存器时序单元转换成扫描寄存器，检测被测电路是否符合 DFT 规则，对违反规则的部分进行自动或人工修复，根据 DFT 约束及目标设定进行扫描链的链接并合成所需添加的逻辑。测试电路的自动生成结果包括含 DFT 的逻辑门级电路网表、使用 STIL 描述的 DFT 工作情况以及 DFT 分析报告。

基于 DFT 网表和 STIL 结果，自动测试向量生成工具可以自动产生芯片测试所需的测试向量信号。测试向量经过编码压缩、广播式压缩、逻辑变换压缩等方法优化后，在保证测试覆盖率的前提下可以减少测试数据数量、测试时间和必需的测试通道数。

ATE 设备从 1960 年代发展至今，已经形成泰瑞达与爱德万测试的双寡头格局，占有全球近 90%以上的市场。在 SOC 测试系统与存储器测试系统方面，泰瑞达与爱德万各有优势。而在模拟测试系统方面，中国厂商华峰测控经过多年研发和布局，已经取得了不俗的市场份额，产品不仅在国内大批量安装，而且已经进入美国、欧洲、日本市场，获得多家顶级 IDM 公司内采购。广立微研制出快速电学参数测试机 Semitronix Tester，为客户提供准确且高度自动化的测试解决方案用于快速和更好地监控工艺。

ATE 设备如何提升测试覆盖率

ATE 设备在提升测试覆盖率方面起着至关重要的作用。首先，ATE 设备可以进行多种类型的测试，如直流参数测试、交流参数测试和功能测试等。直流参数测试确定器件参数的稳态测试方法，包括接触测试、漏电流测试、转换电平测试、输出电平测试、电源消耗测试等，全面检测芯片的基本电性能，从而覆盖可能出现的各种直流相关的故障类型。交流参数测试则验证与时间相关的参数，如工作频率、输入信号输出信号随时间的变化关系等，常见的测量参数有上升和下降时间、传输延迟、建立和保持时间以及存储时间等，这有助于发现芯片在动态工作状态下可能出现的问题，进一步提高测试覆盖率。功能测试模拟 IC 的实际工作状态，输入一系列有序或随机组合的测试图形，检测输出信号是否与预期图形数据相符，以此判别电路功能是否正常，能够覆盖芯片的各种功能故障情况。

此外，ATE 设备还可以通过自动化测试程序开发来优化测试流程。编写测试程序可以根据芯片规格和测试要求，精确控制 ATE 进行测试。优化测试程序和流程能够提高测试速度和覆盖率，例如采用测试向量生成和验证技术。静态矢量和动态矢量的生成可以用于测试静态和动态逻辑功能，通过仿真验证和实际验证确保测试矢量的正确性，覆盖所有测试场景，有效检测芯片的功能和性能。故障诊断和分析技术也是提升测试覆盖率的重要手段，失效分析可以使用工具和方法定位故障，帮助改进测试方法以提高覆盖率。

基于扫描设计的可测性设计方法

基于扫描设计是可测性设计中非常重要的一种方法，在 ATE 设备的应用中具有关键意义。扫描设计将电路中的时序元件触发器替换为可扫描的时序元件扫描触发器，然后将这些扫描触发器连接成一条或多条扫描链，形成从输入到输出的测试串行移位寄存器。采用扫描设计技术后，通过扫描控制端和时钟端的控制，可以把需要的数据串行地移位到扫描寄存器单元中，实现对时序元件和组合逻辑的测试。同时，也可以通过扫描输出端串行地观测各个单元，增加了时序电路的可控制性和可观测性。

在实际应用中，可测性设计工具针对集成电路生产测试需要，通过人工插入或工具自动综合生成测试逻辑电路，自动产生测试向量。基于扫描设计的可测性设计综合自动化流程包括将普通寄存器时序单元转换成扫描寄存器，检测被测电路是否符合一系列的 DFT 规则，对违反规则的部分进行自动或人工修复，以及根据 DFT 约束及目标设定进行扫描链的链接并合成所需添加的逻辑。测试电路的自动生成结果包括含 DFT 的逻辑门级电路网表、使用 STIL 描述的 DFT 工作情况以及 DFT 分析报告。基于 DFT 网表和 STIL 结果，自动测试向量生成工具可以自动产生芯片测试所需的测试向量信号，经过优化后在保证测试覆盖率的前提下减少测试数据数量、测试时间和必需的测试通道数。

ATE 设备市场格局

目前，全球 ATE 设备市场呈现出多元化的竞争格局。2023 年全球半导体自动测试设备（ATE）市场规模达到了一定规模，中国市场也在快速发展。全球 ATE 行业内主要厂商有 Advantest、ASM、Besi、Cohu、Inc、DIAS Automation、DISCO、Hanmi semiconductor、Semes、Shen Zhen Sidea、Shinkawa、Techwing、TEL、Tokyo Seimitsu 等。这些厂商在全球市场中占据着重要地位，其产品涵盖了成套设备测试设备和晶圆测试设备等多个细分种类。下游细分应用领域包括军事/航空、工业/医疗、汽车电子、消费电子产品、计算机、通信等。

在中国 ATE 测试机行业市场，全球知名 ATE 厂商竞争力较强，他们在 ATE 测试机行业中占据一定市场份额，产品易于使用，性能稳定，价格相对优惠，还拥有全球性的服务网络，可以提供完善的服务支持。同时，国内众多 ATE 测试机厂商也在积极参与竞争，推出了多款 ATE 测试机，产品种类齐全，性能稳定，价格更加优惠，受到市场欢迎。这些厂商也提供完善的服务，有助于提升客户满意度。此外，近几年国内在旺盛的市场需求和设备国产替代需求加持下，国内 ATE 设备市场迎来蓬勃发展的黄金时期，据不完全统计国内 ATE 设备厂商已经接近 20 家，已上市的就有华峰测控、长川科技、华兴源创、精测电子、联动科技等，还有宏泰科技也已开启了 IPO 辅导备案。

综上所述，ATE 设备在可测试性设计中通过多种方式提升测试覆盖率，基于扫描设计的可测性设计方法为 ATE 设备的应用提供了有效途径，而 ATE 设备市场格局呈现出全球多元化竞争与国内蓬勃发展的态势。ATE 设备在集成电路测试领域发挥着越来越重要的作用，随着技术的不断进步和市场需求的持续增长，ATE 设备的发展前景广阔。