据业内人士 10 月 5 日透露，为自动化测试设备（ATE）生产材料、组件和模块的公司正在开发更大规格的产品。随着人工智能加速器和其他人工智能及数据中心芯片的需求不断增长，以及芯片组架构的普及，半导体器件和封装的物理尺寸也在不断增大。芯片组是通过将多个功能芯片分别生产，然后集成到一个大型半导体封装中而制成的。这种方法与单片芯片和片上系统（SoC）截然不同。
一位 ATE 行业人士表示：“单片芯片正日益接近光刻掩模的极限，推动了 2.5D 和 3D 异构集成技术的应用，同时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。”
光刻掩模极限是指光刻扫描仪在一次曝光中能够在晶圆上曝光的最大物理面积。已知其尺寸为26毫米×33毫米。
最终测试是在封装完成后检查半导体的电气性能和可靠性。随着封装尺寸的增大，最终测试设备中使用的模块和关键组件也需要相应增大。设备必须满足新的技术规范，才能安全地容纳大型半导体封装、实时传输信号并有效散热。
◇ 爱德万测试公司为更大尺寸的半导体封装准备 ATE
在自动测试设备 (ATE) 生态系统中，更大尺寸的主测试仪、处理单元、测试插座、测试接口板 (TIB) 和散热管理材料正在涌现。作为全球领先的 ATE 市场供应商之一，爱德万测试 (Advantest) 为其 ATE 系统开发了 Mega Set Tray、EXA Scale Duo Interface 和主动温度控制 (ATC) 散热管理模块。爱德万测试的 V93000 EXA Scale 平台专为先进的数字集成电路、人工智能和高性能计算应用而设计。
Mega Set Tray 是一种比联合电子器件工程委员会 (JEDEC) 定义的标准托盘更大的托盘。托盘用于盛放半导体器件或封装，并将其运送到测试仪内部。Mega Set Tray 的设计旨在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和接口板的连接区域扩展为双单元或更大的配置。这使得可以同时测试大型封装。印刷电路板（PCB）上可用的元件安装区域也相应扩大。V93k DUT Scale PCB 的尺寸为 635 毫米×523 毫米，比上一代电路板的 581 毫米×429 毫米增加了 63%。此处的用户区域指的是有效的电路安装区域。
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。它采用双液冷系统。该系统通过对高功率 AI 芯片进行温度控制，并最大限度地减少温度波动，从而降低芯片损坏和测量误差。
◇ TSE、ISC 扩展测试插座和板
ISC 的 Wider-Max 模块化大尺寸测试插座。（图片：ISC）包括 TSE 和 ISC 在内的测试插座公司也遵循着同样的趋势。TSE 正在构建一套用于大尺寸应用的集成解决方案，包括大面积测试插座和接口板。
TSE 的硅橡胶（或弹性体）插座和弹簧针插座是消耗性组件，用于将半导体封装上的凸点和焊球（用作电气端子）与测试设备进行物理和电气连接。为了适应更大的器件，这些插座经过扩展，能够以极小的间距容纳数万个引脚，同时还能承受高接触压力和高温。
该公司还开发了大型接口板。这些 PCB 用于在主 ATE 系统和测试插座之间传输电信号和电源。TSE 开发了采用高达 60 层超多层板的非存储半导体产品。这些产品能够稳定提供高达 341 安培的电流，以满足 AI 芯片的功率需求。在存储方面，该公司开发了高性能大型板，能够同时或并行测试 1024 个芯片。
ISC 公司推出了 WiDER-Max，一款模块化的大尺寸测试插座。该系统根据被测半导体封装的结构、尺寸和芯片布局，分别设计和制造多个模块，然后组装成一个大型插座。这使得模块设计能够针对被测封装进行优化。
传统插座的尺寸约为 120 毫米 x 120 毫米。WiDER-Max 的尺寸已扩展至约 180 毫米 x 120 毫米，ISC 计划将支持范围扩大到 240 毫米。该公司目前正与全球客户探讨批量生产应用以及研发事宜。
◇ 200毫米厚导热垫片，旨在改善大型封装的散热性能
积水化学的 MANION 系列高导热散热片。 （照片：积水化学）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。该产品定位为公司 MANION 系列高导热散热片材的下一代核心产品。MANION 系列采用碳纤维和专有的磁场取向技术，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 系统中 ATC 热管理模块的底部。它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，它能高效地将芯片产生的热量传递至 ATC，从而快速降低温度。
以往测试大型封装时，需要将多片小型散热片拼接在一起。然而，各片散热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。而使用 200 毫米厚的导热界面材料（TIM）片则可以避免这些问题，并提高测试效率。
一位业内人士表示：“随着人工智能半导体尺寸不断增大，发热量也越来越大，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。顺应行业趋势，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。”
从半导体制造商和设备制造商到组件和材料供应商，整个生态系统的技术合作，以及标准化大尺寸规格的建立，预计将成为半导体行业的关键竞争因素。
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