半導體制造是現代的煉金術過程，是一種復雜的舞蹈，需要數千家公司和數萬個工藝步驟的和諧同步。由于其復雜性，良率是該行業超過1000億美元的問題。因此，制造過程包含持續不斷的關鍵狀態檢查流，以支持人類創造的最復雜的事物。 一個不經意的半導體行業觀察者往往會過分關注 ASML和光刻技術，盡管它們僅占半導體工廠總設備的22%（按美元價值計算）。計量和檢查（檢查）約占工具的13%（以美元價值計算）。像 KLA-Tencor、Nova Measuring和Onto Innovation這樣的公司制造在整個前端測量晶圓的設備。 FormFactor、Micronics和Technoprobe TPRO.IT制造的探針卡由印刷電路板和比人類頭發絲還細的探針陣列組成。探針的排列是根據每個單獨的芯片設計定制的。探針本身非常精細，只能在 MEMS晶圓上制造。

Advantes和 Teradyne最知名的是自動化測試設備。許多其他事情中，ATE工具取出探針卡，將它們與晶圓上的芯片完美對齊，并與晶圓上的電路進行物理接觸。然后它向電路發送精確的電氣測試信號以表征它們。

上述內容只是對幾家主要公司的快速、不完整的總結，但在這個行業還有許多其他公司。今天我們要討論Aehr Test Solutions就是是一家擁有獨特測試解決方案的小公司。它用于Apple 的 FaceID、Intel硅光子學，以及最重要的碳化硅。 幾年前，我們首次發布了一份關于該公司的報告，稱其在SiC領域取得了早期成功。從那時起，由于他們的工具在碳化硅中的迅速采用，收入和股價飆升。 今天的文章將深入探討他們獨特的測試技術。我們將探討Aehr相對于多個競爭對手的競爭優勢的持久性，以及這些競爭對手正在采取哪些措施來縮小與 Aehr測試系統的技術差距。我們還將包括一個考慮EV要求、工具吞吐量、耗材收入增長、測試強度等的模型，表明Aehr的機會每年可能超過5億美元。我們還將討論它們在GaN、硅光子學和存儲設備方面的增長潛力。最后，我們將討論為什么Aehr比 Axcelis更適合長期SiC和GaN增長。

由于提高了能效，碳化硅(SiC)正迅速成為大功率電子設備的標準。為了支持電動汽車、可再生能源和儲能的爆炸式增長，該行業正在尋求到本世紀末將晶圓產量從每年幾十萬片增加到每年數百萬片。

電氣化終端市場的失敗尤其具有災難性，因為汽車和基礎設施是應該持續數十年的已安裝基礎的一部分。此外，維護和修理需要在現場拆開復雜的設備。這些設備在首次制造時可能在常溫下運行良好，但如果長時間暴露在更極端的環境中，故障和不規則現象會隨著時間的推移而頻繁出現。 ?

汽車和工業供應商需要進行密集的測試才能成為合格的供應商，即使一旦合格，也不會在測試上有所懈怠。SiC有許多與其易碎/脆性晶體結構相關的缺陷。主要來源包括襯底、外延或與摻雜相關的缺陷，例如螺紋位錯、向內生長的堆垛層錯和重組誘導的堆垛層錯(RISF)。與其他半導體相比，這里的良率特別低，占最終設備成本的30%左右。現場缺陷率使這個數字高得多。

每個設備的汽車測試可能持續兩到四天，測試數千臺設備所需的空間是天文數字。此外，大多數行業已經從分立功率器件轉向多芯片模塊。在這些情況下，即使是一個壞的die也可能導致許多好的die失敗。即使1%的十年故障率，標準12芯片模塊的故障率也將達到~15%！

浴缸曲線適用于半導體。在設備生命周期的開始階段，Mortality rates非常高。這稱為infant mortality。這些高死亡率呈指數下降到穩定狀態。在長時間的低故障率之后，故障最終會由于磨損故障再次上升。必須消除infant mortality，但有多種方法可以做到這一點。

大多數行業使用封裝或模塊老化來消除高價值部件的infant mortality。在升高的溫度/電壓下進行加速壓力測試可以通過測量測試期間設備性能的任何變化來幫助清除腐爛的雞蛋。這些潛在的制造缺陷可以被消除，從而最大限度地減少客戶在現場擁有產品模具的機會。這對于 IGBT 和標準硅基設備領域來說很好，因為老化時間更短，但對于SiC，由于所需老化時間的長度，成本開始飆升。這就是 Aehr Test System 的新穎方法的用武之地。他們不是創建模塊級測試工具，而是制造晶圓級測試工具。 更廣泛的邏輯行業在90年代采用了這些工具的早期版本，但隨后轉變為更多的行業標準測試。Aehr 仍然用于激光的晶圓級老化，例如蘋果的FaceID 和英特爾的硅光子平臺。

由于碳化硅良率低，可以淘汰大部分infant mortality。允許封裝更少的失敗設備并縮短完整的測試周期。周期時間是SiC器件生產的主要限制因素，而Aehr減少周期時間的解決方案很有前途。安森美半導體是Aehr在SiC領域的第一個標志性客戶。Aehr還與英飛凌、ST Microelectronics、Rohm、Wolfspeed、Mitsubishi、Rohm、Sanan IC、CR Micro 等其他公司進行了合作。

轉向晶圓級老化時，成本節省是巨大的。如果滿足汽車質量要求，那么每個SiC器件制造商都可以輕而易舉地轉向晶圓級老化。隨著汽車制造商意識到這一點，一些汽車制造商甚至要求他們的供應商實施十幾個小時的超長時間老化。因此，唯一具有成本效益的方法是使用Aehr。 Aehr為這些晶圓級老化測試開發了FOX-XP工具。每個晶圓可以包含多達一千個SiC器件。FOX-XP 一次可以測試9到18個晶圓。FOX-XP在腔室內執行此操作，該腔充當高度調節的極端溫度環境。這可以被認為是一個烤箱，除了它，也可以耗散超過18kW。FOX-XP 工具的成本約為250萬美元。 這些工具還必須與Aehr測試系統的WaferPak接觸器一起使用。WaferPak類似于探針卡，但它不僅與晶圓接口，還承載晶圓。WaferPak被認為是一種消耗品，因為它們對于每種設計都是獨一無二的，并且填充一個FOX-XP的成本約為150萬美元。設計通常每隔幾年就會改變一次。這些設計更改提高了終端市場功率設備的效率并降低了成本。 WaferPaks是未來經常性收入的關鍵引擎。我們稍后將分享的模型表明，WaferPaks的收入將在幾年內超過FOX-XP。 WaferPak有2048個I/O引腳和DPS通道。每個通道都有遠程電壓和接地檢測。每個通道可在高達40V和低至-30V的1024個電壓電平之間循環。它可以運行高達2A。需要明確的是，WaferPak無法像高端探針卡那樣進行精細測試，因為它們的探針要少得多。此外，這些探頭比高端ATE設備具有更精細的控制。關鍵在于它允許在高達150攝氏度的溫度下運行時進行高壓測試。

老化工具能夠進行多種類型的測試。這包括具有負高溫柵極偏置的雙極電壓，這是為一位新客戶提出要求并迅速開發的。 最后一塊是Aehr的產品線，即FOX-XP WaferPak Aligner，它在FOUP或晶圓盒與WaferPak Contactors之間真空吸取裝載和卸載晶圓。WaferPak對準器的成本通常不到100萬美元，但根據晶圓廠的自動化要求，有多種產品可供選擇。對準器可以支持多種Fox-XP工具，但許多晶圓廠希望完全自動化Fox-XP，這需要將它們與全自動對準器一對一配對。

編輯：黃飛

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