陳碧珠
2024年4月6日 週六 上午5:58
由輝達所掀起的AI晶片大戰,意外提升了晶圓測試探針產業的重要性。圖為輝達創辦人黃仁勳。
生成式AI(人工智慧)浪潮引爆HPC(高效能運算)與AI晶片的大量需求,不僅輝達(NVIDIA)、超微(AMD)等晶片業者急找台積電搶產能,就連亞馬遜(Amazon)等雲端服務業者也加入戰局。本刊調查,因AI晶片製程先進、功能複雜、封裝困難,如何提高成品良率成為決勝關鍵,過去價值被低估的測試探針業者,因此成了當紅炸子雞,包括旺矽、中華精測、穎崴、雍智等台廠紛紛擴產因應,搶當客戶助攻手,爭食AI晶片商機。
開車駛進桃園平鎮工業區,一棟10層樓高、外觀全鏡面玻璃的大樓隨即映入眼簾,這是台灣電信龍頭中華電信旗下的小金雞—中華精測(以下簡稱精測)的研發總部,也是時下最夯的生成式AI高運算晶片生產後,第一道良率把關重鎮。
良率功臣 獨特精密探針
採訪當天,精測總經理黃水可親自向本刊展示一張張放上IC探針、周圍布滿密密麻麻電路的測試板,並奮力舉起其中的一片興奮說道:「這是HPC(高效能運算)晶片用的!」黃水可邊用手勢形容,邊對本刊說:「板子中央如手掌大小的框框裡,黑黑一坨就布滿多達1萬6800支探針。透過周圍的電路板傳送訊息,不到1分鐘,就能篩出不良品。」
HPC晶片所需的晶圓測試板有十多層厚,穿過的探針又細又軟還不能錯位,相當考驗精密度與可靠度。(翻攝elmo motion control官網)
「這種測試板有十多層厚,探針要穿過每一層孔徑,不能錯位,還要能承受至少100萬次的測試能力,相當考驗精密度與可靠度。」黃水可強調,AI帶動高運算晶片蓬勃發展,電晶體從億顆暴增到上百億顆,IC體積不但挑戰物理奈米極限,允許測試誤差的範圍明顯變小,都成了探針卡開發一大挑戰。
黃水可說得興高采烈,透露出測試探針業者正成為提升AI晶片產能的關鍵。本刊調查,生成式AI浪潮,不僅讓輝達、超微等AI晶片大廠追著台積電要產能,就連過去在半導體業較被輕忽的測試探針業者,包括旺矽、中華精測、穎崴、雍智等台廠,也成了提高晶片良率的重要幫手。
隨著生成式AI所需的HPC晶片的探針測試門檻大幅拉高,穎崴等台廠紛紛擴產爭食相關商機。
根據資料顯示,全球探針測試1年採購金額約20億美元,占整體半導體產值不到1%;不過,台灣業者特別指出,每(開發)一種IC都需要至少一片對應的探針卡,故探針測試具有少量、多樣、高度客製等特性,毛利率高達4成以上。因台灣是生成式AI晶片的生產重地,晶片大廠紛紛將探針測試服務,從美日廠商轉移到台廠,希望與在地緊密結合,加速產品上市速度。
精測開發 自動化少誤差
在精測的展示中心裡,黃水可指著HPC用的探針測試板說:「裡面的針細長又軟,一支僅2公克,根本無法用手拿,但上萬支針加上周邊傳輸訊號的電路後,要頂住整塊板子,也得承受至少50公斤的耐重力。」他透露,有別於以往人工植針,為了讓僅有髮絲1/5直徑的探針精確放置載板上,內部花了3年開發自動植針機,目前已演進到第7代,是公司鎮店之寶,「一台抵9個人的速度,還不會有人為誤差!」他自豪地說。
精測總經理黃水可指出,為了讓僅有髮絲1/5直徑的探針精確放入載板上,內部花了3年開發自動植針機。
此外,探針扎下去的載板也要打洞,「現在IC間距小,要穿過十多層載板的孔洞,且每層都得正確對到位,是一大挑戰。」黃水可表示,以前都是靠人眼使用顯微鏡慢慢對焦確認,品質良莠不齊,公司為此也研發一台超快飛秒雷射穿孔機,又快又準。
前身是中華電信研究院(原中華電信研究所)的精測,原本是中華電信內部負責開發交換機介面印刷電路板(PCB)的團隊,2005年分割獨立後,為求生存,一度想跨足量大、競爭激烈的電腦主機板用PCB探針測試。後來在一次研討會上,經客戶建議挑戰半導體探針卡測試載板,意外打開一線生機,更讓精測營運脫胎換骨。
2016年,精測更正式跨足探針,企圖從材料、設備到元件都一條龍自主。「精測幾乎都跟世界級大客戶綁在一起,目前自製的微機電混針探針卡已陸續通過驗證,興建中的三廠就是針對AI晶片下一世代的探針測試需求,預計2026年完工量產。」訂單滿手的黃水可笑著說。
大廠青睞 穎崴專研基座
有別精測從探針載板擴大到自研探針,穎崴則是憑著全球第三大後段測試基座(Socket)的市場地位,企圖往前段卡位。「十五年前,我們(穎崴)成功開發高頻高速訊號所需的同軸測試座(Coaxial Socket),當時在業界可是首發,也讓我們從其他國外競爭同業手上,擄獲美國晶片大廠芳心;之後,便跟著客戶的研發腳步進入AI領域。」談及公司何時嗅到AI商機,穎崴全球營運業務中心資深副總陳紹焜娓娓道來。
陳紹焜指出,測試座屬於後段測試(FT)介面治具,公司開發的同軸技術具有高屏蔽性,也就是速度再怎麼快,電流再怎麼大,都能確切完成應該測試的訊號,至今仍是公司主力產品,幫公司拿下全球前十大IC設計客戶訂單,貢獻八成營收,其中65%更來自北美晶片大廠。看著同業陸續發表AI晶片所需的MEMS混合探針卡,陳紹焜強調穎崴絕對不會缺席。
陳紹焜向本刊提出他的觀察,指出無論AI、通訊等高速晶片,都開始導入CoWoS、Chiplet等先進封裝,「這種3D封裝類似積木,把IC模組化來堆疊,裡面所有裸晶必須都是良品,否則一粒老鼠屎,就會壞了一鍋粥。」言下之意,好的晶圓探針測試可快速判斷出IC品質好壞,加速新品上市進度。