什麼是「自動測試設備 」？

工程師利用這些測試來驗證元件是否按設計正常運作，並透過自動化確保測試能快速且一致地執行，同時使測試結果獲得統一的評估。ATE 系統（有時也稱為自動化測試設備系統）的範圍，從電腦化數位萬用電表到具備故障診斷功能的多儀器組合皆有。ATE 系統與標準測試系統的最大區別，在於其採用高度自動化的方式來評估電子元件的功能性。

半導體測試工程師將其正在測試的元件或多個元件稱為「被測裝置」（DUT）、被測設備（EUT）或被測單元（UUT）。電子製造產業會運用自動測試設備（ATE）系統，在製造過程中及製程完成後，對晶圓、晶片、封裝、模組及電路板進行評估。 其目標在於盡可能在製程的早期階段發現問題、在可行時修正缺陷，並剔除無法正常執行其指定功能操作的元件。 

任何特定自動測試設備（ATE）所使用的具體裝置，取決於被測元件及測試類型。例如，對矽晶圓上的積體電路（IC）進行測試時，會使用連接至電子量測設備的探針卡，在將晶圓切割成獨立元件之前，先接觸每個微晶片 。而線路內測試系統則用於觀察印刷電路板（PCB）上元件的運作狀況。

無論配置為何，所有 ATE 系統均包含以下組件：

• 控制硬體：自動測試設備（ATE）的核心是控制電腦及相關硬體，通常包含工業電腦、電源供應器，以及用以連接訊號源與測試儀器的高速通訊卡。
• 軟體：電腦 程式可自動化整個電子測試流程。某些系統可能會使用專有測試軟體語言（例如 LabVIEW），而其他系統則使用常見的程式設計語言，例如 C++、Java、Visual Basic 或 Python。
• 處理器或探針台：一種 用於將被測裝置（DUT）移至測試治具進行測試的機器人系統。以晶圓為例，處理器會將晶圓移至探針頭下方，使其能接觸晶圓上的每個晶片。
• 訊號來源：各種類比與數位裝置皆可產生測試圖案。控制電腦負責管理波形產生，並將訊號傳送至測試探針。訊號來源通常是測試儀器的一部分。
• 測試儀器：使用電腦控制的測試設備（例如數位示波器或數位萬用電表）來測量各測試圖案所產生的輸出訊號。
• 測試探針： 輸入與輸出訊號皆會 傳送至探針（通常為小型接腳），並透過這些探針進行測量；這些探針會與被測裝置（DUT）上的導電墊片建立物理接觸。 

電子系統的自動化測試是設計與製造過程不可或缺的一環。設計團隊在產品開發過程中運用「可測試性設計」（DFT）原則，以確定需要哪些測試程式來驗證其所設計的硬體。接著，他們會指定測試設備探針的連接位置，並將電路佈線至探針點。此外，他們還會定義所需的測試模式，並將相關資訊與電路佈局一併提供。

測試工程師使用自動測試設備（ATE）系統進行的測試類型，取決於元件類型與組裝複雜度，範圍涵蓋從晶圓上晶粒 到印刷電路板。

一些較為常見的測驗類型包括：

• 晶圓測試： 機器人處理器將 晶圓從晶圓盒中取出，然後精確地將其移至測試頭下方，使探針接觸並測試晶圓上的每個晶粒 。
• 封裝測試：一旦積體電路組裝完成並封裝於封裝內，自動測試系統（ATE）便會對該封裝進行測試，以確保所有導線鍵合、連接器、焊球及其他元件均能正常運作，且在組裝過程中未發生任何損壞。
• 在線測試（ICT）與飛針測試：印刷電路板（PCB） 在組裝完成後會進行測試，以驗證電路板上的電路，並確保所有連接均能正常運作。
• 功能測試（FCT）：這類 ATE 測試是最 複雜的一種，其 流程包括為裝置供電，並透過控制軟體使其執行測試，這些測試不僅驗證電路本身，更驗證電路是否符合規格所定義的運作行為。
• 老化測試：這通常是 產品出貨前的最後一項測試，這項壓力測試一般會在最大功率及高溫下進行。
• 系統層級測試（SLT）：可在功能模擬環境中，對多台裝置並行執行 SLT，讓這些裝置在一段時間內進行「正常」的功能運作。

無論何種類型的 ATE 測試，通常都會遵循以下流程。

• 位置：將 被測裝置（DUT）放置 於測試夾具中，或將探針頭移至晶圓上的特定測試點（晶粒 ）。
• 連接：在多個位置與被測裝置（DUT）建立電氣連接，或連接至功能介面。
• 執行：向被測裝置（DUT）傳送一個稱為「測試圖案」的電訊號。
• 資料擷取：視需要進行測量。
• 評估：使用 診斷功能檢查輸出結果是否有錯誤。
• 分類：識別 哪些積體電路晶片存在問題，或 指示操作員將被測裝置（DUT）移至下一步驟、放入返工箱，或判定該被測裝置（DUT）不合格。

企業部署自動測試設備（ATE）系統，以確保其所生產的電子系統在整個生命週期中都能按照預期運作並發揮應有效能。由於半導體元件結構極為複雜且產量龐大，手動測試並非可行之法。

採用 ATE 系統的測試方案最常見的好處包括：

• 高吞吐量：可在組裝線上並行配置多套自動測試系統（ATE），同時測試數百甚至數千個元件。同樣地，根據自動測試系統（ATE）的資源需求，可同時測試多個被測裝置（DUT）。這有時被稱為多點測試。
• 提升速度： 透過機器人與軟體實現的自動化 ，能在生產流程的每個階段提供高速測試能力，從而縮短每個元件的測試時間。
• 避免人為錯誤與確保可重複性： 基於自動測試設備（ATE）的測試具備 一致且可重複的特性， 能有效消除人為錯誤，並確保每次測試皆具可重複性，符合半導體產業採用的嚴格六西格瑪品質標準。
• 記錄與分析：與其僅以 「合格」或「不合格」來判定， ATE 系統會以一種能實現可追溯性、統計製程控制（SPC）及預測性分析的方式來蒐集數據。
• 安全性：某些 測試需要使用危險的高電壓，或極高及極低的溫度。透過自動化，便無需讓人員暴露於這些危險之中。
• 成本效益：企業 在設計和部署自動測試系統（ATE）時會進行可觀的初期投資，因為這筆成本將分攤到數千甚至數百萬個元件上。此外，自動測試系統的模組化與可程式化特性，也能避免購買專用測試儀器所產生的高昂成本。 

由於如今幾乎所有產業都運用電子技術，因此多數產業都會採用某種形式的自動測試設備（ATE）系統來驗證元件。對於那些要求產品在整個生命週期內都具備可靠性和性能的產業而言，自動測試設備（ATE）已成為不可或缺的工具。

以下產業是其產品中使用 ATE 系統最廣泛的領域：

• 半導體產業：在 晶片層級，半導體產業運用自動測試設備（ATE）系統，在維持產能的同時降低測試成本。其主要目標是在晶圓尚未切割的狀態下對晶粒進行分選，並驗證封裝後的元件是否如預期般運作，同時將良率最大化。
• 汽車產業：車輛 持續透過日益增多的電子裝置，將電子元件整合至其系統中。這些裝置包括電子控制單元（ECU）、自動駕駛系統、電池管理系統，以及數量不斷增加的感測器。上述各項系統均須符合嚴格的安全標準，並透過基於 ATE 的測試進行驗證。
• 航太與國防： 飛機、太空船及武器系統中的電子系統對 任務至關重要，且必須能在極端環境下運作。諸如衛星飛行硬體、航空電子系統、電傳操控系統及各類感測器等電子系統，必須在進入飛行階段前進行測試，以符合業界嚴格的安全與可靠性標準。
• 電信： 電信產業 高度仰賴電子元件，用以在全球範圍內，或於智慧手錶與智慧型手機之間傳送與接收訊號。該產業的自動化測試必須能處理數位與類比電路，以及廣播訊號。
• 消費性電子產品： 由於消費性電子產業的產量龐大且產品 上市時間緊迫，因此必須透過自動測試設備（ATE）系統進行測試，以降低生產成本並減少保固支出。 

工程師在設計階段會運用各式各樣的軟體工具，用以設計電子元件、開發與驗證測試模式，以及設計和優化測試設備。隨著自動測試設備（ATE）的使用日益普及，測試工程師逐漸發現，擁有單一的電子設計自動化（EDA）工作流程來支援測試，不僅是一項優勢，更是達成成本、品質及產品上市時間目標的必要條件。

新思科技 TestMAX™ 產品系列，便是全面性「可測試性設計」（DMT）解決方案的絕佳範例。TestMAX 軟體提供高度可配置的測試自動化工作流程，不僅支援各式各樣的元件，更能使測試符合物理、時序及功耗需求。該 新思科技 TestMAX 測試圖樣產生 該產品系列包含類比故障模擬、階層式自動測試圖形生成（ATPG）壓縮、邏輯內建自測（BIST）、記憶體自測與修復、具物理意識的診斷，以及可測性分析等工具。這些功能相結合，賦予工程師解決當今快速演進產業中最嚴苛測試挑戰的能力。

工程師們也仰賴其他 EDA 工具，以提升其元件測試的效率與可靠性。諸如新思科技 SHS IP軟體及新思科技 SMS IP軟體 等設計元件，可整合至電路設計中，藉此內建測試處理器與記憶體所需的內容。

許多測試形式都需要透過PCIe和 USB 介面傳輸高速、高頻寬的訊號。工程師會使用類似於新思科技 SLM 高速存取與測試（HSAT）的套件，並搭配 新思科技 TestMAX ALE 軟體，藉此利用 PCIe 和 USB 等標準介面，將測試、除錯及監控資料傳入或傳出晶片封裝（尤其是系統單晶片 (SoC) 封裝），從而避免需要大量介面與測試接腳。 

此外，像 新思科技 PrimeSim 軟體等模擬工具，用於在量產前進行虛擬測試。設計團隊進一步運用多物理場 的模擬產品，例如Ansys 的Icepak電子元件散熱模擬軟體、Ansys 的Sherlock電子元件可靠性預測軟體，以及Ansys 的機械結構有限元素分析軟體，來建模測試環境，並確保被測裝置（DUT）不會因搬運、探針造成的機械應力 ，或施加高功率訊號時過熱而受損。

在建構強大的 ATE 模擬工具集時，另一個重要因素是與廣泛使用的 ATE 平台進行整合，包括Teradyne和Advantest 等供應商的平台。此類整合有助於確保在設計階段所開發的測試內容能與測試機架結構相容，並能在製造測試過程中一致且有效地應用。