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        泰瑞達:六十載創新,測試芯未來

           日期:2021-04-12     來源:泰瑞達    
        核心提示:自動測試設備的發展經歷了三個階段。一是采用專用測試設備:這種系統比較復雜,研制工作量大,造價高,適應性差,在改變測試內容時要重新設計接口(包括儀器與儀器之間的接口和儀器與計算機之間的接口)。

        測試內容日益復雜,測試工作量激增,而且要求完成測試的時間越來越短,人工測試很難滿足這些要求,自動測試技術因而得到迅速發展。自動測試設備研制工作始于1950年代,較完善的自動測試設備是1960年代采用電子計算機以后才問世的。

        自動測試設備的發展經歷了三個階段。一是采用專用測試設備:這種系統比較復雜,研制工作量大,造價高,適應性差,在改變測試內容時要重新設計接口(包括儀器與儀器之間的接口和儀器與計算機之間的接口)。專用測試設備僅用來進行大量重復性試驗、快速測試或復雜測試,或用于對測試可靠性要求極高、有礙測試人員健康以及測試人員難以接近的測試場所。二是采用標準化通用接口母線(GPIB)連接有關設備,系統中各組成部分均配標準化接口功能,用統一的無源母線電纜連接起來。不需要自行設計接口,可靈活地更改、增刪測試內容。在這兩個階段中,計算機主要承擔系統的控制、計算和數據處理任務,基本上是模擬人工測試的過程,尚不能充分發揮計算機的功能。三是將計算機與測試設備融為一體,用計算機軟件代替傳統設備中某些硬件的功能,能用計算機產生激勵,完成測試功能,生成測試程序。

        泰瑞達(Teradyne)在1960年由Alex d'Arbeloff和Nick DeWolf在馬薩諸塞州創辦,從生產二極管測試儀起家,到今天已經成為自動測試設備(Automatic Test Equipment,ATE)領導品牌,其高端客戶包括英特爾、三星、高通、德州儀器、ADI公司和IBM。

        50多年來,泰瑞達一直堅守“創新”,根據市場和產業趨勢的變化不斷自我調整。從成立至今,不間斷地研發領先技術、開發創新的產品和解決方案,為行業注入新鮮活力。

        泰瑞達連續七年在VLSIresearch年度調查被用戶評為最佳供應商,更斬獲2019年“測試設備最佳供應商”和“十佳芯片制造設備供應商”最佳殊榮。

        今年是泰瑞達進入中國市場40周年,讓我們一起走進泰瑞達。

        艱辛創業,低調開端

        1947年12月23日:貝爾實驗室(Bell Labs)的William Shockle(肖克萊)領導的硅和鍺表面研究組的成員John Bardeen(巴頓)和Walter Houser Brattain(布拉頓)制造出第一個具有放大電流效果的點觸式電晶體(Transistor);晶體管的發明成為半導體技術發展第一個里程碑,從此人類步入飛速發展的電子時代。

        在晶體管發明時,Alex d'Arbeloff和Nick DeWolf還剛在麻省理工學院相識。1949年畢業后兩人各奔東西,各自選擇了不同的職業生涯。

        DeWolf以工程師的身份進入位于馬薩諸塞州的半導體公司Transitron工作,在20世紀50年代,DeWolf因其創新的應用工作而獲得了廣泛的聲譽。

        到1960年,DeWolf厭倦了在Transitron按步就班的生活,公司已經無法滿足他的興奮點,他想創辦一家公司,于是聯系了校友Alex d'Arbeloff。兩人一拍即合,于是開始共同創業。他們的商業計劃就是做一款有良好的技術性能、可靠性和經濟回報的全新“工業級”電子測試設備。

        因為兩人在工作中就感覺到,除非測試工程師和實驗儀器可以自動工作,否則到大批量生產時,測試電子元件就會遇到瓶頸。

        當談及公司取名“Teradyne”時,DeWolf表示,公司名稱中必須有一個字母“D”,“Tera”是10的12次方的前綴,“dyne”是力量的單位。這個名字,意味著這家公司將是一股不容小覷的巨大力量。

        有了新公司的名字,寫好了商業計劃書,兩個人開始尋找辦公地點??紤]到兩人上下班方便和工廠工人的通勤方便,他們最后選擇了波士頓公共交通線路中心附近的Joe & Nemo熱狗店上訪的閣樓。

        泰瑞達創造的第一款產品D133,這是一款邏輯控制的通/斷(go/no-go)二極管測試儀,不過也耗費了所有的25萬美元融資。公司的第一個客戶是雷神(Raytheon),在用5000美元購買D133后,雷神發現,能夠更便宜地大批量生產產品,生產量增加的結果大大超過了二極管測試儀的成本。因為當時工廠車間則使用粗糙、緩慢且不精確的手動測試儀。

        憑借這一進步,泰瑞達在20世紀60年代初期經歷了快速增長。1962年公司出售出18臺D133測試儀,1963年出售59臺D133測試儀,營收達到431000美元,單臺平均售價超過7000美元,員工人數由兩人發展到1961年底的11人,到1962年的20人,現在增加到35人。這種快速增長證明了DeWolf和d'Arbeloff獨特的經營理念的成功。他們不是簡單滿足客戶的需求,而是深入了解客戶的行為以及客戶的需求,然后構建了客戶所需的機器,并教會他們如何使用新設備。

         

         

        泰瑞達二極管測試儀D133模型

        D133很快從二極管測試擴展到其他類型的元件測試,包括電阻、晶體管、集成電路和齊納二極管。其半導體制造客戶名單每天都在增加。

        開創ATE時代

        隨著越來越多的電路和晶體管擠在微小的硅片上,手動挑選壞芯片變得不再可能。這時DeWolf意識到,由于某些復雜元器件的測試程序變得過于復雜而無法手工完成后,DeWolf想到了借助計算機來運行測試程序。

        1966年,泰瑞達推出了全球首臺配備小型計算機的集成電路測試儀J259??梢哉fJ259標志著半導體行業中自動測試設備(ATE)的開始。事實證明,使用ATE對于半導體設計和制造的進一步工業發展至關重要。隨著J259的推出,半導體制造客對ATE的需求爆增,泰瑞達獲得了成功,1969年公司的銷售額超過1500萬美元,凈利潤超過120萬美元;1970年,泰瑞達首次向公眾出售股票。

         

         

        首臺ATE設備J259

        由于泰瑞達的ATE業務取得了巨大成功,使得更多公司進入了這個市場,飛兆測試系統(Fairchild Test Systems,飛兆半導體Fairchild Semiconductor子業務)和日本武田理研工業(Takeda Riken Industries,愛德萬測試Advantest的前身)于1972年推出了MHz的LSI測試系統T-320/20。

        但是早期的半導體設備發展并不完全是由這些獨立的設備商引導,而是由半導體企業主導的。仙童半導體、德州儀器等企業生產ATE用于內部使用。據悉在20世紀70年代末,飛兆測試系統掌握著全球范圍70%的ATE市場。

        再此,筆者將簡單介紹一下ATE的發展簡史。

        泰瑞達和飛兆測試系統可以說是ATE的黃埔軍校。1976年泰瑞達員工Graham Miller和Roger Blethen離職創辦了LTX,LTX后來為ATE創業公司Trillium提供了資金,Trillium的CPU測試儀在英特爾獲得了大量訂單,可惜1985年由于總裁邁克爾·查克利被謀殺,Trillium最終被LTX收購。

        1976年通用電氣(General Electric)電子測試設備的研究員和設計師Luciano Bonaria創辦了SPEA,用于用于電子和自動化系統;1995年STS進入了芯片測試領域,首個訂單來自Swatch集團,用于測試手機芯片。

        1982年David Mees創辦Semiconductor Test Solutions(STS),進入半導體測試領域,當時STS的策略是針對一些中小ASIC公司提供服務;1990年STS收購了ASIX Systems和Axiom Technology,更名為Credence。

        進入21世紀,ATE業務出現了重大整合。飛兆測試系統幾經更名變成NPTest,2004年并入了Credence,2008年LXT與Credence合并變成LTX-Credence,后更名Xcerra,Xcerra又收購了Everett Charles和Multites。2018年5月8日Cohu公告,已與Xcerra達成最終合并協議,Cohu將以現金和股票相結合的方式收購Xcerra,交易對價合計約7.96億美元。

        惠普的測試部門幾經變遷,2006年更名惠瑞捷(Verigy),2011年被愛德萬以11億美元現金收購。

        ATE市場發展至今,已經形成泰瑞達與愛德萬的雙寡頭格局。在SOC測試系統與存儲器測試系統方面,泰瑞達與愛德萬各有優勢,互相瓜分市場。但是在模擬測試系統方面,中國廠商華峰測控經過多年研發和布局,已經取得了不俗的市場份額,并從愛德萬手中搶下日本公司的訂單。

        危機求變,加大研發

        盡管泰瑞達在20世紀60年代取得了成功,但1970年美國半導體行業倒春寒,讓公司感覺進入寒冬,從1970年4月到1971年4月,泰瑞達原有的80%客戶沒有給公司一份訂單。公司重組為七個不同的產品組,并開始在新領域尋找機會,公司進入了電信市場。

        更加雪上加霜的是,泰瑞達在此時不是積極尋求為不斷變化的半導體行業開發新產品,而是依靠早期的產品創新來維持其市場份額。泰瑞達錯過了大規模集成電路(LSI)的發展,這意味著它錯過了一個年均增長率高達35%的ATE市場。

        為了糾正這一錯誤,泰瑞達于1976年開始了一項積極的計劃來開發新產品,這就是超大規模集成(VLSI)電路的測試儀。錯過了LSI市場,泰瑞達要把握住VLSI帶來的機會。在接下來的幾年中,泰瑞達在研發方面的開支大幅增長,從1976年500萬美元增加到1980年的1700萬美元,1981年達到2000萬美元,1982年更是達到2500萬美元,占銷售額的14%。

        巨額的研發投入,讓泰瑞達迎來了曙光。在1979發布模擬LSI測試系統A300和1980年發布第一款電路/電路板功能測試系統組合L200后,1981年發布第一款超大規模集成電路不停機測試系統J941;1982年,J941贏得英特爾公司100萬美元的合同,英特爾對泰瑞達和J941投下了信任投票。

        雖然J941的推出,讓泰瑞達獲得了成長,但是泰瑞達發現自己被困在一個永遠都在改變的市場中,隨時要適應新的市場。

        20世紀80年代的日本芯片成功占領了美國大部分市場,美國企業陷入了長期衰退中。1985年,全球前10大半導體公司中有5家來自日本,愛德萬在此期間獲得了長足的發展,在存儲器測試領域一枝獨秀。

        泰瑞達沒有止步,1986年發布第一款模擬超大規模測試系統A500,1996年推出第一個能夠同時進行DRAM測試和冗余分析的Marlin存儲測試系統;1998年推出了用于低成本設備大批量測試的測試解決方案Integra J750,這是一款史上經典ATE產品,直到今天J750還在熱賣中(20年來,J750的測試速度從100M增加到800M,測試通道從512增加到2048,并增加了并行測試,背景運算等新功能)。

        從成立之初,60年始終保持著創新驅動的理念,自豪地保持著多項行業標桿:

        第一臺半導體自動化量產測試設備:J259;

        第一臺真正的SOC混合信號測試設備:Catalyst;

        第一臺支持多工位架構的高并行度測試設備:ETS-800;

        第一款Excel測試編程工具,實現更短開發周期:J750

        第一個使用資源浮動架構,實現更精準的模擬芯片測試系統:Eagle

        并購走向多元化

        經過50多年發展,目前泰瑞達實現了制造業兩大最關鍵要素的自動化步驟:工業自動化和芯片測試自動化,兼備從對Wafer的晶圓測試,對PCB板的Sub System Test,以及對HDD,SSD,無線設備的Final Test, 確保各環節萬無一失;提供工業自動化解決方案,安全、可靠且易于部署,協作機器人UR、移動工業機器人MiR為不同規模的公司帶來智能自動化的強大功能。

        1969年,Teradyne在收購Triangle Systems后建立Teradyne Dynamic Systems,開發數字測試系統。

        1972年開始實施開發4Tel的電話系統測試設備計劃。

        1980年早期,收購Aida和Case Technologies,進入了計算機輔助工程(CAE)業務領域,1988年達到公司營收35%。

        1987年,收購電路板測試系統制造商Zehntel擴展了其元件測試業務;同年推出了第一款模擬VLSI測試系統A500。

        1995年,收購了Megatest公司,擴大了半導體測試業務,以推出更小、更便宜的測試儀,通過Catalyst和Tiger測試系統成為高端片上系統(SoC)測試的市場領導者。

        2000年,收購了Herco Technologies和Synthane-Taylor,2001年收購了為汽車制造提供電路板測試和檢驗設備的GenRad,并將其合并到裝配測試部門。

        2008年,收購Nextest和Eagle Test Systems,擴大了其半導體測試業務,分別服務于閃存測試市場和大批量模擬測試市場。同年,憑借內部開發的Neptune產品進入磁盤驅動器測試市場,該產品服務于數據密集型互聯網和計算存儲市場。

        2011年,收購了無線產品測試解決方案供應商LitePoint。隨著LitePoint的加入,泰瑞達的產品組合從半導體芯片的晶圓測試延伸到系統級電路板,再到終端產品。

        2019年,收購大功率半導體行業測試設備供應商Lemsys, 擴展泰瑞達在新興和快速增長的功率分立領域測試市場中的作用。

        近年來,全球機器人市場處于快速上長的態勢,而除了傳統工作機器人之外,移動機器人正在物流、電商行業得到了大規模的應用,很多公司都將機器人視為提升企業競爭力的關鍵要素。泰瑞達看中了物流自動化的巨大市場潛力,于2015年收購了協作機器人公司Universal Robots,進入快速增長的工業自動化細分市場;2018年2月收購機器人控制、仿真和機器視覺軟件開發商Energid以及2018年4月收購工業應用協同自主移動機器人公司Mobile Industrial Robots(MiR);2019年10月收購自主移動機器人公司AutoGuide。多次收購顯示了泰瑞達進入機器人行業的巨大決心,不斷豐富其機器人產品線,以滿足快速增長的市場需求。

        泰瑞達的主要業務是為半導體、電子系統、無線設備等企業提供先進的測試解決方案,因此增加協作和移動機器人等產品后,可幫助其制造商客戶提高生產率和降低成本,繼續為世界電子客戶提供支持。

         

         

        半導體測試設備家族

         

         

        半導體測試設備部分客戶

         
          
          
          
          
         
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