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自 1954 年德州仪器 (TI) 量产第一批晶体管以来，半导体自动测试设备 (ATE) 领域充满挑战和机遇
[1]。最早的设备测试形式适用于实验室工作，电气工程师通过显微镜观察并手动将一些电子探针放置在设备表面。探头将连接到一组电源、仪表，也许还有示波器。
这种被称为“机架和堆栈”的方法不适合大规模生产，因为它既缓慢又低效地利用了昂贵的工程师时间。到 1950 年代后期，公司开始生产集成的测试设备，到 1970 年代初期，工具（“测试器”）将所有单独的设备组合到一个盒子中，该盒子可以编程以向设备施加刺激并测量响应创建 ATE。1972 年，Advantest Japan 发布了其 T320/20 LSI 测试仪 [2]。
另外两个难题是探针卡和晶圆探针的创建。探针卡的核心是一块印刷电路板 (PCB)，其电子探针位于精确位置，以匹配要测试的单个设备上的连接点。PCB 的一端将探针尖端精确地固定在“探针阵列”中。在另一端，它有一个与测试仪相连的机电接口。一开始，测试仪通过电缆和连接器连接到探针卡。
晶圆探测器是一种专门的机器人。其目的是移动一个装满待测器件的晶圆在静止的探针卡下方——一个芯片一个芯片——然后使晶圆与探针卡接触。这是迈向真正大规模生产半导体器件的重要一步。Electroglas 于 1964 年推出了第一台用于测试半导体的商用探测器（EG 900）[3]。探测器面临着以非常高的精度处理晶圆并将它们注册到安装在其中的探针卡的机械挑战（Roberts 13）。
测试系统演进
在过去的 50 年里，基本的系统挑战一直没有改变。图 1 显示了用于晶圆测试实施的系统图示例。
图 1：基本晶圆测试系统
图 1 显示了经典测试系统的 4 个主要组成部分；测试仪，测试仪和探针卡之间的机电接口，探针卡和探针。[当然，你需要晶圆，否则整个系统毫无意义，但我会把它们留给未来博客的主题]
自动化测试设备演进
ATE 不得不跟上设备尺寸不断缩小的步伐，并且需要越来越多的测试线以越来越高的速度运行。现代测试人员现在必须以 GHz 速度处理数百个信号引脚，并为吸收电流以安培计的 CPU 和 GPU 提供多个电源。对速度和功率的需求已经波及到系统的所有其他部分。现代系统可以提供多达 1024 条测试线，这些测试线可以以 GHz 开关速度运行。
机电接口演变
EM 接口是将测试仪连接到探针卡的“延长线”。它提供了一种快速连接和断开两大大象（测试仪和探针）的方法，还提供了一种“消耗性”组件，可以保护昂贵的测试仪和探针卡上的精密接触。
当信号线和电源线很少且最大测试速度低于 10 MHz 时，可以使用长电缆和连接器将测试仪连接到探针卡。当测试速度开始超过 100MHz 时，这种“电缆输出”技术遇到了麻烦。那时，即使是最好的同轴电缆也开始看起来有损耗，并提供不可接受的延迟水平。下一个进步是创建 POGO 塔。
图 2：POGO™ 塔式接口
图 2 显示了当今广泛使用的典型测试仪到探针卡接口。被测设备 (DUT) 接口将测试仪中连接点的形状因子转换为与探针卡上的连接模式相匹配的更标准的连接模式。最初，DUT 接口板只是空间变压器，但在现代系统中，额外的组件被放置在那里以提供特定于被测设备的信号预处理 [5]。图 3 显示了一个典型的系统设置。
图 3：典型的 POGO™ 界面。图片由 Advantest 提供
POGO™ 塔是弹簧触点的机械精确布置，顶部和底部，其间具有受控阻抗连接。由于塔的机械和电子特性众所周知，测试系统可以补偿插入损耗和信号。对于最新的高性能设备应用，基于 POGO™ 的互连已经耗尽了燃料。
POGO™ 方案的限制问题是路径长度和信号转换。POGO™ 塔将信号路径长度增加了 4 英寸以上，但更大的问题是测试器引脚和探针卡之间的物理连接点的数量。每个点都是具有插入损耗的不连续点。现在电源值在 1.2V 范围内，逻辑高电平和低电平之间的差异以 10 毫伏为单位进行测量，而连接损耗只会消耗掉总预算。
接口方案的最新变化是一体式 DUT 接口/探针卡，就对探针和设备设计人员的连锁影响而言，它改变了游戏规则。在我职业生涯的大部分时间里，我一直在为半导体行业设计自动测试设备和测试仪接口，这种变化带来了我长期以来遇到的一些最有趣的工程挑战。（源自https://www.glewengineering.com/）
