本技术文章由东芝供稿

近年来，中国半导体产业的快速发展，使得中国一跃成为全球半导体制造大国和新半导体产线投产最多的国家，这直接带动了中国市场对半导体ATE的旺盛需求。作为半导体制造产业链条中重要的支撑环节，ATE（自动测试设备）系统的国产化市场能否伴随国内半导体制造规模的快速强大而获得飞速发展，将取决于国内ATE相关企业能否抓住市场需求快速发展的天时机会并依托贴近客户的地利优势，逐步推出更具竞争力的半导体测试设备，从而获得更多客户的青睐并壮大自己实力，最终助推整个中国半导体产业的腾飞。

作为目前最精密的自动化制造应用场景，半导体生产环节的ATE系统广泛应用于前道的晶圆检测和后道的封装测试环节，由于系统需要将大量的测试机能集合在一起，这就要求采用高性能高集成度的各种硬件以支持其精密和快速准确的半导体测试机能，并保证系统的稳定可靠。对于国产ATE测试系统设计商而言，要满足客户对最顶尖的精密自动化系统的严苛要求，解决方案中就需要借助性能强大质量可靠的高性能器件来实现整个系统的领先性能和稳定性。

在ATE的核心测试单元中，因为涉及大量高速的信号处理和监测控制功能，因此高可靠性高频率的自动控制开关在越来越高速的ATE设备中变得日益重要。开关是自动化控制电路中必不可少的单元，继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。在大规模自动化系统中，由MOSFET光耦合LED组成的光继电器相比机械继电器具有更长的使用寿命、更小尺寸、更好的EMI和电磁干扰特性、低电流驱动和快速响应等优点，广泛应用于半导体测试系统、安保系统等的接触开关。在目前的半导体生产线上，探针卡和探针台以及ATE系统都会大量采用光继电器产品，以实现各种自动化控制功能。

光继电器在ATE设备中的应用示意

东芝为半导体作为全球ATE用光继电器的领导者，面向测试系统应用提供了超小型VSON／S-VSON封装的低RON和低COFF光继电器，同时也提供具有各种封装并且具有高电流和高关闭状态电压特点的通用继电器，来满足客户的个性化需求。东芝的光继电器产品具有三大特点，一是从晶圆开始的完全独立设计生产确保了产品的质量可靠性，二是采用最新的MOSFET工艺技术（比如下一代将采用超级结的DTMOS技术）确保性能先进性，三是采用小型化的分立器件封装S-VSON4T，特别适合需要大量应用光继电器的复杂系统中节省系统空间。目前东芝的光继电器广泛应用在半导体测试设备、工业自动化和智能楼宇等系统中，其中东芝提供的采用小型封装高频率的S-VSON4产品系列，特别适合对多通道和小型化要求比较高的数字IC产品和存储器产品的ATE中，适用于电路板空间有限但需要安装大量的光继电器的场景，这种小型封装利用东芝独特的封装技术“COC（片上芯片）”即可实现。

两种典型的小型化封装种类结构示意

在半导体ATE系统用光继电器中，东芝光继电器产品最突出特点是封装小型化，在同类产品中东芝的封装尺寸具有明显的优势，为此东芝除了采用最先进的小型化封装技术，还借助集成更多功能或器件的方式进一步提升集成度。比如客户需要大电流的光继电器时东芝提供了P-SON4的业界该类产品最小封装尺寸；面对多通道紧凑型需求，东芝可以提供最小尺寸的4通道的光继电器进一步提升了单位尺寸的通道数量。为了进一步缩小光继电器所占的电路板尺寸，东芝通过内置输入电阻进一步简化了系统设计并节省了系统空间。封装尺寸的优势让东芝的光继电器在对尺寸要求更严格的高端ATE测试系统中拿到了更高的市场份额。占据市场份额半壁江山的东芝除了先进封装技术外还提供了更为丰富的产品类型，东芝提供了各类不同特点的产品满足各种ATE的广泛需求，并根据各种ATE测试需求的变化，贴心的推出更多特性的产品来满足特定应用的要求，从而保证客户的设计能够满足不同ATE系统的特别需求。比如，您的应用中需要使用大电流继电器，东芝也可以通过大容量（电流）光继电器解决大电流应用问题，即采用东芝新一代的MOSFET芯片。

在性能指标方面，东芝的光继电器具有多个明显的技术优势。首先针对客户的需求，东芝提升了光继电器的最高工作温度，大部分器件的支持的工作温度从110度提升到125度，满足更多复杂环境系统设计的需求，同时提升了系统的可靠性。另一方面，东芝的光继电器在漏电流参数表现的也非常突出，在小电流产品上实现的1nA漏电流代表了业界的最高水平，大电流产品方面的漏电流也能做到惊人的10nA。

东芝还紧跟市场发展的需求，针对高频应用需求比如现在最新的DRAM产品DDR5推出满足高频率测试要求的光继电器，特别的，针对下一代DDR产品东芝也在开发工作频率超过20GHz的器件以求满足更高频率的系统测试需求。这种更高的频率特性优势，让东芝的光继电器在高端内存测试ATE产品中占据更高的市场份额，特别是针对目前中国在高速存储方面的旺盛发展势头，东芝的产品非常适合国内ATE企业开发针对DDR5以及后续更高速DDR产品的测试方案。此外，在部分ATE测试系统中，系统性能要求光继电器不仅要考虑频率还要考虑开关损耗，此类情况下东芝专门开发了CxR的乘积达到了业界最低2.4的器件。

FPGA工艺发展路线图

随着设计的复杂化和客制化趋势，系统越来越多的采用FPGA这样的器件进行灵活化系统设计，但是FPGA的输出电压无法达到5V，为此东芝的光继电器除了提升工作温度到125度之外，在传统5V电压基础上还可以支持3.3V的输入电压，从而确保客户在设计ATE系统时具有更灵活的选择并满足更多应用场景的需求。考虑到功耗效率的限制，半导体器件的供电要求越来越严格，东芝还将推出更低电压的产品，将会同时支持3.3V和1.8V的电压，从而满足对1.8V设备的测试需求，实现覆盖更广泛应用的ATE系统设计方案。面对ATE系统中不断涌现的繁杂设计要求，东芝会提供最适合的针对性光继电器产品帮助客户简化设计并实现设计要求，比如在一款光继电器中，不仅可以实现1nA的漏电流，还可以实现最小尺寸的封装，同时集成了输入电阻，并且能够支持1.8V的工作电压，用一款产品满足了目前ATE测试的诸多特殊要求，代表了东芝在ATE用光继电器方面服务客户的良苦用心。

伴随着中国半导体产业对ATE测试特别是存储测试需求的持续性增长，中国本土的半导体测试企业迎来了千载难逢的机遇，如何在机遇面前通过更好的测试产品来从国际ATE巨头手中抢下更多的市场份额，借助像东芝的光继电器这样的先进关键器件，能够快速的缩短与国际巨头在产品性能方面的差距，从而更好的把握天时地利，逐步做大做强，成为国内ATE测试产业中的重量级玩家。