集成電路（Integrated Circuit），被譽為人類最偉大的成就之一，我們用地球上儲量豐富的矽元素，造就瞭這個星球最高水準的科技！

如果要評選 2020年 的年度科技關鍵詞，“芯片”一定是最熱門的候選之一，成為現象級詞匯。而隨著人類科技的不斷進步，我們有理由相信，芯片領域註定是最熱的科技賽道之一。

在這樣的背景下，是德科技的系列線上欄目孕育而生，在往集成電路IC手記後的一段日子裡，我們會為大傢介紹半導體行業的相關知識，追逐技術熱點，介紹新技術測試方案。

什麼是半導體？ 半導體簡介

半導體是指導電性能介於導體與絕緣體之間的一種可控性材料， 其導電能力受摻雜、溫度和光照影響十分顯著，進而可以制作各種半導體器件和集成電路（IC）。

半導體按照功能劃分為分立器件、集成電路（IC）、傳感器和光電子器材四大類，如圖1。其中集成電路（IC）占據瞭80%以上的份額，為半導體的支柱性產業。芯片，特指封裝好以後的集成電路。

半導體行業發展歷史

在介紹半導體行業的發展歷史之前，我們先介紹下目前主流半導體行業的兩種運作模式：

1 – IDM（Integrated Device Manufacture整合組件制造商）模式：以Samsung、Intel等為代表，集設計、制造、封測於一身；

2 – 垂直分工模式（圖2）：芯片設計公司(Fabless)負責芯片的設計，設計好的芯片版圖交由晶圓廠（Foundry）進行制造，加工完成的晶圓交由封裝測試廠（OSAT）進行切割及封裝等工序，每一個環節由專門公司負責。垂直分工模式將相對輕資產的設計和重資產的制造及封測分離，有利於研發的集中投入，加速技術突破，從而提升瞭整個產業的運作效率。目前垂直分工模式也成為瞭半導體行業的主流運作模式。

圖2 半導體產業的垂直分工模式

半導體產業的發展史

從上世紀50年代開始出現半導體產業至今，每一次技術的進步和需求的變化，都推動瞭半導體產業的蓬勃發展：

1950到1970年代

1947年，貝爾實驗室發明瞭第一隻三極管，60年代，仙童公司開發瞭世界上第一款商用集成電路（IC），其後集成電路（IC）實現瞭規模化生產。英特爾（Intel）創始人之一的戈登·摩爾提出瞭著名的“摩爾定律”，意為當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。摩爾定律的提出，為後面幾十年半導體行業的發展指明瞭方向，半導體行業也開啟瞭高速發展的歷程。

1970到1985年代

隨著傢電時代的繁榮，半導體產業模式也逐步轉變為IDM模式，主流晶圓尺寸3-4英寸，制程1.2um – 0.5um，助推瞭日本半導體行業的發展。

1985到2010年代

在PC及移動互聯網領域需求的驅動下，垂直化分工模式成為行業的主要趨勢，IC設計公司（Fabless）與晶圓廠（Foundry）相結合的方式開始成為集成電路產業發展的新模式，主流晶圓尺寸發展為6-8英寸，制程發展到40nm，也造就瞭東亞地區半導體行業的繁榮。

2010至今

屬於5G，AI，大數據/雲，IoT的時代，在消費端需求及技術進步的雙重驅動下，產業分工進一步細化，中國半導體行業開始崛起，更多的應用趨勢正在推動半導體行業的進一步發展，主流晶圓尺寸8-12英寸，制程發展到瞭驚人的5nm甚至3nm，依然在不斷進化。

圖3 半導體行業發展歷史，資料來源於公開渠道及市場信息

後摩爾時代

過去的半個多世紀，半導體行業一直遵循著摩爾定律（Moore's law）的軌跡高速的發展，如今我們的半導體制程節點已經來到瞭 5 nm，借助於EUV光刻等先進技術，正在向 3 nm 甚至更小的節點演進，每進步 1 nm，都需要付出巨大的努力，單純靠提升工藝來提升芯片性能的方法已經無法充分滿足時代的需求，半導體行業也逐步進入瞭後摩爾時代。

在後摩爾時代，我們的技術路線基本按照2個不同的維度繼續演進：

“More Moore”：繼續延續摩爾定律的精髓，以縮小數字集成電路的尺寸為目的，同時器件優化重心兼顧性能及功耗。

“More than Moore”：芯片性能的提升不再靠單純的堆疊晶體管，而更多地靠電路設計以及系統算法優化；同時，借助於先進封裝技術，實現異質集成(heterogeneous integration)，即把依靠先進工藝實現的數字芯片模塊和依靠成熟工藝實現的模擬/射頻等集成到一起以提升芯片性能。

測試技術分享

—— 5G寬帶PA（功放）測試

今天的測試技術分享，我們給大傢帶來的是 5G sub-6/mm-wave 功放PA技術簡介及測試方法論。

功放PA技術的發展與演進：

功放作為通信系統重要的射頻模塊，直接決定瞭通信設備的性能，功耗及用戶體驗。尤其是進入 5G 時代，對功放的性能要求達到瞭前所未有的高度。值得一提的是，在過去短短的十幾年，功放技術得到瞭迅猛的發展，如下圖 PAFEM/RFIC 架構的變化。

從 2008 年至今，功放已經從分立式模塊（Discrete integration），進化成瞭高度集成的RF/MM 集成單片（On-chip mmWave Front-end）。而 GaAs，InP，GaN等第2，3代化合物半導體工藝技術的大量采用，也極大提高瞭功放的性能，如下圖

圖5 PA功放工藝總結

技術的革新與工藝的發展，帶來的是PA的性能及功耗的迅速進化，同時也為測試帶來的巨大的挑戰，功放PA的測試以復雜度高，性能要求高著稱，測試項極其繁雜：

基本參數測試：

EVM, Channel power, ACP, IM3, Harmonics, Gain, Isolations, Matching, etc.

優化性能測試：

ET/DPD, Noise Figure，Multi-Band

應用場景測試：

mm-Wave和寬帶應用，更高集成度的on-wafer在片測試，基於先進封裝的OTA測試。

如此復雜的測試如何完成？

是德科技為小夥伴們提供瞭從研發到生產的全套解決方案。

圖6 是德科技功放PA測試傢族

研發端，基於網絡分析儀PNA-X的射頻全參數測試

網絡分析儀PNA-X，是德科技最高性能網絡儀系列，頻率高達120GHz，通過頻率擴展器可以進一步擴展到1.5THz；

•一臺網絡分析儀PNA-X代替傳統的多套測試系統，實現完整的全參數測量，包括小信號S參數；增益壓縮；IMD的掃頻測量；IMD的頻率間隔掃描；噪聲系數；諧波；頻譜雜散；

•單次連接，多次測量的On-wafer測試，通過Cal All功能，所有通道隻需校準一次，簡化瞭校準流程。

圖7 基於網絡分析儀PNA-X的測試方案

研發端，基於VXG及UXA/PXA的高性能DPD測試方案

•VXG信號發生器（信號源），全球首款具有2 GHz調制帶寬的雙通道44 GHz矢量信號發生器；

•UXA高性能信號分析儀，具有2 Hz至110 GHz的頻率范圍，適用於5 GHz的寬帶應用，及相關領域的毫米波應用；

•N7614C ，用於功率放大器測試的Signal Studio軟件，測量 AM-AM 和 AM-PM 曲線；在實際測試中，使用 N7614C自帶的 DPD算 法，可以使校正後 ACPR 14 dBc 以上。

圖8 基於VXG及UXA/PXA的高性能DPD測試方案

研發與生產，基於VXT-III的一體化的測試方案

•VXT-III，基於PXIe架構的高性能，高帶寬，靈活配置收發信機；

•380 MHz to 6/8/12 GHz 頻率覆蓋，400/800/1200 MHz帶寬可選，>+20 dBm的發射功率；

•支持WiFi 6E，UWB，5G等熱門應用；

•可靈活配置的多通道測試方案。

圖9 靈活配置的VXT3系列

高效的M980xA PXI多端口網絡分析儀測試方案

• 真正全端口VNA；

• 每端口有獨立接收機，全交叉S參數，全端口校準；

• 最佳測試速度，精度和穩定性，配置靈活。

圖10 PXI 多端口網絡分析儀

後記

5G AIoT/ 大數據等技術的驅動，加之需求端也在不斷豐富，可以預見，集成電路IC/芯片將會在未來的很長一段時間，站在時代的風口浪尖。作為全球測試行業的領導者，是德科技提供芯片測試領域全面以及專業的方案，我們也會不斷的陪伴大傢一起成長，一起感受時代進步的脈搏。

在往後的日子裡，除瞭會不斷給大傢普及集成電路IC行業的知識外，我們會定期為大傢帶來當前的熱門技術及技術介紹，也會不斷為大傢介紹是德科技最新的黑科技，5G芯片，AI芯片，矽光芯片，WiFi-6E芯片，MMIC，高速IO芯片，DDR5，PCIE-5，USB-4，MIPI，UFS敬請期待…