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什麼是自動測試設備？類型、產業與成本
自動測試設備是指利用刺激信號來判斷被測產品是否正常運作的設備。這表示自動測試設備提供輸入、測量輸出，並在無需人工干預的情況下決定產品是否通過測試。這一定義涵蓋了從檢測線束組件的測試機器到價值數百萬美元的半導體測試設備等多種工具。這也是為什麼人們在不同產業中遇到ATE這個術語時會感到混淆，因為它不僅指某一產業中特定類型的設備，而是一個非常廣泛的類別。以下指南提供了關於自動測試設備的所有必要資訊，包括不同類型的自動測試設備如何區別、自動測試設備能做什麼、哪些產業使用它、價格以及如何規格化自動測試設備。.
自動測試設備（ATE）指任何能在無需人工監督下，自動執行產品測試的裝置，透過施加刺激、測量反應並根據獲得的結果做出判斷。ATE可分為幾個主要類別，包括ICT（組裝板測試）、飛針測試（不需測試夾具的ATE系統）、功能測試（FCT，測試整個產品）、邊界掃描、JTAG、自動光學檢測（AOI）、X光檢測、老化測試及環境測試。根據預測，ATE市場規模將達約7.1億美元，並於2026年以全球平均5至6%的速度成長。ATE價格差異顯著：基本版本約為15,000至20,000美元，高階ATE設備則約為50,000至250,000美元。然而，Teradyne和Advantest佔據超過80%的ATE設備銷售份額。.
什麼是自動測試設備
無論產業領域，自動化測試遵循四個步驟：刺激、測量、比較與判斷。系統對被測設備（DUT）產生輸入信號，讀取數據，並將結果與預設限制比較後做出結論。系統間的差異在於所使用的刺激類型及測量方法、測試點數量、所需速度及工作條件。.
可以知道ATE與檢驗不同，因為檢驗僅是對產品進行目視檢查，而ATE則是對產品進行測試。ATE是檢驗的補充，意味著兩者應該共同使用。此外，ATE不應與資料擷取混淆，後者指的是在未進行測試的情況下收集結果。.
自動化測試具備手動測試無法擁有的以下特點：重複性 — 意指產品一旦測試完成，無論是由另一位操作員或在另一台機器上再次測試，結果仍將保持一致；速度 — 此特點表示自動化測試耗時為毫秒級，而手動測試則需數秒；覆蓋率 — 測試點數可達千點，且生產過程不會中斷；可追溯性 — 意味著每台設備的測試結果皆可透過其序號追蹤。.
為何存在自動化測試
採用自動化測試設備（ATE）由三大驅動力推動，這些驅動力不僅適用於電子產業。.
- 產量。. 對於每年生產數百台的生產批次，手動測試是合理且可行的。然而，當生產批次達數十萬台時，依賴手動測試已不切實際。原因在於，即使操作員能在數天甚至數小時內測試每台產品，也無法在有限時間內完成所有單位的必要測試量。因此，自動化成為測試的變革者——從抽樣測試邁向100%測試。.
- 失效成本。. 在修復缺陷產品成本高昂的產業中，現場失效所造成的成本遠高於測試成本。當電路斷路器無法響應、醫療設備無法讀取感測器或控制單元故障時，將導致昂貴的產品召回、訴訟及品牌聲譽受損等問題。.
- 文件紀錄。. 即使產品功能完美，若無法提供證明其正常運作的文件，亦無法在受管制市場銷售。自動化測試則能作為測試過程的副產品產生此類文件。.
經濟面向可量化，通常是工廠評估潛在成本節省的起點。自動化生產線測試流程取代手動測試的投資回報，可根據產能數據、缺陷漏測率及每單位勞動成本進行量化。我們對 電路斷路器自動化與手動測試的回本分析 以實際產品進行該數學運算。.
自動化帶來的更廣泛效益——產能、品質一致性及整體生產過程中每單位勞動成本，而非單一測試步驟——已在我們的指南中涵蓋， 關於工業自動化如何提升效率的說明。.
ATE的類型
目前商業使用的大多數系統可歸類於此處列出的特定類別之一。然而，某條生產線可能同時啟動上述多個類別所代表的不同流程。.
| 類型 | 測試內容 | 典型速度 | 注意事項 |
|---|---|---|---|
| 線路板測試（ICT） | 組裝板上的個別元件——電阻、電容、接點、連續性、短路 | 每塊板的秒數 | 每個板設計需專用的針床夾具；在板級提供最高的故障覆蓋率 |
| 飛針測試 | 與ICT相同的故障，透過移動探針而非固定夾具進行測試 | 數十秒至數分鐘 | 無夾具成本，適合原型、低量及高混合生產；速度較ICT慢 |
| 功能測試（FCT） | 產品作為系統運作 — 啟動、通訊、執行其功能 | 秒至分鐘 | 單位數量最大類別；最接近實際運行條件 |
| 邊界掃描 / JTAG | 透過內建測試存取端口檢測互連和元件 | 快速 | 在物理探針無法接觸的情況下有效，例如密集BGA組件 |
| 自動光學檢測（AOI） | 焊點、元件擺放、極性、標記 | 每塊板的秒數 | 檢查而非電氣測試；捕捉ICT無法檢測的組裝缺陷 |
| X光檢測（AXI） | 隱藏焊點 — BGA、QFN、通孔焊桶 | 秒至分鐘 | 在焊點無法光學可見時必須使用 |
| 老化與環境測試 | 在溫度、電壓及負載壓力下運行數小時或數天 | 數小時至數天 | 消除早期失效；常與功能監控結合 |
| 晶圓探針測試 | 封裝前晶圓上的單一晶粒 | 每晶粒毫秒級 | 半導體專用；最高產能類別 |
| 最終測試 / 裝置處理器 | 封裝半導體的速度與溫度測試 | 每裝置毫秒至秒級 | 經典高端ATE應用 |
| 系統級測試（SLT） | 晶片在真實系統環境中 — 啟動、執行工作負載 | 數分鐘 | 隨著先進封裝使晶片單獨測試不足，成長快速 |
| 電力電子與電氣測試 | 斷路器、接觸器、變壓器、馬達、電源、電池 | 秒至分鐘 | 跳脫曲線驗證、介電強度、接觸電阻、校準 |
| 線束與線纜測試儀 | 連續性、短路、錯接、連接器位置 | 秒級 | 低成本、高產能；線束製造標準 |
就數量而言，功能測試是最大細分市場，佔總出貨量近35-40%。線路測試與飛針測試合計約佔總量的20-25%。半導體ATE市場份額較小，約佔25-30%，因單價高於整廠檯面測試成本。.
它的成效
必須說明程序特定優勢的好處，因為「更好品質」無法作為可行的商業案例。.
- 完整測試。. 每一單位皆經測試，故可能的失效僅因測試存在而非偶然。.
- 一致決策。. 自動化機械對所有單位施加相同限制，維持結果一致性，手動完成則無此優勢。.
- 縮短週期。. 現今的硬體可以配備機器學習驅動的故障檢測系統，這可使測試時間減少近30%，並因人工智慧的參與而最小化診斷停機時間。.
- 透明的文件記錄。. 與特定序號相關的測試結果可簡化保固、趨勢分析及稽核。.
- 及早偵測任何偏差。. 由於所有項目皆經測試，能在實際故障前察覺行為變化。.
- 在不增加人力的情況下提升產能。. 在難以找到專家的情況下，自動化可取代人工檢驗。.
- 校正與品質合規。. 根據特定標準（ISO 17025）進行的測試結果可獲得客戶及監管機構的信賴，相關成本約佔總額的15-25%。.
依賴該技術的產業
自動化測試技術不限於電子領域，以下範例說明其廣泛應用。.
| 許多 | 測試項目 | 為何需要自動化 |
|---|---|---|
| 半導體 | 晶圓級晶粒、封裝元件、系統封裝 | 數量達數十億；每個元件測試必須在毫秒內完成 |
| 汽車 | ECU、ADAS感測器、電池管理系統、功率電子、線束 | 功能安全需求與召回風險；汽車為增長最快的領域之一 |
| 航太與國防 | 航電、雷達、通訊、導引電子 | 極高的可靠性要求及強制性文件追蹤 |
| 醫療器材 | 植入式裝置、診斷影像、病患監控、輸液系統 | 監管批准依賴文件驗證；現場故障的成本以損害衡量 |
| 電氣與電子製造 | 斷路器、接觸器、繼電器、變壓器、開關設備、配電盤 | 必須對每個單元驗證跳脫曲線、介電強度及校正，不能抽樣 |
| 消費性電子產品 | 手機、筆電、穿戴裝置、顯示器 | 產量與成本壓力；最大單一應用領域 |
| 電信與5G | 射頻模組、基地台電子、光學元件 | 高頻特性需儀器級測量 |
| 能源與電力 | 逆變器、光伏模組、電池組、電網設備 | 安全認證與性能保證；電池測試快速擴展 |
| 家電與白色家電 | 馬達、控制器、整機 | 生產量使終端功能測試成為必須 |
| 工業自動化 | 驅動器、PLC、感測器、I/O模組、安全繼電器 | 可靠性期望與每單元配置驗證 |
各領域的共通點不在技術，而在於故障的後果。若處理的是廉價且無害的缺陷品，抽樣檢驗是合理的。若非如此，測試不再是成本中心，而成為產品規格的一部分。.
成本分析
價格因不同類別而異，因此僅陳述一個價格在不了解其適用背景的情況下幫助不大。以下提供的價格區間僅作為依據地區及特定應用/配置的參考數字。.
| 系統 | 參考價格 | 價格驅動因素 |
|---|---|---|
| 桌上型功能測試儀 | $5,000-20,000 | 儀器數量、測量精度、軟體 |
| 全功能測試系統 | $50,000-150,000 | 通道數量、夾具、客製化測試軟體、整合 |
| 線束及線材測試儀 | $3,000-30,000 | 測試點數及連接器矩陣大小 |
| 飛針測試系統 | $80,000-200,000 | 探針數量、速度、板子尺寸能力 |
| 線路板測試儀 | $50,000-150,000 | 測試點數、測量能力 |
| 具先進邊界掃描功能的線路板測試儀 | $100,000-250,000 | 多通道架構及JTAG能力 |
| AOI或AXI系統 | $20,000-150,000 | 解析度、吞吐量、2D與3D、X光功率 |
| 老化測試箱附監控功能 | $30,000-500,000 | 箱體容量、溫度範圍、通道數量 |
| 半導體自動測試設備（SoC或記憶體） | $500,000-3,000,000+ | 腳位數、速度、射頻子系統、處理器、軟體環境 |
| 客製化生產測試線 | $50,000-1,000,000+ | 工站數量、整合、吞吐量目標、自動化程度 |
有三項費用常被低估。第一是夾具：線路板測試儀的客製化針床夾具需八至十二週交期，且有獨立成本，僅考慮單一板子設計。第二是軟體與整合：將測試系統與製造執行系統、資料歷史系統或企業品質系統連接本身即是一個專案。第三是校正與維護：可能增加系統擁有成本約15-25%。系統的維護成本逐年增加。雖然與大客戶的量約協議可能影響價格，但對維護部分影響甚微。.
平台與供應商
供應基礎可分為三個層級，競爭有限。.
高階半導體自動測試設備市場主要由兩家公司主導，Advantest與Teradyne，兩者合計控制超過80%的SoC與記憶體高階市場。其平台用於腳位數最多且資料速率最高的儀器，一套設備甚至可能超過120萬美元！
儀器與模組化區段佔據市場中段。Keysight Technologies、Rohde & Schwarz及National Instruments（現為Emerson旗下）生產用於功能及混合訊號測試的測試設備（包含PXI、VXI、LXI架構）。LabVIEW與TestStand操作這些設備，並提供高度配置可能性。.
專業及區域性公司填補了市場的其餘部分。總部位於台灣的致茂自動化測試設備公司以其電力電子和電池測試聞名，而Spea和Seica則生產在線路測試和飛針測試系統。Cohu、Hioki、橫河電機、芝浦服務於狹窄的利基市場，而中國製造商如杭州長川科技和華工科技則生產廉價的功能測試和ICT系統並出口。中端市場缺乏主導者，因為這裡運作著各種小型區域公司，且無獨特優勢，許多公司面臨激烈競爭。.
關於此市場，有兩點應引起買家關注。首先，替換週期短：高端ATE通常每五至七年更換一次，而功能性ATE和在線路測試設備則因軟體快速過時，每三至五年更換一次。在成熟市場中，替換和改裝佔所有出貨量的40-50%，這意味著二手市場規模龐大。其次，技術反而變得更複雜：測試現代半導體所需時間遠長於過去。.
如何規範系統
七個問題區分一個運作良好的系統與五年後被淘汰的系統。.
- 必須識別哪些故障？從失效模式和檢測率需求開始，而非供應商功能。覆蓋率是需求；其他皆為達成目標的工具。.
- 所需的吞吐量是多少？以每小時單位數量表示該覆蓋率，因為較高的覆蓋率通常意味著較長的週期時間。兩者之間存在權衡。.
- 產品將如何演進？基於夾具的在線路測試速度快，但可能需要為每個電路板版本更換不同夾具。相比之下，飛針或可配置功能平台速度較慢，但在產品變更數量方面更具通用性。.
- 資料將如何處理？事先確定結果是否會輸入製造執行系統或品質資料庫，並定義介面。改裝資料整合成本高於設計時納入。.
- 誰負責開發和維護測試軟體？這通常是最大的隱藏成本，也是系統安裝延遲的來源。了解測試軟體的所有權及其隨系統演進的變化。.
- 系統將如何初始化和維護？確定校準是否持續進行，是否有友善的認證，備件和服務響應時間是否有保證。.
- 總擁有成本是多少？應包括夾具、軟體、整合、校準、備件及升級。購買價格通常是估算中具爭議的部分。以此方式評估資本自動化的紀律與我們 評估自動化生產線買家的指南.
生產線內的測試
一個關鍵的區別是購買測試設備與將測試整合到生產過程中。獨立的測試機器可被描述為在生產過程的輸出端運作，而整合的測試站則是過程的一部分，並為其操作提供輸入。.
就投資回報率而言，整合測試具有最高的效能。然而，成功並非來自測試本身。當所有產品都被生產並測試後，失敗資訊可作為生產管理的信號。某個參數的變動表示在故障率開始改變之前，上游工站必須採取某些行動。因此，工站級整合簡化了處理流程，節省了生產空間，並消除了生產與測試之間的延遲，這意味著更好的投資回報率。.
這正是 benlongkj 所運營的利基市場：電氣元件的自動化製造線與生產系統，包括帶有線上自動測試與校準的生產線，而非在最終流程中加入獨立的測試步驟。評估此方法的製造商正權衡與任何自動化專案相同的取捨，我們的概述中闡述了更廣泛的選項。 製造自動化解決方案.
一個整合線的具體範例——組裝與測試為一連續流程——是 MCB自動生產線開始, ，它將跳脫曲線驗證與校準納入製造序列，而非視為下游檢驗。.
對任何買家而言，建議盡早決定所需的型號。如果需求是產品驗證，獨立的 ATE 系統是最佳選擇，且上述標準適用。如果需求是在開始階段整合測試，必須從一開始就設計測試系統，因為事後將線上測試加入已存在的生產線，比從零開始依規格建造要複雜得多。.
常問問題
自動測試設備有哪些範例？
範例遍布整個領域。在電子組裝中，線路測試器測試已裝配的 PCB 元件，而飛針系統則在無需夾具的情況下完成相同的測試程序。在產品層級，功能測試系統為組裝完成的產品供電並驗證其功能。對於元件，線束測試器檢查連續性，電力電子測試系統則測試斷路器及其他裝置的跳脫曲線、介電強度與接觸電阻。在高端領域，半導體 ATE 系統以高速及極端溫度測試晶圓與封裝裝置，系統級測試系統則以相當真實的模式測試晶片。.
自動測試的目的為何？
目標是對每個單元做出統一且有文件記錄的通過/失敗判定，而非對部分樣本形成意見。這同時達成四個目標：重複性，即同一單元無論由誰進行測試都會得到相同結果；迅速性，實現生產速度下的完整測試；覆蓋率，涵蓋數千個測試點的測試；以及可追溯性，每個測試結果都與序號相關聯。因此，企業能在工廠內發現缺陷，而非由客戶發現，進而提供必要的保固索賠證據。.
什麼是自動測試設備（ATE）？
自動測試設備（ATE）是指利用自動化手段通過刺激產品、測量其反應，並將結果與規範進行比較來測試產品的系統名稱。ATE在半導體領域中經常被提及，因為這些系統測試晶圓和封裝器件。然而，ATE也指代在線路測試儀、飛針系統、功能測試平台、邊界掃描工具、光學檢測、X光檢測、老化系統及電力電子測試台。.
前五大自動化測試工具是什麼？
回答因測試類型而異，軟體測試自動化所用工具與硬體測試自動化不同。硬體方面，典型系統包括Teradyne和Advantest平台用於半導體及其他電子測試，Keysight系統用於射頻及混合訊號測試，National Instruments的LabVIEW和TestStand用於佈局測試，Chroma ATE用於電池測試，而SPEA、Seica和Cohu則分別在在線路測試、飛針及器件處理中扮演角色。軟體測試方面，常用自動化工具有Selenium、Playwright、Cypress、Appium和Robot Framework。任何同時提供這兩組產品清單的供應商，顯然不理解問題所在。.
如果我的生產量低，是否需要自動測試設備？
通常情況下，應明確指出在低產量時使用專用系統在經濟上不合理，可能更明智的是使用手動測試，並確保所有必要記錄被保存。當缺陷可能帶來嚴重後果時，如醫療器械、航空產品、安全設備，或因技術限制無法手動完成測試（如精度和重複性要求）時，低產量使用自動化可能是合理的。在低產量且產品多樣的情況下，使用飛針系統或某種功能平台似乎是最佳解決方案，因為產品變更時不需更換治具。.
參考文獻
- Teradyne — 半導體與電子測試系統
- Advantest — 半導體裝置自動測試設備
- Keysight Technologies — 電子測試與量測儀器
- National Instruments (Emerson) — 自動測試平台與 TestStand 軟體
- ISO — ISO/IEC 17025 校正與測試實驗室認證
- IPC — IPC-9252 未組裝印刷電路板電氣測試要求
結論
自動測試設備回答了一個簡單的問題：如何確保某項產品能正確運作？使用自動測試設備，您可以在比人工檢查更短的時間內，以更高的覆蓋率可靠地測試每一項產品，並根據其通過/失敗結果進行記錄。自動測試設備可以是便宜的工作台線束測試器，也可以是價值數百萬美元的昂貴半導體測試平台，但其背後的原理相同：產生刺激，測量反應，進行比較並做出判斷。自動測試設備革新了整個測試流程，使得先前必須進行的抽樣程序變得不再必要，因此，借助自動測試設備，您獲得的是100%產品驗證，而非抽樣，您的測試不再依賴判斷，而是依據讀數。順帶一提，測試系統的價格從功能測試的數千美元到半導體測試的百萬美元不等，還需額外考慮硬體、軟體整合及校正的費用。您可以從想要檢測的失效模式中選擇，故意在覆蓋率與週期時間之間做出取捨，或決定此測試系統是作為獨立方法還是生產線的整合部分，並計算所有費用，而非僅以購買價格作為評估依據。.
