?定制IC測(cè)試以提高良率和可靠性嗎？

盡早確定芯片性能規(guī)格可以縮短工藝成熟所需的時(shí)間，并降低制造中的總體測(cè)試成本。

在半導(dǎo)體下線時(shí)測(cè)試半導(dǎo)體的性能和功率流程的進(jìn)步，扭轉(zhuǎn)了在發(fā)貨前評(píng)估芯片的長期趨勢(shì)。雖然這聽起來很簡單，但這是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，如果成功，將對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)到制造流程產(chǎn)生廣泛的影響。

制造商通常在發(fā)貨前對(duì)芯片進(jìn)行分級(jí)。并非所有芯片都是一樣的，而且這種差距通常會(huì)隨著新制造工藝的引入而擴(kuò)大。減少誤差和推動(dòng)流程成熟需要時(shí)間。過去，晶圓廠會(huì)在新工藝中考慮到這一點(diǎn)。但是，由于添加到先進(jìn)芯片中的新功能數(shù)量已經(jīng)將它們推到了標(biāo)線的大小之外。因此，盡早識(shí)別任何潛在的缺陷或不規(guī)則性至關(guān)重要，它們可能會(huì)影響這些日益復(fù)雜和昂貴的芯片的生命周期。

同時(shí)，這些數(shù)據(jù)可用于微調(diào)新工藝，以更快地提高產(chǎn)量。它還可用于提高測(cè)試效率，而測(cè)試效率一直受到晶圓廠和最終客戶的壓力。過去，測(cè)試成本被牢牢固定在芯片制造總成本的2%至2.5%。這些數(shù)字一直在穩(wěn)步增長，原因如下： 芯片變得越來越復(fù)雜，在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)上測(cè)試它們也更加困難。它們需要更多時(shí)間在整個(gè)流程的多個(gè)插入點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試、檢查和計(jì)量。

另外，測(cè)試探針需要定制，每個(gè)新設(shè)計(jì)的測(cè)試需要更多的探針，這進(jìn)一步增加了成本。 對(duì)可靠性的需求，特別是在任務(wù)關(guān)鍵型和安全關(guān)鍵型應(yīng)用中，需要更高的測(cè)試覆蓋率。 測(cè)試設(shè)備本身的復(fù)雜性不斷增加，需要更多的設(shè)備來完成工作。有更多的傳感器、人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)來分析這些傳感器生成的數(shù)據(jù)，以及更多的整體測(cè)試，因?yàn)槊總€(gè)芯片有更多的功能，每個(gè)封裝有更多的芯片。

“我們正在研究的是如何優(yōu)化整個(gè)價(jià)值鏈，特別是當(dāng)你有更復(fù)雜的問題需要解決2.5D和3D設(shè)備，異構(gòu)集成在一個(gè)封裝中，并且你無法訪問該封裝中的所有內(nèi)容，”愛德萬測(cè)試美國應(yīng)用研究和技術(shù)副總裁Ira Leventhal說?！皩?duì)于 HPC 設(shè)備，您會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)試成本從傳統(tǒng)的收入 2.5% 上升到 3% 或 4%。那么如何才能恢復(fù)呢？你不能只是不斷地添加測(cè)試。

與其看每一次插入，不如問：“我在這里做什么，如何優(yōu)化它們？從長遠(yuǎn)來看，并行做更多的事情是解決這個(gè)問題的唯一途徑?！?/p>

更早的數(shù)據(jù)和更好的反饋可以幫助以其他方式直接或間接地抵消這些成本。

“我們看到從經(jīng)典的基于性能的分級(jí)越來越多地轉(zhuǎn)向基于應(yīng)用程序的分級(jí)，”Leventhal 說?！斑^去，設(shè)備要簡單得多。它們被映射到非常具體的應(yīng)用程序中。現(xiàn)在，有了AI芯片，你可能會(huì)有很多應(yīng)用。它們的設(shè)備中有許多不同的單元和多個(gè)內(nèi)核，因此將該設(shè)備與應(yīng)用程序的分檔變得比處理器芯片的速度分檔復(fù)雜得多。更具預(yù)測(cè)性的模型將真實(shí)地告訴您這些設(shè)備可以持續(xù)使用多長時(shí)間。”

其中大部分內(nèi)容越來越針對(duì)特定領(lǐng)域，這只會(huì)增加復(fù)雜性。對(duì)于一種應(yīng)用或使用模型來說足夠好的東西在另一種應(yīng)用或使用模型中可能會(huì)非常不同，其中預(yù)期壽命可能更長或更短，規(guī)格可能更寬松或更嚴(yán)格。

NI首席解決方案營銷人員 James Guilmart 表示：“這確實(shí)不僅僅是查看參數(shù)數(shù)據(jù)和通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)就能夠?qū)崿F(xiàn)?！薄斑@更多的是關(guān)于復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)和多變量分析，這種獨(dú)特的組合已經(jīng)接近邊緣，當(dāng)我們查看這些更先進(jìn)的特定于應(yīng)用程序的應(yīng)用時(shí)，將需要更多的多變量分析來更精細(xì)地對(duì)這些芯片進(jìn)行分類，以了解它們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)的表現(xiàn)如何。然后，您需要確保這符合該設(shè)備的預(yù)期用例?！?/p>

定制測(cè)試過程

所有這些步驟也都需要花錢，無論是因?yàn)闇y(cè)試花費(fèi)更多時(shí)間，整個(gè)制造過程中插入點(diǎn)更多，還是需要新設(shè)備來探測(cè)更多芯片并評(píng)估結(jié)果。

關(guān)鍵始終在于插入的目標(biāo)是什么，”Teradyne 戰(zhàn)略應(yīng)用軟件解決方案經(jīng)理 Michelle Evans說道。“根據(jù)設(shè)備的類別，您可以在一次插入過程中進(jìn)行中間合并。并且您可以進(jìn)行條件分支。對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用程序處理器，您可以將它們分到不同的階段?！比缃?，移動(dòng)應(yīng)用處理器就做到了這一點(diǎn)。然而，當(dāng)你進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域時(shí)，那就是另一種不同的分類。它要么有效并滿足要求，要么不有效。

隨著芯片被組合在一個(gè)封裝中，這變得更具挑戰(zhàn)性。引線并不總是暴露的，這就是為什么人們對(duì)片上監(jiān)控的遙測(cè)類型數(shù)據(jù)如此感興趣。首先是挑戰(zhàn)提取必要的數(shù)據(jù)，然后能夠在整個(gè)流程的適當(dāng)點(diǎn)使用它。

proteanTecs測(cè)試和分析副總裁 Alex Burlak 表示：“在測(cè)試儀上，您需要正確的信息來幫助您決定和執(zhí)行分檔策略”?！澳謾n所依據(jù)的物理測(cè)量參數(shù)是什么？這就是我們的代理組合的用武之地。您需要從芯片內(nèi)的多個(gè)位置對(duì)芯片內(nèi)的參數(shù)數(shù)據(jù)、晶體管工藝分級(jí)、泄漏特征、RC 延遲、實(shí)際邏輯路徑的路徑延遲等有精細(xì)的可視性。這種方法可以在比現(xiàn)在更早的階段提供準(zhǔn)確的性能分級(jí)——甚至在晶圓分類時(shí)也是如此。這是每個(gè)芯片在線完成的。這意味著您現(xiàn)在可以保留模具庫而不是成品庫存。您可以在選擇封裝之前進(jìn)行分類，您可以根據(jù)此數(shù)據(jù)配對(duì)性能相似的芯片。”

僅僅因?yàn)樾酒?小芯片在集成到封裝中之前通過了測(cè)試，并不意味著它們?cè)诜庋b密封后將保持良好狀態(tài)。

“芯片可以單獨(dú)測(cè)試，但封裝和互連部分從未測(cè)試過，但它存在于最終產(chǎn)品中，”Teradyne 的 Evans 說?！暗谝徊绞窍龂?yán)重缺陷，然后進(jìn)入關(guān)鍵任務(wù)領(lǐng)域。如果它處于最高速度、最高功率或任何使其成為關(guān)鍵任務(wù)的部件的標(biāo)準(zhǔn)，您首先要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。這使您可以創(chuàng)建我所說的“真值表”。您已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)中間標(biāo)志，允許您繼續(xù)或走流程中的不同路線，所有這些都在一次插入中完成。總會(huì)有一些條件分支?！?/p>

在系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試

并非所有內(nèi)容都必須以最佳性能運(yùn)行。隨著先進(jìn)封裝成為前沿設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，一些新方法正在被催生。

“考慮這個(gè)問題的傳統(tǒng)方法是，您不想將高速部件和低速部件放入兩芯片模塊中，因?yàn)槟鷷?huì)受到最差部件的限制，”高級(jí)工程師 Mark Laird 說道。Synopsys的資深應(yīng)用工程師?！暗乙部吹搅艘粋€(gè)更有趣的用例，他們關(guān)心總功率。因此，您試圖平衡同一模塊上的高功率和低功率，都是一種不同的優(yōu)化?！?/p>

這里的轉(zhuǎn)變是性能和功耗的系統(tǒng)級(jí)視圖，而不是單個(gè)芯片。我們正在使用 Vmin數(shù)據(jù)集，但不僅僅是預(yù)測(cè)ATE 上的V min 。我們還在系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)測(cè)，因?yàn)锳TE 與 SLT 測(cè)試儀上的Vmin可能會(huì)有相當(dāng)大的變化。有時(shí) ATE 的 V min 值會(huì)低于SLT，但我也看到過 V min 值更高在 SLT 上，因此它取決于產(chǎn)品。您可以為臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器使用相同的部件，但是它們將具有不同的封裝，這兩種產(chǎn)品的引腳排列不同。您希望能夠預(yù)測(cè)晶圓分類時(shí)的最終分級(jí)，然后將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給我們說，我認(rèn)為這不僅會(huì)是服務(wù)器部件，而且是服務(wù)器部件的分類——例如，高速服務(wù)器部件，萊爾德說。

使用更好的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

所有這一切的基礎(chǔ)是向更好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，以及利用這些數(shù)據(jù)的更好方法。EDA 供應(yīng)商一直在與代工廠和設(shè)備制造商合作，統(tǒng)一從概念到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)。這種端到端數(shù)據(jù)流現(xiàn)在開始整合來自各個(gè)工藝步驟的數(shù)據(jù)，基本上將 DFT 和其他工藝從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到晶圓廠再到現(xiàn)場(chǎng)。從測(cè)試的角度來看，最大的轉(zhuǎn)變是從一開始就制定良好的測(cè)試計(jì)劃，因?yàn)樵S多前沿設(shè)計(jì)都是高度定制的且極其復(fù)雜。例如，任何元件中的時(shí)序不匹配都可能對(duì)封裝中其他元件的性能產(chǎn)生廣泛影響。然而，一旦解決了所有問題并設(shè)置了參數(shù)，那么測(cè)試過程的其余大部分都可以自動(dòng)化。

NI 的 Guilmart 表示：“盡管查看這些變量時(shí)很復(fù)雜，但一旦理解了它，添加了歷史背景，并知道數(shù)據(jù)指向什么，那么它就會(huì)變得自動(dòng)化?！薄瓣P(guān)鍵推動(dòng)因素之一是數(shù)據(jù)模型。我們?nèi)绾潍@取這些數(shù)據(jù)以及如何存儲(chǔ)它？我們的數(shù)據(jù)模式的結(jié)構(gòu)是什么？我們確實(shí)優(yōu)先考慮產(chǎn)品的生命周期。對(duì)于每個(gè)芯片，您希望將所有數(shù)據(jù)流及其經(jīng)歷的數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果關(guān)聯(lián)起來。您擁有它的整個(gè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。當(dāng)我們獲得最終測(cè)試數(shù)據(jù)并開始分析它并尋找偏差時(shí)，我們可以將所有這些放在一起并開始對(duì)它們進(jìn)行聚類并開始找出導(dǎo)致異常的原因?！?/p>

反過來，這些數(shù)據(jù)與片上/封裝內(nèi)數(shù)據(jù)集成，以提供芯片在晶圓廠、封裝內(nèi)部以及最終在現(xiàn)場(chǎng)的行為的可見性。其中一些與proteanTecs的Burlak所謂的“邊緣庫”有關(guān)，后者是可以集成到測(cè)試程序中的軟件。所有的建模和分析都是在分析平臺(tái)中完成的。我們的邊緣庫部署在ATE上，處理來自代理的所有信息和其他客戶數(shù)據(jù)，運(yùn)行模型，并在芯片仍在測(cè)試儀上時(shí)預(yù)測(cè)什么是正確的芯片。

結(jié)論

在制造過程中盡早進(jìn)行分檔是提高可靠性和降低測(cè)試成本的重要一步。但這只是可靠性等式的一個(gè)方面，其中還包括計(jì)量和檢測(cè)。評(píng)估芯片在特定應(yīng)用和易于理解的用例中隨時(shí)間推移的行為變化，大大增加了成功實(shí)施和可靠性能的機(jī)會(huì)。

Advantest 的 Leventhal 說，“現(xiàn)在，我們正在進(jìn)一步預(yù)測(cè)影響可靠性的因素。這不是一個(gè)容易解決的問題。你需要預(yù)先做好基礎(chǔ)工作，收集這些數(shù)據(jù)并將其整合在一起，然后能夠利用這些信息為你帶來優(yōu)勢(shì)并對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)?！?/p>

對(duì)于設(shè)備制造商和芯片公司來說，這帶來了許多新的機(jī)遇。隨著各地的復(fù)雜性不斷增加，理解交互和正確解釋大量數(shù)據(jù)的能力正在迫使更多的自動(dòng)化和設(shè)備升級(jí)。對(duì)于芯片制造商以及整個(gè)制造和封裝生態(tài)系統(tǒng)來說，成功的數(shù)據(jù)集成可以為顯著提高設(shè)備質(zhì)量、穩(wěn)定多個(gè)流程的成本以及減少現(xiàn)場(chǎng)故障。

審核編輯：劉清