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应对半导体小芯片测试中的复杂挑战

在半导体技术中,小芯片已经作为模块化组件出现,可以在单个基板上独立或集体运行。与在一个单元中管理所有功能的单片芯片不同,小芯片通过将特定任务分配给单独的 IC 来简化设计。这种模块化设计不仅提供了灵活性、优化的性能和效率,而且在测试和验证方面也带来了独特的挑战,正如我们将在本文中探讨的那样。
由于小芯片的复杂性不断增加、工艺技术通常更加密集以及对更高性能的追求,测试小芯片是一项具有挑战性的任务。探针器用于在将小芯片共同封装成完整解决方案之前对其进行测试。密集的小芯片及其复杂的互连使得探测器全面评估小芯片的功能和性能成为一项艰巨的任务。探测阶段缺乏全面的测试意味着最终测试的良率影响将代价高昂。其他挑战包括管理大量测试数据、导航复杂的接口协议以及满足高速要求。然而,解决这些挑战对于确保现代半导体的功能和性能至关重要。

使用自动化测试设备测试小芯片
自动测试设备 (ATE) 系统连接到探测器,以验证集成电路是否已准备好进行封装。通常,封装的 IC 在最终测试时单独对 ATE 进行再次测试,以更全面、更快速地验证器件。 ATE 系统和探测器的这种组合还用于测试小芯片,这些小芯片将组合在单个基板上并组装成类似于单个封装的 IC。虽然单芯片探测和多芯片探测的工艺看起来相同,但出于经济原因,多芯片探测的要求更加严格。例如,探测单个芯片导致 90% 最终测试良率可能就足够了,但 3 个小芯片模块(每个模块产生 90%)的总良率将仅为 73%。虽然单个芯片中的探针逃逸会导致丢弃一个好的封装和一个坏的芯片,但在模块配置中,您会丢弃一个昂贵的好封装,并且可能会丢弃两个好的芯片和坏的芯片。此外,由于最终测试良率较低,这会导致总体测试成本增加。这强调了全面探测小芯片的至关重要性。

测试用作探针小芯片的半导体的一些挑战可能包括:

  1. 已知的好模具: 传统上,探测用于筛选故障,从而避免 ATE 封装测试中的良率大幅下降。 ATE 为完整验证提供了更合适的环境,确保最终测试捕获探测期间未检测到的任何内容。小芯片需要以芯片形式进行彻底验证,以防止在与完整封装中的其他小芯片组合后产量下降。这意味着探测阶段的测试标准比单芯片封装部件的测试标准要高得多。
  2. 信号完整性: 由于小芯片设计用于在正常使用期间短距离驱动信号,因此它们的 I/O 针对功率效率进行了优化,导致输出相对较弱。探测小芯片时,需要输出将线路驱动回测试仪,这一要求超出了缓冲器的能力。此限制显着减慢了测试时间并消除了快速测试的可能性。
  3. 复杂的互连: 许多小芯片充当协议转换器,使最终封装产品能够与多个接口进行通信。这些复杂的协议必须在芯片级进行彻底验证。这就需要在信号丢失的环境中进行全速测试。
  4. 复杂的设计: 小芯片经常采用低几何形状 FinFet 技术,从而导致极其复杂的设计。彻底测试这些设计变得更慢且更具挑战性的过程。由于需要减慢 I/O 速度以适应信号完整性和互连问题,这种复杂性会变得更加复杂。
  5. 吞吐量: 小芯片的复杂性及其互连挑战给快速测试带来了重大障碍。理想情况下,可以并行探测多个芯片以提高效率。然而,小芯片中 I/O 数量的增加需要更多数量的测试仪 I/O,从而使并行测试过程变得复杂。

使用探测器和 ATE 系统解决小芯片测试挑战需要半导体测试方面的专业知识、正确的设备选择和细致的测试程序。有效的解决方案通常需要芯片设计人员、测试工程师和设备制造商之间的协作。

基于 Chiplet 的半导体测试出现了一种新的替代方案
Elevate 正在开创基于小芯片的半导体测试的新策略。他们正在探索将特定半导体从传统的自动测试设备 (ATE) 测试仪转移到探针卡,这可以提供众多测试优势,包括:

  • 提高信号完整性并优化信号路由: Pin 电子器件和 DPS 靠近 DUT,可实现更短、损耗更少且复杂度更低的信号路线,从而在 DUT 上实现更好的信号完整性。高速信号完整性方面的改进可实现全速测试,从而实现更全面的测试并提高最终测试的良率。此外,从 DPS 到 DUT 的较短路径有助于减少电源压降,消除错误并提高整体测试可重复性。
  • 降低测试仪复杂性: 虽然探针卡的复杂性增加,但测试仪的复杂性却降低。开发人员可以针对正在测试的特定小芯片优化探针卡,从而提高性能并缩短测试时间,同时还可以减少资本支出,因为不再需要复杂的测试仪。此外,由于信号源自探针卡,因此可以在多个测试仪和配置中保持“精确复制”要求。
  • 更短的测试时间: 在探针卡上放置更多的 PE 和 DUT 引脚可显着提高并行测试的数量,从而有效缩短测试时间。
    并行测试:理想情况下,探测应尽可能接近单次接地。通过消除连接器限制,可以使用并行性的程度大大增加,从而显着提高测试效率。
    可扩展性:开发完成后,探针卡测试解决方案可用于以较低的开发成本测试类似的小芯片。
  • 定制: 基于探针的测试解决方案可以定制,以满足不同小芯片设计的具体要求,确保对每个小芯片配置进行精确和定制的测试。
  • 较低的接触电阻: 尽管不同探针解决方案的接触电阻保持一致,但额外检测引脚的可用性有助于远程和开尔文检测。此功能对于校准或补偿接触电阻非常有用。
  • 灵活性: 基于探针的测试系统可适用于各种小芯片配置,使其适合测试不同的小芯片设计。
  • 兼容性: 随着探针卡处理更多功能和性能参数,测试仪的接口变得不那么严格。这样,无论选择何种测试仪平台,都可以在 DUT 上复制准确的波形。

与 Elevate Semiconductor 一起通过创新合作开创小芯片测试的未来。
Elevate Semiconductor 通过将我们的 ATE 半导体与探针卡集成,在半导体测试领域取得了领先地位。这项创新有望提高信号完整性、加快测试速度,并为不同的小芯片设计提供量身定制的解决方案。我们正在积极寻求与 ATE 和探针制造商的合作伙伴关系,以重塑小芯片测试的未来,并为半导体测试技术的持续发展做出贡献。

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