欢迎来到半导体与芯片的世界 - DFX与量产封装
为什么封装现在很重要封装曾经是半导体制造过程中的事后想法，不被大家重视。当你创造了这一小块神奇的硅片之后，然后把他用某种方法封装起来，同时引出管脚，一颗芯片就诞生了。但是随着摩尔定律的延伸，工程师们意识到，他们可以利用对芯片的所有部分，包括封装在内进行优化和创新，来制造出最好的产品。更令人惊讶的是，过去没有一家封装公司被认为像传统的前端制造工艺那样重要。封装供应链通常被认为是"后端"，并被视为成本中心，类似于银行业的前台和后台。但现在，随着前端难以更好的缩小芯片尺寸，一个全新的关注领域已经出现，这就是对先进封装的重视。接下来我们讨论一下封装的发展简史，从简单的DIP封装一直到先进的2.5D或3D封装。封装发展简介这是我从这个精彩的视频座中发现的封装技术的简要层次结构。如果你有一些时间，可以看一下。（视频发表于2012年，但是当时已经提到了现在最新的3D封装技术，所以并不过时） 芯片封装简史@eetop@创芯大讲堂 #封装#芯片#3D封装封装介绍 封装技术一个简化的演变过程是：DIP>QFP>BGA>POP/SiP>WLP 显然，有很多不同的封装技术，但我们要讨论的是大致能代表每种类型的简单技术，然后慢慢将其带到现在。我也非常喜欢下图这个高层次的概述（不过它已经过时了，但仍然正确）。在封装的最初阶段，裸片通常采用陶瓷或金属罐封（气密），以实现最大的可靠性。这主要适用于航空航天和军事应用，这些功能需要最高水平的可靠性。然而，对于我们的大多数日常用例来说，这并不是真正可行的，所以我们开始使用塑料封装和双列直插封装（DIP）。DIP封装（1964-1980年代）最早的DIP包装元件是由仙童半导体司的Bryant Buck Rogers在1964年时发明，在表面贴装技术问世之前的十年里，它被广泛应用。DIP在实际的裸片周围使用塑料封装外壳（编辑注：实际上陶瓷封装的军品芯片也大批采用了DIP封装），并有两排平行的突出的引脚，称为引线框架，与下面的PCB（印刷电路板）相连。实际的芯片通过键合线连接到两个引线框架，两个引线框架可以连接到印刷电路板（PCB）。DIP封装以复古的方式具有标志性，设计选择是可以理解的。实际的裸片将完全密封在树脂中，因此它带来了高可靠性和低成本，并且许多首批标志性的半导体都是以这种方式封装的。请注意，芯片通过导线连接到外部引线框架，这使其成为一种"引线键合"封装方法。稍后将对此进行详细介绍。下面是英特尔8008--实际上是第一批现代微处理器之一。注意它的标志性DIP封装。因此，如果你看到那些看起来像小蜘蛛的半导体的时髦照片，这只是一个DIP封装类的半导体。英特尔的原始微处理器，8008 家族然后，这些小金插针中的每一个都被焊接到PCB上，在那里它与其他电气元件和系统的其余部分接触。以下是封装如何焊接到PCB板上。PCB本身通常是由铜或其他电气元件由非导电材料层压而成。然后，PCB板可以将电信号从一个地方输送到另一个地方，并让个元件相互连接和通信。虽然DIP还有其他演绎版，但实际上是时候转向始于20世纪80年代的下一个封装技术范式或表面贴装封装了。表面贴装封装（1980-1990年代）下一步的变化不是通过DIP安装产品，而是引入表面贴装技术（SMT）。正如所暗示的那样，封装直接安装在PCB的表面上，并允许在一块基板上使用更多的元件并降低成本。下图是典型的表面贴装封装。这种封装有许多变体，在半导体创新的鼎盛时期，这一直是很长一段时间的主力。值得注意的是，大部分芯片都是4个侧面都有引脚。这遵循了封装的一般愿望，即占用更少的空间并增加连接带宽或I / O。每一项额外的进步都会考虑到这一点，并且是一种值得关注的模式。这个过程曾经是手动的，但现在是高度自动化的。此外，这实际上为PCB创造了相当多的问题，如popcorning。封装爆裂是指在焊接过程中，塑料封装内的水分被加热，由于快速加热和冷却，水分在PCB上造成问题。另一件需要注意的事情是，随着封装工艺的每一次提升，复杂性和故障也会随之增加球栅封装和芯片级封装（1990年代至2000年代）随着对半导体速度的需求不断提高，对更好封装的需求也在不断增加。虽然出现了QFN（四方扁平无引线）和其他表面贴装技术，但我想向你介绍一种我们在未来必须了解的封装设计的开端，这就是广泛使用的球栅阵列（BGA）封装的开始。这些焊球或凸起被称为焊料凸起/球这就是球栅阵列的外观，可以从下面直接将一块硅片安装到PCB或基板上，而不是像以前的表面贴装技术那样简单地将所有4端的角落贴上胶带。因此，这只是我上面列出的趋势的另一个延续，占用更少的空间，有更多的连接。现在，我们不再是用电线细细地连接每一侧的封装，而是直接将一个封装连接到另一个。这导致了密度的增加，更好的I/O性能，以及现在增加的复杂性，即你如何检查BGA封装是否工作。在这之前，封装主要是通过视觉检查和测试。现在我们无法看到封装，所以没有办法进行测试。我们可以X射线进行检查，以及更复杂的技术。现代封装（2000-2010年代）我们现在走进了现代封装的时代。上面描述的许多封装方案今天仍在使用，但是，您将开始看到越来越多的封装类型，并且这些封装类型将来会变得更加相关。公平地说，许多这些即将到来的技术是在过去几十年中发明的，但由于成本原因，直到后来才被广泛使用。倒装芯片这是你可能会读到或听到的最常见的封装之一。我很高兴能为你定义它，因为到目前为止，我读过的入门书中还没有一个令人满意的解释。倒装芯片是IBM很早就发明的，通常会被缩写为C4。就倒装芯片而言，它确实不是一种独立的封装形式，而是一种封装风格。它几乎就是只要在芯片上有一个焊接凸点就可以了。芯片不是用线粘合互连，而是翻转过来面对另一个芯片，中间有一个连接基板，所以叫 "倒装芯片"。从维基百科上的解释内容可以更好的理解什么是倒装芯片：在晶圆上创建集成电路芯片表面的焊盘被金属化每个焊盘上都沉积一个焊点芯片被切割芯片被翻转和定位，以便焊球面向电路然后将焊球重新熔化安装好的芯片用电绝缘胶进行底部填充引线键合请注意倒装芯片与引线键合有何不同。上面介绍的DIP封装这就是引线键合，其中芯片使用导线键合到另一种金属上，然后焊接到PCB上。引线键合不是一种特定的技术，而是一套较旧的技术，涵盖了许多不同类型的封装。引线键合是倒装芯片的前身。先进封装（2010年代至今）我们一直在缓慢地进入"先进封装"半导体时代，我现在想谈谈一些更高级的概念。实际上，有各种层次的"封装"适合这个思维过程。我们之前讲过的大多数封装，都集中在芯片封装到PCB上，但先进封装的开始其实是从手机开始的。手机在很多方面都是先进封装诸多方面的巨大前奏。这是有道理的！对于手机需要在尽可能小的空间内集成大量的芯片，比笔记本电脑或台式电脑密度大得多。所有东西都必须被动冷却，当然也要尽可能薄。这将封装推向了新的极限。我们讨论的许多概念都是从智能手机封装开始的，现在已经将自己推向了半导体行业的其他部分。芯片级封装（CSP）芯片级封装实际上比听起来要宽一些，最初意味着芯片大小的封装。技术定义是封装尺寸不超过芯片本身的1.2倍，并且必须是单芯片且可连接的。实际上，我已经向您介绍了CSP的概念，那就是通过倒装芯片。但CSP确实通过智能手机提升到了一个新的水平。这张照片中的所有东西都是芯片芯片的1.2倍大小，并且专注于节省尽可能多的空间。CSP时代有很多不同的风格，包括倒装芯片、右基板和其他技术，都属于这一类。晶圆级封装(WLP)但还有一个更小的级别--这就是 "终极 "芯片规模的封装尺寸，或在晶圆级封装。这几乎就是把封装放在实际的硅片本身。封装的就是硅片。它更薄，具有最高水平的I/O，而且显然会非常热，很难制造。先进的封装革命目前是在CSP的规模上，但未来将集中在晶圆上。这是一个有趣的演变，封装被实际的硅本身所包含。芯片是封装，反之亦然。与仅仅将一些球焊接到芯片上相比，这真的很昂贵，那么我们为什么要这样做呢？为什么现在对先进封装如此痴迷？先进封装：未来这是我长期以来一直在描述的趋势的一个顶峰。异构计算不仅是专业化要做的事，而且是我们如何将所有这些专业化的碎片放在一起的事。先进的封装是使这一切发挥作用的关键推动因素。让我们来看看苹果M1 - 一种经典的异构计算配置，特别是其统一的内存结构。对我来说，M1的诞生不是一个 "哗众取宠 "的时刻，而是异构计算即将爆发的一个奇特时刻。M1正在敲响未来的样子，许多人很快就会效仿苹果的做法。请注意，实际的SOC（片上系统）不是异构的--但是将内存靠近SOC的定制封装是异构的。M1采用2.5D封装将内存直接封装到处理旁边，不需要PCB连线，另一个非常好的高级封装的好例子是Nvidia的新款A100。再次注意到PCB上没有电线。HBM2 不像传统的 GDDR5 GPU 板设计那样需要围绕 GPU 的大量离散内存芯片，而是包括一个或多个多个内存芯片的垂直堆栈。存储芯片使用微小的导线进行连接，这些导线由硅通孔和微凸起形成。一个 8 Gb HBM2 芯片包含 5，000 多个硅通孔。然后使用无源硅中介层连接内存堆栈和GPU芯片。HBM2 堆栈、GPU 芯片和硅中介层的组合封装在单个 55mm x 55mm BGA 封装中。有关 GP100 和两个 HBM2 堆栈的图示，请参见图 9;有关具有 GPU 和内存的实际 P100 的显微照片，请参见图 10。这里的结论是，世界上最好的芯片都是用一种方式制造出来的，而且这种革命不会停止。接下来介绍高级封装的两个主要类别，2.5D和3D封装。2.5D封装2.5D有点像我们上面提到的倒装芯片的turbo版，但不是将单个裸片堆叠到PCB上，而是将裸片堆叠在单个中介层的顶部。我想这张图很好地说明了这一点。2.5D就像有一个地下室的门进入你邻居的房子，物理上是一个凸点或TSV（通过硅通孔）进入你下面的硅插板，这就把你和你的邻居连接起来。这并不比你实际的片上通信快，但由于你的净输出是由总的封装性能决定的，降低的距离和增加的两个硅片之间的互连超过了没有在一个单一的SOC上的所有缺点。这样做的好处是你可以使用 设计好的“小芯片”来快速拼凑更大更复杂的封装。如果能在一块硅片上完成就更好了，但这种工艺使制造变得更容易，特别是在较小的尺寸上。“小芯片”和2.5D封装可能会使用很长时间，它比3D封装更容易制造，也便宜得多。此外，它可以很好地扩展，并且可以与新的小芯片一起重复使用，从而通过更换小芯片来制造相同封装格式的新芯片。AMD的新的Zen3改进就是这样的，其中封装相似，但一些小芯片得到了升级。3D封装3D封装是一个“圣杯”圣杯，是封装的终极终结。可以这样比喻，现在，与其在地面上拥有所有1层楼高并由地下室连接的独立小房子，不如拥有一座巨大的摩天大楼，该摩天大楼是用适合功能所需的任何工艺定制的。这是3D封装 - 现在所有的封装都是在硅片本身上完成的。它是驱动更大、更复杂结构的最快、最节能的方法，这些结构是为任务而构建的，并将显著延长摩尔定律。未来我们可能无法获得更多的芯片尺寸收缩，但现在有了3D封装，我们仍然可以在未来改进我们的芯片，类似于以前的摩尔定律。而有趣的是，我们有一个整个半导体市场走向3D的明显例子--内存。存储器向3D结构的推进是对未来发展的一个很好的说明。NAND不得不采用3D结构的部分原因是它们在较小的几何尺寸上难以扩展。想象一下，内存是一座大型的3D摩天大楼，每一层都由一个电梯连接起来。这些被称为 "TSV "或通硅孔。这就是未来的样子，我们甚至有可能将GPU / CPU芯片堆叠在彼此上或在CPU上堆叠内存。这是最后的边疆，而现在我们正在迅速接近的边疆。在接下来的5年里，你可能会开始看到3D封装一遍又一遍地出现。2.5D/3D 封装解决方案快速概述我认为，与其进一步了解3D和2.5D封装，不如直接介绍一些正在使用的、你可能已经听说过的工艺。我想在这里重点谈谈晶圆厂所做的工艺，这些工艺是推动了3D/2.5D集成发展的。台积电的CoWoS这似乎是 2.5D 集成工艺的主力，由 Xilinx 率先推出。该过程主要集中在将所有逻辑芯片放入硅中介层上，然后放到封装基板上。一切都通过微凸起或球连接。这是一个经典的2.5D结构。台积电SOIC这个台积电的3D封装平台, 是一个相对较新的技术。。注意这个关于凸点密度和接合间距的惊人图表，SoIC在尺寸上甚至没有接近Flipchip或2.5D，而是在密度和特征尺寸方面几乎是一个前端工艺。这是对他们技术的一个很好的比较，但请注意，SoIC实际上有一个类似于3D堆叠的芯片堆叠，而不是中阶层2.5D集成。三星 XCube近年来，三星已成为更重要的代工厂合作伙伴，当然，为了不被超越，三星拥有了新的3D封装方案。在下面查看他们的XCube的视频。这里没有太多的信息，但我想强调的是，A100是在三星工艺上制造的，所以这可能是为Nvidia最近的芯片提供动力的技术。此外，在这里所有的公司中，三星可能有最丰富的tsv经验。英特尔 Foveros最后是英特尔的Foveros 3D封装。我们可能会看到英特尔在未来7nm及以后的"混合CPU"工艺中实现更多。他们在架构日已经非常明确地表示，这是他们前进的重点。有趣的是，在3D封装过程中，三星，台积电或英特尔之间并没有太大的区别。原文：https://semiwiki.com/semiconductor-services/308968-semiconductor-packaging-history-primer/
原创李家锋半导体杂谈2020年12月18日08：08Power short测试也是OS测试的一种，它测量的是电源pin short。为什么测量的是short，而不是open呢？如果电源pin出现open和short这两种情况，那么哪一种后果更严重呢？可想而知是short对芯片的影响更大，轻则使芯片不能正常工作，严重的还可能导致机台损坏，而open导致机台受损的概率非常小。因此相对于open，测试short显得格外重要。 那么再说一下测试power short的原理，其实很简单。只要给power pin一个电压测量电流即可，但有两点需要注意下。一点是给电压的大小，一点是存在多个电源pin的情况。我们先说给电压的大小，这时候我们给一个小电压即可（大的电压可能导致芯片工作产生大的电流），那么电压给多少合适呢？一般情况下0.05V~0.3V之间即可，具体根据情况而定。第二点就是如果存在多个电源pin，要给相同的电压么？一般不这么做，原因和OS_FUNC测试IO pin的一样，pin 与pin之间short如果给相同电压测不出来（思考下为什么）。因此做法是不同的电源pin给不同电压，如下图所示为多个电源pin测量power short给的电压值。对于电流的limit，一般是根据客户提供的spec写。如果客户没有明确的spec，也可拿golden芯片根据实际测量的结果去定，一般情况下为±1mA。来自微信
半导体行业观察2020年03月14日11：29作为一个芯片设计公司（fabless）,我们也非常关注集成电路产业链的各个环节，以此更好地给客户提供价值。这次我们给大家说说芯片测试相关。1测试在芯片产业价值链上的位置如下面这个图表，一颗芯片最终做到终端产品上，一般需要经过芯片设计、晶圆制造、晶圆测试、封装、成品测试、板级封装等这些环节。在整个价值链中，芯片公司需要主导的环节主要是芯片设计和测试，其余的环节都可以由相应的partner来主导或者完成。图（1）2测试如何体现在设计的过程中 下图表示的是设计公司在进行一个新的项目的时候的一般流程，从市场需求出发，到产品tape out进行制造，包含了系统设计、逻辑设计、电路设计、物理设计，到最后开始投入制造。最下面一栏标注了各个设计环节中对于测试的相关考虑，从测试架构、测试逻辑设计、测试模式产生、到各种噪声/延迟/失效模式综合、进而产生测试pattern，最后在制造完成后进行测试，对测试数据进行分析，从而分析失效模式，验证研发。所以，测试本身就是设计，这个是需要在最初就设计好了的，对于设计公司来说，测试至关重要，不亚于电路设计本身。图（2）设计公司主要目标是根据市场需求来进行芯片研发，在整个设计过程中，需要一直考虑测试相关的问题，主要有下面几个原因：1） 随着芯片的复杂度原来越高，芯片内部的模块越来越多，制造工艺也是越来越先进，对应的失效模式越来越多，而如何能完整有效地测试整个芯片，在设计过程中需要被考虑的比重越来越多。2） 设计、制造、甚至测试本身，都会带来一定的失效，如何保证设计处理的芯片达到设计目标，如何保证制造出来的芯片达到要求的良率，如何确保测试本身的质量和有效，从而提供给客户符合产品规范的、质量合格的产品，这些都要求必须在设计开始的第一时间就要考虑测试方案。3） 成本的考量。越早发现失效，越能减少无谓的浪费；设计和制造的冗余度越高，越能提供最终产品的良率；同时，如果能得到更多的有意义的测试数据，也能反过来提供给设计和制造端有用的信息，从而使得后者有效地分析失效模式，改善设计和制造良率。测试的各种对于芯片来说，有两种类型的测试，抽样测试和生产全测。抽样测试，比如设计过程中的验证测试，芯片可靠性测试，芯片特性测试等等，这些都是抽测，主要目的是为了验证芯片是否符合设计目标，比如验证测试就是从功能方面来验证是否符合设计目标，可靠性测试是确认最终芯片的寿命以及是否对环境有一定的鲁棒性，而特性测试测试验证设计的冗余度。这里我们主要想跟大家分享一下生产全测的测试，这种是需要100%全测的，这种测试就是把缺陷挑出来，分离坏品和好品的过程。这种测试在芯片的价值链中按照不同阶段又分成晶圆测试和最终测试（FT，也叫封装测试或者成品测试），就是上面图（1）中的红色部分。测试相关的各种名词：ATE-----------Automatic Test Equipment,自动化测试设备，是一个高性能计算机控制的设备的集合，可以实现自动化的测试。Tester---------测试机，是由电子系统组成，这些系统产生信号，建立适当的测试模式，正确地按顺序设置，然后使用它们来驱动芯片本身，并抓取芯片的输出反馈，或者进行记录，或者和测试机中预期的反馈进行比较，从而判断好品和坏品。Test Program---测试程序，测试机通过执行一组称为测试程序的指令来控制测试硬件DUT-----------Device Under Test,等待测试的器件，我们统称已经放在测试系统中，等待测试的器件为DUT。晶圆、单颗die和封装的芯片----如下面图（3）所示图（3）Wafer就是晶圆，这个由Fab进行生产，上面规则地放着芯片（die），根据die的具体面积，一张晶圆上可以放数百数千甚至数万颗芯片（die）。Package Device就是封装好的芯片，根据最终应用的需求，有很多种形式，这个部分由芯片产业价值链中的封装工厂进行完成。测试系统的基本工作机制：图（4）对测试机进行编写程序，从而使得测试机产生任何类型的信号，多个信号一起组成测试模式或测试向量，在时间轴的某一点上向DUT施加一个测试向量，将DUT产生的输出反馈输入测试机的仪器中测量其参数，把测量结果与存储在测试机中的“编程值”进行比较，如果测量结果在可接受公差范围内匹配测试机中的“编程值”，那么这颗DUT就会被认为是好品，反之则是坏品，按照其失效的种类进行记录。晶圆测试(wafer test,或者CP-chip probering)：就是在图（3）中的晶圆上直接进行测试，下面图中就是一个完整的晶圆测试自动化系统。Prober--- 与Tester分离的一种机械设备，主要的作用是承载wafer，并且让wafer内的一颗die的每个bond pads都能连接到probe card的探针上，并且在测试后，移开之前的接触，同时移动wafer，换另外的die再一次连接到probe card的探针上，并记录每颗die的测试结果。图（４）Probe Card---乃是Tester与wafer上的DUT之间其中一个连接介面，目的在连接Tester Channel 与待测DUT。大部分为钨铜或铍铜，也有钯等其他材质；材质的选择需要高强度、导电性及不易氧化等特性，样子如下面图（5）所示。图（5）当 probe card 的探针正确接触wafer内一顆 die的每个bond pads后, 送出start信号通过Interface给tester开始测试, tester完成测试送回分类讯号 ( End of test) 给Prober, 量产時必須 tester 与 prober 做连接(docking) 才能测试。最终测试(FT,或者封装测试)：就是在图（3）中的Package Device上进行测试.下图就是一个完整的FT的测试系统。对比wafer test，其中硬件部分，prober换成了handler，其作用是一样的，handler的主要作用是机械手臂，抓取DUT，放在测试区域，由tester对其进行测试，然后handler再根据tester的测试结果，抓取DUT放到相应的区域，比如好品区，比如坏品1类区，坏品2类区等。图（6）而probe card则换成了load board,其作用是类似的，但是需要注意的是load board上需要加上一个器件—Socket,这个是放置package device用的，每个不同的package种类都需要不同的socket，如下面图（7）所示，load board上的四个白色的器件就是socket。图（7）Handler 必须与 tester 相结合(此动作叫 mount 机)及接上interface才能测试, 动作为handler的手臂将DUT放入socket，然后 contact pusher下压, 使 DUT的脚正确与 socket 接触后, 送出start 讯号, 透过 interface 给 tester, 测试完后, tester 送回 binning 及EOT 讯号; handler做分类动作。如何进行一个产品的测试开发各种规格书：通常有三种规格书，设计规格书、测试规格书、产品规格书。设计规格书，是一种包含新电路设计的预期功能和性能特性的定义的文档，这个需要在设计项目启动阶段就要完成，通常由市场和设计人员共同完成，最终设计出来的产品的实际功能和性能需要和设计规格书的规定进行比较，以确认本次设计项目的完成度。测试规格书，其中包含详细的逐步测试程序、条件、方法，以充分测试电路，通常由设计人员和产品验证工程师在设计过程中完成。产品规格书，通常就是叫做datasheet，由设计公司对外发布的，包含了各种详细的规格、电压、电流、时序等信息。测试计划书：就是test plan,需要仔细研究产品规格书，根据产品规格书来书写测试计划书，具体的需要包含下面这些信息：a)DUT的信息，具体的每个pad或者pin的信息，CP测试需要明确每个bond pads的坐标及类型信息，FT测试需要明确封装类型及每个pin的类型信息。b)测试机要求，测试机的资源需求，比如电源数量需求、程序的编写环境、各种信号资源数量、精度如何这些，还需要了解对应的测试工厂中这种测试机的数量及产能，测试机费用这些。c)各种硬件信息，比如CP中的probe card, FT中的load board的设计要求，跟测试机的各种信号资源的接口。d)芯片参数测试规范，具体的测试参数，每个测试项的测试条件及参数规格，这个主要根据datasheet中的规范来确认。类型与下面图（8）这样图（8）e)测试项目开发计划，规定了具体的细节以及预期完成日期，做到整个项目的可控制性和效率。测试项目流程：桃芯科技目前量产的是BLE的SOC产品，里面包含了eflash、AD/DA、 LDO/BUCK、RF等很多模块，为了提供给客户高品质的产品，我们针对每个模块都有详细的测试，下面图（9）是我们的大概的项目测试流程：图（9）Open/Short Test: 检查芯片引脚中是否有开路或短路。DC TEST: 验证器件直流电流和电压参数Eflash TEST: 测试内嵌flash的功能及性能，包含读写擦除动作及功耗和速度等各种参数。Function TEST: 测试芯片的逻辑功能。AC Test: 验证交流规格，包括交流输出信号的质量和信号时序参数。Mixed Signal Test: 验证DUT数模混合电路的功能及性能参数。RF Test: 测试芯片里面RF模块的功能及性能参数。上面我们给大家介绍了芯片的测试目的，原理，以及方法和流程，接下来我们将比较详细的给大家介绍芯片的错误类型，对应的测试策略，以及跟芯片整体质量相关的一些具体测试方法。 半导体芯片的defects、Faults芯片在制造过程中，会出现很多种不同类型的defects,比如栅氧层针孔、扩散工艺造成的各种桥接、各种预期外的高阻态、寄生电容电阻造成的延迟等等,如下面图（1）所示，大概展示了各种基本的defects。图（1）这些defects单独、或者组合一起，造成了电路的表现不符预期，这就是造成了Faults.而且各种Faults的表现也是不一样的：永久的Faults,就是彻底的坏品，各种不同的条件下都会表现出来，易于测试发现。间或的Faults,时有发生的不符合预期，不是总能发现，需要一定的外部条件刺激。偶然的Faults,只是偶然的，在特定的外部硬件或者工作模式条件下才表现出来。可靠性问题的Faults,这种一般不会表现出来，只会在一些极端条件才会表现出来，比如高低温或者偏压情况下。为了更有效地检测出各种faults、避免浪费更多芯片的资源、节省费用，业界定义了很多种Faults Model,并提供了各种测试方法论。Stuck At Faults工艺制造过程中造成的硬件defects，使得某个节点Stuck At 0或者Stuck At 1, 如下面图（2）所示的一个或非门：输入节点x1发生了Stuck At 0的defect; x1和x2输入了00时候，Q1和Q2断开，Q3和Q4导通， z输出为H，正确；x1和x2输入了01时候，Q1和Q3断开，Q2和Q4导通， z输出为L，正确；x1和x2输入了10时候，此时x1被Stuck At 0了，等同于输入00，结果还是Q1和Q2断开，Q3和Q4导通，z输出为H，错误；至此，通过输入00，01，10就发现了这个defect。这种顺序输入00，01，10，而比较z输出的结果与预期的值进行判断的方法，就是所谓的Function测试。图（2）那对于一个电路，需要生成多少pattern，能达到多少的测试覆盖率呢？下面图（3）就以一个与门为例，说一下生产测试向量及计算测试覆盖率的基本理念。图（3）如上面图示，一个与门，有三个节点a、b、c, 每个节点都有两种fault的情况(Stuck At 0或者1)，那么一共就有6种stuck-at faults情况：a0,a1,b0,b1,c0,c1.那么如上面图中列出的，需要输入（1，0），（0，1），（1，1）可以完全测试出所有的6种可能的Stuck-at Faults的情况，测试覆盖率为：可以发现的faults/所有可能的Faults，上面的输入的测试覆盖率为100%。Stuck Open(off)/Short(on) Faults制造过程种造成的晶体管的defects，使得某个晶体管常开或者常闭了,如下面图（4）所示的时一个晶体管发生了Stuck Open(off)的错误了。图（4）如上图，这种Stuck open可以用两组Stuck At的向量进行测试，AB输入从10变换到00，可以检测出这种Stuck Open的fault，也就是说大部分的Stuck Open/Short的faults都是可以通过Stuck At model的测试向量覆盖的。这种通过向量（function）的方式来测试Stuck Open/short，可能需要非常多的测试图形，需要的测试时间和成本都很多。还有一种测量电流的方式，也可以有效的测试一些这种Stuck open/short的faults，但是会节省很多测试时间和测试成本。如下面图（5）上半部分所示，右边的那个P沟道MOS管发生了Stuck short(on)的faults，图的下半部分展示了输入AB的四种不同的情况，当AB输入为00时，看起来这个晶体管表现的正常；但是当AB输入为11时，地和电源间存在一个直接导通的电路，输出端Z的状态是异常的。图（5）此时VDD上的漏电比较大，也可以通过测量VDD上面的电流来判断正误，即IDDQ的测试方法，后面会详细的介绍这种方法。桥接（Bridge Faults）桥接缺陷是由于电路中两个或多个电节点之间短路造成的，而设计中并未设计这种短接。这些短接的节点可能是某一个晶体管的，也可能是几个晶体管之间的，可能处于芯片上同一层，也可能处于不同层。下面图（6）是桥接缺陷的几种图例。图（6）上图中，(a)是因曝光不足导致7条金属线桥接子在一起的情形；（b）是外来颗粒的介入导致4条金属线桥接在一起的情形；（c）是因掩模划伤导致桥接的情形；（d）是1um大小的缺陷造成短路的情形；（e）是金属化缺陷导致2条金属线桥接的情形；（f）则是层间短路情形。上述情形中虽然导致缺陷的原因各有不同，但结果都是桥接。同样的，桥接测试也可以通过电压的方法完成，即run pattern方式，也就是stuck at的模式进行检测，但是电流测试是发现电压测试无法检查的故障的有效方法。下面图（7）表示的是mos管的source和drain桥接了。图（7）上面图中，因为上面的P沟通的MOS管的source和drain桥接了，电源VDD上会有很大的漏电，用电流测试方法，可以很快发现问题。开路故障（Open）开路缺陷是制造工艺不当造成的，物理缺陷中大约40%属于开路缺陷。典型的开路缺陷包括线条断开、线条变细、阻性开路和渐变开路等。如下面图（8）所示：图（8）图中（a）和（b）是电路存在开路的情形，（c）则是造成同时开路和短路缺陷的情形。开路缺陷的形式取决于缺陷的位置及大小。例如，对于栅极开路（一般称为浮栅，floating gate）这种缺陷，在缺陷面积小的情况下，隧道电流仍可流动，但信号的上升和下降时间增加；在缺陷面积大的情况下，输入信号就在栅极形成耦合，形成的浮栅就获得偏压，此电压可能导致晶体管导通，因此开路故障是否可检测，取决于缺陷的面积和位置。开路缺陷不一定都可以用Stuck At的模式检测到，如下面图（9）所示：图（9）上图中，红线部分表示那个mos管的drain与输出开路了，当顺序输入ab为00、01、10、11，从01变换为10的时候，输出Q保持了上面一个状态1,看起来还是正常的，这种情况下，就没有检测出来这个fault。但是如果调整一下输入的向量的顺序为00、01、11、10，就可以发现这个fault。通过IDD的测试方法，也可以测试出一些open缺陷，如下面的图（10）所示图（10）上面红色表示open的缺陷，当输入ABCD为1111时，输出O为0，当输出转为0001时候，在x、y和o之间出现了充放电，会有大电流出现。延迟缺陷（delay faults）在一些高速芯片应用中，延迟缺陷特别重要，这种缺陷有很多原因，比如小面积的open导致某段线路的阻值偏大。如下面图（11）所示：图（11）这个path的delay已经超过了一个clock的间隙，通过stuck At的测试方式，可以检测到这个缺陷。但是有的时候，延迟没有超过clock的间隙，就会造成潜在的失效，在某些情况下，比如硬件变化、外界温度变化等，延迟超过clock的间隙，导致缺陷。这种延迟缺陷，可以通过AC测试的方法进行补充，比如测试上升沿的时间、下降沿的时间等等。2 Pattern向量测试及IDDQ测试方法上面给大家介绍了一下各种失效模式及测试原理。通过Pattern向量测试，加以电流测试为补充，可以有效地测试各种faults。Pattern向量测试的方法设计人员对某种fault模型进行仿真，给出波形向量，通常是VCD格式或者WGL格式，测试人员需要结合时序、电平和逻辑，进行编程，来对芯片输入向量，以检测输出。如下面图（12）表示的就是测试机force给芯片的一段波形。图（12）而芯片在接受到这段输入的波形后，运行特定的逻辑，输出波形如下面图（13），测试机需要在指定的strobe window进行比较输出的与预期的逻辑值的情况，以此来判断DUT是否逻辑功能正常。图（13）下面图（14）是一个AND gate的逻辑测试的例子，实际的输出会有波动，如图中的紫色的波形，在Edge Strobing地方（pattern的timing设定的）采样到此时的输出为High的状态，表明此AND Gate的逻辑功能是正常。图（14）IDDQ测试的方法：CMOS电路具有低功耗的优点，静态条件下由泄露电流引起的功耗可以忽略，仅仅在转换期间电路从电源消耗较大的电流。Q代表静态(quiescent),则IDDQ表示MOS电流静态时从电源获取的电流。IDDQ测试是源于物理缺陷的测试，也是可靠性测试的一部分，其有着测试成本低和能从根本上找出电路的问题（缺陷）所在的特点。即若在电压测试生成中加入少量的IDDQ测试图形，就可以大幅度提高电压测试的覆盖率。即使电路功能正常，IDDQ测试仍可以检测出桥接、短路、栅氧短路等物理缺陷。测试方法如下面图（15）所示图（15）Step1: 给VDD上最高电压，并且tester的电压源设定一个钳制电流，防止电流过大损测试机。Step2: run一个特定condition的pattern，去toggle尽量多的晶体管on。等待 5~10ms。Step3: 量测流过VDD上的电流。Step4: run另外一个特定condition的pattern，去toggle尽量多的晶体管off。等待5~10ms。Step5: 量测流过VDD上的电流。Step6: 重复上述的step2到step5的步骤大概5~10次，取读出的平均值。跟datasheet中的规范进行比较。各种测试的测试覆盖率的大概情况如下面图（16）所示：图（16）如上图所示，hardware直接量测是最直接的方法，但是这种方法可以测试的电路有限，很多内部电路无法通过这种方法完成。而Stuck At测试和IDDQ测试的组合，可以有效的在时间和成本经济的情况下提高测试覆盖率。3其它的Hardware测试介绍连通性测试介绍连通性测试是测试芯片的管脚是否有确实连接到测试机之上，芯片的管脚之间是否有短路的一种测试，通常情况下，这项测试会放在第一项进行，因为连通性测试可以很快发现测试机的setup问题，以及芯片管脚开短路的问题，从而在第一时间发现bad dut，节省测试成本。如下图（17）所示的一个封装芯片的剖面图，造成连通性失效主要有这几个原因：a) 制造过程中的问题，引起某些pin脚的开短路。b) 封装中的missing bonding wires,会造成开路。c) 静电问题，造成某个pin被打坏从而造成开短路问题。d) 封装过程中造成的die crack或者某个pin脚的弯曲。图（17）这个测试主要是去测试pin的ESD保护二极管。一般情况下，会把open/short测试放在一个项目里同时测试，也有情况是需要分开测试这两个项目。测试某个pin到ground/其它pin之间的连通性，如下图（18），图（18）Step1: 所有不测试的pin都置0v。Step2: 在需要测试的pin上source一个-100uA的电流。Step3: 量测这个在测试的pin上的电压--如果tester与这个测试pin接触很好，并且这个pin本身没有任何的开路或者短路到VDD/ground/其它的pin脚上，那么理想的测试到的电压会是-0.7v。--如果这个在测试的pin有开路的fault，会量测到一个大的负电压。--如果这个在测试的pin有短路到vdd/ground/其它的pin上，会量测到一个接近0v的电压。考虑到实际的电路的情况，一般limit设置为-1.5V ~-0.2V。测试某个pin到VDD/其它pin之间的连通性，如下图（19）图（19）Step1: 所有不测试的pin都置0v。Step2: 在需要测试的pin上source一个100uA的电流。Step3: 量测这个在测试的pin上的电压。--如果tester与这个测试pin接触很好，并且这个pin本身没有任何的开路或者短路到VDD/ground/其它的pin脚上，那么理想的测试到的电压会是0.7v。--如果这个在测试的pin有开路的fault，会量测到一个大的正电压。--如果这个在测试的pin有短路到vdd/ground/其它的pin上，会量测到一个接近0v的电压。考虑到实际的电路的情况，一般limit设置为0.2V~1.5V。DC参数测试（DC Parameters Test）DC参数的测试，一般都是force电流测试电压或者force电压测试电流，主要是测试阻抗性。一般各种DC参数都会在datasheet里面标明，测试的主要目的是确保delivery的芯片的DC参数值符合规范。IDD测试IDD测试（或者叫做ICC测试），在CMOS电路中是测试Drain to Drain的流动电流的，在TTL电路中是测试Collector to Collector的流动电流。如下面图（20）所示：图（20）Gross IDD/ICC Test (power pin short test)电源pin的短路测试，通常Open/short测试后马上进行，如果在制造过程中有issue，导致了电源到地的短路，会测试到非常大的电流，也会反过来损害到测试机本身。测试的基本方法如下面图（21）所示图（21）Step1: 给VDD上最高电压，并且tester的电压源设定一个钳制电流，防止电流过大损测试机。Step2: 所有的输入pin置高，所有的输出pin置0. 等待5~10ms。Step3: 量测流过VDD上的电流，正向或者反向电流过高都说明电源到地短路了。Static IDD/ICC Test (静态功耗测试)这个项目是测试当芯片在静态或者idle state的情况下，流过VDD的漏电，这个参数对低功耗应用场景特别重要；这项测试也能检测出一些在制造中产生的margin defect，这些defect非常有可能会给芯片带来潜在的可靠性风险。测试方法与下面图（22）所示图（22）Step1: 给VDD上最高电压，并且tester的电压源设定一个钳制电流，防止电流过大损测试机。Step2: 跑pre-condition pattern,把芯片设置到低功耗状态。等待5~10ms。Step3: 量测流过VDD上的电流，根据datasheet中的标识设定limit，超过limit即表示坏品。Dynamic IDD/ICC Test (动态功耗测试)这个项目是测试当芯片在不停地运行某种function的情况下，流过VDD的电流。这个类似于某种工作情况下的功耗，需要meet产品spec中的值，对于功耗要求严格的应用方案，此项指标非常重要。测试方法如下面图（23）所示：图（23）Step1: 给VDD上最高电压，并且tester的电压源设定一个钳制电流，防止电流过大损测试机。Step2: 让芯片持续不断的运行特定的pattern,等待5~10ms。Step3: 量测流过VDD上的电流，根据datasheet中的标识设定limit，超过limit表示坏品。Leakage测试芯片内部晶体管不可能在理想的状态，因此或多或少会存在一定的漏电流，需要测试漏电，保证漏电是在正常的允许的范围内，而不是潜在的defect。Input Leakage Test（IIH and IIL）IIH是当芯片的某个input pin被设定为输入VIH时，从这个input pin到芯片的ground之间的漏电流，如下图（24）所示图（24）IIL是当芯片的某个input pin被设定为输入VIL时，从芯片的VDD 到这个input pin的之间的漏电流，如下图（25）所示图（25）Output Tristate Leakage Test（IOZL and IOZH）Tristate表示的是输出pin是高阻状态，当这个时候，如果输出pin上有电压VDD，那么从输出pin到芯片的ground上会有漏电（IOZH）；如果输出pin接地，那么从芯片的VDD到这个输出pin上也会有漏电（IOZL），如下面图（26）所示，这些漏电必须保持在spec规定的范围内，以确保芯片的正常工作，不会有潜在的defect产生。图（26）Output Logic Low DC Test（VOL/IOL）VOL表示的是当输出pin为状态low的时候的最大电压，IOL表示的是在此种状态下这个输出pin的最大的电流驱动能力，这个项目是测试当此状态下的输出pin对地的电阻大小，如下面图（27）所示。图（27）Output Logic High DC Test（VOH/IOH）VOH表示的是当输出pin为状态high的时候的最小电压，IOH表示的是在此种状态下这个输出pin的最大的电流驱动能力，这个项目是测试当此状态下的芯片的VDD到这个输出pin的电阻大小，如下面图（28）所示。图（28）随着芯片工艺越来越先进，晶体管密度越来越高，芯片测试的复杂度和难度也成倍地增长。本文通过各种失效模式及检测机理的讨论，梳理了一下基本的测试概念。后续我们会再针对混合信号测试、RF测试、DFT测试进行一些探讨，谢谢！*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。今天是《半导体行业观察》为您分享的第2248期内容，欢迎关注。来自微信
材料的显微分析能获得材料的组织结构，揭示材料基本性质和基本规律，在材料测试技术中占重要的一环。对各种显微分析设备诸如SEM、TEM、AFM、STM等，各位材料届的小伙伴一定不会陌生。最近小编发现一些电镜动画，被惊艳到，原来枯燥无味的电镜可以变得这么生动，闲言少叙，下面就和大家一起来分享。扫描电子显微镜（SEM）扫描电镜成像是利用细聚焦高能电子束在样件表面激发各种物理信号，如二次电子、背散射电子等，通过相应的检测器来检测这些信号，信号的强度与样品表面形貌有一定的对应关系，因此，可将其转换为视频信号来调制显像管的亮度得到样品表面形貌的图像。SEM工作图入射电子与样品中原子的价电子发生非弹性散射作用而损失的那部分能量（30～50eV）激发核外电子脱离原子，能量大于材料逸出功的价电子从样品表面逸出成为真空中的自由电子，此即二次电子。电子发射图二次电子探测图二次电子试样表面状态非常敏感，能有效显示试样表面的微观形貌，分辨率可达5～10nm。二次电子扫描成像入射电子达到离核很近的地方被反射，没有能量损失；既包括与原子核作用而形成的弹性背散射电子，又包括与样品核外电子作用而形成的非弹性背散射电子。背散射电子探测图用背反射信号进行形貌分析时，其分辨率远比二次电子低。可根据背散射电子像的亮暗程度，判别出相应区域的原子序数的相对大小，由此可对金属及其合金的显微组织进行成分分析。EBSD成像过程透射电子显微镜（TEM）透射电镜是把经加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样件上，电子与样品中的原子碰撞，而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此，可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件上显示出来。TEM工作图TEM成像过程STEM成像不同于平行电子束的TEM，它是利用聚集的电子束在样品上扫描来完成的，与SEM不同之处在于探测器置于试样下方，探测器接收透射电子束流或弹性散射电子束流，经放大后在荧光屏上显示出明场像和暗场像。STEM分析图入射电子束照射试样表面发生弹性散射，一部分电子所损失能量值是样品中某个元素的特征值，由此获得能量损失谱（EELS），利用EELS可以对薄试样微区元素组成、化学键及电子结构等进行分析。EELS原理图*本文来源于新材料在线®，内容仅为全部的1/2。完整版内容可下载最新版本新材料在线®APP查看2018-07-02来自微信
芯片在ATE阶段主要是检测什么？ATE在芯片制造过程中处于什么阶段？（2022-08-05）
芯片在测试阶段主要检测其在制造过程中的缺陷。ATE测试是在post-silicon阶段，也就是制造完成后，对芯片进行测试。为什么要做测试？在这里要引出来两个概念defects和fault models，也就是是缺陷和故障模型。缺陷：是指电路因物质方面的原因而改变了其本来的结构，它出现在器件制造或使用阶段，通常是指因制造加工条件的不正常和工艺设计有误等造成电路不正常的物理结构，例如引线的开路、短路等.故障：是缺陷抽象级的表示，由于引起芯片发生故障的制造缺陷原因多种多样，为了便于分析和判断故障，需要将故障的特征进行抽象和分类，把呈现同样效果的故障归并成同一种故障类型，并使用同一种描述方法，这种故障描述方式称为故障模型。ATE测试就是为了检查制造缺陷过程中的缺陷。更接下来谈谈ATE，之前在另一个回答下也详细介绍过。芯片测试概述芯片测试分两个阶段，一个是CP（Chip Probing）测试，也就是晶圆（Wafer）测试。另外一个是FT（Final Test）测试，也就是把芯片封装好再进行的测试。CP测试的目的就是在封装前就把坏的芯片筛选出来，以节省封装的成本。同时可以更直接的知道Wafer 的良率。CP测试可检查fab厂制造的工艺水平。现在对于一般的wafer成熟工艺，很多公司多把CP给省了，以减少CP测试成本。具体做不做CP测试，就是封装成本和CP测试成本综合考量的结果。一片晶圆越靠近边缘，die（一个小方格，也就是一个未封装的芯片）出问题的概率越大。随着芯片规模的越来越大，测试也更为复杂。ATE（Automatic Test Equipment）也就应运而生。 目前ATE公司最大的是Teradyne和爱德万，NI目前也在做这一块，并且很多小公司都在用NI的仪器。国内的公司知名的有长川科技。ATE作为集成了众多高精密的Instruments的设备，价格自然不菲。一台泰瑞达的高端Ultra Flex可以买上海的几套房！芯片测试流程在测试之前，当然要有ATE设备，CP测试需要Probe Card, FT测试需要Load board, Socckt等。来一张全家福吧。最下边左一是Load Board(又叫DUT Board), 左二是Probe Card.然后由芯片设计公司来提供Design Spec和Test Spec(datasheet)来制定Test Plan,开发测试程序，建立测试项。Test Plan示意图：一般测试通常包含以下测试项：DC parameters Test主要包含以下测试，Continuity测试(又称open/short test)主要是检查芯片的引脚以及和机台的连接是否完好。其余的测试都是检查DC电气参数是否在一定的范围内。Continuity TestLeakage Test (IIL/IIH)Power Supply Current Test (IDDQ)Other Current/Voltage Test (IOZL/IOZH, IOS, VOL/IOL, VOH/IOH)LDO，DCDC 电源测试。以下这张图就是open/short test原理示意图，DUT（Device Under Test）的引脚都挂有上下两个保护二极管，根据二极管单向导通以及截至电压的特性，对其拉/灌电流，然后测试电压，看起是否在设定的limit范围内。整个过程是由ATE里的instruments PE(Pin Electronics)完成的。Digital Functional Test这部分的测试主要是跑测试向量（pattern），pattern则是设计公司的DFT工程师用ATPG（auto test pattern generation）工具生成的。pattern测试基本就是加激励，然后捕捉输出，再和期望值进行比较。与Functional Test相对应的的是Structure Test，应用Structure Test能更好的提高覆盖率。当然还有Build-in-Self-Test (BIST）主要是针对memory进行的测试。AC Parameters Test主要是AC Timing Tests，包含Setup Time, Hold Time, Propagation Delay等时序的检查。ADC and DAC Test主要是数模/模数混合测试，检查信号经过ADC/DAC后的信号是否符合期望，这个地方涉及到的信号知识比较多。总体来说包含静态测试和动态测试。Static Test – Histogram method (INL, DNL)Dynamic Test – SNR, THD, SINAD其他测试除了以上常规测试项，根据芯片的类型不同可能会进行不同的测试，比如RF测试，SerDes高速测试。除此之外还有Efuse测试，Efuse最终会在芯片上烧写这个芯片的基本信息，包括制造厂商代号，wafer的批次及编号，这个die在wafer上的坐标以及时间等，方便后续对有问题芯片的溯源。一个基本的测试流程图如下： 测试流程图 所有的测试项都是在ATE上执行的，一般会执行几秒到几十秒，因为ATE是根据机时来付费的（很少有海思，苹果这种土豪公司一次买数十台），所以缩短测试时间变得尤其重要！另外一般芯片在量产测试的时候，都是百万颗或者千万颗，每个芯片节省一秒，总体来说缩短的时间还是很可观的。在测试执行完成后，ATE会输出一个Datalog，以显示测试结果。对于测试pass或fail测试项的不同，也会对其进行分类(Bin)，最后由Handler分拣。datalog 示意图：以上就是芯片的测试完整流程。再放两张芯片测试的封测厂/实验室的环境图： 封测厂需要穿静电服 写在最后：一个完备的的芯片测试不是靠芯片测试工程师一个人完成的，而是需要设计工程师，DFT工程师的支持，以及由可靠的EDA工具，优秀的硬件支撑等多方因素共同决定的。芯片测试是极其重要的一环，有缺陷的芯片能发现的越早越好。在芯片领域有个十倍定律，从设计-->制造-->封装测试-->系统级应用，每晚发现一个环节，芯片公司付出的成本将增加十倍！！！所以测试是设计公司尤其注重的，如果把有功能缺陷的芯片卖给客户，损失是极其惨重的，不仅是经济上的赔偿，还有损信誉。因此芯片测试的成本也越来越高！在 IC 行业，每一个环节都要十分小心，一次流片的费用在数十万美金，一天的ATE机台使用几百美金。而一个芯片的利润可能只有几美分。这也是IC行业投资周期长，收益少的原因，基本前几年都在亏钱。幸运的是国家越来越重视芯片了，期待国内IC发展能越来越好。摘自知乎有道云笔记2022-08-05 13:45:35
关于CP和FT的测试,我本来以为这个话题已经是业界常识,不需要专门再谈了.不过前几天和一个设计公司的主管交流了一下,发现其实很多非测试专业的从业人员对这两个概念其实了解并不像我以为的那样深刻.所以,我还是有必要在这里再谈一下按照国际惯例,首先需要再解释一下什么是CP和FT测试.CP是(ChipProbe)的缩写,指的是芯片在wafer的阶段,就通过探针卡扎到芯片管脚上对芯片进行性能及功能测试,有时候这道工序也被称作WS(WaferSort);而FT是Final Test的缩写,指的是芯片在封装完成以后进行的最终测试,只有通过测试的芯片才会被出货由于测试治具上的差异,CP和FT的不同点并不仅仅限于所处的工序阶段不同,两者在效率和功能覆盖上都有着明显的差异,这些信息是每一个IC从业人员需要基本了解的在绝大多数情况下,特别是在国内,我们目前在CP测试上选用的探针都还是悬臂针(也有叫环氧针的,因为针是用环氧树脂固定的缘故).这种类型的针比较长,而且是悬空的,信号完整性控制上非常困难,所以一般数据的最高传输率只有100~400Mbps,高速信号的测试是几乎不可能的;另外,探针和pad的直接接触在电气性能上也有局限,容易产生漏电和接触电阻,这对于高精度的信号测量也会带来巨大的影响.所以,通常CP测试仅仅用于基本的连接测试和低速的数字电路测试当然,理论上在CP阶段也可以进行高速信号和高精度信号的测试,但这往往需要采用专业的高速探针方案,如垂直针/MEMS探针等技术,这会大大增加硬件的成本.多数情况下,这在经济角度上来说是不合算的那这样一来,我们还需不需要CP测试?或者在CP测试阶段如何对具体测试项目进行取舍呢?要回答这个问题,我们就必须对CP的目的有深刻的理解.那CP的目的究竟是什么呢?首先,CP最大的目的就是确保在芯片封装前,尽可能地把坏的芯片筛选出来以节约封装费用.所以基于这个认识,在CP测试阶段,尽可能只选择那些对良率影响较大的测试项目,一些测试难度大,成本高但fail率不高的测试项目,完全可以放到FT阶段再测试.这些项目在CP阶段测试意义不大,只会增加测试的成本.要知道,增加一个复杂的高速或高精度模拟测试,不仅仅会增加治具的成本,还会增加测试机台的费率和增加测试时间.这些测试项目在FT阶段都是要测试的,所以没有必要放在CP阶段重复进行了其次,一些芯片的部分模组地管脚在封装的时候是不会引出来了,也就是说在FT阶段这些模组很难甚至无法测量.在这样的情况下,测试就必须在CP阶段进行.这也是必须进行CP测试的一个重要原因还有一种特殊情况,芯片的封装是SIP之类的特殊形式.一方面这种封装形式在FT阶段可测性较低,而且多芯片合封的情况下,整体良率受每颗die的良率影响较大,所以一般需要在封装前确保每颗die都是好品(KGD: Known Good Die).这种情况下,往往无论多困难,都需要在CP阶段把所有测试项目都测一遍了所以，基于以上的认识，我们就比较容易在具体项目中判断CP测试项目的取舍了.简单而言:1)因为封装本身可能影响芯片的良率和特性,所以芯片所有可测测试项目都是必须在FT阶段测试一遍的.而CP阶段则是可选2)CP阶段原则上只测一些基本的DC,低速数字电路的功能,以及其它一些容易测试或者必须测试的项目.凡是在FT阶段可以测试,在CP阶段难于测试的项目,能不测就尽量不测.一些类似ADC的测试,在CP阶段可以只给几个DC电平,确认ADC能够基本工作.在FT阶段再确认具体的SNR/THD等指标3)由于CP阶段的测试精度往往不够准确,可以适当放宽测试判断标准,只做初步筛选.精细严格的测试放到FT阶段4)如果封装成本不大,且芯片本身良率已经比较高.可以考虑不做CP测试,或者CP阶段只做抽样测试,监督工艺5)新的产品导入量产,应该先完成FT测试程序的开发核导入.在产品量产初期,FT远远比CP重要.等产品逐渐上量以后,可以再根据FT的实际情况,制定和开发CP测试以上只是根据我个人的经验总结的一些最基本的CP/FT测试常识.事实上,在具体的项目中,会有很多复杂的问题出现,这些问题的对应和解决不是我短短一篇文章所能全部覆盖到的.本文的作用只是给广大非测试专业的从业人员提供一些最基本的概念信息.在实际的案例中,往往需要具体问题具体分析.总而言之,对于任何一家设计公司而言,优秀的测试工程师或团队是确保产品良率和成本控制币不可少的因素
SOP（ Small Outline Package ）小外形封装，指鸥翼形 (L 形 )引线从封装的两个侧面引出的一 种表面贴装型封装。 1968 ～ 1969 年飞利浦公司就开发出小外形封装（ SOP）。以后逐渐派生出 SOJ（ J 型引脚小 外形封装） 、TSOP（薄小外形封装） 、VSOP （甚小外形封装） 、SSOP（缩小型 SOP）、TSSOP（薄 的缩小型 SOP）及 SOT（小外形晶体管） 、 SOIC （小外形集成电路）等。在引脚数量不超过 40 的领域， SOP 是普及最广的表面贴装封装，典型引脚中心距 1.27mm(50mil) ，其它有 0.65mm 、 0.5mm ；引脚数多为 8～ 32；装配高度不到 1.27mm 的 SOP 也称为 TSOP 。表 1、常用缩写代码含义二、宽体、中体、窄体以及 SO、SOP、SOIC之争。在事实上，针对 SOIC 封装的尺寸标准，不同的厂家分别或同时遵循了两种不同的标准 JEDEC （美国联合电子设备工程委员会）和 EIAJ （日本电子机械工业协会），结果就导致了“宽体、中体和窄体”三个分支概念的出现，把很多人搞得晕头转向，也激起很多砖家在“宽体、中体、窄体以及 SO、SOP、SOIC ”几个概念之间争得死去活来。 还有许多来自不同半导体制造商的封装不属于上述标准。 另外， JEDEC 和 EIAJ 这两种标准 的名称也并非总是被用于制造商的产品目录和数据表中，除此以外，不同制造商之间的描述系 统也不统一。 其实，静下心来，仔细看一下两个封装标准，再对比几种常见的元件尺寸，不难发现，规律其实并不复杂：1、 单从字面上理解，其实 SO=SOP=SOIC 。2、 混乱现象主要出现在管脚间距 1.27mm 的封装上，多为 74 系列的数字逻辑芯片。3、 两个标准对代码缩写各有自己的习惯：EIAJ 习惯上使用 SOP（ 5.3mm 体宽）；JEDEC 习惯上使用 SOIC （ 3.9mm 与 7.5mm 两种体宽）；也有些公司并不遵守这个习惯，如 UTC ，使用 SOP（ 3.9mm 与 7.5mm 两种体宽）；另有很多制造商使用 SO、 DSO、 SOL 等。4、 两个标准规定的尺寸不同，互不兼容，其差异主要体现在宽度 WB 和 WL 上，下表给出了常用 SOP 封装在两个标准下的 WB 与 WL 值：表 2、 SOP 封装在 JEDEC 和 EIAJ 标准下的尺寸差异其中 WB 与 WL 的含义如下：名词解释它们之间主要有两点区别：相邻引脚中心间距；相对引脚中心间距。8-pin plastic SOP
什么是 3D-IC？三维集成电路 (3D-IC) 是一种用于半导体封装的芯片堆叠技术，为半导体行业带来了新的效率、功率、性能和外形尺寸优势。3D-IC 电路是在单个封装上通过晶圆彼此堆叠或芯片与晶圆堆叠而成，各层之间通过硅通孔 (TSV) 实现互连。3D-IC 将更先进的功能封装在较小的外形尺寸内，同时能够提高性能和降低成本，有望实现“超越摩尔定律”的集成。3D-IC 封装可容纳多个异构裸片，如逻辑、存储器、模拟、射频和微机电系统 (MEMS)。其中，高速逻辑可以采用先进制程节点，而模拟逻辑可以采用较早的制程节点。这为系统级芯片(SoC) 集成提供了一个替代方案，使得开发人员不必为了在单个封装中集成更多功能而不得不采用成本昂贵的新的制程节点。 3D-IC 的优势系统级芯片 (SoC) 可将更多功能打包在一个芯片上SoC通常包括一个处理器、数字逻辑部分、存储器部分和模拟部分，以及嵌入式软件部分。一些 SoC 拥有数以亿计的逻辑门，同时追求千兆赫兹的速度。目前，SoC 设计的最大顾虑是开发成本不断增加。此外，漫长的开发周期也会增加额外的成本支出。多年来，逐渐发展起来的两种封装方式分别是堆叠封装（package-in-package，PiP）和层叠封装（package-on-package，PoP）。在 PiP 封装中，几个小型系统级封装 (SiP) 安装在一个大型系统级封装内。而在 PoP 封装中，一个系统级封装安装在另一个系统级封装之上。PiP 和 PoP 都可被归类为 3D-IC，但它们都不能提供使用TSV的真正的 3D-IC 所具备的性能、功耗、密度和外形尺寸。过去硅裸片一直使用传统的引线键合或倒装芯片技术连接到 SiP 基板上。如今，通过无源或有源的硅基板，则能提供更高密度的裸片到裸片的互连，从而提高性能并降低功耗。硅基板(opens in a new tab)还包括 TSV，将上层金属层连接到背面金属层。有时这种技术被称为 2.5D 堆叠。带 TSV 的3D-IC 有望在网络、图形、移动通信和计算等领域产生广泛影响，对于需要小型化、轻量化、低功耗器件的应用而言更是如此。具体的应用领域包括多核 CPU、GPU、数据包缓冲器/路由器、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、相机、DVD 播放器和机顶盒。带 TSV 的3D-IC 是半导体行业的一个重要的新趋势。有了不同制程节点的芯片堆叠选项，包括模拟和射频在内的系统组件得以打破单一制程节点的限制。与传统的 SoC 相比，3D-IC 的优势可以概括为以下几点：可以降低成本，因为并非所有功能（包括模拟和存储器）都需要迁移到先进制程节点。更容易满足高速互连和带宽要求，帮助先进存储器技术达到 100Gbps的速度。3D-IC 支持更小的尺寸，可以节省电路板和终端产品的空间，是迷你型移动设备的理想选择。3D-IC 可以降低功耗，因为不再需要大型驱动器。3D 堆叠可以使用小型 I/O 驱动器，功耗更低。此外，减少电阻-电感-电容 (RLC)寄生参数 也有助于进一步降低功耗减少了跨封装之间的互连，可以实现更快的性能和更好的功耗表现。凭借模块化、允许“裸片复用”、以及将模拟/射频部分保留在成熟制程节点上的能力，可以缩短产品上市时间。新兴技术，如光芯片或 MEMS，可以集成到 3D 堆叠中。与引线键合的 SiP 相比，TSV 的 RLC 寄生效应更少、性能更高、功耗更低，并能实现更紧凑的设计。相比硅基板的方法，垂直 3D 裸片堆叠可以提供更高的集成度、更小的外形尺寸和更快的设计周期。但是 3D 堆叠也带来了其他挑战，包括散热、时序和电源管理问题。虽然从设计或工艺的角度来看，没有什么重大阻碍，但要吸引主流用户开始 3D-IC 量产，依然任重而道远。在系统级探索、3D 布局规划、实现、数据提取/分析、测试和 IC/封装协同设计等领域需要具备新的能力。为了实现质量最佳、满足工期要求、具有成本效益的设计，3D-IC 硅片实现流程需要支持统一的设计意图、抽象化以及与物理和制造数据的融合。必须建立一个定义明确的，涵盖晶圆代工厂、IP 供应商、EDA 和 OSAT封测厂商的生态系统，并提供设计工具包和参考流程。通过 Cadence 实现 3D-IC 设计具有成本效益的 3D-IC 设计需要三个领域的协同设计——芯片、封装和电路板。凭借模拟设计、数字实现、封装和PCB 设计工具的全方位产品组合，Cadence 具备独特的优势，能够支持 3D-IC 革新，并提供所需的功能，助力实现具有成本效益的带有 TSV的3D-IC 设计。Cadence 3D-IC 解决方案将 3D 设计规划、实现和系统分析集成到一个统一的管理界面中，旨在满足数字 SoC、模拟/混合信号设计和整个系统的 3D-IC 设计要求。它能够利用硬件仿真、原型验证以及基于 chipset 的互联 PHY IP，进行软硬件协同验证和全系统功耗分析，针对延迟、带宽和功耗进行功耗、性能和面积 (PPA) 优化。该解决方案还提供定制模拟设计和电路板设计、集成电路 (IC) 签核寄生参数提取、静态时序分析 (STA) ，以及信号与电源完整性 (SI/PI)、电磁干扰 (EMI) 和热分析的签核和协同设计能力。Cadence Integrity 3D-IC 平台是大容量、统一的设计和分析平台，用于设计多个芯片。该平台建立在 Cadence 领先的数字实现解决方案——Innovus Implementation System的基础上，允许系统级设计人员为各种封装方式（2.5D 或 3D）规划、实现和分析任何类型的堆叠芯片系统。Integrity 3D-IC 是业界首个集成的系统和 SoC 级解决方案，能够与 Cadence 的 Virtuoso 和 Allegro 模拟与封装实现环境进行系统分析和协同设计。