芯片量產導入知識

什么是芯片量產

從芯片功能設計到生產制造、測試等環節，每一個環節都至關重要。

對于保障大規模發貨后芯片指標表現的一致性，以及產品應用生命周期內的穩定性和可靠性，需要考慮多種因素。以下是一些相關的觀點：

可量產性設計：在設計階段，就需要考慮到后期的生產、測試等環節。設計應當簡潔、明確，易于制造和測試。同時，設計應符合產品的實際需求，避免過于復雜或超前的設計，這不僅會增加制造成本，還可能影響產品的穩定性和可靠性。
工藝和封裝選擇：不同的芯片工藝和封裝方式會對芯片的性能、功耗、穩定性等產生影響。因此，選擇合適的工藝和封裝方式至關重要。例如，如果設計需要高頻率運行，那么可能需要選擇能夠支持這種特性的工藝和封裝。
測試環節：測試是確保芯片質量和可靠性的關鍵環節。這需要在設計階段就考慮測試的需求，包括功能測試、壓力測試、壽命測試等。同時，也需要有高效的測試流程和工具，以確保測試的準確性和可靠性。
質量管理體系：通過建立完善的質量管理體系，可以有效地保障大規模發貨后芯片指標表現的一致性，以及產品應用生命周期內的穩定性和可靠性。這包括對原材料的把控、生產流程的監管、測試環節的監督等。
持續改進：在產品應用生命周期內，需要根據反饋和監測數據進行持續的改進，以提高產品的性能、降低成本、提高產品的可靠性和穩定性。

總的來說，從芯片的設計到生產制造、測試等環節，都需要用工程的方法進行科學管理和控制，才能確保大規模發貨后芯片指標表現的一致性，以及產品應用生命周期內的穩定性和可靠性。

量產關注點

領域：工藝、封裝、可測性、可靠性、穩定性
關鍵指標：PPM、FFR、成本、良率
Key

這些關鍵詞在芯片量產中都有其特定的含義，以下是對它們的解釋：

S2S：這可能指的是"same to same"，通常在制造業中用來表示同一產品或組件之間的比較。
BKM：這可能是指“backup margin”，在制造業中，它通常用來表示備份或冗余量，以確保生產過程的穩定性和連續性。
CIP：這個縮寫可能有多種含義，包括“cleaning in place”和“conditioning in place”。在半導體制造中，“cleaning in place”通常指的是使用自動清潔設備來清潔生產設備，而“conditioning in place”則可能指的是設備的就地校準或測試。
Process Window：這是半導體制造中的一個術語，用來描述工藝參數在特定范圍內的可接受條件。對于一個特定的工藝步驟，process window可能包括溫度、壓力、時間、化學品濃度等參數的可接受范圍。
CPI：這可能是指“Chip Package Interconnect”，這是將芯片封裝與外部連接器（例如，一個PCB）連接的過程。
Warpage：在芯片制造中，這通常指的是由于溫度變化或材料變形導致的芯片或晶圓的翹曲或變形。
ATE CP：ATE代表“Automatic Test Equipment”，CP可能是指“capacity point”，意即測試能力點，一般用于描述測試設備的最大測試能力。
FT：這通常代表“final test”，是在芯片制造過程的最后階段進行的測試，以確保芯片的功能性和性能符合設計規格。
DFT：這是“Design For Test”的縮寫，它是一種設計方法論，旨在將測試步驟和結構集成到產品設計中，以便在制造過程中進行有效的測試。
DFR：這可能是指“data for review”，通常在產品開發或設計過程中，這是指為審查目的而準備的數據或資料。
HTOL：這是“High Temperature Operating Life”的縮寫，它是一種測試方法，用于評估半導體器件在高溫下的操作壽命。
ESD：這是“Electrostatic Discharge”的縮寫，它是一種現象，其中靜止的物體通過摩擦或接觸帶電，然后通過靜電放電釋放電能。在半導體制造中，ESD是關注的一個重要問題，因為它可能導致設備的損壞或性能下降。
PC：這可能是指“process control”，意即過程控制，這是制造業中的一個術語，指的是對生產過程進行管理和監控以確保產品質量和一致性。
HAST：這是“Highly Accelerated Stress Test”的縮寫，它是一種測試方法，用于在短時間內模擬產品在實際使用中可能遇到的各種應力條件。
TCT：這是“Temperature Cycling Test”的縮寫，它是一種測試方法，用于評估產品在溫度循環條件下的性能和穩定性。
HTSL：這是“High Temperature Storage Life”的縮寫，它是一種測試方法，用于評估產品在高溫下儲存時的性能保持能力。
AVS：這可能是指“Advanced Visualization System”，這是一種工具或系統，用于在制造業中提供生產過程的實時可視化數據和分析結果。

請注意，這些解釋是基于一般性的制造業術語和我對半導體制造的知識給出的。對于具體的公司或行業，這些術語可能有不同的定義或解釋。

量產測試

ATE

廣義上的IC測試設備我們都稱為ATE（AutomaticTest Equipment），一般由大量的測試機能集合在一起，由電腦控制來測試半導體芯片的功能性，這里面包含了軟件和硬件的結合。

這要先從半導體設計和制造的流程開始講起。一個半導體產品要從硅原料變成晶圓再到封裝好的芯片，大概經過三個行業流程：IC設計，晶圓制造，封裝。

所有的芯片產品需要兩個最關鍵的測試節點：

晶圓探針測試（Chip probing簡稱CP）：ATE在這個階段被稱為探針臺Prober
終測（Final Test 簡稱FT)：芯片封裝完畢后進行測試而不同的芯片類型則有不同的測試方法和要求。

芯片類型：

模擬芯片（Analog)：模擬是一個可以拉開來慢慢說的概念。簡單來說，就是感知物理世界的接口。信號的特征上來說，模擬信號是連續的
數字芯片 (Digital): 使用數字信號來傳遞數據信息，代表如微處理器。信號特征來說，它是離散型的。如下圖

混合信號芯片（Mixed Signal) ：自然是兩種信號都有，各種功能集成化。比如像DSP和SoC芯片。

存儲/高速總線類芯片：這類芯片的測試項目相對更加復雜，有著自身產品特征上的特別測試需求。

測試一套芯片的系統是什么樣的呢?

測試的機臺(tester)，loadboard （DIB）/ Probe Card (探針測試所用的PCB板卡），Handler (該設備負責抓取放置在測試槽上的被測芯片），測試軟件（根據機臺類別不同有不同的語言還有模塊方便工程師進行開發）

Wafer Probing

探針連接晶圓上的電路

按照測試程序層層甄別芯片內部的電路

畫個Mapping圖

半導體測試ATE介紹

DFT

我們必須在芯片的開發階段就考慮可測試性的問題，這就是DFT（Design for Test）問題。測試是通過控制和觀察電路中的信號，確定電路是否正常工作的過程。

因此，可控制性和可觀察性是電路可測試性問題中最基本的兩個概念。可測試性設計技術的目的就是試圖增加電路節點的可控制性和可觀測性，從而有效地、經濟地完成芯片的生產測試。

可測性設計（DFT）給整個測試領域開拓了一條切實可行的途徑，目前國際上大中型IC設計公司基本上都采用了可測性設計的設計流程，DFT已經成為芯片設計的關鍵環節。

DFT通過開發一些結構化的電路，讓芯片擁有可控可觀的能力。

主要有以下核心技術:

1）掃描路徑設計(Scan Design)
2）內建自測試(Bist)
3）JTAG
可能是DFT最全面的介紹--入門篇
從芯片生產測試方案到DFT

FT—封裝測試

SLT

樣片測試

芯片回片測試是半導體制造流程的最后一步，但在此之前，需要經歷一系列復雜的步驟，包括芯片設計、掩膜制作、晶圓加工等。

這些步驟的質量和準確性對最終的芯片品質至關重要。

芯片回片測試通常包括以下幾個關鍵步驟：

電性能測試：這是最常見的測試步驟之一，用于評估芯片的電氣特性。它包括測量輸入輸出電壓、電流、功耗等參數，以確保芯片在不同工作條件下都能正常運行。
功能測試：在這個步驟中，對芯片的各個功能模塊進行測試，以驗證其是否按照設計規格正常工作。這包括數字邏輯、模擬電路、通信接口等功能的驗證。
時序測試：時序測試用于確保芯片的各個信號在正確的時間點上升或下降。這對于高速通信和時序敏感的應用至關重要。
溫度測試：對于需要在不同溫度下工作的芯片，溫度測試是必要的。它可以幫助評估芯片在不同環境條件下的性能。
可靠性測試：這些測試包括熱應力測試、溫度循環測試、靜電放電測試等，用于評估芯片的可靠性和穩定性。
通信性能測試：對于通信芯片，通信性能測試用于驗證芯片與其他設備的通信性能，確保數據傳輸的準確性和可靠性。

芯片回片測試流程：科技中的關鍵一步

試制產線

芯片中試線（中試生產線）是指在集成電路（IC）制造過程中，對新工藝、新技術、新材料進行研究和測試的小型生產線。

它主要用于驗證設計方案的可行性、評估工藝參數的穩定性、發現并解決生產過程中的問題、優化生產工藝和提高良品率。

測試全景圖

可靠性

可靠性基本概念

芯片可靠性測試主要分為環境試驗和壽命試驗兩個大項，

其中環境試驗中包含了：

機械試驗（振動試驗、沖擊試驗、離心加速試驗、引出線抗拉強度試驗和引出線彎曲試驗）、
引出線易焊性試驗、
溫度試驗（低溫、高溫和溫度交變試驗）、
濕熱試驗（恒定濕度和交變濕熱）、
特殊試驗（鹽霧試驗、霉菌試驗、低氣壓試驗、靜電耐受力試驗、超高真空試驗和核輻射試驗）；

而壽命試驗包含了：

長期壽命試驗（長期儲存壽命和長期工作壽命）
加速壽命試驗（恒定應力加速壽命、
步進應力加速壽命和序進應力加速壽命），其中可以有選擇的做其中一些。

一般來說，可靠度是產品以標準技術條件下，在特定時間內展現特定功能的能力，可靠度是量測失效的可能性，失效的比率，以及產品的可修護性。

根據產品的技術規范以及客戶的要求，我們可以執行MIL-STD,JEDEC,IEC,JESD,AEC,andEIA等不同規范的可靠度的測試。

可靠性活動全景圖

芯片在不同階段要做的可靠性

芯片可靠性介紹

可靠性測試標準

可靠性測試

? HTOL：高溫壽命試驗（ High Temperature Operating Life ），也叫老化（burn in）
? LTOL為低溫壽命試驗，基本與HTOL一樣，只是爐溫是低溫，一般用來尋找熱載流子引起的失效，或用來試驗存儲器件或亞微米尺寸的器件
? EFR/ELFR:早期失效壽命試驗（ Early Failure Rate / Early Life Failure Rate）
? BLT偏壓壽命試驗（Bias Life Test）
? BLT-LTST低溫偏壓壽命試驗（Bias Life Test-Low Temperature Storage Test）
? HTGB高溫柵極偏壓試驗 (High Temperature Gate Bias) ，
? HTRB-高溫反向偏壓試驗(High Temperature Reverse Bias)

可靠性實驗

? Precon:預處理（ Preconditioning Test ), 簡寫為PC，也有叫MSL（Moisture Sensitivity Level）吸濕敏感、濕度敏感性試驗(MSL Test)試驗的：確認芯片樣品是否因含有過多水份，使得在SMT回焊(Reflow)組裝期間，造成芯片脫層(Delamination)、裂痕(Crack)、爆米花效應，導致壽命變短或損傷，模擬芯片貼到板子的過程可能出現的這些問題。
? THB:溫濕度偏壓壽命試驗(Temperature Humidity Bias Test)
? H3TRB：高溫高濕反偏試驗（High Humidity, High Temperature Reverse Bias ）
? BHAST高加速壽命試驗( Highly Accelerated Stress Test), 也叫HAST
? UHAST：(Unbiased HAST)
? TCT: 高低溫循環試驗（Temperature Cycling Test，也可簡寫TC，芯片級TC ）
? 板級TCT
? PTC 功率溫度循環（Power temperature Cycling）
? PCT:高壓蒸煮試驗（Pressure Cook Test，也叫AC (Autoclave Test)：
? TST: 高低溫沖擊試驗（Thermal Shock Test, 可簡寫TS )
? HTST: 高溫儲存試驗（High Temperature Storage Life Test，可簡寫HTS ）
? 可焊性試驗（Solderability Test ）
? 耐焊性試驗（ Solder Heat Resistivity Test ）
? 外觀檢測（External Visual Inspection，可簡寫OM）
? 焊線推拉力試驗（Wire Bond Pull/ Shear）
? 錫球推力試驗（Solder Ball Shear）
? Die推力試驗（Die Shear Test）
? 錫球熱拔試驗（Solder Ball Hot Bump Pull）
? 錫球冷拔試驗（Solder Ball Cold Bump Pull）

工藝以及良率提升

芯片良率與多個因素密切相關，其中最主要的兩個因素是芯片設計的冗余度和代工廠工藝穩定性。

芯片設計的冗余度：芯片設計冗余度是指在設計芯片時，為確保芯片功能的可靠性而留有的安全邊際。設計冗余度越高，意味著芯片在面對各種異常情況時，能夠更好地適應和恢復，從而提高芯片的穩定性和可靠性。較高的設計冗余度有助于提高芯片良率，因為它可以降低因設計缺陷導致的缺陷芯片數量。
代工廠工藝穩定性：代工廠工藝穩定性是指代工廠在生產過程中，對生產設備、原材料和生產環境的控制能力。工藝穩定性越高，意味著代工廠在生產過程中能夠保持較高的生產一致性，從而提高芯片的良率。此外，代工廠的工藝穩定性還與代工廠的技術實力和管理水平密切相關，因此選擇有實力的代工廠也是提高芯片良率的關鍵。