提高半導(dǎo)體芯片測試性能 有那么難嗎？

數(shù)字居民時代,半導(dǎo)體芯片幾乎貫穿于我們生活的各個環(huán)節(jié)。不管是從微波爐到電腦、手機(jī)、計算機(jī)中央處理器等電子設(shè)備上都安裝有各種各樣的芯片。當(dāng)代微處理器或圖形處理器上可容納超過500億個晶體管,故障率僅接近十億分之一。為了達(dá)到這樣級別的芯片運(yùn)行的可靠性水平,測試和測量在整個芯片設(shè)計和封裝測試過程中起著至關(guān)重要的作用。史密斯英特康半導(dǎo)體測試在此和大家探討針對不同的應(yīng)用,半導(dǎo)體測試插座對半導(dǎo)體芯片測試與測量過程的影響。

測試的作用
芯片在這些設(shè)備上起到什么作用了?各式芯片在這些電子設(shè)備上面的作用,和人體各個器官發(fā)揮的作用比較類似。電子設(shè)備的整體管理和計算邏輯處理等,需要CPU(核心組成部分就是芯片組),CPU相當(dāng)于人體的大腦。電子設(shè)備識別聲音,處理音頻,需要音頻處理芯片,相當(dāng)于人體的耳朵。電子設(shè)備接收圖像,處理圖片,需要圖片處理芯片,相當(dāng)于人體的眼鏡?？傊@些設(shè)備具備的各種功能,都需要對應(yīng)的芯片來實(shí)現(xiàn),就像人體的各個器官實(shí)現(xiàn)不同功能一樣。

生產(chǎn)期間的測試在確?？煽啃约翱芍貜?fù)性方面起著重要作用。半導(dǎo)體制造工廠在對芯片每個工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制的同時,也會在生產(chǎn)的每個階段執(zhí)行測試,以盡早排除有缺陷的零件。首先工廠會在晶圓層面對半導(dǎo)體芯片內(nèi)核進(jìn)行基本功能測試,丟棄任何故障零件,然后將通過測試的芯片分離成單獨(dú)的單元并將其封裝等待進(jìn)一步測試。通常芯片出廠前,會對其進(jìn)行多達(dá)20次測試。大多數(shù)測試是由連接到芯片上的特制設(shè)備完成的,該等設(shè)備采用電信號刺激芯片以模擬真實(shí)狀態(tài),并捕獲芯片的響應(yīng)以查看其是否達(dá)到設(shè)計要求。這些被稱為自動測試設(shè)備(ATE)的系統(tǒng)通常售價為100萬至200萬美元,可進(jìn)行編程以連續(xù)多年測試各種芯片。

(圖1所示,彈簧探針被加載到一個IC測試插座中,該插座將與ATE系統(tǒng)一起使用,以確認(rèn)IC的質(zhì)量。)

半導(dǎo)體測試插座簡介
為便于ATE測試芯片,必須與已確立的一個干凈的電信號路徑實(shí)現(xiàn)物理連接。測試插座是一種定制設(shè)計的機(jī)電接口,提供非常干凈的電信號路徑,以便將芯片連接到ATE。典型的測試插座由三個關(guān)鍵部件組成:1.插座體或插座盒,是一種由金屬和塑料制成的定制件,含有精密的切割腔體。2.插入孔腔的彈簧探針(或引腳)提供具有機(jī)械順服性的電路徑,將芯片連接到測試系統(tǒng)。3.根據(jù)應(yīng)用的不同,機(jī)械特征件(如蓋子、墊板或框架)用來創(chuàng)建堅固的機(jī)械界面。測試插座的設(shè)計者必須應(yīng)對眾多挑戰(zhàn)。測試插座必須非常堅固,不受溫度和濕度變化的影響,以實(shí)現(xiàn)與受測設(shè)備的精確和可重復(fù)連接。具體細(xì)節(jié)取決于受測設(shè)備的類型,但探針引腳通常必須具有低接觸電阻及大載流能力,并處理具有數(shù)千兆赫數(shù)據(jù)速率的高速信號。信號路徑必須屏蔽,以使電磁干擾的影響降到最低。當(dāng)然,除此之外,插座還必須能成功在大批量生產(chǎn)環(huán)境中運(yùn)行,并且能夠連續(xù)多年可靠地處理數(shù)百萬個芯片測試。因此,必須對機(jī)電特性進(jìn)行模擬、建模和設(shè)計,以達(dá)到信號保真度、壓縮力、可用性和耐久性的最佳平衡,從而滿足生產(chǎn)要求。

史密斯英特康半導(dǎo)體測試解決方案
史密斯英特康提供高質(zhì)量的測試插座,這些插座配置種類多樣的彈簧觸點(diǎn),并采用不同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計而成。產(chǎn)品使用靈活、具有設(shè)計優(yōu)化和快速交付的特點(diǎn)。測試插座可用于各種引線封裝和無引線封裝類型,包括無引線(QFN)封裝,四邊扁平封裝(QFP),小廓形集成電路(SOIC)封裝,球柵陣列(BGA)封裝,連接盤網(wǎng)格陣列(LGA)封裝等。

代表測試插座:DaVinci(達(dá)芬奇)系列高速測試插座
史密斯英特康的DaVinci 系列測試插座是一款高性能同軸插座,精準(zhǔn)應(yīng)對56/112G SerDes PAM4測試挑戰(zhàn)。消費(fèi)者對下一代技術(shù)的需求,如物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能(AI)、深度學(xué)習(xí)和自動駕駛車輛需要高速數(shù)據(jù)傳輸和處理技術(shù),高可靠性測試對于驅(qū)動這些技術(shù)的高速、多功能數(shù)字和模擬設(shè)備至關(guān)重要。

DaVinci 高速測試插座

在廣泛的高速應(yīng)用中,DaVinci 高速測試插座幾乎是針對5G和云計算推出的大型網(wǎng)絡(luò)交換核心芯片測試的理想的高速解決方案。DaVinci高速應(yīng)用插座IC插座集成了彈簧探針技術(shù)和專利絕緣材料,提供優(yōu)良的信號完整性和高的機(jī)械耐久性。該插座提供的阻抗控制型同軸解決方案具有高達(dá)67GHz的模擬RF和112Gb/s數(shù)字傳輸速度。在已獲專利的絕緣材料外殼中采用彈簧探針技術(shù),從而產(chǎn)生同軸結(jié)構(gòu),降低了測試高度和材料撓度。另外新型DaVinci 高速系列降低的測試高度和低的材料撓度特性,確保在智能網(wǎng)絡(luò)可視化技術(shù),5G和人工智能應(yīng)用的最終測試階段的效率和準(zhǔn)確性。 新型DaVinci 系列還具有完全屏蔽的信號路徑,用作散熱片的插座框架實(shí)現(xiàn)出色的散熱性能以及可更換的彈簧探針觸點(diǎn)。 它的額定電流為3.0A,并且具有低接觸電阻(<80mΩ)。

DaVinci 高速測試插座應(yīng)用

當(dāng)前隨著5G等高速通訊標(biāo)準(zhǔn)的升級,在既有嚴(yán)苛的電氣性能要求而且對芯片外形尺寸、薄型占位面積要求盡量小的應(yīng)用中,應(yīng)用于消費(fèi)電子,智能駕駛和電源管理等芯片IC 設(shè)計人員越來越多地使用 QFN 封裝。憑借其直接連接的外圍Pad結(jié)構(gòu)、較大的接地塊可以保證熱和電氣性能,以及非常薄的堆疊高度,QFN封裝提供了無與倫比的優(yōu)勢,但也帶來了一系列新的測試挑戰(zhàn)。應(yīng)對這些測試挑戰(zhàn)需要一種穩(wěn)定、可靠且電氣“潔凈”的測試插座解決方案。

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應(yīng)用于QFN?封裝芯片測試的Joule 20?高頻測試插座
Joule 20出色的接觸技術(shù)和高頻能力有效的保證了信號傳輸的可靠性和完整性,是優(yōu)化應(yīng)用于消費(fèi)電子、智能駕駛、電源管理的 QFN 封裝芯片的測試解決方案。此外,其創(chuàng)新的設(shè)計結(jié)構(gòu)可允許拆卸測試插座外殼而無需將其從PCB板上卸下,在設(shè)備測試期間仍然可進(jìn)行清潔和維護(hù)工作,從而大大減少了客戶設(shè)備停機(jī)時間并幫助客戶提高了測試產(chǎn)量。

Joule 20 高頻測試插座

Joule 20射頻測試插座具有出色的機(jī)械和電氣性能:

• 插入插槽,匹配現(xiàn)有的PCB插槽尺寸

• 極短的信號路徑,可提供高達(dá)20 GHz的高帶寬

• 芯片和PCB之間的接觸電阻非常低,從而提高了測試良率

• 高頻能力確保信號完整性和可靠性

• 散熱能力支持從-40°C到+125°C

• 接觸壽命長,最多插拔次數(shù)可達(dá)到500,000次

Joule 20高頻?測試插座結(jié)構(gòu)圖

測試插座是半導(dǎo)體制造過程的關(guān)鍵零部件,但隨著封裝類型的激增、尺寸的縮小和速度的提高,設(shè)計者必須應(yīng)對越來越多的不同挑戰(zhàn)。近年來數(shù)字時代的加速發(fā)展,對新的消費(fèi)電子產(chǎn)品以及自動駕駛汽車產(chǎn)生了巨大的需求。芯片更新迭代的速度變得越來越快,功能越來越復(fù)雜,這就要求更高的測試可靠性和更少的測試時間以將產(chǎn)品快速推出市場。

史密斯英特康作為全球領(lǐng)先的高可靠性測試插座生產(chǎn)商,其測試解決方案具有可靠的彈簧探針技術(shù)、優(yōu)化的設(shè)計和絕佳的機(jī)械性能,在各種嚴(yán)格的半導(dǎo)體測試應(yīng)用中表現(xiàn)出卓越的質(zhì)量和可靠性。

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