量產(chǎn)概述

芯片制造和測試

芯片制造

芯片（ 集成電路 ） 制造就是在硅片上雕刻 復(fù)雜 電路 和電子元器件 （利用薄膜沉積、光刻、刻蝕 等工藝 ）， 同時 把需要的部分改造成有源器件（利用離子注入 等 ）。

芯片的制造過程可以分為 前道工藝和 后道工藝。

前道是指晶圓制造廠的加工過程，在空白的硅片完成電路的加工，出廠產(chǎn)品依然是完整的圓形硅片。

后道是指封裝和測試的過程，在封測廠中將圓形的硅片切割成單獨的芯片顆粒，完成外殼的封裝，最后完成終端測試，出廠為芯片成品。

前道工藝：包括光刻、刻蝕、薄膜生長、離子注入、清洗、CMP、量測等工藝；

后道工藝：包括減薄、劃片、裝片、鍵合等封裝工藝以及終端測試等。

前道工藝技術(shù)難度高，相對復(fù)雜，具體過程入下圖示意

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芯片的制造過程：從晶圓制造到封裝測試

芯片封裝

芯片測試都測試什么？

什么是芯片量產(chǎn)

從芯片功能設(shè)計到生產(chǎn)制造、測試等環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。

對于保障大規(guī)模發(fā)貨后芯片指標(biāo)表現(xiàn)的一致性，以及產(chǎn)品應(yīng)用生命周期內(nèi)的穩(wěn)定性和可靠性，需要考慮多種因素。以下是一些相關(guān)的觀點：

可量產(chǎn)性設(shè)計：在設(shè)計階段，就需要考慮到后期的生產(chǎn)、測試等環(huán)節(jié)。設(shè)計應(yīng)當(dāng)簡潔、明確，易于制造和測試。同時，設(shè)計應(yīng)符合產(chǎn)品的實際需求，避免過于復(fù)雜或超前的設(shè)計，這不僅會增加制造成本，還可能影響產(chǎn)品的穩(wěn)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(wěn)定性等產(chǎn)生影響。因此，選擇合適的工藝和封裝方式至關(guān)重要。例如，如果設(shè)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(huán)節(jié)：測試是確保芯片質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這需要在設(shè)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(zhǔn)確性和可靠性。

質(zhì)量管理體系：通過建立完善的質(zhì)量管理體系，可以有效地保障大規(guī)模發(fā)貨后芯片指標(biāo)表現(xiàn)的一致性，以及產(chǎn)品應(yīng)用生命周期內(nèi)的穩(wěn)定性和可靠性。這包括對原材料的把控、生產(chǎn)流程的監(jiān)管、測試環(huán)節(jié)的監(jiān)督等。

持續(xù)改進(jìn)：在產(chǎn)品應(yīng)用生命周期內(nèi)，需要根據(jù)反饋和監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)的改進(jìn)，以提高產(chǎn)品的性能、降低成本、提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

總的來說，從芯片的設(shè)計到生產(chǎn)制造、測試等環(huán)節(jié)，都需要用工程的方法進(jìn)行科學(xué)管理和控制，才能確保大規(guī)模發(fā)貨后芯片指標(biāo)表現(xiàn)的一致性，以及產(chǎn)品應(yīng)用生命周期內(nèi)的穩(wěn)定性和可靠性。

量產(chǎn)關(guān)注點

領(lǐng)域：工藝、封裝、可測性、可靠性、穩(wěn)定性

關(guān)鍵指標(biāo)：PPM、FFR、成本、良率

Key

這些關(guān)鍵詞在芯片量產(chǎn)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(yè)中用來表示同一產(chǎn)品或組件之間的比較。

BKM：這可能是指“backup margin”，在制造業(yè)中，它通常用來表示備份或冗余量，以確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和連續(xù)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(dǎo)體制造中，“cleaning in place”通常指的是使用自動清潔設(shè)備來清潔生產(chǎn)設(shè)備，而“conditioning in place”則可能指的是設(shè)備的就地校準(zhǔn)或測試。

Process Window：這是半導(dǎo)體制造中的一個術(shù)語，用來描述工藝參數(shù)在特定范圍內(nèi)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(xué)品濃度等參數(shù)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(dǎo)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(shè)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(jìn)行的測試，以確保芯片的功能性和性能符合設(shè)計規(guī)格。

DFT：這是“Design For Test”的縮寫，它是一種設(shè)計方法論，旨在將測試步驟和結(jié)構(gòu)集成到產(chǎn)品設(shè)計中，以便在制造過程中進(jìn)行有效的測試。

DFR：這可能是指“data for review”，通常在產(chǎn)品開發(fā)或設(shè)計過程中，這是指為審查目的而準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)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(dǎo)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(xiàn)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(dǎo)體制造中，ESD是關(guān)注的一個重要問題，因為它可能導(dǎo)致設(shè)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(yè)中的一個術(shù)語，指的是對生產(chǎn)過程進(jìn)行管理和監(jiān)控以確保產(chǎn)品質(zhì)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(nèi)模擬產(chǎn)品在實際使用中可能遇到的各種應(yīng)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(chǎn)品在溫度循環(huán)條件下的性能和穩(wěn)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(chǎn)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(tǒng)，用于在制造業(yè)中提供生產(chǎn)過程的實時可視化數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。

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

量產(chǎn)測試

ATE

廣義上的IC測試設(shè)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(dǎo)體芯片的功能性，這里面包含了軟件和硬件的結(jié)合。

這要先從半導(dǎo)體設(shè)計和制造的流程開始講起。一個半導(dǎo)體產(chǎn)品要從硅原料變成晶圓再到封裝好的芯片，大概經(jīng)過三個行業(yè)流程：IC設(shè)計，晶圓制造，封裝。

所有的芯片產(chǎn)品需要兩個最關(guān)鍵的測試節(jié)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(jìn)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(xù)的

數(shù)字芯片 (Digital): 使用數(shù)字信號來傳遞數(shù)據(jù)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(fù)雜，有著自身產(chǎn)品特征上的特別測試需求。

測試一套芯片的系統(tǒng)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(shè)備負(fù)責(zé)抓取放置在測試槽上的被測芯片），測試軟件 （根據(jù)機臺類別不同有不同的語言還有模塊方便工程師進(jìn)行開發(fā)）

Wafer Probing

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探針連接晶圓上的電路

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按照測試程序?qū)訉诱鐒e芯片內(nèi)部的電路

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畫個Mapping圖

半導(dǎo)體測試ATE介紹

DFT

我們必須在芯片的開發(fā)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(shè)計技術(shù)的目的就是試圖增加電路節(jié)點的可控制性和可觀測性，從而有效地、經(jīng)濟地完成芯片的生產(chǎn)測試。

可測性設(shè)計（DFT）給整個測試領(lǐng)域開拓了一條切實可行的途徑，目前國際上大中型IC設(shè)計公司基本上都采用了可測性設(shè)計的設(shè)計流程，DFT已經(jīng)成為芯片設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

DFT通過開發(fā)一些結(jié)構(gòu)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(shù):

1）掃描路徑設(shè)計(Scan Design)

2）內(nèi)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(chǎn)測試方案到DFT

FT—封裝測試

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SLT

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樣片測試

芯片回片測試是半導(dǎo)體制造流程的最后一步，但在此之前，需要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的步驟，包括芯片設(shè)計、掩膜制作、晶圓加工等。

這些步驟的質(zhì)量和準(zhǔn)確性對最終的芯片品質(zhì)至關(guān)重要。

芯片回片測試通常包括以下幾個關(guān)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(shù)，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(jìn)行測試，以驗證其是否按照設(shè)計規(guī)格正常工作。這包括數(shù)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(yīng)用至關(guān)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(huán)境條件下的性能。

可靠性測試：這些測試包括熱應(yīng)力測試、溫度循環(huán)測試、靜電放電測試等，用于評估芯片的可靠性和穩(wěn)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(shè)備的通信性能，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。

芯片回片測試流程：科技中的關(guān)鍵一步

試制產(chǎn)線

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

它主要用于驗證設(shè)計方案的可行性、評估工藝參數(shù)的穩(wěn)定性、發(fā)現(xiàn)并解決生產(chǎn)過程中的問題、優(yōu)化生產(chǎn)工藝和提高良品率。

測試全景圖

最全面芯片測試目的、方法、分類及案例（史上最全）

可靠性

可靠性基本概念

芯片可靠性測試主要分為環(huán)境試驗和壽命試驗兩個大項，

其中環(huán)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(yīng)力加速壽命、

步進(jìn)應(yīng)力加速壽命和序進(jìn)應(yīng)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(chǎn)品以標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件下，在特定時間內(nèi)展現(xiàn)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(chǎn)品的可修護性。

根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范以及客戶的要求，我們可以執(zhí)行MIL-STD,JEDEC,IEC,JESD,AEC,andEIA等不同規(guī)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(biāo)準(zhǔn)

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(yù)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(rèn)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(yīng)，導(dǎo)致壽命變短或損傷，模擬芯片貼到板子的過程可能出現(xiàn)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(huán)試驗（Temperature Cycling Test，也可簡寫TC，芯片級TC ）

? 板級TCT

? PTC 功率溫度循環(huán)（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）

可靠性評估體系

可靠性試驗培訓(xùn).ppt

工藝以及良率提升

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

芯片設(shè)計的冗余度：芯片設(shè)計冗余度是指在設(shè)計芯片時，為確保芯片功能的可靠性而留有的安全邊際。設(shè)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(yīng)和恢復(fù)，從而提高芯片的穩(wěn)定性和可靠性。較高的設(shè)計冗余度有助于提高芯片良率，因為它可以降低因設(shè)計缺陷導(dǎo)致的缺陷芯片數(shù)量。

代工廠工藝穩(wěn)定性：代工廠工藝穩(wěn)定性是指代工廠在生產(chǎn)過程中，對生產(chǎn)設(shè)備、原材料和生產(chǎn)環(huán)境的控制能力。工藝穩(wěn)定性越高，意味著代工廠在生產(chǎn)過程中能夠保持較高的生產(chǎn)一致性，從而提高芯片的良率。此外，代工廠的工藝穩(wěn)定性還與代工廠的技術(shù)實力和管理水平密切相關(guān)，因此選擇有實力的代工廠也是提高芯片良率的關(guān)鍵。

工藝

芯片的制造工藝流程主要包括芯片設(shè)計、晶片制造、封裝制造、成本測試等幾個環(huán)節(jié)，其中晶片制造過程尤為復(fù)雜。

+八個步驟，數(shù)百個工藝

良率提升

+半導(dǎo)體專欄 | 良率提升新方向

量產(chǎn)指標(biāo)

量產(chǎn)指標(biāo)是一系列用于衡量和評估半導(dǎo)體生產(chǎn)效率和質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。這些指標(biāo)通常包括生產(chǎn)速度、產(chǎn)品良率、缺陷密度等。這些指標(biāo)旨在確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的質(zhì)量。

芯片

良率

良率是指芯片制造過程中符合設(shè)計規(guī)格和性能要求的芯片數(shù)量與總生產(chǎn)芯片數(shù)量的比例。

良率是衡量生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，通常以百分比形式表示。提高良率可以降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

DPPM

DPPM（Defects Per Million）是指每百萬缺陷數(shù)，是一種衡量產(chǎn)品缺陷率的指標(biāo)。在芯片制造中，DPPM通常用于衡量制造過程中缺陷的數(shù)量和分布情況。

該指標(biāo)可以幫助制造商了解生產(chǎn)過程中存在的問題，并采取相應(yīng)的措施提高產(chǎn)品質(zhì)量。

測試成本

測試成本是指在芯片制造過程中進(jìn)行測試所需的成本，包括測試設(shè)備、測試程序、人力成本等。

測試成本是評估生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益的重要因素之一。降低測試成本可以提高生產(chǎn)效率和降低產(chǎn)品售價。

產(chǎn)品

穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指芯片產(chǎn)品在特定條件下長時間運行的能力和可靠性。穩(wěn)定性對于確保芯片產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性非常重要。制造商通常會進(jìn)行一系列測試和評估，以確保芯片產(chǎn)品在各種條件下穩(wěn)定運行。

性能

性能是指芯片產(chǎn)品的運算速度、數(shù)據(jù)處理能力、響應(yīng)時間等。高性能的芯片產(chǎn)品能夠滿足不斷發(fā)展的計算需求和技術(shù)要求。制造商通常會在設(shè)計和制造過程中優(yōu)化芯片產(chǎn)品的性能，以提高其運算速度和處理能力。

功耗

功耗是指芯片產(chǎn)品在運行過程中消耗的能量。隨著技術(shù)的發(fā)展，對芯片產(chǎn)品的功耗要求越來越嚴(yán)格，因為功耗過高會導(dǎo)致能源浪費和設(shè)備發(fā)熱等問題。因此，制造商通常會在設(shè)計和制造過程中優(yōu)化芯片產(chǎn)品的功耗，以降低能源消耗和提高設(shè)備性能。

FFR

FFR（Failure Frequency Rate）是指故障率，是衡量芯片產(chǎn)品可靠性的重要指標(biāo)之一。FFR通常以每小時或每月的故障次數(shù)來表示，用于評估芯片產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。制造商通常會進(jìn)行一系列測試和評估，以降低芯片產(chǎn)品的FFR并提高其可靠性。

審核編輯：黃飛

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