提高半導(dǎo)體芯片測(cè)試性能 有那么難嗎？

數(shù)字居民時(shí)代,半導(dǎo)體芯片幾乎貫穿于我們生活的各個(gè)環(huán)節(jié)。不管是從微波爐到電腦、手機(jī)、計(jì)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(guò)500億個(gè)晶體管,故障率僅接近十億分之一。為了達(dá)到這樣級(jí)別的芯片運(yùn)行的可靠性水平,測(cè)試和測(cè)量在整個(gè)芯片設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。史密斯英特康半導(dǎo)體測(cè)試在此和大家探討針對(duì)不同的應(yīng)用,半導(dǎo)體測(cè)試插座對(duì)半導(dǎo)體芯片測(cè)試與測(cè)量過(guò)程的影響。

測(cè)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(gè)器官發(fā)揮的作用比較類似。電子設(shè)備的整體管理和計(jì)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(shí)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?qǐng)D像,處理圖片,需要圖片處理芯片,相當(dāng)于人體的眼鏡。總之這些設(shè)備具備的各種功能,都需要對(duì)應(yīng)的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn),就像人體的各個(gè)器官實(shí)現(xiàn)不同功能一樣。

生產(chǎn)期間的測(cè)試在確保可靠性及可重復(fù)性方面起著重要作用。半導(dǎo)體制造工廠在對(duì)芯片每個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制的同時(shí),也會(huì)在生產(chǎn)的每個(gè)階段執(zhí)行測(cè)試,以盡早排除有缺陷的零件。首先工廠會(huì)在晶圓層面對(duì)半導(dǎo)體芯片內(nèi)核進(jìn)行基本功能測(cè)試,丟棄任何故障零件,然后將通過(guò)測(cè)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(cè)試。通常芯片出廠前,會(huì)對(duì)其進(jìn)行多達(dá)20次測(cè)試。大多數(shù)測(cè)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(hào)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(jì)要求。這些被稱為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)的系統(tǒng)通常售價(jià)為100萬(wàn)至200萬(wàn)美元,可進(jìn)行編程以連續(xù)多年測(cè)試各種芯片。

(圖1所示,彈簧探針被加載到一個(gè)IC測(cè)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(cè)試插座簡(jiǎn)介

為便于ATE測(cè)試芯片,必須與已確立的一個(gè)干凈的電信號(hào)路徑實(shí)現(xiàn)物理連接。測(cè)試插座是一種定制設(shè)計(jì)的機(jī)電接口,提供非常干凈的電信號(hào)路徑,以便將芯片連接到ATE。典型的測(cè)試插座由三個(gè)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?lè)缘碾娐窂?將芯片連接到測(cè)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(lái)創(chuàng)建堅(jiān)固的機(jī)械界面。測(cè)試插座的設(shè)計(jì)者必須應(yīng)對(duì)眾多挑戰(zhàn)。測(cè)試插座必須非常堅(jiān)固,不受溫度和濕度變化的影響,以實(shí)現(xiàn)與受測(cè)設(shè)備的精確和可重復(fù)連接。具體細(xì)節(jié)取決于受測(cè)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(hào)。信號(hào)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(wàn)個(gè)芯片測(cè)試。因此,必須對(duì)機(jī)電特性進(jìn)行模擬、建模和設(shè)計(jì),以達(dá)到信號(hào)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(cè)試解決方案

史密斯英特康提供高質(zhì)量的測(cè)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)而成。產(chǎn)品使用靈活、具有設(shè)計(jì)優(yōu)化和快速交付的特點(diǎn)。測(cè)試插座可用于各種引線封裝和無(wú)引線封裝類型,包括無(wú)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(cè)試插座:DaVinci(達(dá)芬奇)系列高速測(cè)試插座

史密斯英特康的DaVinci 系列測(cè)試插座是一款高性能同軸插座,精準(zhǔn)應(yīng)對(duì)56/112G SerDes PAM4測(cè)試挑戰(zhàn)。消費(fèi)者對(duì)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(dòng)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(cè)試對(duì)于驅(qū)動(dòng)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(cè)試插座

在廣泛的高速應(yīng)用中,DaVinci 高速測(cè)試插座幾乎是針對(duì)5G和云計(jì)算推出的大型網(wǎng)絡(luò)交換核心芯片測(cè)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(hào)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(cè)試高度和材料撓度。另外新型DaVinci 高速系列降低的測(cè)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(cè)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(hào)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(cè)試插座應(yīng)用

當(dāng)前隨著5G等高速通訊標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí),在既有嚴(yán)苛的電氣性能要求而且對(duì)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(jì)人員越來(lái)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(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì),但也帶來(lái)了一系列新的測(cè)試挑戰(zhàn)。應(yīng)對(duì)這些測(cè)試挑戰(zhàn)需要一種穩(wěn)定、可靠且電氣“潔凈”的測(cè)試插座解決方案。

應(yīng)用于QFN 封裝芯片測(cè)試的Joule 20 高頻測(cè)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(hào)傳輸?shù)目煽啃院屯暾?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(cè)試解決方案。此外,其創(chuàng)新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可允許拆卸測(cè)試插座外殼而無(wú)需將其從PCB板上卸下,在設(shè)備測(cè)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(shí)間并幫助客戶提高了測(cè)試產(chǎn)量。

Joule 20 高頻測(cè)試插座

Joule 20射頻測(cè)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(hào)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(cè)試良率高頻能力確保信號(hào)完整性和可靠性散熱能力支持從-40°C到+125°C接觸壽命長(zhǎng),最多插拔次數(shù)可達(dá)到500,000次

Joule 20高頻 測(cè)試插座結(jié)構(gòu)圖

測(cè)試插座是半導(dǎo)體制造過(guò)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(jì)者必須應(yīng)對(duì)越來(lái)越多的不同挑戰(zhàn)。近年來(lái)數(shù)字時(shí)代的加速發(fā)展,對(duì)新的消費(fèi)電子產(chǎn)品以及自動(dòng)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(lái)越快,功能越來(lái)越復(fù)雜,這就要求更高的測(cè)試可靠性和更少的測(cè)試時(shí)間以將產(chǎn)品快速推出市場(chǎng)。

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