提升IC測試廠的產(chǎn)能利用率

前言

IC測試廠最重要的兩大指標(biāo)就是測試品質(zhì)與生產(chǎn)效率。測試品質(zhì)的關(guān)鍵在于測試的再現(xiàn)性與可重復(fù)性，而生產(chǎn)要素除了合格率的因素外，最主要的就是測試設(shè)備的產(chǎn)能利用率。在質(zhì)的方面，對于經(jīng)過測試的每一顆IC，要求在最短的時間內(nèi)測完所有指標(biāo)，而且不因時間、地點的不同而測得不同的結(jié)果。在量的方面，如何提升測試設(shè)備的產(chǎn)能利用率，降低機(jī)器準(zhǔn)備時間、故障維修時間以及如何減少重測，均考驗測試廠的工程技術(shù)能力與量產(chǎn)的運(yùn)行能力。

自動測試設(shè)備ATE的生產(chǎn)效率

IC測試廠的服務(wù)項目，主要包括晶圓測試、成品測試，以及少部分的老化測試與手工測試。

在半導(dǎo)體IC測試服務(wù)里，最重要的設(shè)備就是自動測試設(shè)備(ATE)，簡稱測試臺。將其與探針臺(Probe)連接，可用于晶圓測試，若與機(jī)械手連接，就可用于成品測試。

要測試IC的好壞，即是否符合產(chǎn)品的設(shè)計指標(biāo)，就需要用到各種測試儀器，如電源、邏輯波形發(fā)生/接收器、信號發(fā)生器、示波器，甚至頻譜分析儀等等。先進(jìn)的測試系統(tǒng)已能將這些測試儀器整合在一臺系統(tǒng)之內(nèi)，并利用電腦程序來控制這些儀器，何時送出測試波形以及何時檢測被測IC(DUT：Device Under Test)的輸出信號是否符合指標(biāo)，由于是電腦程序控制，我們可以將所有的測試項目依序排列，在很短的時間內(nèi)完成測試。試想有一顆待測的CPU管芯，要測完所有的指令與功能、芯片的工作電壓范圍、運(yùn)算速度，只需幾秒鐘的測試時間，這全都有賴于先進(jìn)自動測試系統(tǒng)的作用。

現(xiàn)在的晶圓越做越大，以一批25片晶圓為例，每片包含400只管芯，每只測試用時4秒鐘，測完一批約需十多個小時，如果沒有快速的測試設(shè)備，是無法消化晶圓廠產(chǎn)出的晶片的。

自動測試設(shè)備ATE的測試品質(zhì)

自動測試設(shè)備ATE的另一個要素就是儀器的指標(biāo)是否能夠符合被測IC的要求，尤其對于最新的半導(dǎo)體產(chǎn)品而言，無論是工作速率、頻寬、電源分辨率，還是功能復(fù)雜度都不斷提升，相對地對自動測試系統(tǒng)ATE指標(biāo)的要求也越趨嚴(yán)格。以測試CPU為例，邏輯向量速率需大于GHz，準(zhǔn)確度要小于納秒(ns)，而先進(jìn)的USB2.0、PCI-express更要求測試系統(tǒng)能夠產(chǎn)生精確的差分邏輯信號，語音信號的分辨率必須小于毫伏，其它，如視訊、通訊或微波類產(chǎn)品，對于信號的品質(zhì)都有不同尺度的要求。

除了信號品質(zhì)外，另一挑戰(zhàn)就是接口技術(shù)。在測試系統(tǒng)里探針臺與機(jī)械手主要的工作是將被測的管芯或封裝完成的IC，一顆顆地送到被測IC接口板的固定引腳處，而每一引腳再藉由電路板的連線連接到測試機(jī)內(nèi)的儀器。信號在接口板上傳輸會衰減，或受阻抗匹配影響而造成波形失真，或由于接地不良造成干擾等，會影響到被測物的輸入與輸出并造成誤測，這是我們不愿看到的。

量產(chǎn)測試環(huán)境

半導(dǎo)體IC測試廠就是以構(gòu)建量產(chǎn)測試環(huán)境為主，從進(jìn)貨檢測開始，安排測試機(jī)臺、測試機(jī)的設(shè)置、一致性檢驗、生產(chǎn)過程中的異常處理機(jī)制、測完后的分級處理、測試資料的收集，以及后序流程的檢測烘烤、包裝、出貨等，每一步驟都希望采用生產(chǎn)線的自動化以減少人為的錯誤。本文將以測試機(jī)的生產(chǎn)自動化為主，提出數(shù)項改進(jìn)建議以供參考。

機(jī)臺生產(chǎn)監(jiān)控器

要想提高測試系統(tǒng)的產(chǎn)能利用率，就安裝一個生產(chǎn)監(jiān)控器。在過去記錄大多為人工方式，粗略記錄生產(chǎn)時間、異常時間、設(shè)置時間等；而先進(jìn)的測試廠，已經(jīng)能夠通過生產(chǎn)自動化，在每一臺測試系統(tǒng)上安裝一個生產(chǎn)監(jiān)控軟件，如OEE advisor，用來記錄每一個細(xì)微的動作，如記錄每批貨的載入時間、機(jī)器設(shè)置時間、測試程序裝入時間、一致性檢驗時間、生產(chǎn)開始時間、生產(chǎn)完成時間、結(jié)賬時間等等，甚至于每顆IC的測試時間、分級時間，通過網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，可以在生產(chǎn)異常時自動報警，甚至發(fā)送e-mail或短信息通知負(fù)責(zé)工程師，而主管則可在辦公室通過網(wǎng)絡(luò)實時了解生產(chǎn)線上每一臺系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況。

自動程序載入器

在過去，測試程序版本、機(jī)器配置、機(jī)器操作系統(tǒng)版本、機(jī)器準(zhǔn)用的管理，常常困擾生產(chǎn)線，造成機(jī)器設(shè)置失敗而無法生產(chǎn)，或雖可生產(chǎn)，但由于用錯了程序版本，造成客戶退貨而整批重測的現(xiàn)象。在先進(jìn)的測試廠里，已能夠做到在程序服務(wù)器上統(tǒng)一管理測試程序，由系統(tǒng)來管理哪一批貨對應(yīng)哪個程序，而線上的操作員只要在測試機(jī)上輸入貨批代碼，系統(tǒng)會找到正確的測試程序，并自動檢查測試系統(tǒng)的硬件配置、系統(tǒng)程序版本，甚至檢查系統(tǒng)是否已經(jīng)通過校準(zhǔn)而允許生產(chǎn)等，最后才將測試程序載入系統(tǒng)，等待下一步的一致性檢驗。

一致性檢驗系統(tǒng)

生產(chǎn)前的一致性檢驗，一直作為判斷測試系統(tǒng)的安裝狀況可否用來繼續(xù)生產(chǎn)的準(zhǔn)則。生產(chǎn)線上的工程師，常被要求采集標(biāo)準(zhǔn)樣品的測試數(shù)據(jù)與先前測過的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做一一比對，這樣做較費(fèi)時并且不易分辨細(xì)微的區(qū)別?，F(xiàn)在較先進(jìn)的做法是由電腦直接選取標(biāo)準(zhǔn)樣品，再到測試系統(tǒng)上執(zhí)行測試，測試機(jī)自動收集測試數(shù)據(jù)，與服務(wù)器上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作詳細(xì)比對；若比對不能通過，系統(tǒng)將會顯示測試失敗的地方，以利于線上工程師依序排除錯誤。自動化的另一優(yōu)點是以最小的樣品數(shù)取得最多的資料點，藉由系統(tǒng)統(tǒng)計的判斷，指出系統(tǒng)的狀況，如此就可減少比對樣品的使用次數(shù)，進(jìn)而降低樣品的故障率，而能省下比對樣品的成本。

測試資料收集系統(tǒng)

每一顆IC均有數(shù)十項到數(shù)百項測試項目，測試機(jī)可記錄每一顆測試讀值，并將整批測試資料上傳到服務(wù)器。資料收集及上傳會占用測試機(jī)時間，運(yùn)用電腦的技巧以處理大量的資料是目前正在努力的方向。當(dāng)資料存在服務(wù)器后，可做進(jìn)一步的分析，如產(chǎn)品特性分析、合格率分析、Binning分析、Waftermap分析等等。有些客戶會要求將原始測試資料傳回公司再做分析，這些要求都需要有強(qiáng)大的服務(wù)器與快速的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

自動排產(chǎn)系統(tǒng)

自動測試設(shè)備雖可稱為萬用測試系統(tǒng)，但測試廠卻還是常因為客戶產(chǎn)品的不同種類而傷透腦筋。自動測試系統(tǒng)通常是在一個大的測試頭上裝有一、二十個插槽，依據(jù)待測IC的測試指標(biāo)組成不同的配置，例如設(shè)計成1槽插放通用電源，2至5槽插放中速邏輯波形發(fā)生/接收器，6槽插放高速邏輯波形發(fā)生器，7槽插放中頻信號發(fā)生器，9槽插放低頻高分辨率頻譜分析儀等。由于測試廠要服務(wù)多家客戶及多種產(chǎn)品，目前沒有一種自動測試設(shè)備能用一種配置覆蓋所有的IC種類，所以退而求其次，只能異中求同，盡量將相似的產(chǎn)品歸類，分成多種分類來管理。但實際上除硬件配置不同外，還有軟件配置的不同，如A類待測IC，需在系統(tǒng)程序V3.2.6.1版本，Pin卡速度400Mbps，存儲器56M，32種波形表等等，一般的測試廠需要很小心去管理這一切，將每種待測IC的硬件與軟件配置列表，再將配置相似的自動測試設(shè)備分組交由生產(chǎn)管理人去排產(chǎn)，而要生產(chǎn)時再由生產(chǎn)線工程師去設(shè)置，有時，由于配置不對，需要替換或移動硬件，有時需要轉(zhuǎn)換系統(tǒng)程序版本，這都會浪費(fèi)系統(tǒng)的準(zhǔn)備時間，較先進(jìn)的做法是利用電腦自動化來管理，事先檢查與系統(tǒng)實時配置管理，以減少不必要的安裝時間，并提高自動測試系統(tǒng)的產(chǎn)能利用率。

生產(chǎn)知識/經(jīng)驗庫

生產(chǎn)線上的待測IC，大部分已可列入流程管理系統(tǒng)，但某些工程實驗品/批或測試開發(fā)時的實驗品，卻需靠生產(chǎn)注意事項告知生產(chǎn)線如何做，問題常發(fā)生在有些批已變成工程實驗批或交班不清或注意事項未注明異常處理等等，造成生產(chǎn)線需緊急呼叫產(chǎn)品工程師或?qū)е律a(chǎn)異常。倘若能將此注意事項電腦化，當(dāng)生產(chǎn)批號被輸入時即能將工程實驗批的流程與步驟、注意事項顯示在自動測試系統(tǒng)的屏幕上，并指導(dǎo)操作工如何操作，這將減少生產(chǎn)線異常狀況的發(fā)生。如何能累積生產(chǎn)經(jīng)驗并提醒每班的生產(chǎn)技術(shù)員，則有賴于知識庫的建立；通過整理及查詢系統(tǒng)，相信能提高所有技術(shù)人員解決問題的能力，以減少停機(jī)。

統(tǒng)計過程控制

理論上，我們可以通過生產(chǎn)線的實時資料收集系統(tǒng)，通過資料庫的統(tǒng)計理論轉(zhuǎn)而對當(dāng)前待測IC做某些測試項目的刪減，而達(dá)到縮短生產(chǎn)時間的目的。但前提是自動測試系統(tǒng)的一致性檢驗資料、待測樣品取樣資料及生產(chǎn)一段時間后的自動QA比對系統(tǒng)與失效重測的處置，都須清楚地注明貨批處理與系統(tǒng)自動化?，F(xiàn)有系統(tǒng)只能做到開路/短路連續(xù)發(fā)生時的管制，Soft Bin超出的處置，或測完后的合格率的管制，希望我們能通過生產(chǎn)資料的實時計算、比對以及清楚的處理流程達(dá)到縮短測試時間的目的。

結(jié)論

要提高測試廠的產(chǎn)能利用率，就要減少異常的發(fā)生。通過事先的檢查、確認(rèn)與生產(chǎn)線自動化，如前所提的自動排產(chǎn)系統(tǒng)、自動程序載入器、一致性檢驗系統(tǒng)、產(chǎn)能監(jiān)控器、測試資料收集系統(tǒng)、生產(chǎn)知識庫、統(tǒng)計過程控制系統(tǒng)，相信能對自動測試系統(tǒng)產(chǎn)生最大的利用率與測出世界級的品質(zhì)。