提高半导体芯片测试性能 有那么难吗？

数字居民时代,半导体芯片几乎贯穿于我们生活的各个环节。不管是从微波炉到电脑、手机、计算机中央处理器等电子设备上都安装有各种各样的芯片。当代微处理器或图形处理器上可容纳超过500亿个晶体管,故障率仅接近十亿分之一。为了达到这样级别的芯片运行的可靠性水平,测试和测量在整个芯片设计和封装测试过程中起着至关重要的作用。史密斯英特康半导体测试在此和大家探讨针对不同的应用,半导体测试插座对半导体芯片测试与测量过程的影响。

测试的作用

芯片在这些设备上起到什么作用了?各式芯片在这些电子设备上面的作用,和人体各个器官发挥的作用比较类似。电子设备的整体管理和计算逻辑处理等,需要CPU(核心组成部分就是芯片组),CPU相当于人体的大脑。电子设备识别声音,处理音频,需要音频处理芯片,相当于人体的耳朵。电子设备接收图像,处理图片,需要图片处理芯片,相当于人体的眼镜。总之这些设备具备的各种功能,都需要对应的芯片来实现,就像人体的各个器官实现不同功能一样。

生产期间的测试在确保可靠性及可重复性方面起着重要作用。半导体制造工厂在对芯片每个工艺参数进行精确控制的同时,也会在生产的每个阶段执行测试,以尽早排除有缺陷的零件。首先工厂会在晶圆层面对半导体芯片内核进行基本功能测试,丢弃任何故障零件,然后将通过测试的芯片分离成单独的单元并将其封装等待进一步测试。通常芯片出厂前,会对其进行多达20次测试。大多数测试是由连接到芯片上的特制设备完成的,该等设备采用电信号刺激芯片以模拟真实状态,并捕获芯片的响应以查看其是否达到设计要求。这些被称为自动测试设备(ATE)的系统通常售价为100万至200万美元,可进行编程以连续多年测试各种芯片。

(图1所示,弹簧探针被加载到一个IC测试插座中,该插座将与ATE系统一起使用,以确认IC的质量。)

半导体测试插座简介

为便于ATE测试芯片,必须与已确立的一个干净的电信号路径实现物理连接。测试插座是一种定制设计的机电接口,提供非常干净的电信号路径,以便将芯片连接到ATE。典型的测试插座由三个关键部件组成:1.插座体或插座盒,是一种由金属和塑料制成的定制件,含有精密的切割腔体。2.插入孔腔的弹簧探针(或引脚)提供具有机械顺服性的电路径,将芯片连接到测试系统。3.根据应用的不同,机械特征件(如盖子、垫板或框架)用来创建坚固的机械界面。测试插座的设计者必须应对众多挑战。测试插座必须非常坚固,不受温度和湿度变化的影响,以实现与受测设备的精确和可重复连接。具体细节取决于受测设备的类型,但探针引脚通常必须具有低接触电阻及大载流能力,并处理具有数千兆赫数据速率的高速信号。信号路径必须屏蔽,以使电磁干扰的影响降到最低。当然,除此之外,插座还必须能成功在大批量生产环境中运行,并且能够连续多年可靠地处理数百万个芯片测试。因此,必须对机电特性进行模拟、建模和设计,以达到信号保真度、压缩力、可用性和耐久性的最佳平衡,从而满足生产要求。。

史密斯英特康半导体测试解决方案

史密斯英特康提供高质量的测试插座,这些插座配置种类多样的弹簧触点,并采用不同设计标准设计而成。产品使用灵活、具有设计优化和快速交付的特点。测试插座可用于各种引线封装和无引线封装类型,包括无引线(QFN)封装,四边扁平封装(QFP),小廓形集成电路(SOIC)封装,球栅阵列(BGA)封装,连接盘网格阵列(LGA)封装等。

代表测试插座:DaVinci(达芬奇)系列高速测试插座

史密斯英特康的DaVinci 系列测试插座是一款高性能同轴插座,精准应对56/112G SerDes PAM4测试挑战。消费者对下一代技术的需求,如物联网、5G、人工智能(AI)、深度学习和自动驾驶车辆需要高速数据传输和处理技术,高可靠性测试对于驱动这些技术的高速、多功能数字和模拟设备至关重要。

DaVinci 高速测试插座

在广泛的高速应用中,DaVinci 高速测试插座几乎是针对5G和云计算推出的大型网络交换核心芯片测试的理想的高速解决方案。DaVinci高速应用插座IC插座集成了弹簧探针技术和专利绝缘材料,提供优良的信号完整性和高的机械耐久性。该插座提供的阻抗控制型同轴解决方案具有高达67GHz的模拟RF和112Gb/s数字传输速度。在已获专利的绝缘材料外壳中采用弹簧探针技术,从而产生同轴结构,降低了测试高度和材料挠度。另外新型DaVinci 高速系列降低的测试高度和低的材料挠度特性,确保在智能网络可视化技术,5G和人工智能应用的最终测试阶段的效率和准确性。 新型DaVinci 系列还具有完全屏蔽的信号路径,用作散热片的插座框架实现出色的散热性能以及可更换的弹簧探针触点。 它的额定电流为3.0A,并且具有低接触电阻(<80mΩ)。

DaVinci 高速测试插座应用

当前随着5G等高速通讯标准的升级,在既有严苛的电气性能要求而且对芯片外形尺寸、薄型占位面积要求尽量小的应用中,应用于消费电子,智能驾驶和电源管理等芯片IC 设计人员越来越多地使用 QFN 封装。凭借其直接连接的外围Pad结构、较大的接地块可以保证热和电气性能,以及非常薄的堆叠高度,QFN封装提供了无与伦比的优势,但也带来了一系列新的测试挑战。应对这些测试挑战需要一种稳定、可靠且电气“洁净”的测试插座解决方案。

应用于QFN 封装芯片测试的Joule 20 高频测试插座

Joule 20出色的接触技术和高频能力有效的保证了信号传输的可靠性和完整性,是优化应用于消费电子、智能驾驶、电源管理的 QFN 封装芯片的测试解决方案。此外,其创新的设计结构可允许拆卸测试插座外壳而无需将其从PCB板上卸下,在设备测试期间仍然可进行清洁和维护工作,从而大大减少了客户设备停机时间并帮助客户提高了测试产量。

Joule 20 高频测试插座

Joule 20射频测试插座具有出色的机械和电气性能:

插入插槽,匹配现有的PCB插槽尺寸极短的信号路径,可提供高达20 GHz的高带宽芯片和PCB之间的接触电阻非常低,从而提高了测试良率高频能力确保信号完整性和可靠性散热能力支持从-40°C到+125°C接触寿命长,最多插拔次数可达到500,000次

Joule 20高频 测试插座结构图

测试插座是半导体制造过程的关键零部件,但随着封装类型的激增、尺寸的缩小和速度的提高,设计者必须应对越来越多的不同挑战。近年来数字时代的加速发展,对新的消费电子产品以及自动驾驶汽车产生了巨大的需求。芯片更新迭代的速度变得越来越快,功能越来越复杂,这就要求更高的测试可靠性和更少的测试时间以将产品快速推出市场。

史密斯英特康作为全球领先的高可靠性测试插座生产商,其测试解决方案具有可靠的弹簧探针技术、优化的设计和绝佳的机械性能,在各种严格的半导体测试应用中表现出卓越的质量和可靠性。