如何破解芯片量產(chǎn)測(cè)試難題，促進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展

11月10-11日，第29屆中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2023年會(huì)暨廣州集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇（ICCAD 2023）在廣州保利世貿(mào)博覽館成功舉辦。本次大會(huì)以“灣區(qū)有你，芯向未來(lái)”為主題，由開(kāi)幕式、高峰論壇、7場(chǎng)專題研討、產(chǎn)業(yè)展覽四個(gè)部分構(gòu)成，來(lái)自國(guó)內(nèi)外IC設(shè)計(jì)企業(yè)及IP服務(wù)廠商、EDA廠商、Foundry廠商、封裝測(cè)試廠商、系統(tǒng)廠商、風(fēng)險(xiǎn)投資公司、集成電路產(chǎn)業(yè)園區(qū)的4000余位業(yè)界人士參加了會(huì)議。 11月11日，在先進(jìn)封裝與測(cè)試專題研討論壇上，摩爾精英測(cè)試量產(chǎn)總監(jiān)肖濤豐分享了題為《穩(wěn)定的芯片量產(chǎn)測(cè)試方案》的主旨演講，通過(guò)詳細(xì)介紹完美的量產(chǎn)測(cè)試設(shè)計(jì)方案、NPI（New Product Introduce）方法、測(cè)試量產(chǎn)管控方法等，使摩爾精英 ? 無(wú)錫先進(jìn)封測(cè)中心精彩亮相，獲得了現(xiàn)場(chǎng)觀眾的廣泛關(guān)注。

以下為肖濤豐總監(jiān)演講的全部?jī)?nèi)容：眾所周知，測(cè)試是實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到量產(chǎn)的關(guān)鍵必備環(huán)節(jié)，主要分為晶圓測(cè)試和成品測(cè)試。晶圓測(cè)試主要起的是承前啟后的作用，通過(guò)分析晶圓測(cè)試的結(jié)果，可以推理前道的晶圓制造工藝優(yōu)化，有助于提高芯片制造的良率。對(duì)后道提供good die的數(shù)據(jù)給封裝廠商，減少無(wú)效封裝帶來(lái)的費(fèi)用增加。成品測(cè)試主要是分為電性能測(cè)試、功能性測(cè)試、3D5S外觀檢驗(yàn)測(cè)試，主要是成品突破質(zhì)量的一個(gè)保障。

一、完美的量產(chǎn)測(cè)試設(shè)計(jì)方案

完美的量產(chǎn)測(cè)試設(shè)計(jì)方案應(yīng)具備的特點(diǎn)是能篩出所有的不良品，讓所有的好品通過(guò)測(cè)試，提高產(chǎn)品良率，提供有用的測(cè)試失敗信息，測(cè)試時(shí)間最短，并測(cè)數(shù)最高，量產(chǎn)維護(hù)更容易。 PPT右上方的圖展示了一個(gè)產(chǎn)品在測(cè) leakage時(shí)的原方案，可以看出它測(cè)試的Reading特別的離散，CPK 是比較差的。經(jīng)過(guò)摩爾精英的測(cè)試機(jī)和測(cè)試方法優(yōu)化后，測(cè)試讀值明顯居中，CPK 已經(jīng)高達(dá)15，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

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一個(gè)典型的量產(chǎn)測(cè)試結(jié)果

以典型的RDSON測(cè)試項(xiàng)目為例, 從 4 testers FT 量產(chǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)(8-sites)中，推斷可能的情況：測(cè)試硬件設(shè)計(jì)時(shí)Kelvin 連接設(shè)計(jì)和布線都挺好，但測(cè)試硬件設(shè)計(jì)時(shí)的socket可能沒(méi)有用Kelvin pin，芯片參與該測(cè)試的pin可能沒(méi)有一個(gè)信號(hào)多個(gè)管腳，芯片可能沒(méi)有Analog DFT專門引出參與該測(cè)試的信號(hào)，所以導(dǎo)致了測(cè)試的值出現(xiàn)了一些偏差。

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一個(gè)典型的量產(chǎn)測(cè)試方案

以下是一個(gè)典型的 8-sites FT 量產(chǎn)測(cè)量Load Board，從圖紙上可以看到，load board的設(shè)計(jì)是很復(fù)雜的，電路板上的元器件也很多，有2000多個(gè)，分布密密麻麻。 復(fù)雜的load board設(shè)計(jì)給量產(chǎn)測(cè)試帶來(lái)的挑戰(zhàn)主要有以下兩點(diǎn)：Load Board很復(fù)雜，量產(chǎn)時(shí)site-site的良率差異會(huì)很大，同一顆芯片、同一項(xiàng)參數(shù)，在不同site有不同的測(cè)試結(jié)果。Load Board元件很多，工廠量產(chǎn)時(shí)Load Board很難維護(hù)，特別是使用一段時(shí)間以后，一些元器件性能降低甚至損壞，直接影響到測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性和良率。

在測(cè)試方案開(kāi)發(fā)時(shí)，Designer應(yīng)該避免將硬件設(shè)計(jì)的過(guò)于復(fù)雜，這不助于量產(chǎn)的維護(hù)。要知道，日后的量產(chǎn)過(guò)程中，隨著LB元器件的老化， 測(cè)試結(jié)果將越來(lái)越不準(zhǔn)確。 那么，如何簡(jiǎn)化量產(chǎn)測(cè)試流程的測(cè)試開(kāi)發(fā)呢？這里有幾個(gè)方法：?提供Load Board 自診斷程序，便于量產(chǎn)測(cè)試的硬件維護(hù)； ?增加Contact Resistance （CRES）測(cè)量項(xiàng)，便于量產(chǎn)測(cè)試的監(jiān)管； ?測(cè)試方案Release前通過(guò)Gauge Repeatibility & Reproducability （GRR）流程，確保量產(chǎn)測(cè)試的穩(wěn)定性。

二、完美的NPI（New Product Introduce）方法

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)完成后的下一個(gè)步是NPI新產(chǎn)品導(dǎo)入工廠階段，這個(gè)階段非常重要，完美的 NPI 要確保：測(cè)試開(kāi)發(fā)者與測(cè)試工廠無(wú)縫銜接，測(cè)試工廠充分理解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求與思路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，定義最佳的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)能保障以及質(zhì)量管理體系。

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一個(gè)典型的NPI工作流程

典型的NPI工作流程應(yīng)該要遵循APQP 五步法：產(chǎn)品和計(jì)劃的可行性審查、工藝流程和產(chǎn)品的資質(zhì)認(rèn)證準(zhǔn)備、工藝流程和產(chǎn)品的資質(zhì)認(rèn)證、工藝流程和產(chǎn)品的資質(zhì)認(rèn)證的生效、小批量生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)準(zhǔn)備。

三、完美的測(cè)試量產(chǎn)管控方法

NPI完成后，產(chǎn)品進(jìn)入量產(chǎn)階段，完美的測(cè)試量產(chǎn)管控方法應(yīng)具備的特點(diǎn)：

讓所有的生產(chǎn)缺陷在自動(dòng)化管控系統(tǒng)下被防呆識(shí)別

測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)化生成、傳輸、總結(jié)報(bào)告

完善的測(cè)試規(guī)范和整潔的測(cè)試環(huán)境

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在保證質(zhì)量的前提下將生產(chǎn)效率提到最高

當(dāng)然，在量產(chǎn)測(cè)試中總會(huì)存在一些不可避免的問(wèn)題/挑戰(zhàn)。大規(guī)模的量產(chǎn)測(cè)試中的人為錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)法保證，甚至出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的產(chǎn)品損壞。測(cè)試產(chǎn)品工程師和工藝工程師必須考慮這些因素，在芯片導(dǎo)入測(cè)試生產(chǎn)線時(shí)減少甚至避免這些質(zhì)量隱患。

測(cè)試致命缺陷：測(cè)試程序錯(cuò)誤，產(chǎn)品混料，產(chǎn)品裂痕，測(cè)試工序遺漏

測(cè)試一般缺陷：測(cè)試設(shè)備與治具引入的良率損失，測(cè)試環(huán)境引入的產(chǎn)品外觀受損，測(cè)試數(shù)據(jù)異常，標(biāo)簽與包裝不清晰等

關(guān)于穩(wěn)定量產(chǎn)測(cè)試的一些方法，主要以案例的形式和大家分享測(cè)試程序用錯(cuò)的防呆機(jī)制、自動(dòng)化防漏測(cè)的識(shí)別方法、在線良率實(shí)時(shí)監(jiān)控以提高測(cè)試良率三種。

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案例：測(cè)試程序用錯(cuò)的防呆機(jī)制

產(chǎn)品工程師在MES系統(tǒng)中維護(hù)產(chǎn)品流程及其對(duì)應(yīng)的測(cè)試程序

工程師人員在派單系統(tǒng)中創(chuàng)建批次信息并生成對(duì)應(yīng)的流程卡

屏蔽設(shè)備UI界面的手動(dòng)Key in功能

操作員通過(guò)掃描流程卡自動(dòng)化調(diào)取測(cè)試程序

測(cè)試結(jié)批后, TDS(Test Detect System) 對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化程序名稱對(duì)比和糾錯(cuò)

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案例：系統(tǒng)自動(dòng)化診斷Double Units漏測(cè)方法

工程人員設(shè)置具有坐標(biāo)特征或具有參數(shù)讀值的測(cè)試項(xiàng)作為參考依據(jù)

測(cè)試完成后，系統(tǒng)自動(dòng)讀取測(cè)試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)任何連續(xù)相同的測(cè)試讀值

系統(tǒng)自動(dòng)扣留任何異常的批次

右圖例子是一個(gè)1萬(wàn)顆產(chǎn)品的lot，當(dāng)測(cè)試完成后，測(cè)試數(shù)據(jù)將會(huì)被自動(dòng)化解析測(cè)，圖中的每個(gè)小方塊就代表一顆 IC 的讀值，也就是它的“性能”信息，由于每顆芯片的“性能”狀況不一樣，讀值也會(huì)有上下的波動(dòng)。畫(huà)紅色圈的地方大概有 600 顆產(chǎn)品，它的性能狀況是連續(xù)一樣的，這就代表有一個(gè) device 卡在 socket 里邊被連續(xù)多次測(cè)試，會(huì)造成測(cè)試逃逸問(wèn)題，可能 600 顆芯片都是在測(cè)試同一顆，其他599 顆可能沒(méi)測(cè)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別這樣的缺陷，并自動(dòng)化扣留這個(gè)批次。

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案例：在線良率實(shí)時(shí)監(jiān)控以提高測(cè)試良率

根據(jù)產(chǎn)品的良率預(yù)期，設(shè)置好量產(chǎn)測(cè)試的良率要求（low yield limit/site to site gap/SBL/OS fail rate…）

系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控良率

任何的良率異常，系統(tǒng)自動(dòng)介入，叫停測(cè)試

系統(tǒng)自動(dòng)提醒清潔、保養(yǎng)測(cè)試治具

右圖就是工程師在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了一個(gè)產(chǎn)品的良率上、下限、趨勢(shì)圖和 SBL 要求等，測(cè)試過(guò)程中，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控良率的波動(dòng)，任何的一項(xiàng)參數(shù)超出了設(shè)定范圍，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)介入叫停測(cè)試，提醒相關(guān)技術(shù)人員檢查和處理這些良率的異常，保證我們的良率不會(huì)有太大的損失。

四、摩爾精英 ? 無(wú)錫先進(jìn)封測(cè)中心

依據(jù)業(yè)界對(duì)測(cè)試工廠的期望：最低的DPPM和客退案件，充足和可調(diào)配的產(chǎn)能，合理的價(jià)格，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定，服務(wù)響應(yīng)速度快，配合度高，自動(dòng)化程度高，減少人工操作等，摩爾精英在無(wú)錫建了一個(gè) 5000 平方的高標(biāo)準(zhǔn)潔凈室測(cè)試車間，以自主MEE-T系列ATE測(cè)試機(jī)為基礎(chǔ)，以滿足客戶需求、幫客戶降本增效為首要任務(wù)，提供工程開(kāi)發(fā)和測(cè)試量產(chǎn)，2022年5月取得ISO9001:2015質(zhì)量管理體系認(rèn)證。

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無(wú)錫先進(jìn)封測(cè)中心·制造管理與大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

摩爾精英無(wú)錫先進(jìn)封測(cè)中心?制造管理與大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)致力于破解芯片量產(chǎn)測(cè)試難題，借助EHM系統(tǒng)管控硬件、治具，借助EAP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化，防止人為誤操作，借助MES系統(tǒng)管理批次的加工流程，使用大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)管理測(cè)試數(shù)據(jù)，最后，通過(guò)SAP供應(yīng)鏈云實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)化交付客戶端，助力芯片公司實(shí)現(xiàn)降本增效，促進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。