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测试模拟电路变得更加困难

高级节点和包装中的混合信号内容正在提示替代方法。

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铸造和包装房屋正在努力控制测试阶段的热量,特别是随着器件继续缩小并随着热敏模拟电路被添加到SOC和高级封装中,以支持从RF到AI的所有内容。

最主要的问题是,热会损坏测试中的芯片或设备。这对于在先进节点上开发的数字芯片来说无疑是正确的,因为随着介电薄膜变得越来越薄,晶体管设备本身不断收缩,它们更容易受到热的物理损伤。但这更是个问题模拟电路,这在芯片或封装设计中越来越普遍,因为从数字世界的传感器产生的数据是用数字技术处理的。

芯片制造商开始利用不同的方法来处理这些问题。它们在设计阶段进行了模拟和验证的努力,修改了它们在制造过程中找到缺陷的方法,以及加入能力即使在离开工厂或包装房屋之后也能够继续监控芯片和系统。

“如果你想想2015年的一个系统,它不是很旧,有一个SOC.德拉姆连接到PCB., SoC主要是数字嵌入式的SRAM.,“产品管理和营销集团总监Hany Elhak说synopsys.。“现在,先进的soc包括所有这些模拟功能。在今天的5nm SoC中,我们有很多真正的模拟块,它们在几年前是它们自己独立的成熟节点ic,用于电源管理和数据转换。所以这些芯片上的模拟电路要大得多、复杂得多。”

因此,与其单独设计和测试模拟,还不如在更复杂的系统环境中考虑它。这使得使用传统方法进行测试变得更加困难、复杂,而且可能更具破坏性,需要在体系结构阶段制定计划,说明如何设计、布局、分区、验证、验证以及最终测试和监控这些设备。

“团队设计内存,团队设计模拟,设计定制数字和基础知识产权,以及使用信号完整性的人 - 他们都需要拥有统一的工作流程,以便他们实际上可以相互配合,”Elhak说。“超融合正在打开门,以解决之前不需要的某些问题。好消息是我们拥有在某些领域建立的技术,可以重新用于其他应用程序。“

这种工具的融合已经变得非常重要。最近的一次学习受西门子EDA委托研究发现,最近重新旋转的最大驱动因素主要是模拟电路。该公司负责验证的首席科学家哈里•福斯特(Harry Foster)表示:“目前的情况是,石油行业继续向先进节点迁移,而在先进节点上,变化性极其难以建模。西门子eda.。“最重要的是,这些模型正在随机发展。有很多角落验证。但是更有趣的趋势是我们看到复杂的混合信号设计的数量增加,无论技术节点如何,因为公司试图优化包括模拟的区域足迹。“

整合本身是一个挑战。“在过去,模拟电路 - 即使芯片上有一些模拟电路 - 在许多情况下是离散的。“Synopsys工程副总裁Aveek Sarkar说。“当数据速率低得多时,它在一个成熟节点。这些芯片中的大多数用于PCB并以这种方式设计和评估。我们现在聚集了很多不同的设计类型,同一SoC的许多不同的应用程序。“


图01:规模和系统复杂性随着集成了模拟的先进节点SoC的增加而增加。来源:Synopsys对此

使用IC设计会聚,模拟零件的测试成为一个问题。热问题已经瘟疫复杂的数字设计。添加模拟只会加剧问题。

“凭借一些产品,特别是在高端,他们无法用探针测试一切,”先进的包装开发和集成副总裁Mike Kelly说雅克。“每个人都尽力剔除失败或不好的部分。在我们拿到这些包装之前,我们要拿到一张晶圆图,上面的所有东西都应该是好的。然后这些部件被组装成系统测试,基本上就是模拟一个产品。如果你有更多的硅含量进入一个不是100%的包装,他们你会有一些包装产量的影响。但收益率和试探测试已经足够好了,经济状况仍然有效。”

从设计的角度来看,先进的包装开辟了各种各样的建筑可能性,用于提高性能和降低功率和提高散热。但是测试变得更加复杂,因为没有包装中的所有设备都暴露于测试仪。另外,通过包的驱动信号通过包来测试数字组件可以充分损坏敏感的模拟组件。

因此,除了更多的预先验证和模拟之外,打包还需要更多定制的测试方法。一些零件可能被接受为已知良好的模具前包装,这可能是足够的。其他的可能需要更多的测试,因为它们用于关键安全或关键任务的功能。

“You certainly cannot get every I/O inside the channel to fan out, so some companies may skip a row of bumps, and if one of them is bad, they will show ‘Fail’ and go into default mode,” said Alan Liao, director of product marketing at构成因素。“你可以测试任何你想要的东西,但成本将非常高。有时你可以通过在研发的早期阶段多花一些钱来抵消这一点,然后在进入生产阶段时,你可能想要平衡测试成本。”

图02:不同设备的功耗水平。资料来源:Amkor / Meptec Talk。
图02:不同设备的功耗水平。资料来源:Amkor / Meptec Talk。

自动测试设备
同样地,自动测试设备(吃)可以限制热量,但计算必须是测试计划的一部分。

“与'现实世界不同,'我们在吃的比赛中有点控制比在现场应用程序中进行了更多的控制。我们可以在最大的热需求和围绕边缘进行测试而不是一些蛮力的测试方法,“蒂姆伯特,应用工程师咨询经理优点。“即使在数字测试中,当你测试时,你也不会在处理程序中加热芯片,然后运行一个热负荷,将其内部采用超过200°C。已经说,您将超过模具内部的外部处理室温度。但一般来说,我们监控内部模具温度,以免超过最大模具温度值(这可以比包装零件规格高出比特)。任何无意中循环运行的人都在一个大的时候b图案,只能在探测中焊接插座或烧焦针,这太好了。“

在较老的流程节点上开发的较老的模拟程序具有更多的弹性。“在BUCK、BOOST、BOOST-BUCK转换器或内部有开关的D类放大器上进行过流或满负载测试时,模拟也没有什么不同。ATE允许我们控制不运行模具的延长时间,将过热的模具内部,仍然完成特定的要求。内部温度测试对许多此类模具也很常见。一个例子是20A D类放大器的过电流测试,我们可能会在超过10µS或15µS的大电流后,在某些GPIO管脚上寻找比较器跳闸。20.1A的20µS脉冲应该足以在不使模具过热的情况下完成这一任务。热管理在ATE是关于控制模具和了解如何巧妙地完成一项任务。如果你不理解你正在使用的设备,使用蛮力总是会给你带来麻烦。相信我,在过去的25年里,我已经把工厂安装的烟雾泄露出去了。”

当然,能够测试复杂SOC的ATES,并且有一段时间。Advantest的93000-L ATE - 位于93000系列可伸缩SOC测试设备的顶端 - 可以测试数字,模拟和混合信号。

其他事宜
但是功能测试只能到此为止,特别是在异构设计中。一些事情也可以看到,可能不会出现在功能测试中,而这可以在没有损坏芯片或封装的情况下完成。

“即使您在留下芯片之前,它在离开工厂之前,它通过下游加工东西正在加热,”CEO的Subodh Kulkarni说讯连丝器。“有焊接,线路和其他过程,以及转移的东西。即使在150°Celsius,也不是什么都不应该移动,事情就足够了,以创造额外的问题。所以你做I / O检查作为芯片或包裹掉线,一切看起来都没关系。但是,当它在该领域发货时,您可能会有婴儿死亡率或在路上六个月失败,因为在一切落入地点之前完成了I / O检查。发生的原因是,并非一切都像你认为应该一样解决。这就是为什么公司告诉我们他们希望在这些设备离开工厂之前增加100%的检查,因为它给他们一个有机会在它成为该领域的一个非常大的问题之前遇到问题。“

芯片制造商在此之后添加了另一步。与过去不同,当唯一讲究现场出现问题的唯一方法是通过有缺陷设备的后验证,可以将监视器插入芯片中以在整个生命周期中追踪芯片的健康状况。这可以涉及这种测量作为温度或振动。然后,数据可以循环回制造和设计流动以避免未来的问题,以及做预防性维护或主动提供现场的替代品。

“我们实际坐在数字和模拟之间 - 在监测整个生态系统本身时,”首席战略官(CSO)Uzi Baruch表示Proteantecs.。“我们的监视器嵌入数字方面,但可以监控IC的整个性能和行为,以及系统和应用的影响。监视器对整个周围敏感,并且通过融合云中的测量和应用机器学习算法,我们能够通过对数字环境的影响提供数字和模拟性能的深度数据。这就是我们如何接近问题。“

在测试期间,例如在烤箱测试中,在芯片中有一个监视器可以快速产生有价值的数据。“我们的分析平台提供了有关时间利润率的深度数据,所以你可以监控随着时间推移的下降情况。你可以使用这些新数据来预测它在烤箱内的表现,这要感谢实际的边际测量。你可以比较预期的和你在芯片内实际看到的。通常情况下,你需要在那个烤箱里放很多薯片,等到它结束,你才能知道哪一个在什么情况下出了问题。但是有了来自监视器的通用芯片遥测技术,你可以看到实际的行为。您可以看到将要出现的阈值,并且可以更早地发现问题。它不仅用于预测和分析寿命,而且很容易节省大量的测试时间。你已经在非常早期的阶段知道了参数是什么,然后相应地设定具体的限制。你不需要等到最后才明白发生了什么。”

例子的挑战
传感器添加自己的复杂性。“传感器可能需要一些其他刺激措施,”Amkor在最近的展示期间,Amkor的高级主任Andrei Berar说。“您可能需要将温度与压力混合。所以这使得我们的测试生活更有趣。“增加模拟意味着测试公司的并发症正在解决解决方案。

测试使用的RF设备5克意味着测试信号强度并处理过滤器 - 以及其中许多 - 用于载波聚合。FormFactor开发了较难射频测量滤波器的探针卡,丹尼尔Bock,RF应用工程师在FormFactor。

探针卡和探头已经通过创新,使得可以实现高并行晶圆探测。FormFactor采用机器制造的弹簧,并用MEMS制作的尖端使用半导体线粘合剂 - 将其连接到弹簧。该配置实现了探头的高精度和高可靠性,改善了探头的旧方法。当铜柱开始用作互连时,它意味着FormFactor必须探测铜,这对于它们来说是新的。“对我们施加的要求意味着我们必须达到非常高的电流承载能力(CCC),因为这些新芯片耗电,我们需要实现非常低的接触电阻,并且我们需要降低接触力,因为探头的数量是因为探针的数量T.ripling,” said Jarek Kister, FormFactor’s CTO, in a视频。“因为可访问性MEMS.技术,我们能够创建一种使用三种不同金属的新型探头。每个金属的功能非常具体,与另一个相同。通过这三个单独的功能,我们能够创建一种能够做出非常高的CCC,极低接触电阻和非常低的散装电阻率的新完美探测器。“

专注于吃水是另一种途径。“在测试时,我们面临的是,再次是异因的装置,我们得到热点,我们得到热点,因为一侧的多芯片装置具有不同的热特性。我们还有尖峰 - 由于我们在考试期间应用了传感器的方式而飙升,“Amkor的Berar说。“我们的挑战主要是考虑所有这些尖峰和不同的设备,我们需要将我们的交界处和壳体温度约为125°C至150°C。这主要是测试中的挑战,一个尺寸不适合所有。我们有不同的尺寸,需要管理的不同权力。“

结论
如果模拟电路是许多重新旋转的原因,则测试行业将继续运作问题。芯片的复杂性和各种各样的芯片将激发更多的测试创新,并且模拟也将利用添加到数字芯片的可见性。

-埃德·斯珀林对此报道有贡献。

相关案例
防止芯片在测试期间燃烧T.
缩放、封装和对可靠性的更大推动为芯片测试带来了新的挑战。

数字测试增大或减小
解决不断增长的芯片尺寸、不断上升的测试成本和更复杂的问题。

芯片复杂性和未知数的陡峭峰值
增加的相互作用和定制推动了重新旋转或失败的风险。



1评论

凯文卡梅伦 说:

如果有能够处理SOCS和系统的快速AMS / RF模拟器,则会更容易。

坐在标准委员会(例如,IEEE P2427),人们仍然忽略数字只是一个模拟顶部构建的抽象,就在你获得5G之前,而3D ICS。

测试一切都变得更加困难。

AI可能会很快解决,以损害那些依赖于当前生态系统的人。

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