提高芯片測試性能，真的有那么難嗎？

數(shù)字居民時代，半導體芯片幾乎貫穿于我們生活的各個環(huán)節(jié)。不管是從微波爐到電腦、手機、計算機中央處理器等電子設(shè)備上都安裝有各種各樣的芯片。當代微處理器或圖形處理器上可容納超過500億個晶體管，故障率僅接近十億分之一。為了達到這樣級別的芯片運行的可靠性水平，測試和測量在整個芯片設(shè)計和封裝測試過程中起著至關(guān)重要的作用。史密斯英特康半導體測試在此和大家探討針對不同的應用,半導體測試插座對半導體芯片測試與測量過程的影響。

測試的作用

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，和人體各個器官發(fā)揮的作用比較類似。電子設(shè)備的整體管理和計算邏輯處理等，需要CPU（核心組成部分就是芯片組），CPU相當于人體的大腦。電子設(shè)備識別聲音，處理音頻，需要音頻處理芯片，相當于人體的耳朵。電子設(shè)備接收圖像，處理圖片，需要圖片處理芯片，相當于人體的眼鏡?？傊@些設(shè)備具備的各種功能，都需要對應的芯片來實現(xiàn)，就像人體的各個器官實現(xiàn)不同功能一樣。

生產(chǎn)期間的測試在確?？煽啃约翱芍貜托苑矫嫫鹬匾饔?。半導體制造工廠在對芯片每個工藝參數(shù)進行精確控制的同時，也會在生產(chǎn)的每個階段執(zhí)行測試，以盡早排除有缺陷的零件。首先工廠會在晶圓層面對半導體芯片內(nèi)核進行基本功能測試，丟棄任何故障零件，然后將通過測試的芯片分離成單獨的單元并將其封裝等待進一步測試。通常芯片出廠前，會對其進行多達20次測試。大多數(shù)測試是由連接到芯片上的特制設(shè)備完成的，該等設(shè)備采用電信號刺激芯片以模擬真實狀態(tài)，并捕獲芯片的響應以查看其是否達到設(shè)計要求。這些被稱為自動測試設(shè)備(ATE)的系統(tǒng)通常售價為100萬至200萬美元，可進行編程以連續(xù)多年測試各種芯片。

（圖1所示，彈簧探針被加載到一個IC測試插座中，該插座將與ATE系統(tǒng)一起使用，以確認IC的質(zhì)量。）

半導體測試插座簡介

為便于ATE測試芯片，必須與已確立的一個干凈的電信號路徑實現(xiàn)物理連接。測試插座是一種定制設(shè)計的機電接口，提供非常干凈的電信號路徑，以便將芯片連接到ATE。典型的測試插座由三個關(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)提供具有機械順服性的電路徑，將芯片連接到測試系統(tǒng)。3.根據(jù)應用的不同，機械特征件（如蓋子、墊板或框架）用來創(chuàng)建堅固的機械界面。測試插座的設(shè)計者必須應對眾多挑戰(zhàn)。測試插座必須非常堅固，不受溫度和濕度變化的影響，以實現(xiàn)與受測設(shè)備的精確和可重復連接。具體細節(jié)取決于受測設(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。信號路徑必須屏蔽，以使電磁干擾的影響降到最低。當然，除此之外，插座還必須能成功在大批量生產(chǎn)環(huán)境中運行，并且能夠連續(xù)多年可靠地處理數(shù)百萬個芯片測試。因此，必須對機電特性進行模擬、建模和設(shè)計，以達到信號保真度、壓縮力、可用性和耐久性的最佳平衡，從而滿足生產(chǎn)要求。

史密斯英特康半導體測試解決方案

史密斯英特康提供高質(zhì)量的測試插座，這些插座配置種類多樣的彈簧觸點，并采用不同設(shè)計標準設(shè)計而成。產(chǎn)品使用靈活、具有設(shè)計優(yōu)化和快速交付的特點。測試插座可用于各種引線封裝和無引線封裝類型，包括無引線(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。

代表測試插座：DaVinci（達芬奇）系列高速測試插座

史密斯英特康的DaVinci 系列測試插座是一款高性能同軸插座，精準應對56/112G SerDes PAM4測試挑戰(zhàn)。消費者對下一代技術(shù)的需求，如物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能（AI）、深度學習和自動駕駛車輛需要高速數(shù)據(jù)傳輸和處理技術(shù)，高可靠性測試對于驅(qū)動這些技術(shù)的高速、多功能數(shù)字和模擬設(shè)備至關(guān)重要。

DaVinci 高速測試插座

在廣泛的高速應用中，DaVinci 高速測試插座幾乎是針對5G和云計算推出的大型網(wǎng)絡交換核心芯片測試的理想的高速解決方案。DaVinci高速應用插座IC插座集成了彈簧探針技術(shù)和專利絕緣材料，提供優(yōu)良的信號完整性和高的機械耐久性。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)，降低了測試高度和材料撓度。另外新型DaVinci 高速系列降低的測試高度和低的材料撓度特性，確保在智能網(wǎng)絡可視化技術(shù)，5G和人工智能應用的最終測試階段的效率和準確性。 新型DaVinci 系列還具有完全屏蔽的信號路徑，用作散熱片的插座框架實現(xiàn)出色的散熱性能以及可更換的彈簧探針觸點。 它的額定電流為3.0A，并且具有低接觸電阻（<80mΩ）。

DaVinci 高速測試插座應用

當前隨著5G等高速通訊標準的升級，在既有嚴苛的電氣性能要求而且對芯片外形尺寸、薄型占位面積要求盡量小的應用中，應用于消費電子，智能駕駛和電源管理等芯片IC 設(shè)計人員越來越多地使用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封裝提供了無與倫比的優(yōu)勢，但也帶來了一系列新的測試挑戰(zhàn)。應對這些測試挑戰(zhàn)需要一種穩(wěn)定、可靠且電氣“潔凈”的測試插座解決方案。

應用于QFN 封裝芯片測試的Joule 20 高頻測試插座

Joule 20出色的接觸技術(shù)和高頻能力有效的保證了信號傳輸?shù)目煽啃院屯暾?，是?yōu)化應用于消費電子、智能駕駛、電源管理的QFN 封裝芯片的測試解決方案。此外，其創(chuàng)新的設(shè)計結(jié)構(gòu)可允許拆卸測試插座外殼而無需將其從PCB板上卸下，在設(shè)備測試期間仍然可進行清潔和維護工作，從而大大減少了客戶設(shè)備停機時間并幫助客戶提高了測試產(chǎn)量。

Joule 20 高頻測試插座

Joule 20射頻測試插座具有出色的機械和電氣性能：

·插入插槽，匹配現(xiàn)有的PCB插槽尺寸

·極短的信號路徑，可提供高達20 GHz的高帶寬

·芯片和PCB之間的接觸電阻非常低，從而提高了測試良率

·高頻能力確保信號完整性和可靠性

·散熱能力支持從-40°C到+125°C

·接觸壽命長，最多插拔次數(shù)可達到500,000次

Joule 20高頻測試插座結(jié)構(gòu)圖

測試插座是半導體制造過程的關(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)計者必須應對越來越多的不同挑戰(zhàn)。近年來數(shù)字時代的加速發(fā)展，對新的消費電子產(chǎn)品以及自動駕駛汽車產(chǎn)生了巨大的需求。芯片更新迭代的速度變得越來越快，功能越來越復雜，這就要求更高的測試可靠性和更少的測試時間以將產(chǎn)品快速推出市場。

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

更多信息，歡迎訪問史密斯英特康網(wǎng)站www.smithsinterconnect.cn