Chiplet和異構(gòu)集成時(shí)代芯片測試的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

摩爾定律描述了集成電路上晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，它對計(jì)算技術(shù)進(jìn)步來說至關(guān)重要，比如處理速度或計(jì)算機(jī)價(jià)格。早在1965年，戈登·摩爾（Gordon Moore）就曾指出：“用單獨(dú)封裝和互連的較小功能構(gòu)建大型系統(tǒng)可能會更經(jīng)濟(jì)?！?/p>

幾十年來，晶圓廠成功實(shí)現(xiàn)了數(shù)字能力和晶體管密度的指數(shù)級增長。今天，芯粒（又稱Chiplet）等新的工藝技術(shù)與先進(jìn)封裝方案不僅沒有違反摩爾定律，反而還在為延續(xù)摩爾定律，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字縮放進(jìn)步而賦能。

雖然Chiplet近年來越來越流行，將推動晶體管規(guī)模和封裝密度的持續(xù)增長，但從設(shè)計(jì)、制造、封裝到測試，Chiplet和異構(gòu)集成也面臨著多重挑戰(zhàn)。因此，進(jìn)一步通過減少缺陷逃逸率，降低報(bào)廢成本，優(yōu)化測試成本通過設(shè)計(jì)-制造-測試閉環(huán)實(shí)現(xiàn)良率目標(biāo)已成為當(dāng)務(wù)之急。

總體質(zhì)量成本優(yōu)化策略至關(guān)重要

當(dāng)我們處理更復(fù)雜的測試流程時(shí)，比如KGD（Known Good Die）測試、最終測試和系統(tǒng)級測試，優(yōu)化總體質(zhì)量成本的策略仍然至關(guān)重要。策略背后的關(guān)鍵點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

在設(shè)計(jì)過程的初期，新產(chǎn)品導(dǎo)入或大批量生產(chǎn)之前，設(shè)計(jì)人員和測試工程師需要進(jìn)行充分協(xié)作，利用通用工具進(jìn)行芯片驗(yàn)證和故障調(diào)試;

將某些測試流程轉(zhuǎn)移到整個(gè)流程的早期，以減少KGD集成之前的早期缺陷;

將一些測試推遲到制造過程的后期，以降低測試成本，進(jìn)一步優(yōu)化成本;

隨著制造過程的成熟和穩(wěn)定，對這些過程進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，以便調(diào)整制造過程中的測試流程，從而優(yōu)化總體質(zhì)量成本。

缺陷逃逸導(dǎo)致報(bào)廢成本呈幾何級數(shù)增長

與傳統(tǒng)單片器件相比，Chiplet的設(shè)計(jì)和制造流程明顯不同，與制造傳統(tǒng)單片半導(dǎo)體器件相關(guān)聯(lián)的報(bào)廢成本實(shí)際上是線性的，包括單芯片成本、封裝和組裝成本。Chiplet或3D先進(jìn)封裝的制造流程在廢料成本的積累方面有很大不同。具體講，從制造到組裝，報(bào)廢成本呈幾何級數(shù)增加，因?yàn)槠渲邪硕鄠€(gè)管芯、多芯片部分組件或全3D封裝的報(bào)廢成本。

雖然3D封裝是摩爾定律繼續(xù)向前的的推動者，不過這種方法的經(jīng)濟(jì)可行性在于，需要能夠在制造流程的早期減少缺陷逃逸率，從而降低報(bào)廢成本。

“左移”還是“右移”？

“左移”是一種在制造流程早期降低缺陷逃逸率降低報(bào)廢成本，從而3D組件的總體制造成本降至最低的策略。“左移”是在制造過程的早期增加測試覆蓋率，以降低缺陷逃逸率并改進(jìn)潛在檢測的能力。

減少缺陷逃逸的方法之一是啟用“Known Good”。為減少缺陷逃逸生產(chǎn)“Known Good”的器件，需要在包括晶圓檢測和部分封裝的階段，即制造流程的早期，提高測試覆蓋范圍，同樣，還可以在流程中增加額外的測試，以識別新的故障類型或故障模式，例如通過邊界掃描的測試覆蓋發(fā)現(xiàn)與部分組件相關(guān)的互連問題。

當(dāng)然，作為實(shí)現(xiàn)“Known Good”的手段，“左移”也需要進(jìn)行權(quán)衡。例如，在制造流程的早期增加測試強(qiáng)度，可以大大降低缺陷逃逸率。然而，“左移”在逐漸接近可接受的缺陷逃逸率時(shí)，會導(dǎo)致測試成本持續(xù)增加，而缺陷逃逸率降低的帶來的報(bào)廢成本的減少則會遞減。

“右移”是增加制造流程后期的測試覆蓋率，擴(kuò)大檢測缺陷的能力，在降低成本同時(shí)確保質(zhì)量水平的可行手段。

通常，晶圓測試良率較高的測試項(xiàng)、任務(wù)模式測試或需要較長測試時(shí)間掃描測試的高良率測試是“右移”的理想候選者。這些測試可以轉(zhuǎn)移到最終測試或系統(tǒng)級測試階段，或者在兩者之間靈活管理，在實(shí)現(xiàn)質(zhì)量目標(biāo)的前提下進(jìn)一步降低成本。

不管是“左移”還是“右移”，都是為了在整個(gè)制造流程中、質(zhì)量和良率的最佳組合，最終優(yōu)化整體質(zhì)量成本。具體的策略包括：通過降低晶圓檢測過程中的缺陷逃逸率，最大限度地降低報(bào)廢成本;以最高效的方式實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)測試，從而降低芯片的測試成本;通過大數(shù)據(jù)推動整個(gè)制造工藝的閉環(huán)和改進(jìn)，從而提高良率。

那么在生產(chǎn)中，要選擇將測試“左移”還是“右移”呢？

兩者兼而有之是問題的答案。為了管理整體質(zhì)量成本，有必要“左移”和“右移”。左移提供了一種在制造流程早期降低缺陷逃逸率的方法，而右移則可以實(shí)現(xiàn)在可控測試成本的同時(shí)達(dá)到需要的產(chǎn)品質(zhì)量水平。

“左移”增加了晶圓檢測的覆蓋率，通過高故障率的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、掃描及壓力測試，為工藝改進(jìn)和優(yōu)化提供有價(jià)值的信息;“右移”為檢測“難以找到”或需要長時(shí)間掃描的測試或壓力測試提供了一種經(jīng)濟(jì)的手段。

在面對“左移”還是“右移”的選擇中，優(yōu)化測試策略是一個(gè)動態(tài)和持續(xù)的過程。大數(shù)據(jù)為測試策略的決策提供了依據(jù)。泰瑞達(dá)靈活測試方案和工具組合，可以在整個(gè)芯片制造流程中靈活調(diào)整測試策略，持續(xù)優(yōu)化制造成本和保障質(zhì)量。

彌合從設(shè)計(jì)到測試的差距

Chiplet是先進(jìn)封裝中的組成單元，而3D是先進(jìn)封裝的工藝手段。利用靈活測試可以優(yōu)化3D制造流程的質(zhì)量成本。靈活測試可以移動測試覆蓋范圍，包括晶圓檢測、部件裝配、最終測試、系統(tǒng)級測試，最大限度地降低實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的成本。

事實(shí)上，在制造流程的早期，最大限度地降低缺陷逃逸并不是一個(gè)靜態(tài)問題。學(xué)習(xí)、工藝改進(jìn)和新技術(shù)都為實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造流程中測試覆蓋率的平衡提供了機(jī)會。因此，在制造流程中靈活地“左移”或“右移”測試覆蓋范圍的能力很重要。這種靈活性將有助于應(yīng)對制造過程不斷發(fā)展的成熟度，并對質(zhì)量成本的持續(xù)優(yōu)化做出響應(yīng)。

事實(shí)上，減少缺陷逃逸并非事情的全部，還需要考慮良率如何。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就要彌合從設(shè)計(jì)到測試的差距，提升工程效率，以改變器件的調(diào)試（debug）和良率學(xué)習(xí)（yield learning）方式。新的工作流程需要設(shè)計(jì)，制造和測試工程團(tuán)隊(duì)無縫合作的方式，以加快器件的開發(fā)并產(chǎn)生學(xué)習(xí)效果。不僅需要在SLT和ATE測試系統(tǒng)上啟用EDA和JTAG工具，還需要通過一組通用的庫和調(diào)試工具，讓設(shè)計(jì)和DFT工程師可以無縫合作，同時(shí)共享關(guān)鍵見解，從而加速芯片開發(fā)并縮短學(xué)習(xí)時(shí)間。

值得一提的是，通用的工具集可以彌合設(shè)計(jì)和測試之間的差距，它可以在制造流程的任何階段部署，以識別、實(shí)施和驗(yàn)證提高良率的機(jī)會。例如，該工具集可以在系統(tǒng)級測試中調(diào)試故障，在最終測試插入中對故障進(jìn)行更深入的驗(yàn)證，在晶圓檢測中增強(qiáng)的測試覆蓋率，以減少缺陷逃逸，并揭示生產(chǎn)流程中的“秘密”，以改進(jìn)器件或工藝，完全消除缺陷并提高良率。

設(shè)計(jì)和測試攜手創(chuàng)造未來

快速識別是在制造過程早期經(jīng)濟(jì)地降低缺陷逃逸率的關(guān)鍵。靈活的測試流程，加上設(shè)計(jì)和測試工程領(lǐng)域能力的整合，將有助于快速識別、調(diào)試和消除故障，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳的質(zhì)量成本。

與3D Fabric Alliance中的EDA、設(shè)計(jì)、代工、測試和組裝合作伙伴合作，對于充分實(shí)現(xiàn)靈活的測試流程，并收集滿足3D封裝設(shè)計(jì)的質(zhì)量目標(biāo)成本所必需的關(guān)鍵學(xué)習(xí)工具至關(guān)重要。

來自EDA公司、DFT、運(yùn)營、晶圓代工廠、OSAT、ATE-SLT供應(yīng)商團(tuán)隊(duì)之間的合作將是成功的關(guān)鍵。讓我們一起努力創(chuàng)造未來，快速實(shí)現(xiàn)良率目標(biāo)。