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量產(chǎn)測試如何避坑？這份指南給你答案
來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
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作者:chnchip
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發(fā)布時(shí)間: 2022-08-02
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由摩爾精英主辦的《半導(dǎo)體測試經(jīng)濟(jì)學(xué)》線上研討會(huì)反響熱烈。研討會(huì)從測試對產(chǎn)品盈利的直接或間接影響、測試中顯性及隱性成本的深度剖析以及如何避免量產(chǎn)測試中的誤區(qū)等角度進(jìn)行分享。在會(huì)中及會(huì)后我們收到了許多與會(huì)嘉賓提出的問題。在此我們將通過本期內(nèi)容，匯總此次研討會(huì)中收集的熱點(diǎn)話題進(jìn)行進(jìn)一步的解答。
誤區(qū)1：
為了達(dá)到量產(chǎn)測試高的UPH (Unit Per Hour) 必須使用貴的高端測試機(jī)？
分析：
● 通常，貴的高端測試機(jī)的儀器資源數(shù)目比較多而且性能也比較高。
● 儀器資源數(shù)的增加能增加同測數(shù)從而提高量產(chǎn)測試的UPH。
● 測試機(jī)配有昂貴的高性能儀器主要目的是提升特征性測試（characterization test）的覆蓋率，并不是為了提高量產(chǎn)UPH。相反，在大部分情況下，儀器的高性能在量產(chǎn)測試中并不一定被使用，反而會(huì)增加測試機(jī)的折舊成本而增加量產(chǎn)測試費(fèi)用。
◆ 觀眾提問一：
在量產(chǎn)的時(shí)候如果能用高端測試機(jī)測試，比如Serdes、PCIE等高速接口用高端設(shè)備測，是否有更好的覆蓋率及更好的質(zhì)量？如果用便宜的設(shè)備測試性價(jià)比該怎么評估？
◇ 摩爾精英建議：
首先，在任何大規(guī)模生產(chǎn)中，生產(chǎn)成本一定是我們最優(yōu)先考慮的事。因此，采用“最合適而不是最昂貴、最高端的ATE測試設(shè)備”來開發(fā)量產(chǎn)測試方案是芯片測試工程決策人首先要考慮的原則。其實(shí)，芯片測試的覆蓋率、測試的質(zhì)量，和所用的機(jī)臺(tái)的性能并不是100%正相關(guān)。量產(chǎn)和驗(yàn)證不同，芯片量產(chǎn)測試方案的開發(fā)，應(yīng)該以defect-oriented為指導(dǎo)思想，提升覆蓋率，保障質(zhì)量。在Defect-oriented的原則下，并不是所有測試項(xiàng)目都需要最高規(guī)格的儀器。再次，對于Serdes,例如PCIE，目前應(yīng)用已經(jīng)在10Gbps以上，例如PCIE Gen4.0數(shù)據(jù)速度為16GT/s, PCIE Gen5.0 數(shù)據(jù)速度為32GT/s。這些都已經(jīng)超過目前業(yè)內(nèi)最新、最昂貴的ATE機(jī)臺(tái)的高速數(shù)字板卡所能覆蓋的范圍。對于high-speed IO, 最好的量產(chǎn)測試方法還是做tx/rx loopback test。
總而言之，應(yīng)該選擇適合所測芯片的ATE測試機(jī)，而不是“只買貴的、不買對的”。
◆ 觀眾提問二：
為什么說高性能測試項(xiàng)在量產(chǎn)測試中并不是必須的？難道保證品質(zhì)不是最重要的嗎？
◇ 摩爾精英建議：
對于一些特高性能的測試項(xiàng)，比如高速數(shù)據(jù)接口，在量產(chǎn)中如果直接進(jìn)行測試，一方面對測試機(jī)要求比較高，另一方面量產(chǎn)測試穩(wěn)定性也比較難以控制。對于一個(gè)經(jīng)過Characterization驗(yàn)證過設(shè)計(jì)合格的產(chǎn)品，我們在量產(chǎn)中可以采用defect-oriented測試方案，如在DFT（Design for Test）中設(shè)計(jì)一些BIST或Loopback方案，也可以在測試板上采用golden units對測的方案。如果設(shè)計(jì)很Marginal必須要直接測量這些參數(shù)，我們就必須使用昂貴高端測試機(jī)或外掛實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行量產(chǎn)，量產(chǎn)測試流程在工廠端也需要進(jìn)行比較好的監(jiān)控和維護(hù)。
誤區(qū)2：
FT是量產(chǎn)測試的最后測試環(huán)節(jié)，為了保證質(zhì)量，F(xiàn)T必須要有高的測試覆蓋率嗎？
分析：
● 對于一個(gè)設(shè)計(jì)合格的芯片，壞品主要是從晶圓制造和封裝這兩個(gè)生產(chǎn)流程引入的。CP測試可以分離出晶圓制造引入的壞品；FT測試除了可以分離出晶圓制造引入的壞品，還能分離出封裝引入的壞品。
● CP流程的設(shè)立主要是為了：提高FT的良率以免除壞品的封裝費(fèi)用；提供封裝后無法完成的測試。
● 通常，海量芯片的測試包含CP和FT，CP+FT覆蓋整個(gè)芯片的所需的測試。根據(jù)芯片的特點(diǎn)，可以合理分配測試項(xiàng)在CP和FT流程中。
【實(shí)例】 一個(gè)簡單的模擬電源管理芯片，原先只有FT測試，但由于受限于分選機(jī)，只能并測4工位，無法滿足封測廠的UPH要求。因此，新增了CP流程，并測數(shù)為16。經(jīng)合理分配測試項(xiàng)，F(xiàn)T注重由封裝引入的故障對應(yīng)的測試項(xiàng)，其它都由CP覆蓋。最終，F(xiàn)T不但滿足封測廠的UPH要求，而且整體測試方案不但保證的產(chǎn)品質(zhì)量也降低了測試費(fèi)用。
◆ 觀眾提問三：
FT不增加覆蓋率，都放CP測，那封裝引入的故障被漏掉改怎么辦？怎么區(qū)分哪些測試項(xiàng)應(yīng)該放CP，哪些應(yīng)該放FT，哪些兩邊都要放？
◇ 摩爾精英建議：
CP不能覆蓋封裝引入的defect，而且封裝也會(huì)影響芯片的一些性能參數(shù)，F(xiàn)T必須覆蓋CP不能覆蓋的測試項(xiàng)和受封裝影響的測試項(xiàng)。如何分配CP和FT的測試項(xiàng)，需要和設(shè)計(jì)工程師協(xié)助完成。
另外，還需要考慮芯片的特點(diǎn)和測試硬件的費(fèi)用和性能。例如，我以前的手機(jī)模擬芯片有300+ pads，如果CP要測8工位，需要用昂貴的垂直針。因?yàn)楣に嚤容^成熟良率也比較高，我們決定CP用懸臂針測2工位，測試項(xiàng)主要包含有良率損失的測試項(xiàng)。
誤區(qū)3：
量產(chǎn)測試必須要測產(chǎn)品規(guī)范書上的所有參數(shù)和使用產(chǎn)品規(guī)范書上的上下限嗎？
分析：
● 傳統(tǒng)定義：好的產(chǎn)品是完全符合技術(shù)規(guī)范的產(chǎn)品。要保證一個(gè)產(chǎn)品是好的，必須：
○ 測試每個(gè)規(guī)范書上的參數(shù)；
○ 進(jìn)行老化測試保證使用壽命；
○ 完成用戶端的校對。
● 實(shí)用定義：好的產(chǎn)品 = 好的設(shè)計(jì) + 好的制造
○ 好的設(shè)計(jì)：通過設(shè)計(jì)驗(yàn)證和多個(gè)process lots的特性測試，產(chǎn)品的參數(shù)符合技術(shù)規(guī)范的要求；
○ 好的制造：沒有制造引入的defects和outliers。
● 對于一個(gè)設(shè)計(jì)合格的產(chǎn)品，量產(chǎn)測試的重點(diǎn)是快速找出制造過程中導(dǎo)入的defects和outliers。量產(chǎn)測試是一個(gè)defect-oriented test。
圖：defect-oriented test
◆ 觀眾提問四
我們怎么預(yù)判芯片會(huì)有哪些defects和outliers？然后再針對可能會(huì)有的問題，去設(shè)計(jì)最小化的測試來覆蓋，成本是降低了，那么質(zhì)量該如何保證？
◇ 摩爾精英建議：
Defect必須在量產(chǎn)測試中被screen out，而且可以有針對地被快速查出來。有些測試項(xiàng)盡管測試結(jié)果在spec limits里面，但根據(jù)數(shù)據(jù)分布屬于outlier，其實(shí)也建議被screen out，量產(chǎn)測試的limits可以通過數(shù)據(jù)分析來制定。
好的芯片產(chǎn)品 = 好的設(shè)計(jì) + 好的制造。好的設(shè)計(jì)除了設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)和大量仿真，更重要的是要結(jié)果嚴(yán)格的design verification、qualification和characterization來驗(yàn)證。其實(shí)，只有設(shè)計(jì)合格的產(chǎn)品才能投入量產(chǎn)，否則會(huì)有良率等問題。對于，合格設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，量產(chǎn)測試的目的不是設(shè)計(jì)最小化測試，而是設(shè)計(jì)最有效的測試將生產(chǎn)引入的defects快速地查出來，量產(chǎn)測試是一個(gè)defect-oriented測試。
誤區(qū)4：
封裝和測試必須在同一個(gè)廠嗎？
分析：
● 封裝和測試在同一個(gè)廠的優(yōu)點(diǎn)：
○ 減少運(yùn)輸過程花費(fèi)的時(shí)間；
○ 減少運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用和可能帶來的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
● 封裝和測試分開的優(yōu)點(diǎn)：
○ 產(chǎn)能靈活，不受制于封裝廠內(nèi)測試產(chǎn)能；
○ 質(zhì)量管理增強(qiáng)，區(qū)分晶圓與封裝質(zhì)量問題；
○ 供應(yīng)鏈管理能力增強(qiáng)，多封裝廠訂單管控增強(qiáng)。
◆ 觀眾提問五：
在晶圓廠到封裝廠中物流發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)到底有多大？
◇ 摩爾精英建議：
我在這個(gè)行業(yè)工作30多年了，其實(shí)在物流的風(fēng)險(xiǎn)上看到的案例也不是很多，甚至許多誤操作呢(例如晶片的處置不當(dāng)， IC混料，數(shù)量算錯(cuò)，錯(cuò)誤寄送等等)會(huì)甩鍋給物流，其實(shí)現(xiàn)在包裝的技術(shù)相當(dāng)?shù)牟诲e(cuò)， 也有Drop test等手段在驗(yàn)證產(chǎn)品的 魯棒性(Robustness) ，可以說大家都做了很多，物流對于品質(zhì)的沖擊是可以預(yù)測的，物流風(fēng)險(xiǎn)更多的其實(shí)是成本的問題，而目前這個(gè)成本是可以通過保險(xiǎn)的方式覆蓋的，萬分之八左右的保費(fèi)相比于成本而言是相對可控的。
最后插幾句我個(gè)人的所見所想，我在行業(yè)內(nèi)這么多年看到在物流中發(fā)生的"遺失"，其實(shí)發(fā)現(xiàn)有部分都是"內(nèi)賊"搞出的問題，在DRAM瘋狂漲價(jià)的時(shí)代，的確有一些不好的失竊甚至是搶劫問題，后來也證明是里應(yīng)外合的產(chǎn)物。在一些地區(qū)除了失竊，物流環(huán)節(jié)的其他實(shí)際貨損倒是少見。最后建議大家在考慮物流風(fēng)險(xiǎn)上面，除了保險(xiǎn)等手段，還可以在芯片的設(shè)計(jì)端增加更多的Tracebility（Efuse/OTP/MTP），不光可以保證芯片供應(yīng)鏈安全，還可以增加更豐富的管理手段。
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