关于芯片量产工程师需要掌握的知识概览

量产概述

芯片制造和测试

芯片制造

芯片（ 集成电路 ） 制造就是在硅片上雕刻 复杂 电路 和电子元器件 （利用薄膜沉积、光刻、刻蚀 等工艺 ）， 同时 把需要的部分改造成有源器件（利用离子注入 等 ）。

芯片的制造过程可以分为 前道工艺和 后道工艺。

前道是指晶圆制造厂的加工过程，在空白的硅片完成电路的加工，出厂产品依然是完整的圆形硅片。

后道是指封装和测试的过程，在封测厂中将圆形的硅片切割成单独的芯片颗粒，完成外壳的封装，最后完成终端测试，出厂为芯片成品。

前道工艺：包括光刻、刻蚀、薄膜生长、离子注入、清洗、CMP、量测等工艺；

后道工艺：包括减薄、划片、装片、键合等封装工艺以及终端测试等。

前道工艺技术难度高，相对复杂，具体过程入下图示意

 

 

 

 

 

芯片的制造过程：从晶圆制造到封装测试

芯片封装

芯片测试都测试什么？

什么是芯片量产

从芯片功能设计到生产制造、测试等环节，每一个环节都至关重要。

对于保障大规模发货后芯片指标表现的一致性，以及产品应用生命周期内的稳定性和可靠性，需要考虑多种因素。以下是一些相关的观点：

可量产性设计：在设计阶段，就需要考虑到后期的生产、测试等环节。设计应当简洁、明确，易于制造和测试。同时，设计应符合产品的实际需求，避免过于复杂或超前的设计，这不仅会增加制造成本，还可能影响产品的稳定性和可靠性。

工艺和封装选择：不同的芯片工艺和封装方式会对芯片的性能、功耗、稳定性等产生影响。因此，选择合适的工艺和封装方式至关重要。例如，如果设计需要高频率运行，那么可能需要选择能够支持这种特性的工艺和封装。

测试环节：测试是确保芯片质量和可靠性的关键环节。这需要在设计阶段就考虑测试的需求，包括功能测试、压力测试、寿命测试等。同时，也需要有高效的测试流程和工具，以确保测试的准确性和可靠性。

质量管理体系：通过建立完善的质量管理体系，可以有效地保障大规模发货后芯片指标表现的一致性，以及产品应用生命周期内的稳定性和可靠性。这包括对原材料的把控、生产流程的监管、测试环节的监督等。

持续改进：在产品应用生命周期内，需要根据反馈和监测数据进行持续的改进，以提高产品的性能、降低成本、提高产品的可靠性和稳定性。

总的来说，从芯片的设计到生产制造、测试等环节，都需要用工程的方法进行科学管理和控制，才能确保大规模发货后芯片指标表现的一致性，以及产品应用生命周期内的稳定性和可靠性。

量产关注点

领域：工艺、封装、可测性、可靠性、稳定性

关键指标：PPM、FFR、成本、良率

Key

这些关键词在芯片量产中都有其特定的含义，以下是对它们的解释：

S2S：这可能指的是"same to same"，通常在制造业中用来表示同一产品或组件之间的比较。

BKM：这可能是指“backup margin”，在制造业中，它通常用来表示备份或冗余量，以确保生产过程的稳定性和连续性。

CIP：这个缩写可能有多种含义，包括“cleaning in place”和“conditioning in place”。在半导体制造中，“cleaning in place”通常指的是使用自动清洁设备来清洁生产设备，而“conditioning in place”则可能指的是设备的就地校准或测试。

Process Window：这是半导体制造中的一个术语，用来描述工艺参数在特定范围内的可接受条件。对于一个特定的工艺步骤，process window可能包括温度、压力、时间、化学品浓度等参数的可接受范围。

CPI：这可能是指“Chip Package Interconnect”，这是将芯片封装与外部连接器（例如，一个PCB）连接的过程。

Warpage：在芯片制造中，这通常指的是由于温度变化或材料变形导致的芯片或晶圆的翘曲或变形。

ATE CP：ATE代表“Automatic Test Equipment”，CP可能是指“capacity point”，意即测试能力点，一般用于描述测试设备的最大测试能力。

FT：这通常代表“final test”，是在芯片制造过程的最后阶段进行的测试，以确保芯片的功能性和性能符合设计规格。

DFT：这是“Design For Test”的缩写，它是一种设计方法论，旨在将测试步骤和结构集成到产品设计中，以便在制造过程中进行有效的测试。

DFR：这可能是指“data for review”，通常在产品开发或设计过程中，这是指为审查目的而准备的数据或资料。

HTOL：这是“High Temperature Operating Life”的缩写，它是一种测试方法，用于评估半导体器件在高温下的操作寿命。

ESD：这是“Electrostatic Discharge”的缩写，它是一种现象，其中静止的物体通过摩擦或接触带电，然后通过静电放电释放电能。在半导体制造中，ESD是关注的一个重要问题，因为它可能导致设备的损坏或性能下降。

PC：这可能是指“process control”，意即过程控制，这是制造业中的一个术语，指的是对生产过程进行管理和监控以确保产品质量和一致性。

HAST：这是“Highly Accelerated Stress Test”的缩写，它是一种测试方法，用于在短时间内模拟产品在实际使用中可能遇到的各种应力条件。

TCT：这是“Temperature Cycling Test”的缩写，它是一种测试方法，用于评估产品在温度循环条件下的性能和稳定性。

HTSL：这是“High Temperature Storage Life”的缩写，它是一种测试方法，用于评估产品在高温下储存时的性能保持能力。

AVS：这可能是指“Advanced Visualization System”，这是一种工具或系统，用于在制造业中提供生产过程的实时可视化数据和分析结果。

请注意，这些解释是基于一般性的制造业术语和我对半导体制造的知识给出的。对于具体的公司或行业，这些术语可能有不同的定义或解释。

量产测试

ATE

广义上的IC测试设备我们都称为ATE（AutomaticTest Equipment），一般由大量的测试机能集合在一起，由电脑控制来测试半导体芯片的功能性，这里面包含了软件和硬件的结合。

这要先从半导体设计和制造的流程开始讲起。一个半导体产品要从硅原料变成晶圆再到封装好的芯片，大概经过三个行业流程：IC设计，晶圆制造，封装。

所有的芯片产品需要两个最关键的测试节点：

晶圆探针测试（Chip probing简称CP）：ATE在这个阶段被称为探针台Prober

终测（Final Test 简称FT)：芯片封装完毕后进行测试而不同的芯片类型则有不同的测试方法和要求。

芯片类型：

模拟芯片 （Analog)：模拟是一个可以拉开来慢慢说的概念。简单来说，就是感知物理世界的接口。信号的特征上来说，模拟信号是连续的

数字芯片 (Digital): 使用数字信号来传递数据信息，代表如微处理器。信号特征来说，它是离散型的。如下图

混合信号芯片 （Mixed Signal) ：自然是两种信号都有，各种功能集成化。比如像DSP和SoC芯片。

存储/高速总线类芯片：这类芯片的测试项目相对更加复杂，有着自身产品特征上的特别测试需求。

测试一套芯片的系统是什么样的呢?

测试的机台(tester)，loadboard （DIB）/ Probe Card (探针测试所用的PCB板卡），Handler (该设备负责抓取放置在测试槽上的被测芯片），测试软件 （根据机台类别不同有不同的语言还有模块方便工程师进行开发）

Wafer Probing

 

探针连接晶圆上的电路

 

按照测试程序层层甄别芯片内部的电路

 

画个Mapping图

半导体测试ATE介绍

DFT

我们必须在芯片的开发阶段就考虑可测试性的问题，这就是DFT（Design for Test）问题。测试是通过控制和观察电路中的信号，确定电路是否正常工作的过程。

因此，可控制性和可观察性是电路可测试性问题中最基本的两个概念。可测试性设计技术的目的就是试图增加电路节点的可控制性和可观测性，从而有效地、经济地完成芯片的生产测试。

可测性设计（DFT）给整个测试领域开拓了一条切实可行的途径，目前国际上大中型IC设计公司基本上都采用了可测性设计的设计流程，DFT已经成为芯片设计的关键环节。

DFT通过开发一些结构化的电路，让芯片拥有可控可观的能力。

主要有以下核心技术:

1）扫描路径设计(Scan Design)

2）内建自测试(Bist)

3）JTAG

可能是DFT最全面的介绍--入门篇

从芯片生产测试方案到DFT

FT—封装测试

 

SLT

 

样片测试

芯片回片测试是半导体制造流程的最后一步，但在此之前，需要经历一系列复杂的步骤，包括芯片设计、掩膜制作、晶圆加工等。

这些步骤的质量和准确性对最终的芯片品质至关重要。

芯片回片测试通常包括以下几个关键步骤：

电性能测试：这是最常见的测试步骤之一，用于评估芯片的电气特性。它包括测量输入输出电压、电流、功耗等参数，以确保芯片在不同工作条件下都能正常运行。

功能测试：在这个步骤中，对芯片的各个功能模块进行测试，以验证其是否按照设计规格正常工作。这包括数字逻辑、模拟电路、通信接口等功能的验证。

时序测试：时序测试用于确保芯片的各个信号在正确的时间点上升或下降。这对于高速通信和时序敏感的应用至关重要。

温度测试：对于需要在不同温度下工作的芯片，温度测试是必要的。它可以帮助评估芯片在不同环境条件下的性能。

可靠性测试：这些测试包括热应力测试、温度循环测试、静电放电测试等，用于评估芯片的可靠性和稳定性。

通信性能测试：对于通信芯片，通信性能测试用于验证芯片与其他设备的通信性能，确保数据传输的准确性和可靠性。

芯片回片测试流程：科技中的关键一步

试制产线

芯片中试线（中试生产线）是指在集成电路（IC）制造过程中，对新工艺、新技术、新材料进行研究和测试的小型生产线。

它主要用于验证设计方案的可行性、评估工艺参数的稳定性、发现并解决生产过程中的问题、优化生产工艺和提高良品率。

测试全景图

最全面芯片测试目的、方法、分类及案例（史上最全）

可靠性

可靠性基本概念

芯片可靠性测试主要分为环境试验和寿命试验两个大项，

其中环境试验中包含了：

机械试验（振动试验、冲击试验、离心加速试验、引出线抗拉强度试验和引出线弯曲试验）、

引出线易焊性试验、

温度试验（低温、高温和温度交变试验）、

湿热试验（恒定湿度和交变湿热）、

特殊试验（盐雾试验、霉菌试验、低气压试验、静电耐受力试验、超高真空试验和核辐射试验）；

而寿命试验包含了：

长期寿命试验（长期储存寿命和长期工作寿命）

加速寿命试验（恒定应力加速寿命、

步进应力加速寿命和序进应力加速寿命），其中可以有选择的做其中一些。

一般来说，可靠度是产品以标准技术条件下，在特定时间内展现特定功能的能力，可靠度是量测失效的可能性，失效的比率，以及产品的可修护性。

根据产品的技术规范以及客户的要求，我们可以执行MIL-STD,JEDEC,IEC,JESD,AEC,andEIA等不同规范的可靠度的测试。

可靠性活动全景图

芯片在不同阶段要做的可靠性

芯片可靠性介绍

可靠性测试标准

可靠性测试

➢ HTOL：高温寿命试验（ High Temperature Operating Life ），也叫老化（burn in）

➢ LTOL为低温寿命试验，基本与HTOL一样，只是炉温是低温，一般用来寻找热载流子引起的失效，或用来试验存储器件或亚微米尺寸的器件

➢ EFR/ELFR:早期失效寿命试验（ Early Failure Rate / Early Life Failure Rate）

➢ BLT偏压寿命试验（Bias Life Test）

➢ BLT-LTST低温偏压寿命试验（Bias Life Test-Low Temperature Storage Test）

➢ HTGB高温栅极偏压试验 (High Temperature Gate Bias) ，

➢ HTRB-高温反向偏压试验(High Temperature Reverse Bias)

可靠性实验

➢ Precon:预处理（ Preconditioning Test ), 简写为PC，也有叫MSL（Moisture Sensitivity Level）吸湿敏感、湿度敏感性试验(MSL Test)试验的：确认芯片样品是否因含有过多水份，使得在SMT回焊(Reflow)组装期间，造成芯片脱层(Delamination)、裂痕(Crack)、爆米花效应，导致寿命变短或损伤，模拟芯片贴到板子的过程可能出现的这些问题。

➢ THB:温湿度偏压寿命试验(Temperature Humidity Bias Test)

➢ H3TRB：高温高湿反偏试验（High Humidity, High Temperature Reverse Bias ）

➢ BHAST高加速寿命试验( Highly Accelerated Stress Test), 也叫HAST

➢ UHAST：(Unbiased HAST)

➢ TCT: 高低温循环试验（Temperature Cycling Test，也可简写TC，芯片级TC ）

➢ 板级TCT

➢ PTC 功率温度循环（Power temperature Cycling）

➢ PCT:高压蒸煮试验 （Pressure Cook Test，也叫AC (Autoclave Test)：

➢ TST: 高低温冲击试验（Thermal Shock Test, 可简写TS )

➢ HTST: 高温储存试验（High Temperature Storage Life Test，可简写HTS ）

➢ 可焊性试验（Solderability Test ）

➢ 耐焊性试验（ Solder Heat Resistivity Test ）

➢ 外观检测（External Visual Inspection，可简写OM）

➢ 焊线推拉力试验（Wire Bond Pull/ Shear）

➢ 锡球推力试验（Solder Ball Shear）

➢ Die推力试验（Die Shear Test）

➢ 锡球热拔试验（Solder Ball Hot Bump Pull）

➢ 锡球冷拔试验（Solder Ball Cold Bump Pull）

可靠性评估体系

可靠性试验培训.ppt

工艺以及良率提升

芯片良率与多个因素密切相关，其中最主要的两个因素是芯片设计的冗余度和代工厂工艺稳定性。

芯片设计的冗余度：芯片设计冗余度是指在设计芯片时，为确保芯片功能的可靠性而留有的安全边际。设计冗余度越高，意味着芯片在面对各种异常情况时，能够更好地适应和恢复，从而提高芯片的稳定性和可靠性。较高的设计冗余度有助于提高芯片良率，因为它可以降低因设计缺陷导致的缺陷芯片数量。

代工厂工艺稳定性：代工厂工艺稳定性是指代工厂在生产过程中，对生产设备、原材料和生产环境的控制能力。工艺稳定性越高，意味着代工厂在生产过程中能够保持较高的生产一致性，从而提高芯片的良率。此外，代工厂的工艺稳定性还与代工厂的技术实力和管理水平密切相关，因此选择有实力的代工厂也是提高芯片良率的关键。

工艺

芯片的制造工艺流程主要包括芯片设计、晶片制造、封装制造、成本测试等几个环节，其中晶片制造过程尤为复杂。

+八个步骤，数百个工艺

良率提升

+半导体专栏 | 良率提升新方向

量产指标

量产指标是一系列用于衡量和评估半导体生产效率和质量的标准。这些指标通常包括生产速度、产品良率、缺陷密度等。这些指标旨在确保生产过程的稳定性和产品的质量。

芯片

良率

良率是指芯片制造过程中符合设计规格和性能要求的芯片数量与总生产芯片数量的比例。

良率是衡量生产效率和产品质量的重要指标，通常以百分比形式表示。提高良率可以降低生产成本和提高产品质量。

DPPM

DPPM（Defects Per Million）是指每百万缺陷数，是一种衡量产品缺陷率的指标。在芯片制造中，DPPM通常用于衡量制造过程中缺陷的数量和分布情况。

该指标可以帮助制造商了解生产过程中存在的问题，并采取相应的措施提高产品质量。

测试成本

测试成本是指在芯片制造过程中进行测试所需的成本，包括测试设备、测试程序、人力成本等。

测试成本是评估生产效率和经济效益的重要因素之一。降低测试成本可以提高生产效率和降低产品售价。

产品

稳定性

稳定性是指芯片产品在特定条件下长时间运行的能力和可靠性。稳定性对于确保芯片产品的质量和可靠性非常重要。制造商通常会进行一系列测试和评估，以确保芯片产品在各种条件下稳定运行。

性能

性能是指芯片产品的运算速度、数据处理能力、响应时间等。高性能的芯片产品能够满足不断发展的计算需求和技术要求。制造商通常会在设计和制造过程中优化芯片产品的性能，以提高其运算速度和处理能力。

功耗

功耗是指芯片产品在运行过程中消耗的能量。随着技术的发展，对芯片产品的功耗要求越来越严格，因为功耗过高会导致能源浪费和设备发热等问题。因此，制造商通常会在设计和制造过程中优化芯片产品的功耗，以降低能源消耗和提高设备性能。

FFR

FFR（Failure Frequency Rate）是指故障率，是衡量芯片产品可靠性的重要指标之一。FFR通常以每小时或每月的故障次数来表示，用于评估芯片产品的稳定性和可靠性。制造商通常会进行一系列测试和评估，以降低芯片产品的FFR并提高其可靠性。

审核编辑：黄飞