如何破解芯片量产测试难题，促进中国半导体产业高速发展

2023年11月24日

11月10-11日，第29届中国集成电路设计业2023年会暨广州集成电路产业创新发展高峰论坛（ICCAD 2023）在广州保利世贸博览馆成功举办。本次大会以“湾区有你，芯向未来”为主题，由开幕式、高峰论坛、7场专题研讨、产业展览四个部分构成，来自国内外IC设计企业及IP服务厂商、EDA厂商、Foundry厂商、封装测试厂商、系统厂商、风险投资公司、集成电路产业园区的4000余位业界人士参加了会议。

11月11日，在先进封装与测试专题研讨论坛上，摩尔精英测试量产总监肖涛丰分享了题为《稳定的芯片量产测试方案》的主旨演讲，通过详细介绍完美的量产测试设计方案、NPI（New Product Introduce）方法、测试量产管控方法等，使摩尔精英 • 无锡先进封测中心精彩亮相，获得了现场观众的广泛关注。

以下为肖涛丰总监演讲的全部内容：众所周知，测试是实现从研发到量产的关键必备环节，主要分为晶圆测试和成品测试。晶圆测试主要起的是承前启后的作用，通过分析晶圆测试的结果，可以推理前道的晶圆制造工艺优化，有助于提高芯片制造的良率。对后道提供good die的数据给封装厂商，减少无效封装带来的费用增加。成品测试主要是分为电性能测试、功能性测试、3D5S外观检验测试，主要是成品突破质量的一个保障。

一、完美的量产测试设计方案

完美的量产测试设计方案应具备的特点是能筛出所有的不良品，让所有的好品通过测试，提高产品良率，提供有用的测试失败信息，测试时间最短，并测数最高，量产维护更容易。

PPT右上方的图展示了一个产品在测 leakage时的原方案，可以看出它测试的Reading特别的离散，CPK 是比较差的。经过摩尔精英的测试机和测试方法优化后，测试读值明显居中，CPK 已经高达15，远远高于行业的标准规范。

1、一个典型的量产测试结果

以典型的RDSON测试项目为例, 从 4 testers FT 量产测量数据(8-sites)中，推断可能的情况：测试硬件设计时Kelvin 连接设计和布线都挺好，但测试硬件设计时的socket可能没有用Kelvin pin，芯片参与该测试的pin可能没有一个信号多个管脚，芯片可能没有Analog DFT专门引出参与该测试的信号，所以导致了测试的值出现了一些偏差。

2、一个典型的量产测试方案

以下是一个典型的 8-sites FT 量产测量Load Board，从图纸上可以看到，load board的设计是很复杂的，电路板上的元器件也很多，有2000多个，分布密密麻麻。

复杂的load board设计给量产测试带来的挑战主要有以下两点：Load Board很复杂，量产时site-site的良率差异会很大，同一颗芯片、同一项参数，在不同site有不同的测试结果。Load Board元件很多，工厂量产时Load Board很难维护，特别是使用一段时间以后，一些元器件性能降低甚至损坏，直接影响到测试结果的真实性和良率。

在测试方案开发时，Designer应该避免将硬件设计的过于复杂，这不助于量产的维护。要知道，日后的量产过程中，随着LB元器件的老化，测试结果将越来越不准确。

那么，如何简化量产测试流程的测试开发呢？这里有几个方法：

•提供Load Board 自诊断程序，便于量产测试的硬件维护；

•增加Contact Resistance （CRES）测量项，便于量产测试的监管；

•测试方案Release前通过Gauge Repeatibility & Reproducability （GRR）流程，确保量产测试的稳定性。

二、完美的NPI（New Product Introduce）方法

产品开发完成后的下一个步是NPI新产品导入工厂阶段，这个阶段非常重要，完美的 NPI 要确保：测试开发者与测试工厂无缝衔接，测试工厂充分理解产品的设计要求与思路，根据设计要求，定义最佳的生产工艺、产能保障以及质量管理体系。

1、一个典型的NPI工作流程

典型的NPI工作流程应该要遵循APQP 五步法：产品和计划的可行性审查、工艺流程和产品的资质认证准备、工艺流程和产品的资质认证、工艺流程和产品的资质认证的生效、小批量生产与大批量生产准备。

三、完美的测试量产管控方法

NPI完成后，产品进入量产阶段，完美的测试量产管控方法应具备的特点：

让所有的生产缺陷在自动化管控系统下被防呆识别
测试数据自动化生成、传输、总结报告
完善的测试规范和整洁的测试环境
. . .
在保证质量的前提下将生产效率提到最高

当然，在量产测试中总会存在一些不可避免的问题/挑战。大规模的量产测试中的人为错误，会导致产品品质无法保证，甚至出现不可逆转的产品损坏。测试产品工程师和工艺工程师必须考虑这些因素，在芯片导入测试生产线时减少甚至避免这些质量隐患。

测试致命缺陷：测试程序错误，产品混料，产品裂痕，测试工序遗漏
测试一般缺陷：测试设备与治具引入的良率损失，测试环境引入的产品外观受损，测试数据异常，标签与包装不清晰等

关于稳定量产测试的一些方法，主要以案例的形式和大家分享测试程序用错的防呆机制、自动化防漏测的识别方法、在线良率实时监控以提高测试良率三种。

1、案例：测试程序用错的防呆机制

产品工程师在MES系统中维护产品流程及其对应的测试程序
工程师人员在派单系统中创建批次信息并生成对应的流程卡
屏蔽设备UI界面的手动Key in功能
操作员通过扫描流程卡自动化调取测试程序
测试结批后, TDS(Test Detect System) 对测试数据进行自动化程序名称对比和纠错

2、案例：系统自动化诊断Double Units漏测方法

工程人员设置具有坐标特征或具有参数读值的测试项作为参考依据
测试完成后，系统自动读取测试数据，发现任何连续相同的测试读值
系统自动扣留任何异常的批次

右图例子是一个1万颗产品的lot，当测试完成后，测试数据将会被自动化解析测，图中的每个小方块就代表一颗 IC 的读值，也就是它的“性能”信息，由于每颗芯片的“性能”状况不一样，读值也会有上下的波动。画红色圈的地方大概有 600 颗产品，它的性能状况是连续一样的，这就代表有一个 device 卡在 socket 里边被连续多次测试，会造成测试逃逸问题，可能 600 颗芯片都是在测试同一颗，其他599 颗可能没测，系统会自动识别这样的缺陷，并自动化扣留这个批次。

3、案例：在线良率实时监控以提高测试良率

根据产品的良率预期，设置好量产测试的良率要求（low yield limit/site to site gap/SBL/OS fail rate…）
系统实时在线监控良率
任何的良率异常，系统自动介入，叫停测试
系统自动提醒清洁、保养测试治具

右图就是工程师在系统内设置了一个产品的良率上、下限、趋势图和 SBL 要求等，测试过程中，这个系统会实时监控良率的波动，任何的一项参数超出了设定范围，系统会自动介入叫停测试，提醒相关技术人员检查和处理这些良率的异常，保证我们的良率不会有太大的损失。

四、摩尔精英 • 无锡先进封测中心

依据业界对测试工厂的期望：最低的DPPM和客退案件，充足和可调配的产能，合理的价格，测试结果准确、稳定，服务响应速度快，配合度高，自动化程度高，减少人工操作等，摩尔精英在无锡建了一个 5000 平方的高标准洁净室测试车间，以自主MEE-T系列ATE测试机为基础，以满足客户需求、帮客户降本增效为首要任务，提供工程开发和测试量产，2022年5月取得ISO9001:2015质量管理体系认证。

1、无锡先进封测中心·制造管理与大数据分析系统

摩尔精英无锡先进封测中心•制造管理与大数据分析系统致力于破解芯片量产测试难题，借助EHM系统管控硬件、治具，借助EAP系统实现设备自动化，防止人为误操作，借助MES系统管理批次的加工流程，使用大数据处理系统管理测试数据，最后，通过SAP供应链云实现测试数据的自动化交付客户端，助力芯片公司实现降本增效，促进中国半导体产业高速发展。

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