深入挖掘单元重测试

面对产品的复杂性，保持测试成本不变继续挑战产品和测试工程师。封装级测试数据收集的增加，以及以前所未有的细节水平对其做出响应的能力，促使设备制造商、组装和测试机构收紧了他们的重新测试流程。

测试计量、插座污染和机械校准一直是封装复测的基础，当部件没有通过这些测试时，至少会自动进行一次复测。但与过去不同的是，数据分析现在的平台使测试和产品工程师能够更深入地研究整个复试过程。此外，在组装和测试车间的智能制造投资提高了他们更快速地响应测试单元设备和设备数据产生的数据的能力。所有这些都使得复试过程更加翔实和严格。

组装和测试工厂通常都有读取板，向所有员工显示出货量，加强了模具组装成一个封装后的高产量预期。对于大批量消费电子产品来说，99.5%的良率并不罕见。几十年来，重新测试一直被认为是一种提高良率的方法，方法是回收被标记为失败的好零件，并在针对低功耗等特定参数的容器中产生更多零件。

通常，由于接触电阻等因素，预期产量恢复是有保证的。单元级测试需要与晶圆探针相同的高质量金属间接触。将被测设备(DUT)插入到接触器中，该接触器与接头连接，具有相同的冶金和机械属性吃了也为最终测试而存在。这些属性构成了接触电阻，而接触电阻又反过来影响测试结果。

特别是对于包的重新测试，基于性能的测试通常只能在单元级别上进行。如果设备规格处于ATE测量能力的边缘，重新测试可能会恢复技术上良好的部分。

“在包测试中，重新测试各种参数是很常见的，几乎就像测试直到通过，”at的技术和战略副总裁Keith Schaub说美国效果显著。乍一看，这似乎不合逻辑。它失败了，所以它应该继续是一个失败的部分。但是在很多情况下，您在测试人员的极限上进行测试。在这种情况下，重新测试一个失败的单元将变成一个好的单元，这是有效的。”

那么，多少次重测才足以确保有效的好部件呢?“可能会有很多封装单元的重新测试，”Stéphane Iung说，高级经理应用程序硅生命周期分析Synopsys对此。“与晶圆相比，最终测试的重测率相对较高。就成本和质量而言，这是我们的客户非常关心的问题。”

但是，随着半导体制造测试工程团队的数据分析解决方案的改进，他们可以更加细致地理解重新测试的影响。

复试的原因和方法
晶圆测试可以滤除高百分比的晶圆厂引起的制造缺陷和工艺变化。在最终的测试中，工程师将他们的屏幕集中在与封装相关的缺陷和性能分箱上。对于大批量的产品，通常包括对温度敏感的缺陷。

Iung说:“在最终的测试中，我们的基本假设是，首次通过的产量损失中有很大一部分与测试过程有关，因此可以恢复。”“因此，最终测试失败后，他们会进行重测。如果第一次复试失败，他们将进入第二次测试。然后，关于多少次复试，这取决于各个公司的政策。”

包装设备的重新测试可以发生在各种情况下，包括:

• 作为测试测量过程的一部分;
• 在测试程序期间;
• 在现场对单位批次大小进行第一次物理处理，将失败或下箱的部件移动到不同的测试单元，以及
• 在质量保证测试中，需要对好的零件样品进行测试。

图1:重新测试可能性。来源:半导体工程/Anne Meixner

对于大多数设备来说，这个复测过程取决于测试通过/失败限制的设计余量，ATE的仪器测量能力和测试单元设备可靠地创建良好的质量接触。

支持4G/5G的设备以及汽车和医疗等安全关键应用的参数测量越来越多，也可能处于通过/失败限制设置的边缘。ATE能力和设计边际都在边缘发挥作用。

“在大多数模拟设备上，对参数测量进行重新测试是非常常见的，对于较低的信号电平，例如10毫伏，尤其如此，”Advantest的Schaub说。“信号水平越低，作为测量过程的一部分，进行的复测就越多。你需要对这些非常低的信号水平进行大量的测试测量的平均。假设这需要10秒。没有人会为这么长的测试时间付钱。所以大多数时候，好的零件都能通过第一次测试。假设有10%的好部件无法通过。当可以接受时，我们进行第二次测试，这些好的部分通过了。”

类似于ATE仪器被推到它的计量限制，设备可能接近通过/失败限制。

“假设一个产品具有严格限制的参数分布。你所看到的边缘部分是他们第一次失败，然后你重新测试它通过的部分，你已经恢复了它。”“然而，测量缺乏可重复性，这反映出它的恢复是偶然的。重新测试一次并恢复，这可能不是一个大问题。但如果你开始多次重新测试，实际上你就在扩大自己的极限。”

大多数恢复单元发生在将一个单元插入加载板或不同的测试单元时。这种恢复表明了测试的机电特性，以及如何通过重新套接来解决问题。

污染、变异和压力
测试设备施加机械力，确保DUT和ATE之间的金属间接触。类似于晶圆探针测试过程，需要一个物理对准，以适当地将单元定位到负载板上的插座。为了使物理连接到ATE，一个弹簧激活引脚完成了DUT和ATE之间的电气连接。

接触电阻，或Cres，提供了一个度量来评估接触的质量。

Feldman Engineering首席顾问兼TestConX董事长Ira Feldman表示:“从根本上讲，晶圆和最终测试都发生了相同的污染物理，这要么增加Cres，要么造成完全开放。”“这在接触中产生了可变性，从机械上说，力的增加将消除可变性。通常情况下，人们会增加力，因为大多数接触都有一个力与位移曲线。你把它移得越远，力就主要以指数方式上升。”

就像太大的力会损坏模垫/球下的电路一样，封装测试也是如此。

“关于单元插座的作用和影响，人们最不了解的是测试期间相对于最终应用组装环境的有源电路的物理应力之间的相互作用及其对长期可靠性的影响，”at全球测试服务副总裁George Harris说安靠。

随着Cres的显著增加，工程师们首先寻找插座中的污染。在重新插入设备后，通过重新测试，部件恢复正常。但减少Cres的力的增加也可能是由于机械对准。

Cohu高性能接触器总监兼总经理Dan Campion表示:“如果不从整体上考虑，机械系统堆栈中不同元素之间的相互作用可能会导致系统过度约束。“你必须考虑处理程序之间的关系，处理程序上的更改套件，以及它如何与插座连接，插座中DUT的封装变化，以及使DUT和测试PCB垫之间接触的探头元件。”

DUT和插座之间物理接触的污染是最有可能的罪魁祸首，如果有高水平的重新测试，这反过来又需要清洗插座。反复插入单元到插座产生碎片，磨损接触机构的金属表面。接触电阻的增加提高了重测率，在一定的阈值下，测试操作需要对负载板/插座进行清洗。

包装、接触器和处理设备的性质决定了清洗过程。监测一些参数可以显示管理总体设备效率(OEE)和预期产量值所需的清洗频率。这可以通过监测显示高于所需接触电阻的关键测试测量值以及统计仓限值来检测。还有许多测试工厂可以监控的测试过程参数。

Amkor的Harris说:“需要监控的测试过程包括温度控制、封装上的外力、随时间的电和热接触性能、材料处理精度(运动精度X、Y、Z和旋转)，以及电接触电阻、点对点变化、探测材料的物理尺寸(长度/宽度和尺寸最小/最大)、平面度、对准度、随时间的弹簧特性，以及球或垫块撞击的重新插座计数。”

分析和重测
无论是确定一组测试单元中可变性的来源，还是成熟产品中较差的收率回收率，工程师和技术人员都使用可用的数据来弄清楚这是如何发生的。数据从产量管理系统制造执行系统是第一个被使用的平台。这些相同的平台也可以用于提高整体测试效率和管理成本。

Harris指出，数据分析平台可以为他的工程人员提供检查产量恢复和重新测试的能力。他们可以考虑以下问题:

• 产品运行状况指标(例如重新测试成功率vs.成本或产品测试压力限制)的影响是什么?
• 在不同的使用条件下性能装箱的危险是什么?
• 成本影响是什么?
• 如果第一次通过的“失败”是真实的，那么重新测试的危险是什么，然后在第一次通过的影响中发生“愈合”，然后在重新测试的“通过”中，然后在缺陷重新生长的领域中发生质量可靠性失败?

可以调查的最终测试过程问题很容易变得非常微妙。“产品工程师需要检查站点与站点之间的差异。他们还需要能够寻找‘从未发生过’的事件，如加载(卡在处理器中的设备/单元)，”Exensio解决方案主管Greg Prewitt说PDF的解决方案。“此外，他们还需要寻找接触器引起的故障-损坏设备的测试，需要重新测试。”

重新测试过程中的这种改进包括询问是否应该重新测试所有测试。

Iung说:“如果分析硬箱甚至软箱的回收率，就可以确定重新测试的投资回报率。”“假设某个失败箱不能很好地恢复—假设只有5%的情况。那么为了回收零件，测试成本甚至都不值得。重新测试的成本比你将获得的收益要高。例如，如果回收率为1%，你甚至可能会有负的投资回报率。”

Advantest的Schaub强调了使用数据分析复试方案的另一面。“你可以用所有这些数据做的一件事是，你可以对复试进行预测。因此，您可以将一些以前的产品数据加上实时数据发送给模型，而不仅仅是重新测试以恢复。这个模型会给你一个关于你是否应该重新测试的预测。这只是一个操作上的改进，可以节省大量的测试时间，从而节省成本。对于不需要的设备，就不要这样做。通常会发生的情况是，你修正了重新测试的次数——例如三次——如果在第三次测试中设备没有通过，它就被标记为失败。但也许预测表明，这是一个好设备，它将通过客户系统。所以现在你在扔掉一个很好的设备。”

每种测试类型的重新测试的实际盈亏平衡点取决于设备价格、设备制造成本(包括所有测试成本)、重新测试的附加成本、特定测试仓的测试沉降物和回收率。

结论
今天，重新测试一个打包的单元至少一次通常是自动的。这一已有数十年历史的实践是由单元插入机电环境的现实所推动的，并将ATE仪器推向了其规范极限。然而，由于对运营效率的持续关注，重测的成本和客户质量工程师及其管理层开始质疑是否应该自动进行重测。

“复试是测试操作过程中必要的一部分，但复试的最终价值在于它如何影响产量和质量，”PDF Solutions的Prewitt说。“重测价值的最大化取决于在晶圆探针和最终测试期间创建和应用智能重测规则的能力。利用这些规则快速准确地识别确定性操作问题，并立即采取行动，使半导体公司能够有效地减少逃逸，并为最终客户提供更高质量的部件。”

有了更好的设备和产品数据，再加上一个理解半导体测试的分析平台，工程团队可以创建一个更均衡的产量/成本/质量三角形。

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