测试模拟电路变得更加困难

晶圆代工厂和封装公司正在努力控制测试阶段的热量，特别是随着设备不断缩小，热敏模拟电路被添加到soc和先进的封装中，以支持从射频到人工智能的一切。

最重要的问题是高温会损坏芯片或正在测试的设备。对于在高级节点上开发的数字芯片来说，这当然是真的，因为随着电介质薄膜变得越来越薄，晶体管器件本身也在不断缩小，它们更容易受到热量的物理损坏。但这是一个更大的问题模拟电路随着数字世界中传感器产生的数据通过数字技术进行处理，芯片或封装芯片在设计中变得越来越普遍。

芯片制造商开始利用不同的方法来处理这些问题。他们大大增加了在设计阶段的模拟和验证方面的努力，修改了在制造过程中发现缺陷的方法，并增加了在芯片和系统离开晶片厂或包装工厂后继续监控芯片和系统的能力。

“如果你想想2015年的一个系统，它不是很老，有一个SoC，动态随机存取记忆体连接到它上印刷电路板SoC大多是数字嵌入式的静态存储器公司产品管理和营销集团总监Hany Elhak说Synopsys对此．“现在，先进的soc包括所有这些模拟功能。通过今天的5nm SoC，我们有许多真正的模拟模块，这些模块在几年前是独立的成熟节点ic，用于电源管理和数据转换等功能。所以这些芯片上有更大、更复杂的模拟电路。”

因此，与其分别设计和测试模拟，不如将其放在一个更复杂的系统中考虑。这使得使用传统方法进行测试更困难、更复杂，并且可能更具破坏性，需要在架构阶段就如何设计、布局、分区、验证、验证以及最终测试和监控这些设备制定计划。

Elhak说:“设计内存的团队，设计模拟的团队，设计自定义数字和基础IP的团队，以及设计信号完整性的团队——他们都需要一个统一的工作流程，这样他们才能真正相互协作。”“超融合为解决某些以前不需要的问题打开了大门。好消息是，我们在某些领域已经建立了技术，可以重新用于其他应用。”

工具中的这种聚合已经变得必不可少。最近的一次研究西门子EDA委托的一项研究发现，最近再旋转的最大驱动因素主要是模拟电路。“现在的情况是，该行业继续向高级节点迁移，而在高级节点上，可变性极难建模，”该公司负责验证的首席科学家哈里•福斯特(Harry Foster)表示西门子EDA．“最重要的是，这些模型也在不断发展。有很多方面需要验证。但更有趣的趋势是，我们看到复杂混合信号设计的数量正在增加，无论技术节点如何，因为公司试图优化面积足迹以包括模拟。”

整合本身就是一个挑战。“在过去，模拟电路——即使芯片上有一些模拟电路——在许多情况下是离散的。Synopsys工程副总裁艾维克·萨卡尔(avek Sarkar)说。“它处于一个成熟的节点，当时的数据速率要低得多。大多数芯片都是在PCB上设计和评估的。我们现在在同一个SoC上聚集了很多不同的设计类型，很多不同的应用程序。”

图01:规模和系统复杂性随着集成模拟的高级节点SoC的增加而增加。来源:Synopsys对此

随着集成电路设计的融合，模拟部件的测试成为一个问题。热问题已经困扰着复杂的数字设计。添加模拟只会加剧问题。

“对于一些产品，尤其是高端产品，他们不能用探针来测试所有的东西，”迈克·凯利说，该公司高级包装开发和集成副总裁公司．“每个人都尽最大努力去除失败或不好的部分。在我们拿到那些包裹之前，我们得到了一个威化图，上面的一切都应该是好的。然后这些部件被组装成一个系统测试，基本上就是在模拟一个产品。如果你有更多的硅含量进入一个不是100%的封装，你就会有一些封装成品率下降。但产量和探针测试足够好，经济仍然有效。”

从设计的角度来看，先进的包装为提高性能、降低功耗和改善散热提供了各种各样的架构可能性。但是测试变得更加复杂，因为并不是包中的所有设备都暴露给测试人员。此外，通过封装驱动信号来充分测试数字组件可能会损坏敏感的模拟组件。

因此，除了更多的预先验证和模拟之外，打包还需要更多定制的测试方法。在包装之前，有些零件可以作为已知的好模具接受，这可能就足够了。其他可能需要更多的测试，因为它们用于安全关键型或任务关键型功能。

“你当然不可能让渠道内的每个I/O都呈扇形散开，所以一些公司可能会跳过一列颠簸，如果其中一个是坏的，他们就会显示‘失败’，并进入默认模式，”腾讯产品营销总监Alan Liao说形状因子．“你可以测试任何你想测试的东西，但成本会非常高。有时候你可以在研发的早期阶段多花一些钱来抵消这一点，然后当你进入生产阶段时，你可能会想要平衡测试的成本。”

图02:不同设备的功耗等级。来源:Amkor/MEPTEC谈话。

自动化测试设备
同样的,自动化测试设备(ATE)可以限制热量，但计算必须是测试计划的一部分。

“与‘现实世界’不同，我们在ATE中拥有比在现场应用中更多的控制权。我们可以‘走到’最大的热要求，并在边缘进行测试，而不仅仅是一些蛮力测试方法，”Tim Burnett说，他是ibm的应用工程师咨询经理效果显著．“即使在数字测试中，当你测试温度时，你也不会在处理器中将模具加热到125°C，然后在内部运行超过200°C的热负载。也就是说，你将超过外部处理腔温度的模具内部。但一般来说，我们会监控内部模具温度，以免超过最大模具温度值(可能比包装部件规格高一些)。谁要是不小心循环跑死就大了阿拉伯学者Pattern，只是为了焊接插座或在探针上烧针，对此再清楚不过了。”

在较老的流程节点上开发的较旧的模拟具有更强的弹性。“在测试BUCK、BOOST、BOOST-BUCK变换器或具有内部开关的D类放大器等过流或满载时，模拟没有什么不同。ATE允许我们控制不运行一个模具延长时间，将过热的模具内部，但仍然完成特定的要求。内部温度测试也是常见的许多这些模具。举个例子，在20A下对D类放大器进行过流测试，我们可能会在一些GPIO引脚超过10或15µS的大电流后，寻找比较器跳闸。在20.a的20µS脉冲应该足够完成这一任务，而不会使模具过热。ATE中的热管理是关于模具的控制和了解如何巧妙地完成一项任务。如果你不了解你正在使用的设备，暴力总是会让你陷入麻烦，相信我，在过去的25年里，我已经释放了相当一部分工厂安装的烟雾。”

当然，能够测试复杂soc的ate已经存在一段时间了。Advantest的93000- l ATE是93000系列可扩展SoC测试设备中的顶级产品，可以测试数字、模拟和混合信号。

其他问题
但是功能测试只能让您走到这里，特别是在异构设计中。一些在功能测试中可能看不到的东西也可以被看到，并且可以在不损坏芯片或封装的情况下完成。

“即使你在芯片离开晶片厂之前检查过它，随着它经过下游加工，事情也在升温，”英特尔首席执行官苏博德·库尔卡尼说CyberOptics．他说:“有焊接、焊线和其他工艺，事情发生了变化。即使在150摄氏度的温度下，任何东西都不应该移动，但物体的移动足以产生额外的问题。因此，当芯片或包从流水线上下来时，您进行I/O检查，并且一切看起来都很正常。但是当它被运送到现场时，你可能会有婴儿死亡或六个月后的故障，因为I/O检查是在一切都安顿好之前完成的。发生这种情况的原因是，并不是所有事情都像你想象的那样安定下来了。这就是为什么公司告诉我们，他们希望在这些设备出厂前增加100%的检查，因为这让他们有更多的机会在问题成为真正的大问题之前发现问题。”

芯片制造商随后也采取了另一项措施。不像过去，在现场判断哪里出了问题的唯一方法是通过对有缺陷的设备进行事后分析，现在可以将监控器插入芯片，在整个生命周期内跟踪芯片的健康状况。这可能涉及到温度或振动等测量。然后，这些数据可以循环回制造和设计流程，以避免未来出现问题，并进行预防性维护或主动提供现场更换。

“我们实际上处于数字和模拟之间——监控整个生态系统本身，”Uzi Baruch说，首席战略官(CSO)proteanTecs．“我们的监控器嵌入在数字端，但可以监控IC的整体性能和行为，以及系统和应用的效果。监控器对整个周围环境都很敏感，通过融合云中的测量数据和应用机器学习算法，我们能够通过对数字环境的影响，提供关于数字和模拟性能的深度数据。这就是我们解决问题的方式。”

在测试期间，例如在烤箱测试中，在芯片中安装监控器可以快速生成有价值的数据。“我们的分析平台提供了关于时间边际的深度数据，因此您可以随着时间的推移监测退化情况。你可以使用这些新数据来预测它在烤箱内的表现，这要感谢实际的边际测量。您可以将预期结果与从芯片内部实际看到的结果进行比较。通常情况下，您需要在烤箱中运行许多芯片，并等待它结束，然后才能了解哪一个芯片失败了，以及在何种情况下失败了。但是通过通用芯片遥测技术，你可以看到实际的行为。您可以看到即将到来的阈值，并且可以更早地发现问题。它不仅用于预测和分析生命周期，而且还很容易节省大量测试时间。你在非常早期的阶段就已经知道参数是什么，然后相应地设置具体的限制。你不需要等到最后才明白发生了什么。”

例子的挑战
传感器添加他们自己的复杂性。Amkor测试业务开发高级总监Andrei Berar在最近的一次演示中表示:“传感器可能需要一些其他刺激因素。“你可能需要混合温度、气体和压力。这让我们的考试生活变得更加有趣。”增加了模拟经济情况调查的复杂性，公司正在研究解决方案。

测试所使用的射频器件5克意味着测试信号强度和处理滤波器-其中许多-载波聚合。FormFactor开发了探头卡，用于滤波器的射频测量，说Daniel Bock, FormFactor射频应用工程师。

探针卡和探针经过不断的创新，使得实现高并行度的晶圆探测成为可能。Formfactor采用了机械制造的弹簧，并使用了带有mems制造尖端的半导体线粘结剂-弹簧的附件。该配置实现了探针放置的高精度和高可靠性，对手工制作探针的旧方法进行了改进。当铜柱开始用作互连时，这意味着FormFactor必须探测铜，这对他们来说是新的。FormFactor首席技术官Jarek Kister在一场会议上表示:“由于这些新芯片耗电量大，对我们的要求意味着我们必须实现非常高的电流承载能力(CCC)，我们需要实现非常低的接触电阻，并且我们需要降低接触力，因为探针的数量增加了两倍。视频．“因为可访问性微机电系统技术，我们能够创造一种新型的探针，利用三种不同的金属。每一种金属的功能都是非常具体的，并且与其他金属不同。通过这三个独立的功能，我们能够创造出一种新的完美探头，能够实现非常高的CCC，非常低的接触电阻和非常低的体电阻率。”

关注ATE温度是另一种途径。“当涉及到测试时，我们面临的是异质设备，我们会出现热点，我们会出现热点，因为一侧的多个芯片设备具有不同的热特性。我们也有尖峰，尖峰是由于我们在测试中应用载体的方式造成的。”“我们的挑战主要是考虑所有这些尖峰和不同的设备，我们需要将我们的结和外壳温度保持在125°C到150°C左右。这是测试中的主要挑战，一种方法并不适用于所有情况。我们有不同的规模，不同的权力需要管理。”

结论
如果模拟电路是导致许多再旋转的原因，那么测试行业将继续解决这个问题。芯片的复杂性和多样性将激发更多的测试创新，模拟也将利用数字芯片的可见性。

- Ed Sperling对本文也有贡献。

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