欢迎来到“可能是好死”的时代

3D集成电路的广泛采用所面临的挑战之一是如何测试它们，特别是当涉及到过硅通孔(tsv)时。虽然tsv不一定会成为障碍，但在主流中使用tsv几乎肯定会改变传统的测试策略。

事实上，对于许多想要堆叠硅的芯片制造商来说，他们可能会在最终测试中减少对传统的已知好芯片(KGD)的依赖，而是选择所谓的“可能好”芯片。

如果把半导体行业作为一个整体来看，测试依赖于tsv的设备并不是什么新鲜事。复合半导体，如图像传感器和MEMS多年来一直在使用tsv。此外，探测tsv的问题与过去几年先进封装引入的问题并无不同。

例如，在倒装芯片互连中使用精致的铜柱凸起，在最终测试中探测时的物理接触方面也被证明是有问题的。身体接触会给支柱造成压力并最终损坏。“老式的弹簧接触式探针已经不适用了，”公司营销副总裁加里·弗雷曼(Gary Fleeman)说，“现在人们很难进行联系。这变得相当具有挑战性。”

所以在某种意义上，用tsv测试设备的困难并不新鲜。与铜柱一样，tsv也会受到物理探测的破坏。但是测试一个图像传感器和一堆逻辑芯片，或者更复杂的东西——比如内存处理器——最终涉及不同的挑战。探针卡制造商FormFactor的MicroProbe产品组高级副总裁兼总经理Mike Slessor表示:“我们已经学到了一些东西，可以加以利用。但他补充说，这些设备在结构上非常不同。这不是简单地将测试策略从一个应用到另一个的问题。

此外，就硅的堆叠而言，有一个I/O损坏的芯片是一回事;这是另一回事，有一个损坏的骰子是几个骰子堆叠的一部分，特别是如果它使整个堆栈有缺陷。乍一看，这似乎意味着100%的KGD是必不可少的。然而，作为大批量的制造商，主流半导体应用已经开始将堆叠芯片作为先进制造节点上持续器件性能提升的手段，这很可能意味着新的和不同的测试策略。在某些情况下，要求100% KGD可能并不经济，甚至没有必要。

但是，与主流3D IC采用的许多其他方面一样，使用tsv进行测试是一个问号。“这就产生了一个问题。如何确定KGD?Gartner公司的半导体ATE分析师Mark Stromberg说，“业界仍然没有决定如何解决这个问题。”

Slessor表示，芯片制造商正在考虑和评估几种不同的tsv测试方法。事实上，对设备接触的传统物理探测(在本例中是tsv)并没有完全被摒弃。但事实证明这很困难，MicroProbe的客户普遍的想法是避免这样做。“我们已经做到了，但这是一个挑战，”Slessor说，并指出这是TSV/测试辩论的关键。“如果你不需要碰它，那你就不应该碰它。至于你是否必须这么做，目前还没有定论。”

如果不知道好死，那又怎样?
因此，如果芯片制造商不打算在测试设备上进行物理探测并驱动电流通过，那么就会出现一个明显的问题:如何测试该设备?正如Slessor所说，目前还没有定论，但与往常一样，最终的答案将归结于成本——测试成本和设备制造成本。

非接触式探测将是一个潜在的解决方案，但到目前为止已被证明是有问题的。“它还没有真正发展起来。它根本没有进步，”Advantest的Fleeman观察到。

正在考虑的非接触式探测方法涉及射频技术，但射频天线所涉及的物理特性被证明是一个限制因素。主流半导体采用的高频率和高功率密度的电流往往是这种方法的绊脚石。MicroProbe公司的Slessor说:“这种测试需要的能量比可以产生的能量要多得多。”他补充说:“这是我们继续尝试的方法。”他指出，这种方法有固有的优势，尤其是在球场缩小的情况下。但他说，这项技术不会很快成熟。

BiST，或内置自检，是另一种选择:在设备中构建额外的结构，专门用于测试。然而，这增加了制造过程的复杂性，从而增加了成本。因此，当涉及到3D ic时，它可能不是低成本、大批量设备生产的最佳测试策略。

"任何显著增加潜在成本的因素都将成为潜在障碍，" Gartner的Stromberg表示。

另一种正在考虑的方法是使用特定的测试点:放置在tsv本身之间或tsv外部的测试或虚拟垫，用于接触和测试设备。Slessor说，这些可以与tsv并行制造，在制造成本方面增加相对较少。假衬垫可以提供探针访问被测设备中的大多数结构(因此术语“可能是好模具”)。它还有一个好处，就是熟悉;这是DRAM制造商长期以来一直采用的方法。

知道好的东西会不会死得太贵?
无论芯片制造商采用哪种测试策略，都可能取决于他们的具体应用以及制造和测试的相关成本。换句话说，什么证明了最具成本效益的决定可能的好骰子和已知的好骰子?在一些制造场景中，特别是在内存等高良率设备中，依赖一个可能好的模具测试策略可能更便宜，即使这意味着在最终包装时会有一些良率损失，因为这种损失的成本仍然低于包装前100% KGD测试的成本。

当然，这与传统不同;晶圆探头最初设计用于在包装前将好芯片从坏芯片中分拣出来，将100%的KGD送出包装。

Slessor说:“我不认为这是(广泛)采用3D技术的主要障碍。“我们希望改变测试策略，而不是设置障碍。”

这在很大程度上取决于3D堆栈中所涉及的骰子组合，以及单个骰子的性质，以及哪些可以通过虚拟垫进行测试(或其他替代物理探测tsv的策略)。“他们能通过假垫通过测试设备驱动足够的功率来获得他们想要的结果吗?”这就是问题所在，”Slessor说，并补充说，有相关的方法来推断tsv的“好坏”。

在内存方面，这种方法几乎肯定是可行的，他说，通过堆叠处理器和内存或堆叠fpga的组合，它应该在大多数情况下都能很好地工作。对于3D集成电路，涉及高性能射频芯片，也许不是。

无论如何，好死的时代可能即将到来。