在集成电路(IC)制造与测试过程中,CP(Chip Probing,晶圆探针测试)和FT(Final Test,最终测试)是两个重要的环节,它们承担了不同的任务,使用不同的设备和方法,但都是为了保证产品的质量与可靠性。
1. CP测试与FT测试的基础概念
要理解CP和FT的区别,我们可以将整个芯片制造和测试过程比喻成“筛选和包装水果”的过程。
CP测试:相当于在水果采摘(晶圆制造)之后,在采摘场对每个单独的水果进行检测。目的是先挑出坏的、不合格的水果(坏的Die),避免这些水果被送入下一步的包装环节。这一步可以减少包装与运输(封装)的成本,同时确保进入后续步骤的水果(Die)都是较为优质的。
FT测试:类似于对包装好的水果盒进行检测。在包装之后,确保每个盒子里的水果(芯片)没有在运输(封装)过程中变坏,最终保证顾客收到的是合格的商品。这是对最终产品的质量进行严格把控的一个重要环节。
2. CP与FT的具体流程及测试项目
CP测试:晶圆级测试
CP测试发生在晶圆制造工艺的最后阶段,是在晶圆层面进行的测试。在这一步,探针(Probe)接触到晶圆上每个裸露的芯片(Die),通过电信号来测试其功能和基本参数。
目的:在CP阶段,工程师希望通过测试剔除不合格的Die,以减少后续封装不必要的成本。CP可以帮助判断晶圆制造工艺的良率,也能用于检测工艺中的问题,确保良品进入封装环节。
测试项目:CP测试一般包括一些基础的电气参数,比如阈值电压(Vt)、导通电阻(Rdson)、漏电流(Idss)、击穿电压(BVdss)等。这些都是半导体器件的基础参数,因为此时没有进行封装,设备限制了测试电压和功率,所以一些高功率测试项无法在CP阶段进行。
比喻:可以将CP测试比作水果的初步筛选。例如,检测每个水果的颜色、大小、是否有明显的外观损坏。虽然无法检测水果的内部质量(类似于高电流或高温测试),但可以通过表面特征来判断哪些水果需要被剔除。
FT测试:封装后的最终测试
FT测试发生在芯片被封装成最终产品后。这时芯片已经通过封装工艺,外壳保护了芯片的内部电路,因此需要使用不同的测试设备来完成。
目的:FT测试的目标是确保封装后的芯片能在实际应用环境中正常工作,排除封装过程带来的潜在缺陷,同时确认芯片的功能性和可靠性。在一些情况下,FT测试还会进行环境测试,如高温、低温和正常温度下的性能验证(即三温测试)。
测试项目:FT测试的项目包括功能测试、电气特性测试以及一些特殊的耐久性测试。例如,高电流测试、待机测试、功耗测试等项目都需要在封装后的FT阶段进行,因为此时的芯片更接近实际应用场景,测试设备也能承受更大的电流和电压。
比喻:FT测试相当于将包装好的水果盒在不同的温度下储存一段时间,查看水果是否变质,确保每个盒子里的水果都可以送达客户手中并保持新鲜。在这一阶段,检测的重点是整体包装的质量以及在不同条件下的稳定性。
3. 为什么有些公司省略CP测试?
在了解了CP和FT的区别后,许多人会问:既然CP测试可以剔除不合格的Die,为什么有些公司选择省略这一步呢?
成本考虑:在一些工艺较为成熟、良率较高的情况下,晶圆制造中的缺陷率已经很低,进行CP测试可能会被认为是不必要的开支。因此,有些公司选择只进行FT测试,尤其是当封装和测试的良率较高时,直接省略CP可以节省制造成本。
风险与收益:不过省略CP测试也带来了风险。例如,如果封装成本较高,封装坏Die会大幅度增加成本。因此,许多公司在封装之前仍会进行CP测试,特别是在高成本的产品中,这样可以确保最大限度地减少损失。
4. CP与FT的测试难点及挑战
CP测试的难点
探针卡的制作:在CP测试中,探针卡的设计和制作是一个重要的技术挑战。探针卡需要与晶圆上的每个Die精确对接,同时要保证测试的速度和精度。如果探针卡设计不当,会导致测试的干扰问题,甚至会损坏晶圆上的Die。
并行测试的干扰:在进行CP测试时,往往会采用并行测试技术,即一次测试多个Die。这种并行测试虽然可以提高测试效率,但容易引起信号干扰,影响测试结果的准确性。
大电流测试的限制:由于探针的电流限制,CP测试无法进行大电流测试(例如功率MOSFET的测试)。这部分只能留到FT测试中进行。
FT测试的难点
多温度测试:FT测试中的三温测试需要在不同温度下对芯片进行功能性测试,模拟芯片在不同环境中的工作状态。这种测试不仅复杂,而且对测试设备的要求较高,增加了测试的难度和成本。
高功率测试:FT测试需要对芯片进行高功率测试,测试设备必须能够承受更高的电流和电压,并且保证在严格的条件下芯片能够正常工作。
5. CP与FT的相互补充关系
虽然CP和FT是两个独立的测试阶段,但它们之间存在着紧密的联系。CP测试是FT的前置步骤,负责剔除不良Die,降低后续封装和FT的成本;而FT测试则确保了最终成品芯片的质量。
互相补充:CP测试帮助减少封装不良品的概率,而FT测试则确保最终产品符合应用需求。一些测试项(如大电流测试)必须在FT阶段进行,而有些在CP阶段测试过的项目则可以在FT中省略,从而提高效率。
特定产品的优化:对于某些产品,例如高良率的逻辑芯片,CP测试被省略,因为FT的良率已经足够高;对于存储器芯片memory),CP测试非常重要它可以通过MRA计算出需要修复的地址,通过激光修复工艺提升芯片的良率和可靠性。
6. 总结
我们可以将CP测试比作初步筛选水果,而FT测试则是对包装后的水果盒进行检测。两者在测试目标、测试项目和测试设备上都有很大的不同。
CP测试的核心任务是剔除不合格的Die,减少后续封装和FT测试的成本,同时监控晶圆制造工艺的良率。而FT测试则主要是对封装后的芯片进行功能和可靠性测试,确保最终产品能够在不同环境下正常工作。
虽然有些公司选择跳过CP测试以节省成本,但这并不适用于所有产品。对于高成本和高可靠性的产品,CP测试仍然是不可或缺的一步。最终,CP和FT测试共同确保了集成电路产品的质量和性能,二者缺一不可。
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