要点：通过相同测试的芯片可能具有非常不同的可靠性风险，因为临界行为往往隐藏在规格限以内。器件级模型、跨测试环节数据和物理检测可以标记可疑的合格器件，但异常并不等于缺陷证据。只有当新增测试能够暴露疑似弱点，且其成本低于可能避免的失效损失时，额外筛查才值得。
一颗芯片通过晶圆分选，进入封装环节，并通过最终测试。其结果中没有给出任何拦截它的理由。然而，另一颗结果几乎相同的芯片可能在现场失效，原因是两次测试都没有暴露的弱点，无论是偏紧的时序裕量、轻微的电阻漂移，还是若干测量值的组合；这些测量值单独看都显得无害。
制造商面临的挑战是，在不复测所有产品的情况下，判断哪些合格芯片值得再次检查。测试工程师一直知道，通过测试结果并不能保证终身可靠性。变化在于，他们现在能够了解每颗器件多少信息。内部参数测量、制造历史和预测模型如今可以在合格器件群体中揭示异常行为，但发现可疑器件只是开始。
PDF Solutions产品与解决方案执行副总裁、董事兼联合创始人 Kimon Michaels 表示：“测试成本和测试量正在激增，在系统级测试之前进行测试的能力也是一项挑战。当然，重大挑战之一是在那个节点上有多少供应链处于风险之中，或者如果产品在那个节点失效，你会报废多少产品。”
临界器件未被发现的时间越长，投入到它上面的价值就越多。但更彻底地测试每颗器件并非没有成本。额外测试图形会占用测试机时间，老化会占用设备，封装器件可能需要再次机械插入，而剔除每一个统计离群值也会丢弃一些良好的芯片。账本的另一面，是那些流入客户系统的器件。
Michaels 表示：“没有什么比现场失效代价更高。挑战在于，先进技术在某些方面对可靠性失效更加敏感。”
制造测试只能近似芯片在实际工作中将遇到的条件。电压、温度、时序和工作负载在测试期间可控，但完全组装系统内部的交互要难以复现得多。
泰瑞达智能制造产品经理 Eli Roth 表示：“单颗裸片可以通过晶圆分选和最终测试，但当裸片、存储器件、互连、固件和软件一起工作时，其表现可能不同。我们非常擅长发现硬性失效。更难的是发现符合规格但接近可靠性边界工作的器件。”
测试所有工作条件组合并不现实，即使广泛的系统级测试也不能保证每个弱点都会显现。制造商需要一种方法来识别高风险器件，并判断有针对性的测试是否能在出货前暴露问题。
器件级模型正在暴露隐藏的离群值
传统生产测试依赖规定限值，并为测量不确定性和工作变化设置保护带。统计分析可以标记接近这些限值或与同一晶圆或批次中相邻器件表现不同的器件。尽管如此，一颗芯片仍可能通过所有测试，同时其各项测量值之间表现出异常关系。
器件特定模型提供了识别这些差异的另一种方式。通过将内部参数测量值与特定器件应有的行为进行比较，工程师可以发现基于群体的统计可能忽略的不一致。工艺和时序特征可以为预测芯片行为提供基础，使工程师能够调查预测性能与实测性能之间的偏差。这些偏差的模式很重要。与设计相关的裕量限制往往会在产品群体中一致出现，但材料问题不会。
proteanTecs业务发展高级总监 Nir Sever 表示：“材料引起的变异表现不同。它通常是局部的、不对称的，或在统计上分散的。只有一部分器件、晶圆或裸片上的区域可能表现出加速漂移。退化斜率可能随时间偏离群体。”
局部或加速变化可能暗示正在出现的物理弱点。难点在于判断这种变异是否代表值得调查的可靠性风险，以及另一次测试是否能揭示有用信息。做出这些判断的模型也有保质期。
Michaels 表示：“数据不是静态的。它会漂移。它基于物理。工艺会发生变化，你必须在如何重新训练、如何监控等方面意识到这一点。”
工艺调整、设备变化和产品修订都可能改变模型已学习到的关系。这意味着工程师需要像验证输入模型的测量数据一样仔细验证模型，尤其是当离群值标记可能触发额外筛查或剔除器件时。
检测可解释临界电学行为
一些潜在缺陷不会产生稳定的电学失效。弱化的互连可能在室温下导电足够好，然后在热应力或机械应力下变得不稳定。这在先进封装中尤其难以捕捉。部分未润湿、微凸点空洞、分层和翘曲可能不会立即造成失效。
诺信测试与检测首席技术工程师 Chris Rand 表示：“空洞和未润湿可能削弱互连，但不会立即造成开路。凸点高度、焊料体积或互连几何形状的变化可能改变电阻，或形成在负载、温度或搬运过程中发生变化的导通状态。”
X射线或声学检测可以为疑似互连问题提供物理证据，而电学测量有助于确认观察到的异常是否影响器件行为。任何一种技术本身都未必能提供完整诊断。关联这些结果可以缩小可能的失效机制，并帮助工程师选择更有可能暴露弱点的应力条件。
跨测试环节比较测量值是另一个线索。一颗芯片可能在每个阶段都通过测试，但其电学特性缓慢漂移，这种趋势会被单个通过/不通过判断遗漏。
PDF Solutions Exensio解决方案总监 Greg Prewitt 表示：“无法解释的漂移不是健康信号。如果一颗器件就是发生了变化，而你不认为这是测试设置的问题，就需要更多审查。”
标记该器件并将标记带到后续测试环节，可以让制造商把额外筛查集中在具有可疑历史的器件上。但工程师首先需要排除温度、校准、接触电阻或仪器配置方面的差异。否则，他们可能追踪一颗健康器件，而遗漏测量路径中的问题。
失效机制决定下一步测试
一旦证据指向可信的失效机制，问题就变成了哪一种额外测试有合理机会暴露它。这些选项并不能互相替代。可疑时序可能需要在不同电压或温度下进行特性表征。互连问题可能需要电应力或热应力，而可靠性风险特征可能证明老化是合理的。如果原始测试一开始对该缺陷就不敏感，那么在相同条件下重复原始测试几乎无益。
老化尤其是一个艰难决定。升高温度和电压可以加速某些失效机制，但该过程消耗设备时间、电力和产能，应力本身也可能影响可靠性。当只有一小部分合格器件存在风险时，全面老化很难证明其合理性。
Michaels 表示：“人们对库存中很大一部分，甚至几乎全部进行老化，这很昂贵，而且本身可能造成损伤。但一个相当广泛的模型可以学习到，基于工艺和测试状态的多维组合中哪些部分具有预测性，以及最佳点在哪里，可以跳过老化并把资源集中在更处于临界状态、更令人担忧的器件上。”
预测性老化利用制造历史和测试数据来识别最可能从应力筛查中受益的器件。自适应测试采用类似方法，利用晶圆级和裸片级结果来决定封装后应如何测试器件。只要制造商能够保持器件身份并跨工序连接结果，一个测试环节收集的信息就可以影响下一个环节使用的限值和测试图形。
爱德万测试测试技术总监 Fabio Pizza 表示：“我们已经建立了一种云基础设施，它从不同测试环节获取数据，并复用早期测试环节收集的数据，以优化先进封装内部的裸片匹配、测试条件，以及后续测试环节的良率。你可以采用一种自适应测试，确保在封装后测试器件时使用正确的限值，甚至正确的测试图形。”
在现有测试环节内更改限值或测试图形，通常比让封装器件再经过一道工序产生更少开销；后者会增加搬运、设备需求和时间。随着每颗器件投入的价值增加，经济性变得更复杂。与报废已组装的多裸片封装相比，额外测试可能便宜，但每项新增工序都会争夺有限的制造产能。
泰瑞达的 Roth 表示：“从经济性来看，一旦开始把这些器件封装在一起，测试成本与报废成本相比就不值一提。”
挑战在于判断额外筛查在哪里产生足够价值，以证明其成本合理。连接晶圆、封装和最终测试结果可以帮助工程师在更多制造价值被投入之前识别可疑器件，同时避免几乎不提供有用信息的测试操作。几秒钟的有针对性的筛查可能防止昂贵的下游失效，但很少发现问题的额外测试环节可能降低吞吐量，而不能改善出货质量。
复测正在带来自身不确定性
复测有明显的吸引力。如果工程师不信任某个结果，再次测量似乎是廉价的保险。但生产测试涉及物理接口，这些接口并非被动。封装器件被以相当大的力压入插座，以便在数百或数千个端子之间建立接触。触点会磨损，表面会被污染，微小的放置差异会改变电阻，因此即使测试程序相同，第二次插入也可能无法复现第一次的条件。
Modus Test首席技术专家 Jack Lewis 表示：“每次把该器件放入插座，都存在风险。因此复测是个问题。你不想复测。测试时间很长。”
阅读全文，请访问：https://semiengineering.com/which-passing-chips-need-more-testing/
来源: 海外媒体
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