芯片制造廠芯片以晶圓為單位進行流水化的工藝,完成所有的工藝步驟之后,晶圓就要進入良率測試環(huán)節(jié)。同一片晶圓中有的芯片是合格的,有的芯片是不合格的。測試目的就是選出合格的芯片,淘汰不合格的芯片。這個過程就像是征兵工作中的體檢,多項體檢指標合格的面試者才是可用之才。
如何進行芯片的測試呢?這時就要用到芯片測試機。
某型號芯片測試機外觀圖
芯片測試機中,一個重要的組成部分就是芯片測試卡。芯片測試卡中有很多微針結構。在測試的時候,這些微針結構與芯片上固定的位點(所謂的bondpad)接觸,依靠這種接觸完成電信號的輸入與讀取。測試完成一個芯片,再測試另外一個芯片。依次完成一片晶圓中所有芯片的測試。
含有微針結構的測試卡
芯片測試卡在工作時不能同時接觸所有芯片。只能依次接觸單個芯片。
上面的動圖中,雖然探針卡與芯片只接觸了不到一秒,但是就在那不到一秒鐘中,它可以完成成百到上萬種電信號的測試。比如A回路的電流,B回路的電壓,C回路的電容,晶體管的輸入輸出延遲等等,就跟體檢中需要完成視力,聽力,血壓等多種測試一樣。當然,具體測試什么內(nèi)容,是要根據(jù)芯片的功能與目標來決定的。
需要注意的是,只有當所有的電學信號滿足要求,才認為它通過了電路測試,這種芯片我們稱之為“活芯片”。只要有一種電學信號不滿足要求,則認為它沒有通過電路測試,這種芯片我們稱之為“死芯片”。良率就是活芯片占所有芯片的百分比。
測試完成后,你就會得到這樣一張花花綠綠的測試結果圖,不過它代表的結果并不是五彩斑斕般的美好,因為——一些色彩代表死芯片。
晶圓測試probe map示意圖
假定上圖中綠色的代表活性片,其他顏色的代表死芯片,不同的顏色代表不同的“死法”,比如紅色代表某回路漏電流過大,藍色代表某回路擊穿電壓過小。系統(tǒng)會自動記錄這些信息。當晶圓運送到封裝廠進行切割與封裝時,系統(tǒng)自動剔除死芯片將其報廢,而只加工活芯片。
活芯片中都是一等一的好貨嗎?并不是。
因為芯片通過測試環(huán)節(jié),只代表它可以按照設計要求完成基本的功能。但是,依舊可以按照重點關注的部分電參數(shù)分出個三六九等。
就比如體檢中,大多數(shù)人都可以拿到結論為健康的體檢報告,如果按照重點關注的心率和體脂指標,健康人群中依舊可以分為極其健康和一般健康兩類人群。
所以,測試通過的芯片要按照部分電性指標進一步進行等級分類。
對于面向多種市場的芯片,通常的分類做法是:最”健康”的芯片分類為一等貨,作為服務器芯片流向企業(yè)級市場;中等“健康”的芯片分類為二等貨,作為消費級芯片流向電腦、手機等高端消費市場;還算健康但已經(jīng)離亞健康不遠的芯片等級再次之,流向U盤、電子玩具等低端消費市場。
芯片的分級通過封裝廠的分揀動作來完成
對于面向單一市場的芯片(比如華為請臺積電代工的麒麟980芯片,就只有華為的手機在用),良率測試后,由設計方?jīng)Q定是否按照重要電參數(shù)進一步分類。
有的人可能會問,芯片商為什么將芯片做如此詳盡的分類?顯而易見,利益最大化。在利益最大化的同時,也照顧了資源的分配,避免了浪費。比如步步高點讀機的存儲芯片不需要和服務器存儲芯片一樣快。