研發(fā)一顆芯片需要多少錢?

如果只看芯片制造這一個階段，粗略估計，7nm工藝的流片費(fèi)用大約在3000萬美元左右。如果流片失敗了，就要重新復(fù)盤修復(fù)bug, 然后再次嘗試流片直到成功為止，才能進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。因此在半導(dǎo)體制造行業(yè)，降低成本是個永恒的課題。一顆晶圓上能正常工作的芯片數(shù)量如果能夠得到提升，就會直接關(guān)系到產(chǎn)品的利潤。

隨著工藝的演進(jìn)，一顆芯片上所集成的晶體管的數(shù)量越來越多，但尺寸越來越小，同時在開發(fā)者們嘗試采用新的封裝技術(shù)等多重挑戰(zhàn)之下，良率更難被保證，芯片制造的任務(wù)越來越艱巨。

如果能通過實(shí)時的自動化數(shù)據(jù)分析，讓開發(fā)者們清晰明了地“看到”芯片存在的問題，并提前解決，就可以很大程度上避免重復(fù)耗時且成本高昂的流片測試，甚至故障芯片。

新思科技與半導(dǎo)體測試設(shè)備領(lǐng)先企業(yè)Advantest達(dá)成合作，共同解決從測試平臺到分析平臺之間的實(shí)時數(shù)據(jù)流問題，并通過數(shù)據(jù)分析所洞見的關(guān)鍵信息，幫助開發(fā)者們在制造流程的早期階段就發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修復(fù)，從而最大程度地提高良率、降低測試成本并防止生產(chǎn)出故障芯片。

為什么管理芯片數(shù)據(jù)這么難?

外包半導(dǎo)體封裝和測試(OSAT)代工廠為芯片開發(fā)團(tuán)隊(duì)提供封裝和測試服務(wù)。這一工作發(fā)生在流程的后端，也就是在將芯片集成到終端設(shè)備之前。從沒有器件封裝和測試基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計公司，到專注于生產(chǎn)線前端的代工廠，都對OSAT有著強(qiáng)勁需求。

在“萬物智能”的世界，人們對半導(dǎo)體的需求非常高。在OSAT的測試環(huán)境中存儲著非常寶貴的數(shù)據(jù)，因此OSAT是電子產(chǎn)業(yè)是電子產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中的重要一環(huán)。

傳統(tǒng)的獲取數(shù)據(jù)的方法是從正在測試中的芯片上收集測試數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，但這個過程一直是手動的，而且并非實(shí)時進(jìn)行，因此觀察到現(xiàn)存缺陷的時間通常太晚，對最終產(chǎn)品也就沒什么幫助了。

OSAT測試平臺的開發(fā)者們只有在每個晶圓完成測試后，或是一個批次或子批次的封裝器件完成測試之后，才會從每個測試設(shè)備中生成標(biāo)準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)格式(STDF)文件，接著將數(shù)據(jù)上傳到基于云的服務(wù)器環(huán)境。然后，分析軟件便可以訪問這些數(shù)據(jù)，但通常等到分析完成已為時過晚，根本無法在有問題的芯片進(jìn)入流片環(huán)節(jié)之前予以阻止。

即便我們可以攔截有問題的芯片，但很多其他芯片可能已經(jīng)受到相同問題的影響。在確定適當(dāng)?shù)募m正措施后，還需要進(jìn)行重新測試，所需的測試次數(shù)和相關(guān)成本都遠(yuǎn)高于實(shí)時解決問題的情況。而且采用手動分析時，含有各種數(shù)據(jù)的測試文件還有可能被截獲，從而引發(fā)安全問題。

此外，芯片制造和測試的生態(tài)系統(tǒng)非常龐大。制造和測試部門通常遍布全球各地，為芯片制造的不同階段提供支持。在制造和測試過程中會產(chǎn)生大量不同類型、不同格式的芯片數(shù)據(jù)，因此從數(shù)據(jù)的收集和存儲，到對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整從而提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，再到最后分析數(shù)據(jù)以獲得有用的見解，都十分具有挑戰(zhàn)性。

所以說，實(shí)時自動化的數(shù)據(jù)收集和分析對開發(fā)者而言具有諸多優(yōu)勢。

有價值的芯片數(shù)據(jù)實(shí)時分析

讓芯片制造和測試事半功倍

新思科技與Advantest聯(lián)合開發(fā)了實(shí)時數(shù)據(jù)分析解決方案，即通過應(yīng)用程序編程接口(API)將來自測試設(shè)備的數(shù)據(jù)持續(xù)不斷地直接傳輸?shù)椒治龉ぞ咭詫?shí)現(xiàn)流程自動化，從而更有效地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可見的關(guān)鍵信息，如致命缺陷，開發(fā)者們可以立即采取行動。

該解決方案基于Advantest Cloud Solutions(ACS)Nexus實(shí)時數(shù)據(jù)流基礎(chǔ)架構(gòu)，以及新思科技面向半導(dǎo)體制造和測試的SiliconDash數(shù)據(jù)分析解決方案。ACS Nexus支持通過中央標(biāo)準(zhǔn)化軟件接口，訪問來自多個測試單元的聚合數(shù)據(jù)流，該基礎(chǔ)架構(gòu)已緊密集成到Advantest設(shè)備平臺中。SiliconDash解決方案是新思科技芯片生命周期管理產(chǎn)品系列的一部分，其用戶包括OSAT、芯片設(shè)計公司、代工廠、集成設(shè)備制造商(IDM)，可為集成電路和多芯片模塊(MCM)產(chǎn)品的制造和測試提供全面且實(shí)時的商業(yè)洞見。

Advantest為其半導(dǎo)體制造設(shè)備平臺搭建了一個分析生態(tài)系統(tǒng)。在這個生態(tài)系統(tǒng)中，Advantest的團(tuán)隊(duì)、客戶以及第三方能夠開發(fā)先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析解決方案。Advantest與新思科技攜手合作，創(chuàng)造了一種可通過API將數(shù)據(jù)自動加載到云端，以供SiliconDash解決方案實(shí)時訪問的方式。該解決方案基于來自整個制造鏈(包括分散各地的制造和測試運(yùn)營部門)的數(shù)據(jù)流，提供了實(shí)時的系統(tǒng)性和全自動化數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和分析。用戶可以即時訪問儀表板、可視化圖表和報告，其中用戶關(guān)注的問題及要點(diǎn)會被自動突出顯示，而無需進(jìn)行任何特殊查詢或?qū)?shù)據(jù)集進(jìn)行任何手動操作。通過這種方式，開發(fā)者們能夠獲得實(shí)時數(shù)據(jù)分析所提供的關(guān)鍵決策信息。這種方式還可以確保測試數(shù)據(jù)是通過安全可靠的方式收集的。

案例分享

通過對芯片數(shù)據(jù)的掌握，開發(fā)者們就能夠?qū)崿F(xiàn)各種各樣的用例：

1)即時確定問題根源通過在整個供應(yīng)鏈上實(shí)現(xiàn)器件級自動化追溯和分析，從而及時確定問題根源。嵌入到芯片內(nèi)的電子芯片ID(ECID)，以及蝕刻在基板上或標(biāo)記在樹脂上的二維碼，是在各個制造階段中實(shí)現(xiàn)端到端可追溯性所必需的。

如果有一批器件已經(jīng)完成了大部分制造流程，其中大多數(shù)通過了晶圓測試，完成了裝配，并已封裝到成本昂貴的MCM中，結(jié)果卻在最終測試中意外發(fā)現(xiàn)良率問題，會怎么樣呢?在后期遇到系統(tǒng)性故障時，如果不能快速解決，其后果將是災(zāi)難性的，開發(fā)者們將面臨無法按時向最終客戶交付產(chǎn)品的風(fēng)險。如果返工，其成本會十分高昂。因此，時間至關(guān)重要。

通過將最終測試期間從封裝器件獲得的失效芯片結(jié)果與最終測試階段之前的所有可用制造測試數(shù)據(jù)自動關(guān)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)問題根源分析。其目的是尋找上游參數(shù)，以便能夠預(yù)測在最終測試期間發(fā)現(xiàn)的下游問題，從而即時糾正錯誤。

2)實(shí)時自動化生產(chǎn)控制實(shí)時自動化生產(chǎn)控制是指通過使用預(yù)先配置的配方、算法和腳本的支持庫，讓質(zhì)量可控。

示例1：待測器件卡在測試座上時，可能導(dǎo)致未經(jīng)測試的芯片作為良品發(fā)貨。正常情況下，對于每個被測試的器件會有不同的參數(shù)數(shù)據(jù)。通過實(shí)時的數(shù)據(jù)觀察，系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)沒有變化時提醒技術(shù)人員，提示問題的存在，然后技術(shù)人員可以中止測試，并取下卡住的器件。

示例2：故障芯片的調(diào)整。如果測試設(shè)備出現(xiàn)偏差，那么芯片測試中就可能會出現(xiàn)結(jié)果參數(shù)的偏移，需要重新校正。如果沒有及時校正就會導(dǎo)致良品測試不通過，進(jìn)而被丟棄，導(dǎo)致不必要的良率損失。一般而言開發(fā)者需要重新測試很多器件，甚至可能是整批器件。

示例3：測試設(shè)備負(fù)載板上的某一個測試座與其他測試座的測試結(jié)果不同。借助分析技術(shù)，開發(fā)者們可以檢查測試座之間的參數(shù)偏移。當(dāng)這個差異大于某個百分比時，可以通知測試開發(fā)者或操作員，或者在經(jīng)過授權(quán)的情況下，暫停設(shè)備運(yùn)行，直至問題得到解決，而且這一操作不需要等到測試座之間的參數(shù)結(jié)果差異大到足以導(dǎo)致器件測試不通過是才能進(jìn)行，其目標(biāo)是在出現(xiàn)器件測試不通過之前，及早發(fā)現(xiàn)這類問題，從而避免良率出現(xiàn)明顯損失的風(fēng)險。

此外，利用邊緣計算技術(shù)，可以在問題發(fā)生時即時檢測到測試座之間的差異，防止可能的良品芯片損失，減少不必要的重新測試。

3)提高晶圓測試效率在生產(chǎn)流程中，晶圓測試是一個高成本且耗時的步驟，通常對批次中的一個晶圓進(jìn)行測試就需要數(shù)小時。如果探針測試座出現(xiàn)故障，無論是由于腐蝕、灰塵還是校正等問題造成的，都會導(dǎo)致芯片在測試座上的測試不通過。

一次測試未通過的芯片將進(jìn)行重新測試。有些芯片可能會通過測試。但是，如果在同一個存在故障的測試座上進(jìn)行重新測試，最終結(jié)果就是再一次測試未通過。最后，這些測試未通過的芯片將被丟棄，可能導(dǎo)致良品芯片的損失。

借助數(shù)據(jù)分析，探針測試座上連續(xù)出現(xiàn)測試未通過的情況就可以觀察到并被記錄下來，從而快速發(fā)現(xiàn)與測試設(shè)備相關(guān)的問題。實(shí)時分析的優(yōu)勢就是能夠在晶圓測試完成之前解決問題，否則就必須等到晶圓完全完成測試并且STDF文件創(chuàng)建好后，那么這時就不得不重新測試整個晶圓，并承擔(dān)更多的測試成本。

4)篩查異常在動態(tài)零件平均測試(DPAT)中，有些參數(shù)沒有適當(dāng)?shù)南拗?，而另一些參?shù)則根本沒有限制，這會讓包括潛在故障器件在內(nèi)的“全部”器件都能通過測試并進(jìn)入制造流程的后續(xù)環(huán)節(jié)。這些有故障的芯片如果交付給客戶，就會導(dǎo)致客戶的最終產(chǎn)品在使用期間出現(xiàn)嚴(yán)重問題。

出色的分析工具能夠提醒開發(fā)者這個參數(shù)測試是沒有任何限制的，而且可以給出具有統(tǒng)計學(xué)意義的數(shù)據(jù)結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果的參數(shù)自動應(yīng)用檢驗(yàn)限值。

通常，開發(fā)者們會在最終測試期間等待100個封裝芯片完成測試，從而獲得足夠的數(shù)據(jù)樣本，然后對數(shù)據(jù)應(yīng)用6σ分配，以創(chuàng)建新的測試限制。如果有器件標(biāo)識(例如ECID)，開發(fā)者們便會知道在應(yīng)用新測試限制后，哪些器件無法通過測試。這種情況下，開發(fā)者可以在測試設(shè)備上重新加載并識別出尚未使用新測試限制進(jìn)行測試的器件。如果那些器件在使用新測試限制的情況下無法通過測試，就可以將它們視為故障器件予以淘汰，而無需重新測試。

但如果沒有器件標(biāo)識，就需要重新測試應(yīng)用新測試限制之前在測試設(shè)備上通過測試的所有器件。由于無法確定哪些以前通過測試的器件會在應(yīng)用新限制后無法通過測試，開發(fā)者們必須在測試設(shè)備上對以前通過測試的每個器件都重新運(yùn)行特定參數(shù)測試。

那么問題來了，開發(fā)者們能夠以多快的速度發(fā)現(xiàn)沒有測試限制的問題，來防止出現(xiàn)鼓掌芯片，同時還能夠限制重新測試的次數(shù)呢?在沒有元件標(biāo)識，并且器件已經(jīng)封裝并進(jìn)行最終測試的情況下，實(shí)時的邊緣分析能夠?qū)崿F(xiàn)最大的優(yōu)勢。

在傳統(tǒng)方法中，只有在一個批次或子批次的測試完成后，才會創(chuàng)建和分析STDF文件。如果沒有元件標(biāo)識，而且參數(shù)測試沒有限制，開發(fā)者就必須對整個批次或子批次進(jìn)行一次重新測試。任何無法通過應(yīng)用新限制測試的器件，都將被篩選淘汰。

通過實(shí)時分析，開發(fā)者能夠在開始測試一個批次或子批次時就發(fā)現(xiàn)問題。由于一個批次或子批次中含有大量的封裝器件，實(shí)時分析因此可以幫助開發(fā)者顯著節(jié)省測試時間。舉例來說，分析工具會告訴開發(fā)者有一個沒有任何限制的測試，且開發(fā)者們可以在建立測試限值之前繼續(xù)測試所需的“樣品”數(shù)量，所以只有少量樣本需要重新測試。此外，開發(fā)者還可以選擇立即停止測試并添加好規(guī)格限制來立即糾正測試程序。

Advantest的ACS Edge提供了一種高性能、高安全性的邊緣計算和分析解決方案，能夠基于算法和人工智能快速做出決策，在測試執(zhí)行過程中僅有毫秒級延遲。ACS Edge可在異常篩查和DPAT中使用，經(jīng)證明，實(shí)時現(xiàn)場決策在封裝測試過程中具有非常大的優(yōu)勢。比如，ACE Edge可以在很小的測試時間內(nèi)提供實(shí)時分析，且即使在器件內(nèi)部沒有芯片ID也無需無需重新將器件插入測試做進(jìn)行重新測試。

隨著人工智能、高性能計算、5G等應(yīng)用的興起，IC開發(fā)和封裝變得更為復(fù)雜，要想實(shí)現(xiàn)較高的良率和質(zhì)量，同時控制測試成本，開發(fā)者們需要面對更大的挑戰(zhàn)。Advantest和新思科技讓芯片生命周期管理的優(yōu)勢更加明顯，通過實(shí)時數(shù)據(jù)分析為芯片開發(fā)者提供“”看得見“”的關(guān)鍵信息，從而及時修復(fù)問題，改進(jìn)產(chǎn)品良率和質(zhì)量，并降低成本，最終提高工程生產(chǎn)力并縮短產(chǎn)品上市時間。

審核編輯：湯梓紅