实时数据分析解决方案让芯片制造和测试事半功倍

研发一颗芯片需要多少钱?

如果只看芯片制造这一个阶段，粗略估计，7nm工艺的流片费用大约在3000万美元左右。如果流片失败了，就要重新复盘修复bug, 然后再次尝试流片直到成功为止，才能进行大规模量产。因此在半导体制造行业，降低成本是个永恒的课题。一颗晶圆上能正常工作的芯片数量如果能够得到提升，就会直接关系到产品的利润。

随着工艺的演进，一颗芯片上所集成的晶体管的数量越来越多，但尺寸越来越小，同时在开发者们尝试采用新的封装技术等多重挑战之下，良率更难被保证，芯片制造的任务越来越艰巨。

如果能通过实时的自动化数据分析，让开发者们清晰明了地“看到”芯片存在的问题，并提前解决，就可以很大程度上避免重复耗时且成本高昂的流片测试，甚至故障芯片。

新思科技与半导体测试设备领先企业Advantest达成合作，共同解决从测试平台到分析平台之间的实时数据流问题，并通过数据分析所洞见的关键信息，帮助开发者们在制造流程的早期阶段就发现问题并进行修复，从而最大程度地提高良率、降低测试成本并防止生产出故障芯片。

为什么管理芯片数据这么难?

外包半导体封装和测试(OSAT)代工厂为芯片开发团队提供封装和测试服务。这一工作发生在流程的后端，也就是在将芯片集成到终端设备之前。从没有器件封装和测试基础设施的设计公司，到专注于生产线前端的代工厂，都对OSAT有着强劲需求。

在“万物智能”的世界，人们对半导体的需求非常高。在OSAT的测试环境中存储着非常宝贵的数据，因此OSAT是电子产业是电子产业供应链中的重要一环。

传统的获取数据的方法是从正在测试中的芯片上收集测试数据并进行分析，但这个过程一直是手动的，而且并非实时进行，因此观察到现存缺陷的时间通常太晚，对最终产品也就没什么帮助了。

OSAT测试平台的开发者们只有在每个晶圆完成测试后，或是一个批次或子批次的封装器件完成测试之后，才会从每个测试设备中生成标准测试数据格式(STDF)文件，接着将数据上传到基于云的服务器环境。然后，分析软件便可以访问这些数据，但通常等到分析完成已为时过晚，根本无法在有问题的芯片进入流片环节之前予以阻止。

即便我们可以拦截有问题的芯片，但很多其他芯片可能已经受到相同问题的影响。在确定适当的纠正措施后，还需要进行重新测试，所需的测试次数和相关成本都远高于实时解决问题的情况。而且采用手动分析时，含有各种数据的测试文件还有可能被截获，从而引发安全问题。

此外，芯片制造和测试的生态系统非常庞大。制造和测试部门通常遍布全球各地，为芯片制造的不同阶段提供支持。在制造和测试过程中会产生大量不同类型、不同格式的芯片数据，因此从数据的收集和存储，到对数据进行监控和调整从而提高数据质量，再到最后分析数据以获得有用的见解，都十分具有挑战性。

所以说，实时自动化的数据收集和分析对开发者而言具有诸多优势。

有价值的芯片数据实时分析

让芯片制造和测试事半功倍

新思科技与Advantest联合开发了实时数据分析解决方案，即通过应用程序编程接口(API)将来自测试设备的数据持续不断地直接传输到分析工具以实现流程自动化，从而更有效地将数据转化为可见的关键信息，如致命缺陷，开发者们可以立即采取行动。

该解决方案基于Advantest Cloud Solutions(ACS)Nexus实时数据流基础架构，以及新思科技面向半导体制造和测试的SiliconDash数据分析解决方案。ACS Nexus支持通过中央标准化软件接口，访问来自多个测试单元的聚合数据流，该基础架构已紧密集成到Advantest设备平台中。SiliconDash解决方案是新思科技芯片生命周期管理产品系列的一部分，其用户包括OSAT、芯片设计公司、代工厂、集成设备制造商(IDM)，可为集成电路和多芯片模块(MCM)产品的制造和测试提供全面且实时的商业洞见。

Advantest为其半导体制造设备平台搭建了一个分析生态系统。在这个生态系统中，Advantest的团队、客户以及第三方能够开发先进的机器学习和数据分析解决方案。Advantest与新思科技携手合作，创造了一种可通过API将数据自动加载到云端，以供SiliconDash解决方案实时访问的方式。该解决方案基于来自整个制造链(包括分散各地的制造和测试运营部门)的数据流，提供了实时的系统性和全自动化数据准备和分析。用户可以即时访问仪表板、可视化图表和报告，其中用户关注的问题及要点会被自动突出显示，而无需进行任何特殊查询或对数据集进行任何手动操作。通过这种方式，开发者们能够获得实时数据分析所提供的关键决策信息。这种方式还可以确保测试数据是通过安全可靠的方式收集的。

案例分享

通过对芯片数据的掌握，开发者们就能够实现各种各样的用例：

1)即时确定问题根源通过在整个供应链上实现器件级自动化追溯和分析，从而及时确定问题根源。嵌入到芯片内的电子芯片ID(ECID)，以及蚀刻在基板上或标记在树脂上的二维码，是在各个制造阶段中实现端到端可追溯性所必需的。

如果有一批器件已经完成了大部分制造流程，其中大多数通过了晶圆测试，完成了装配，并已封装到成本昂贵的MCM中，结果却在最终测试中意外发现良率问题，会怎么样呢?在后期遇到系统性故障时，如果不能快速解决，其后果将是灾难性的，开发者们将面临无法按时向最终客户交付产品的风险。如果返工，其成本会十分高昂。因此，时间至关重要。

通过将最终测试期间从封装器件获得的失效芯片结果与最终测试阶段之前的所有可用制造测试数据自动关联，可以实现问题根源分析。其目的是寻找上游参数，以便能够预测在最终测试期间发现的下游问题，从而即时纠正错误。

2)实时自动化生产控制实时自动化生产控制是指通过使用预先配置的配方、算法和脚本的支持库，让质量可控。

示例1：待测器件卡在测试座上时，可能导致未经测试的芯片作为良品发货。正常情况下，对于每个被测试的器件会有不同的参数数据。通过实时的数据观察，系统可以在数据没有变化时提醒技术人员，提示问题的存在，然后技术人员可以中止测试，并取下卡住的器件。

示例2：故障芯片的调整。如果测试设备出现偏差，那么芯片测试中就可能会出现结果参数的偏移，需要重新校正。如果没有及时校正就会导致良品测试不通过，进而被丢弃，导致不必要的良率损失。一般而言开发者需要重新测试很多器件，甚至可能是整批器件。

示例3：测试设备负载板上的某一个测试座与其他测试座的测试结果不同。借助分析技术，开发者们可以检查测试座之间的参数偏移。当这个差异大于某个百分比时，可以通知测试开发者或操作员，或者在经过授权的情况下，暂停设备运行，直至问题得到解决，而且这一操作不需要等到测试座之间的参数结果差异大到足以导致器件测试不通过是才能进行，其目标是在出现器件测试不通过之前，及早发现这类问题，从而避免良率出现明显损失的风险。

此外，利用边缘计算技术，可以在问题发生时即时检测到测试座之间的差异，防止可能的良品芯片损失，减少不必要的重新测试。

3)提高晶圆测试效率在生产流程中，晶圆测试是一个高成本且耗时的步骤，通常对批次中的一个晶圆进行测试就需要数小时。如果探针测试座出现故障，无论是由于腐蚀、灰尘还是校正等问题造成的，都会导致芯片在测试座上的测试不通过。

一次测试未通过的芯片将进行重新测试。有些芯片可能会通过测试。但是，如果在同一个存在故障的测试座上进行重新测试，最终结果就是再一次测试未通过。最后，这些测试未通过的芯片将被丢弃，可能导致良品芯片的损失。

借助数据分析，探针测试座上连续出现测试未通过的情况就可以观察到并被记录下来，从而快速发现与测试设备相关的问题。实时分析的优势就是能够在晶圆测试完成之前解决问题，否则就必须等到晶圆完全完成测试并且STDF文件创建好后，那么这时就不得不重新测试整个晶圆，并承担更多的测试成本。

4)筛查异常在动态零件平均测试(DPAT)中，有些参数没有适当的限制，而另一些参数则根本没有限制，这会让包括潜在故障器件在内的“全部”器件都能通过测试并进入制造流程的后续环节。这些有故障的芯片如果交付给客户，就会导致客户的最终产品在使用期间出现严重问题。

出色的分析工具能够提醒开发者这个参数测试是没有任何限制的，而且可以给出具有统计学意义的数据结果，并根据结果的参数自动应用检验限值。

通常，开发者们会在最终测试期间等待100个封装芯片完成测试，从而获得足够的数据样本，然后对数据应用6σ分配，以创建新的测试限制。如果有器件标识(例如ECID)，开发者们便会知道在应用新测试限制后，哪些器件无法通过测试。这种情况下，开发者可以在测试设备上重新加载并识别出尚未使用新测试限制进行测试的器件。如果那些器件在使用新测试限制的情况下无法通过测试，就可以将它们视为故障器件予以淘汰，而无需重新测试。

但如果没有器件标识，就需要重新测试应用新测试限制之前在测试设备上通过测试的所有器件。由于无法确定哪些以前通过测试的器件会在应用新限制后无法通过测试，开发者们必须在测试设备上对以前通过测试的每个器件都重新运行特定参数测试。

那么问题来了，开发者们能够以多快的速度发现没有测试限制的问题，来防止出现鼓掌芯片，同时还能够限制重新测试的次数呢?在没有元件标识，并且器件已经封装并进行最终测试的情况下，实时的边缘分析能够实现最大的优势。

在传统方法中，只有在一个批次或子批次的测试完成后，才会创建和分析STDF文件。如果没有元件标识，而且参数测试没有限制，开发者就必须对整个批次或子批次进行一次重新测试。任何无法通过应用新限制测试的器件，都将被筛选淘汰。

通过实时分析，开发者能够在开始测试一个批次或子批次时就发现问题。由于一个批次或子批次中含有大量的封装器件，实时分析因此可以帮助开发者显著节省测试时间。举例来说，分析工具会告诉开发者有一个没有任何限制的测试，且开发者们可以在建立测试限值之前继续测试所需的“样品”数量，所以只有少量样本需要重新测试。此外，开发者还可以选择立即停止测试并添加好规格限制来立即纠正测试程序。

Advantest的ACS Edge提供了一种高性能、高安全性的边缘计算和分析解决方案，能够基于算法和人工智能快速做出决策，在测试执行过程中仅有毫秒级延迟。ACS Edge可在异常筛查和DPAT中使用，经证明，实时现场决策在封装测试过程中具有非常大的优势。比如，ACE Edge可以在很小的测试时间内提供实时分析，且即使在器件内部没有芯片ID也无需无需重新将器件插入测试做进行重新测试。

随着人工智能、高性能计算、5G等应用的兴起，IC开发和封装变得更为复杂，要想实现较高的良率和质量，同时控制测试成本，开发者们需要面对更大的挑战。Advantest和新思科技让芯片生命周期管理的优势更加明显，通过实时数据分析为芯片开发者提供“”看得见“”的关键信息，从而及时修复问题，改进产品良率和质量，并降低成本，最终提高工程生产力并缩短产品上市时间。

审核编辑：汤梓红