IMEC更新 | Chiplet技術的測試挑戰(zhàn)與解決方案

逍遙設計自動化

引言
Chiplet是具有特定功能的模塊化芯片，這些芯片單獨制造，然后互連形成更大的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的單片系統(tǒng)芯片（SoC）設計相比，提供了更好的多樣性、可擴展性和性能優(yōu)勢。隨著全球Chiplet市場預計每年增長超過42%，了解與這項創(chuàng)新技術相關的測試挑戰(zhàn)和解決方案變得非常重要。

本文將探討Chiplet的世界，重點關注電氣測試的重要性、測試協(xié)議的最新進展以及業(yè)界正在進行的測試方法標準化努力[1]。
3 i* h9 k) q7 i3 p
! }% Q9 ?# g+ c6 k, E: p
/ W. R. i& B- H5 G' P

/ L5 n9 b' \) l8 D' PChiplet測試的重要性
Chiplet的電氣測試對確保異構架構的可靠性、功能性和互操作性至關重要。由于Chiplet經常來自不同的來源，在最終集成系統(tǒng)中保持一致的質量和性能成為重大挑戰(zhàn)。

, @* c; ~! e2 @3 q- x; y' X0 h) D質量和可靠性標準
Chiplet的質量指制造時的狀態(tài)。與單片SoC一樣，Chiplet必須滿足特定的質量標準，這些標準因應用領域而異。這些標準涵蓋性能和功能等方面。
- F4 z$ b5 L0 w
, F4 `7 `5 Z0 A+ J* r% A盡管進行了嚴格的測試，一些缺陷可能仍未被檢測到，并逃逸到最終的Chiplet中。這些"測試逃逸"以每百萬缺陷部件（dppm）來衡量。對于手機等消費電子產品，典型的容忍度是100 dppm，這意味著每百萬個Chiplet中，可以接受100個有缺陷的產品。
3 ~7 d2 T' v& r' N8 ]
然而，某些行業(yè)要求更嚴格的標準。例如，汽車行業(yè)通常要求"0 dppm"（實際上轉化為個位數(shù)dppm）。這種嚴格性是由于車輛電子設備的關鍵性質，即使是小故障也可能帶來嚴重的安全隱患。
" }* ~. W1 U! a1 `& d
# g" a. W& S5 c* s& b( c
7 Z8 t' A, R" C圖1：展示了一個包含三個Chiplet的3D堆疊的橫截面，顯示了形成測試激勵和響應"電梯"的設計即測試（DfT）元素。

0 @* X! n' O# c7 v- Q# P& Y測試階段
6 u$ w' Z" |% V7 c; `3 R' X基于Chiplet的集成線路通常比單片SoC經歷更多的測試階段：

預綁定測試：檢查單個Chiplet，確保符合規(guī)格且無缺陷。

互連測試：驗證Chiplet之間互連的完整性和可靠性。

組裝后測試：Chiplet組裝完成后，對整個設計進行評估。
  N5 B9 D9 x: P, R2 i( r$ ][/ol]

標準化努力
測試基于Chiplet設計的一個主要挑戰(zhàn)是確保測試激勵能夠到達每個Chiplet，并且能夠有效讀出響應。為解決這個問題，業(yè)界領導者已經開始了標準化努力，以確保來自不同來源的Chiplet之間的兼容性。


IEEE Std 1838? 3D設計即測試標準
作為納米電子和數(shù)字技術領域領先的研究和創(chuàng)新中心，imec發(fā)起了IEEE Std 1838? 3D設計即測試（DfT）的標準化。該標準規(guī)定了允許測試激勵和響應通過多個堆疊Chiplet傳輸?shù)腄fT結構。
& Z# B" Y' d$ g
例如，要測試四個堆疊中的第三個Chiplet，第一和第二個Chiplet必須具有標準化的DfT結構，以便于測試數(shù)據(jù)的傳輸。自2020年以來，所有主要的電子設計自動化（EDA）軟件公司都遵循IEEE Std 1838?標準，確保了整個行業(yè)對Chiplet測試的一致性方法。
5 h( s7 D& I) j) F) m* @; ~+ R0 ^
) _; A0 B# W2 u通用Chiplet互連快車（UCIe）
另一項關鍵的標準化努力是通用Chiplet互連快車（UCIe）。該標準專注于裸片或Chiplet之間的互連，超越了競爭的界限。UCIe確保來自不同供應商的Chiplet能夠有效通信，這對Chiplet技術的廣泛采用很重要。

互連測試的進展
傳統(tǒng)的互連測試方法主要針對硬開路和短路缺陷。然而，最近的進展導致了更全面的測試方法。

/ N0 M, }5 K$ A9 c! H9 {; a
, _8 ~. n0 y5 h, p* K) y圖2：顯示了各種微凸點缺陷的掃描電鏡照片，包括電阻性變體，這些現(xiàn)在可以通過imec的E2I-TEST方法檢測到。

Imec的E2I-TEST方法
Imec提出了一種改進的互連測試生成方法，稱為E2I-TEST。這種方法相比傳統(tǒng)方法有幾個優(yōu)勢：

提高效果：E2I-TEST覆蓋了弱缺陷變體，包括高電阻短路和低電阻開路缺陷，這些缺陷通常被以前的方法忽視。

提高效率：通過僅考慮相鄰互連之間的短路，該方法減少了所需的測試模式數(shù)量。

可擴展性：E2I-TEST將測試模式數(shù)量與互連數(shù)量解耦，使其更適合未來互連密度不斷增加的Chiplet設計。
, ~' ?8 W# \$ P8 `% c' H( k( S- q[/ol]
& W# \7 }: Y, g* J3 ]$ n" \
& I! H: M. l9 Y& d0 t7 R0 p挑戰(zhàn)和未來方向
隨著Chiplet技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了幾個挑戰(zhàn)和機遇：

異構集成：隨著來自不同供應商和工藝節(jié)點的Chiplet的組合，確保無縫集成和測試變得更加復雜。

已知良好裸片（KGD）測試：開發(fā)高效的方法來測試集成前的單個Chiplet對降低總體成本和提高良率至關重要。

熱管理：隨著3D堆疊的應用，在測試過程中管理熱量散發(fā)變得更具挑戰(zhàn)性，需要創(chuàng)新的解決方案。

測試訪問：隨著Chiplet設計變得更加復雜，確保對所有組件的充分測試訪問，同時不影響性能或增加成本，仍然是一個重大挑戰(zhàn)。

人工智能輔助測試：利用人工智能和機器學習技術優(yōu)化測試模式并預測潛在故障模式是一個新興的研究領域。
4 A( y, [6 [0 E. X* f- ~[/ol]
結論
Chiplet技術代表了半導體設計的重大進步，為性能、可擴展性和成本效益提供了新的可能性。然而，從單片SoC到基于Chiplet的設計的轉變也帶來了測試和質量保證方面的新挑戰(zhàn)。

通過IEEE Std 1838?和UCIe等標準化努力，以及E2I-TEST等創(chuàng)新測試方法，業(yè)界正在解決這些挑戰(zhàn)。隨著Chiplet技術的成熟，可以期待測試方法的進一步發(fā)展，確保這種有前景的方法在各種應用中發(fā)揮全部潛力，從消費電子到汽車等領域。


參考文獻
[1] F. Author, "Chiplet Test: Piecing Together the Next Generation of Chips - Part 2," 3D InCites, Jul. 2024. [Online]. Available: https://www.3dincites.com/2024/07/chiplet-test-piecing-together-the-next-generation-of-chips-part-2/. [Accessed: Aug. 25, 2024].

- END -
. F$ _3 Y7 @' Y8 d0 i' q8 T
. V" k6 k8 d5 A8 Y0 V: R! {' F軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請體驗免費版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
點擊左下角"閱讀原文"馬上申請

0 S; X; R4 ]6 k, _% u歡迎轉載
1 u. r5 u$ i1 W0 @0 l. Z8 ~! \
( O/ x  s% @' b轉載請注明出處，請勿修改內容和刪除作者信息！


) W" v, Y; _% u5 z5 ]# ?$ U5 O+ g
+ i& L7 U, W# C
: E, C# j9 R& r7 m. A) v
關注我們

. I& I) T9 _, `8 L$ \ ) j7 u+ V! t4 i5 R+ X

% A! p+ W1 i; d5 @$ E

                     

& {! [1 |3 @8 c- B. k" K- k1 G

關于我們：
深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導體芯片設計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設計和仿真軟件，提供成熟的設計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設計與仿真。我們提供特色工藝的半導體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務，廣泛服務于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領域的頭部客戶。逍遙科技與國內外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導體產業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術與服務。
- W9 W% d/ o) c  j6 p9 d6 P
http://www.latitudeda.com/
% N( n1 E* ^, ^（點擊上方名片關注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內容）