SoC測試技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢

SoC測試技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢中國是全球半導(dǎo)體市場成長最快的區(qū)域，預(yù)計每年增長率超過25%，原因在于中國已經(jīng)成為全球集成電路消費(fèi)的中心、電子產(chǎn)品巨大的消費(fèi)市場和整機(jī)制造基地，為了貼近終端市場和IC用戶，SoC測試中心和實(shí)驗(yàn)室在中國的布局已經(jīng)悄然展開，本文將向您介紹SoC測試技術(shù)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和最新的測試技術(shù)趨勢。目前，IC消耗量的主要增長集中在消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)處理和通信三大領(lǐng)域，其中消費(fèi)電子包括顯示器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字電視和視頻游戲機(jī)，數(shù)據(jù)處理包括CPU和存儲器、閃存卡、平面監(jiān)視器和移動PC，通信領(lǐng)域則以數(shù)字蜂窩電話和無線/有線網(wǎng)絡(luò)為增長驅(qū)動力。IC復(fù)雜度的日益提高，迫使設(shè)計人員采用更為先進(jìn)的工藝技術(shù)，將更多的功能集成到單芯片內(nèi)，系統(tǒng)級芯片（SystemonChip，SoC）因此受到廣泛應(yīng)用，目標(biāo)是進(jìn)一步降低整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計、測試和制造的成本。目前，0.25和0.18um工藝技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位，0.13um以下工藝技術(shù)已經(jīng)在一些高端產(chǎn)品中得到應(yīng)用，并呈現(xiàn)急速增長的趨勢。采用先進(jìn)設(shè)計工藝的結(jié)果，是造成設(shè)計、掩膜費(fèi)用在NRE中的比例逐年上升，已經(jīng)由1995年的13%激增為2003年的62%，推出新型芯片受到降低成本需求的強(qiáng)勁驅(qū)動，但是設(shè)計和制造新型芯片的總成本卻因新工藝技術(shù)的應(yīng)用而急劇增加。而另一方面，新型電子產(chǎn)品的生命周期越來越短已經(jīng)是不爭的事實(shí)，它們從切入市場到實(shí)現(xiàn)百萬臺的量產(chǎn)規(guī)模，時間通常不到一年，因此，業(yè)界流傳這樣的說法：90%的利潤是產(chǎn)品上市后頭六個月產(chǎn)生的，“Time-To-Market”是整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)僅次于芯片復(fù)雜度面對的第二大挑戰(zhàn)。在緊迫的上市時間和芯片復(fù)雜度日益提高的雙重壓迫下，半導(dǎo)體行業(yè)被迫構(gòu)建新的外包鏈條，并力圖結(jié)成更多的技術(shù)聯(lián)盟，共同推進(jìn)技術(shù)和市場的發(fā)展，其中一個重要趨勢就是代工廠更傾向于提供一攬子解決方案，幫助集成電路設(shè)計公司更快地推出芯片，而業(yè)界占據(jù)領(lǐng)先地位的廠家更傾向于采用先進(jìn)的測試技術(shù)，本文試圖對SoC測試領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和技術(shù)發(fā)展趨勢做一個初步探討。傳統(tǒng)的測試方法和流程面臨的挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的設(shè)計和測試方法將設(shè)計、調(diào)試/驗(yàn)證、生產(chǎn)測試三個環(huán)節(jié)孤立起來進(jìn)行，其突出的問題是除非首顆芯片制造出來，否則芯片測試不可能真正完成，如圖1所示。傳統(tǒng)的測試方法和流程由于需要多次反復(fù)，因而不能適應(yīng)復(fù)雜的SoC大規(guī)模量產(chǎn)的需要，更難降低成本。對于SoC測試來說，人們需要開發(fā)更為有效的測試程序，以滿足一次性流片對驗(yàn)證工具以及生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)對更具有成本效益的測試軟件的需要。目前，人們開發(fā)測試程序通常沿著設(shè)計、測試程序開發(fā)、芯片原型驗(yàn)證的思路進(jìn)行，各部分孤立地進(jìn)行任務(wù)分配、需求分析，然后分別執(zhí)行，測試的過程還要不斷完善測試軟件。測試程序開發(fā)完成之后，還要對測試程序本身進(jìn)行調(diào)試，通常需要多次反復(fù)修改測試程序，時間上也需要幾個月的時間。這對于“6個月贏得90%利潤”的市場法則來說是難以接受的，解決測試程序本身調(diào)試需要較長時間這個問題，迫使人們進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計和測試的流程。一體化測試流程為了解決上述問題，圖2所示是一種新的測試流程。它將工程設(shè)計驗(yàn)證測試流程與生產(chǎn)測試流程并行處理。其核心思想是利用虛擬原型對測試工程和IC設(shè)計過程所需要的測試程序（本身）進(jìn)行查錯和調(diào)試，同時，也將虛擬原型應(yīng)用到生產(chǎn)測試流程之中，完成面向生產(chǎn)的測試程序的查錯和調(diào)試。為此，首先要根據(jù)工程測試結(jié)果，進(jìn)行設(shè)計中的測試策略規(guī)劃，目的是改進(jìn)測試方法，降低測試的復(fù)雜性，并根據(jù)測試成本和復(fù)雜性對測試任務(wù)進(jìn)行定義。而生產(chǎn)測試流程中，測試程序查錯和調(diào)試的主要任務(wù)是提高成品率。FPGA和PLD在搭建虛擬原型，完成對測試程序調(diào)試的過程中扮演著重要作用。通過利用虛擬環(huán)境，可以極大地降低對測試程序進(jìn)行調(diào)試所花費(fèi)的時間，減少掩膜次數(shù)，節(jié)省大量、昂貴的掩膜費(fèi)用，提高成品率，并在加快產(chǎn)品上市時間的同時，達(dá)到芯片利潤的最大化。然而，盡管上述方法解決了縮短測試程序調(diào)試時間的問題，但是，需要在設(shè)計和生產(chǎn)兩條線上同時對測試程序進(jìn)行調(diào)試，因而資金投入上并沒有顯著降低，為此，Credence公司提出了利用光子進(jìn)行SoC測試的新技術(shù)?；诠庾犹綔y的SoC測試技術(shù)隨著芯片復(fù)雜度的增加，SoC采用倒裝、打線和多層金屬封裝的方式也越來越多，許多地方采用傳統(tǒng)的電測手段已經(jīng)相當(dāng)費(fèi)時費(fèi)力，因此，Credence利用固態(tài)浸入透鏡方法實(shí)現(xiàn)0.25um的成像分辨率，來完成對SoC關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的性能進(jìn)行分析。通過測試系統(tǒng)配備的高速采集和數(shù)據(jù)處理能力，半導(dǎo)體制造商能夠快速進(jìn)行設(shè)計查錯、故障分析和特征提取，從而極大地縮短產(chǎn)品上市時間并降低SoC開發(fā)的成本。基于光子探測的SoC測試技術(shù)的基本原理是，利用脈沖信號切換產(chǎn)生的能量，激發(fā)半導(dǎo)體電路內(nèi)部的電子被激發(fā)出光子，然后通過高速采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將采集的光子轉(zhuǎn)化為電子信號，通過對這些電信號來分析時序特征，從而達(dá)到對SoC關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試的目的。其目的是加速產(chǎn)品的上市，消除不必要的多次設(shè)計修改和不必要的流片循環(huán)。SoC技術(shù)是21世紀(jì)初以來迅速發(fā)展起來的超大規(guī)模集成電路的主流技術(shù)，是電子器件持續(xù)集成的最高境界。SoC采用先進(jìn)的超深亞微米CMOS工藝技術(shù)，從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，將處理機(jī)制、模型算法、嵌入式軟件等各層次電路直至器件的設(shè)計緊密結(jié)合在單個芯片上，完成整個系統(tǒng)的功能。隨著SoC應(yīng)用的日益普及，在測試程序生成、工程開發(fā)、硅片查錯、量產(chǎn)等領(lǐng)域?qū)oC測試技術(shù)提出了越來越高的要求，掌握新的測試?yán)砟?、新的測試流程、方法和技術(shù)，是應(yīng)對消費(fèi)電子、通信和計算