Il testing dei semiconduttori è un processo essenziale per garantire affidabilità, prestazioni e conformità alle specifiche. Attraverso sistemi avanzati di test, è possibile identificare dispositivi non conformi, ottimizzare il rendimento produttivo e ridurre il rischio di guasti in applicazioni critiche.
L'importanza del testing dei semiconduttori
A cosa serve il testing dei semiconduttori?
Il testing dei semicondutori ha l’obiettivo di identificare e scartare i dispositivi difettosi, concentrandosi in particolare sugli outlier (erratici) rispetto ai valori attesi. Questo processo garantisce l’affidabilità e la qualità dei microchip, eliminando quelli che presentano anomalie.
Il testing dei semicondutori viene eseguito utilizzando appositi sistemi di test per semiconduttori, noti anche come ATE (Automated Test Equipment) o semplicemente Tester.
Microtest si distingue come uno dei principali produttori di sistemi di test per semiconduttori, offrendo un portafoglio completo di soluzioni innovative. Questo include ATE machines, soluzioni per il testing di MEMS (micro-electro – mechanical systems) dispositivi Mixed Signals, Power Device Testing, Handlers, e apparecchiature per processi come Burn-In e HTOL (High Temperature Operating Life).
L’importanza della compliance nel testing dei semiconduttori
Partendo dal datasheet, che contiene le specifiche elettriche e le funzionalità del dispositivo, viene sviluppato il test program per verificare la corrispondenza (compliance) del dispositivo con il datasheet.
Questo processo è applicabile a numerosi contesti, rivelandosi particolarmente cruciale per i dispositivi safety critical.
Un test iniziale conforme potrebbe tuttavia non rilevare fenomeni come la mortalità infantile. Per aumentare la qualità dei dispositivi potrebbero essere quindi inserite fasi di testing aggiuntive, come quella del Burn-in.
Grazie alle proprie competenze e all’ampia gamma di automatic test equipment per semiconduttori, Microtest applica metodologie avanzate per migliorare significativamente la qualità dei dispositivi testati.
Test Program
Il TP (Test Program) deve rispettare le seguenti caratteristiche:
Il test program deve garantire una copertura del 100% delle funzionalità, assicurando che ogni aspetto del dispositivo venga verificato in modo esaustivo.
Il test program deve essere ottimizzato per ridurre al minimo la durata, migliorando l’efficienza operativa. Grazie all’alto parallelismo multisite tipico delle soluzioni Microtest, è possibile ottenere risultati rapidi e accurati. Alcuni elementi fondamentali da considerare includono:
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Power and Energy Consumption
Ridurre i consumi energetici dell’ATE per garantire sostenibilità ed efficienza.
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Footprint
Minimizzare l’ingombro delle apparecchiature, una soluzione ideale per ambienti con spazio limitato.
Per garantire la compliance, il test program deve essere progettato per verificare il dispositivo senza comprometterlo, evitando fenomeni di EOS (Electrical OverStress), ovvero danni causati ad esempio da sovratensioni.
I test devono rispettare le normative e certificazioni di qualità, come la IATF 16949 (per l’industria automotive) e altre certificazioni di settore.
Finora abbiamo sottolineato l’importanza del Test Program per garantire la qualità di un dispositivo.
Tuttavia, per ottenere livelli di qualità ancora più elevati nel semiconduttore, è possibile introdurre ulteriori step di verifica:
- Eliminazione degli outlier, ovvero dei dispositivi che si discostano dalla distribuzione dei parametri;
- Burn-In, un processo fondamentale per eliminare il rischio di mortalità infantile dei dispositivi. Per ulteriori dettagli sul Burn-in, visita il seguente link
Tipologie di testing dei semiconduttori
Il Testing si divide in due tipologie:
Il WS (Wafer Sorting) è il test che viene effettuato direttamente sul wafer di silicio da 6”, 8” o 12” di diametro e su cui possono essere presenti migliaia di device. Per svolgere questo test si utilizza una semiconductor probe station (prober) che movimenta il wafer e nel quale è alloggiata la probe card che permette la contattatura dei DUT (device under test). Microtest è tra le wafer testing companies più accreditate in Europa.
Il Final Test (FT) si svolge direttamente sul discreto (chip su package) grazie a macchinari come gli Handler, che si occupano della movimentazione e del condizionamento in temperatura dei DUT (device under test). Secondo le esigenze specifiche del progetto, è possibile effettuare anche solo il final test, senza passare dal Wafer Sorting.
Con oltre 25 anni di esperienza nel settore e con competenze specifiche sulla progettazione e produzione di ATE e sui servizi di testing, Microtest garantisce la massima affidabilità su entrambi i servizi di testing (WS + FT).
Automated Test Equipment
Per operare adeguati processi di testing è necessario utilizzare gli Automated Test Equipment (ATE).
Microtest dispone dei seguenti dispositivi e servizi:
Assemblaggio e Test dei microchip
Per descrivere il processo di Assemblaggio e Test dei microchip partiamo dalla realizzazione della fetta di silicio o Wafer dove sono presenti i DIE, che è il primo step nella filiera.
Una volta singolati (sawing) i die, quelli difettosi vengono scartati mentre quelli buoni vengono montati su package, con un processo definito Processo di Assemblaggio dei Microchip o più frequentemente Assembly.
Cosa facciamo: Innovazione
Il Gruppo Microtest opera nell’ecosistema dei semiconduttori, offrendo sistemi di test (ATE, Automatic Test Equipment), servizi di test (OSAT, Outsourced Semiconductor Assembly and Test) e progettazione ASIC di alta qualità.
Rivolgendosi ai settori automotive, industriale, energetico, dei sensori e medicale, Microtest rappresenta il partner ideale per le aziende high-tech che desiderano massimizzare le prestazioni, incrementare il parallelismo e adottare soluzioni di automazione all’avanguardia, ottimizzando le operazioni aziendali e riducendo i costi di testing.
Con oltre 25 anni di esperienza, Microtest ha la sua sede principale in Italia e si distingue per il suo impegno costante nell’innovazione, nella qualità e nell’eccellenza del servizio.
Applicazioni nei diversi settori
Il processo di test sui semiconduttori trova applicazione in tutti quei settori in cui è fondamentale garantire il corretto funzionamento dei chip, come l’elettronica di consumo (Consumer Electronics), l’Automotive, e ambiti quali Aerospace & Defense, il settore Medicale e molti altri. Particolare rilevanza assume il semiconductor reliability test in applicazioni critiche per la sicurezza come il settore medicale, aerospazio e altri ambiti in cui è richiesta alta affidabilità.
Il processo di caratterizzazione si svolge su un dispositivo appena prodotto e permette di verificare le performance, rispetto al datasheet. Nel caso in cui si riscontri una discrepanza rispetto ai parametri indicati nel datasheet, potrebbe essere necessario un redesign.
La caratterizzazione viene effettuata esclusivamente nella fase iniziale ed è finalizzata anche a garantire un’elevata resa a livello produttivo. Tra le varie analisi statistiche sui dati che vengono raccolti su un certo numero di dispositivi merita menzionare il CPK su ogni parametro testato. Questo indice rappresenta il valore minimo tra due rapporti: la differenza tra il valore medio e il limite inferiore, diviso tre volte sigma, e la differenza tra il limite superiore e il valore medio, sempre diviso tre volte sigma (dove tre volte sigma rappresenta metà della distribuzione gaussiana).
Differenza tra Caratterizzazione e Testing Produttivo
Caratterizzazione
In questa fase si analizzano le distribuzioni dei parametri del dispositivo, tipicamente rappresentate attraverso una curva gaussiana. L’obiettivo è verificare le prestazioni del device, affinché queste rispettino le specifiche dichiarate nel datasheet. Ad esempio, il funzionamento a diverse temperature o diverse tensioni di alimentazione.
Testing produttivo
Il Testing produttivo ha l’obiettivo di scartare i pezzi difettosi dalla linea di produzione. In questa fase si effettuano i test sulla base dei risultati ottenuti durante la caratterizzazione. Lo scopo principale è ottimizzare il processo, riducendo al minimo il test time (tempo di test), mantenendo però un alto livello di qualità e conformità. Il testing produttivo è pensato per essere efficiente e scalabile, assicurando che tutti i dispositivi prodotti rispettino i requisiti stabiliti.
Il Semiconductor Reliability Test è un test di affidabilità effettuata solo all’inizio della vita del device.
Si tratta di test che, eseguiti in toto o parzialmente, contribuiscono a migliorare la qualità del dispositivo, in particolare quando vengono effettuati in condizioni di stress. Ad esempio, nel caso dell’ESD (Electrostatic Discharge), il dispositivo viene sottoposto a una scarica elettrica ad alta tensione e verificato che mantenga la sua piena funzionalità.
Tra i principali test di affidabilità troviamo:
- HTOL (High Temperature Operating Lifetime)
- HTRB (High Temperature Reverse Bias)
- ESD (Electrostatic Discharge)
- LU (Latch-UP)
- PP (Pressure POT)
Con il Semiconductor System Level Test (SLT) si testa il device su una board in cui si simula il suo comportamento sull’applicazione finale. Parliamo per questo motivo di un test applicativo, cioè del test che serve a far funzionare il dispositivo come se fosse sull’applicazione finale.
I MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) sono una tipologia di transistor che permettono di regolare il passaggio della corrente in funzione della tensione applicata tra due terminali e possono quindi funzionare sia come amplificatori sia come interruttori.
Quando ci riferiamo ai MOSFET basati su SiC e GaN, che appartengono alla categoria dei materiali Wide Bandgap (WBG), indichiamo dispositivi capaci di gestire correnti ed energie elevate a tensioni molto alte. Si parla quindi di high voltage, riferendosi a test di tensione che vanno da qualche centinaio a qualche migliaio di Volt e correnti che vanno dalle decine alle migliaia di Ampere.
Nel gruppo degli High Voltage Stress Test, che include i test Dynamic e AC anche eseguiti su dispositivi SiC e GaN, rientrano:
- double pulse test
- reverse recovery test
- short circuit test
- UIS (unclamped inductive switching test)
All’interno di un Test Program troviamo test con alto potenziale di screening, come i seguenti:
- Al primo posto del TEST Program ci sono i semiconductor continuity test, che verificano la continuità elettrica del percorso; sono test di screening che tipicamente si fanno sfruttando la presenza di DIODI ESD nei PIN del DUT. Tramite il semiconductor continuity test si valida contemporaneamente tutto il set up di misura (DUT, più SOCKET, più DIB, più ATE). Il test di continuità rappresenta una verifica di copertura (coverage): se il test viene superato con successo, si può confermare che anche il setup di misura (anche se complesso) è stato configurato e funziona correttamente.
- Una seconda categoria di test è rappresentata dai Maximum o Absolute Ratings. Questi test utilizzano come riferimento il datasheet del dispositivo e verificano i limiti massimi di tolleranza. Al termine del test, il DUT (Device Under Test) non deve subire danni, dimostrando la sua capacità di resistere a questi valori.
- Un’altra importante categoria di test è la Power Consumption. Questi test misurano l’assorbimento di corrente del dispositivo attraverso le sue alimentazioni. Se i valori di assorbimento risultano fuori dal range previsto, solitamente troppo alti, il componente viene considerato difettoso e scartato.
- LEAKAGE (leakage test semiconductor): il termine significa perdita. Dà una misura fondamentale su tutti quei pin dei circuiti integrati che devono avere un’alta resistenza. Si effettua portando tensione su un pin e serve per verificare l’isolamento.
Dopo questi TEST di screening iniziano le misure vere e proprie della coverage prevista per quel dispositivo.
Vantaggi delle soluzioni di Microtest
Microtest si impegna a integrare la sostenibilità in ogni aspetto della propria attività, dai processi produttivi ai prodotti e servizi offerti. Questo approccio si estende anche ai clienti, che possono beneficiare di soluzioni ad alta efficienza energetica.
Ma come possiamo dire che i prodotti Microtest hanno una forte vocazione verso la sostenibilità, la produttività e l’efficienza? Grazie alla combinazione di più attributi, cioè caratteristiche intrinseche dei prodotti. Vediamole nel dettaglio qui di seguito.
DIMENSIONI
I prodotti Microtest sono i più compatti sul mercato. Questo, in combinazione con un basso (a volte nullo) footprint, consente di raggiungere alte performance in termini di space saving.
ALTO PARALLELISMO
L’alto parallelismo da sempre contraddistingue i prodotti Microtest, che nascono proprio con questa vocazione: un sistema di testing ad alto parallelismo permette di ridurre il time-to-market, migliorare l’efficienza e abbassare i costi operativi, rendendolo essenziale nei settori ad alta produzione come quello dei semiconduttori.
In ambito di sistemi di testing, il concetto di alto parallelismo si riferisce alla capacità di eseguire contemporaneamente un numero elevato di test su più unità o dispositivi, ottimizzando così il tempo e le risorse impiegate. In sintesi, essere sostenibili. La sostenibilità porta con sé un valore positivo, che oltre ad essere quello di dare un contributo all’ecosistema, si traduce anche con un considerevole cost saving.
POWER CONSUMPTION
Il power consumption in un ATE (Automatic Test Equipment) è un parametro cruciale perché influisce direttamente su efficienza, costi operativi e affidabilità. Un consumo energetico ottimizzato permette di ridurre il riscaldamento del sistema, migliorando la stabilità delle misure e aumentando la durata dei componenti hardware.
TIME-TO-MARKET
Il Time-To-Market (TTM) è un fattore chiave nei sistemi ATE perché determina la velocità con cui un nuovo prodotto può essere testato e introdotto sul mercato. Un TTM ridotto consente di anticipare la concorrenza, massimizzare i profitti e rispondere rapidamente alla domanda del settore. Ottimizzare i processi di testing, grazie a soluzioni ad alto parallelismo e basso power consumption, aiuta a ridurre i tempi di validazione senza compromettere la qualità, accelerando così l’intero ciclo di sviluppo. Scopri Kronos, il Software Toolset by Microtest, che genera Test Program migliori e più veloci, attraverso la traduzione automatica delle descrizioni di test dal linguaggio naturale in codice.
Servizi Specializzati di Microtest: ASIC Design e Servizi di Testing
Oltre alla fornitura di prodotti, Microtest offre ai propri clienti una gamma di servizi altamente specializzati, suddivisi in due aree principali: ASIC Design e Servizi di Testing.
ASIC Design
Le nostre attività principali si concentrano sulla progettazione e realizzazione di sistemi elettronici complessi e circuiti integrati (IC), partendo dal design a livello di sistema o dalle specifiche applicative fino al completo supporto nello sviluppo finale.
Competenze chiave:
- Analog mixed signal design
- Power management
- Low power design
- Engineering support for product development
Microtest mette a disposizione tre livelli di servizio per la progettazione ASIC:
- Outsourced Design Service
- IP Blocks Design & Portfolio
- Full ASIC/ASSP Design (Application Specific Integrated Circuit / Application Specific Standard Parts)
Oltre ai servizi elencati, Microtest puo’ anche supportare i clienti su attività specifiche, come nel caso della Design for Testability, contribuendo a definire il modello di test più efficiente e ottimizzando i tempi di collaudo.
Servizi di Testing
Nel campo del testing dei semiconduttori, Microtest offre:
- Sviluppo e produzione di soluzioni di test
- Test di caratterizzazione su wafer (WS, Wafer Sorting) e package (FT, Final Test)
- Qualifica e test di affidabilità
- Test di produzione su wafer (WS) e package (FT)
- Failure & Technology Analysis (FTA)
Microtest è il partner ideale per un servizio chiavi in mano lungo l’intera filiera dei semiconduttori, offrendo un unico punto di contatto di supply chain. Grazie alle proprie competenze, accompagna il cliente dall’ASIC Design fino alla messa in commercio del prodotto e oltre, con servizi avanzati di failure analysis.
Molte attività vengono gestite internamente, all’interno delle test-house Microtest dislocate strategicamente. Per processi come silicon manufacturing e assembly (OSAT, Outsourced Semiconductor Assembly and Test), Microtest si avvale di una rete di partner qualificati.
Tipologie di test offerti
Tra i principali test per semiconduttori forniti da Microtest rientrano:
- Misura del consumo energetico (Power Consumption)
- Verifica dei limiti assoluti (Absolute Rating)
- Scan Test
- Test funzionali
I test possono essere eseguiti a diverse temperature, in base alle specifiche esigenze del cliente.
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Glossario
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Chip
Un chip è un componente elettronico miniaturizzato realizzato in materiale semiconduttore, noto anche come microchip o circuito integrato (IC), che integra circuiti su una piccola piastra chiamata DIE. Può contenere componenti discreti o funzioni complesse, come processori o sensori. Quando sottoposto a verifiche, viene definito DUT (Device Under Testing). È l’elemento chiave dell’elettronica moderna, essenziale per una vasta gamma di dispositivi tecnologici.
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CPK
Il CPK misura il margine rispetto al limite più vicino della distribuzione gaussiana, utilizzando un coefficiente di tolleranza standard, generalmente pari a 2. La caratterizzazione è essenziale per individuare parametri con basso CPK, poiché questi possono comportare una perdita di resa durante la produzione.
Il CPK è formato da Capability (CP = differenza dei limiti fratto 6 volte il sigma maggiore di 2), K è un fattore di centraggio.
