芯片测试的面临问题

在食品行业，喷雾干燥设备是一个矛盾的存在，它既能够让食品保持良好的外观和原有的营养价值，从而生产出咖啡伴侣、蛋黄粉、奶粉、汤料、果汁粉等产品，也存在动力消耗大、体积过大、易发生粘壁现象、一次性投资大等缺陷，在国家环保重压以及人们对食品要求越来越高的情形下，喷雾干燥设备要保持其在食品工业中的地位还需多加努力。

      喷雾干燥设备按雾化器的结构可分为离心式、压力式和气流式。喷雾干燥的食品可以是溶液、浆料或糊状的物料，但必须是可用泵抽送的。食品物料需要先进行雾化再在进入干燥室进行热交换。由于喷雾形成的料滴非常小，这就提供了相当大的换热面积，使蒸发过程得以迅速进行。

 粘壁现象成为头号难题

      粘壁现象是妨碍喷雾干燥机正常操作的一个突出问题，富含动物油脂的食品物料往往会沉积在干燥室壁面上。随着时间的流逝，这些食品物料会逐渐演变成为污染源，危害食品健康。因此，不少喷雾干燥机的生产企业联合专家学者探索出一些解决粘壁问题的办法。

     他们认为是因为喷雾干燥机的壁面温度过高使得产品粘滞，因此将干燥室改成夹层结构，提高冷却效率；采用振动器、气锤等物体对粘壁物进行分离；通过塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁；干燥室墙壁抛光底部常采用锥底降低物料停留可能性；还有的企业加入了防粘扫壁的新技术等……

 体积过大面临放置难题

     体积过大面临着放置区域的限制。随着人们对食品生产条件的重视，不少食品企业都建造了三十万级或十万级的无尘净化车间，但喷雾干燥机由于体积庞大，不能整体都放在洁净区域，不少企业会选择将收集物料的部分放在洁净区，其余部位在别处放置。

     面对这种情况，需要喷雾干燥设备系统提高密闭性能，防止外部环境污染。

 物料控制可向智能化转变

      喷雾干燥机在作业时需要成品的颗粒大小分布、残留水份含量、堆积密度和颗粒形状符合精que的标准，制作出来的颗粒才能得到理想效果。以堆积密度为例，在喷雾干燥过程中，堆密度是食品的重要特性之一，在操作过程中每种措施都要确保达到*佳的堆密度。影响堆密度有粉料温湿度、进料温度、粒度分布、吸入干燥空气温度、产品排出温度、空气接触方式、喷雾器型式及在喷雾干燥器中所设置的位置等有关。
 

     要保障食品原物料的堆积密度达到理想效果需要经验丰富的老师傅进行坐镇。但随着智能化时代的到来，如果喷雾干燥机能够根据物料的湿度、位置、颗粒大小等自行分析判断物料所需的喷雾温度、时长等就能大大降低设备对人的依赖。

 环保节能问题解决是当务之急

       喷雾干燥虽然在生产过程中没有粉尘困扰，但在产品出产口容易产生粉尘。另外喷雾干燥设备的热效率应用率低是不争的事实，一般进口温度在150℃～250℃左右是，雾化干燥后出口温度在60℃～100℃，可见还有大半的热能没有被利用起来。

失效分析样品准备：

失效分析是芯片测试重要环节，无论对于量产样品还是设计环节亦或是客退品，失效分析可以帮助降低成本，缩短周期。

常见的失效分析方法有Decap，X-RAY，IV，EMMI，FIB，SEM，EDX，Probe，OM，RIE等，因为失效分析设备昂贵，大部分需求单位配不了或配不齐需要的设备，因此借用外力，使用对外开放的资源，来完成自己的分析也是一种很好的选择。我们选择去外面测试时需要准备的信息有哪些呢？下面为大家整理一下：

一、decap：写清样品尺寸，数量，封装形式，材质，开封要求（若在pcb板上，Z好提前拆下，pcb板子面较大有突起，会影响对芯片的保护）后续试验。

1.IC开封（正面/背面） QFP， QFN， SOT，TO， DIP，BGA，COB等

2.样品减薄（陶瓷，金属除外）

3.激光打标

4.芯片开封（正面/背面）

5.IC蚀刻，塑封体去除

二、X-RAY：写清样品尺寸，数量，材质（密度大的可以看到，密度小的直接穿透），ZD观察区域，精度。

1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板

2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况

3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装

缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷

三、IV：写清管脚数量，封装形式，加电方式，电压电流限制范围。实验人员需要提前确认搭建适合的分析环境，若样品不适合就不用白跑一趟了。

1.Open/Short Test

2.I/V Curve Analysis

3.Idd Measuring

4.Powered Leakage（漏电）Test

四、EMMI：写清样品加电方式，电压电流，是否是裸die，是否已经开封，特殊要求等，EMMI是加电测试，可以连接各种源表，确认加电要求，若实验室没有适合的源表，可以自带，避免做无用功。

1.P-N接面漏电；P-N接面崩溃

2.饱和区晶体管的热电子

3.氧化层漏电流产生的光子激发

4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、

Hot Carriers Effect、ESD等问题

五、FIB：写清样品尺寸，材质，导电性是否良好，若尺寸较大需要事先裁剪。一般样品台1-3cm左右，太大的样品放不进去，也影像定位，导电性好的样品分析较快，导电性不好的，需要辅助措施才能较好的分析。切点观察的，标清切点要求。切线连线写清方案，发定位文件。

1.芯片电路修改和布局验证

2.Cross-Section截面分析

3.Probing Pad

4.定点切割

六、SEM：写清样品尺寸，材质，导电性是否良好，若尺寸较大需要事先裁剪。一般样品台1-3cm左右，太大的样品放不进去，也影像定位，导电性好的样品分析较快，导电性不好的，需要辅助措施才能较好的分析。

1.材料表面形貌分析，微区形貌观察

2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析

3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析

4.纳米尺寸量测及标示

七、EDX：写清样品尺寸，材质，EDX是定性分析，能看到样品的材质和大概比例，适合金属元素分析。

1.微区成分定性分析

八、Probe：写清样品测试环境要求，需要搭配什么源表，使用什么探针，一般有硬针和软针，软针较细，不易对样品造成二次损伤。

1.微小连接点信号引出

2.失效分析失效确认

3.FIB电路修改后电学特性确认

4.晶圆可靠性验证

九、OM：写清样品情况，对放大倍率要求。OM属于表面观察，看不到内部情况。

1.样品外观、形貌检测

2.制备样片的金相显微分析

3.各种缺陷的查找

4.晶体管点焊、检查

十、RIE：写清样品材质，需要看到的区域。

1.用于对使用氟基化学的材料进行各向同性和各向异性蚀刻，其中包括碳、环氧树脂、石墨、铟、钼、氮氧化物、光阻剂、聚酰亚胺、石英、硅、氧化物、氮化物、钽、氮化钽、氮化钛、钨钛以及钨

2.器件表面图形的刻蚀

一、需求目的：1、热达标；2、故障少 1KJ[&jS ]
二、细化需求，怎么评估样品：1、设计方面；2、测试方面 ): r'IR
三、具体到芯片设计有哪些需要关注： MW=rX>tE
1、顶层设计 k\ZU%"^J
2、仿真 Ppx4#j
3、热设计及功耗 B<~BX[
4、资源利用、速率与工艺 -&QpQ7q1
5、覆盖率要求 ytV4qU82G
6、 t~Ic{%bdA
四、具体到测试有哪些需要关注： SW HiiF@
1、可测试性设计 W=,]#Z+M;
2、常规测试：晶圆级、芯片级 8Z 0@-8vi
3、可靠性测试 c{jTCkzq
4、故障与测试关系 K=dG-
+B~}
5、 W@~a#~1O
+V#dJ[,8;.
测试有效性保证； |Lc.XxBkc
设计保证？测试保证？筛选？可靠性？  x![ut  
设计指标？来源工艺水平，模块水平，覆盖率 cn'rBY

晶圆测试：接触测试、功耗测试、输入漏电测试、输出电平测试、全面的功能测试、全面的动态参数测试、   模拟信号参数测试。 Nh6!h%
晶圆的工艺参数监测dice， Vj[,o Vt$
:/;;|lGw
Ul|htB<1:
芯片测试：ATE测试项目来源，边界扫描 `L.nj6F
=8DS~J{
  a!;K+wL>
故障种类： :n oZ p:a
缺陷种类： 0|(6q=QK
针对性测试： fc%C!^7
~Ecx>f4nX
性能功能测试的依据，可测试性设计：扫描路径法scan path、内建自测法BIST-built in self-test YKa9]Q
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t;lK=m|
芯片资源、速率、功耗与特征尺寸的关系； szy2"~hm
仿真与误差， {z8wFL\
n 预研阶段 Vc "+|^
n 顶层设计阶段 !Ee&e~"
n 模块设计阶段 e`%<D[-
n 模块实现阶段 Bv}nG|
n 子系统仿真阶段 oh >0}Gc8
n 系统仿真,综合和版面设计前门级仿真阶段 r6}-EYq=
n 后端版面设计 LLwC*)#
n 测试矢量准备 <*djtO
n 后端仿真 mB*;> 
n 生产 eo4v[V&
n 硅片测试 N1'$;9 c
顶层设计： @Y+9")?
n 书写功能需求说明 _MUSXB'
n 顶层结构必备项 <7J\8JR&=
n 分析必选项-需要考虑技术灵活性、资源需求及开发周期 !Bb^M3iA  
n 完成顶层结构设计说明 -2y>X`1Y
n 确定关键的模块（尽早开始） ~6Hi"
w
n 确定需要的第三方IP模块 W/
n 选择开发组成员 IsB=G-s
n 确定新的开发工具 6ieP` bct
n 确定开发流程/路线 >3y:cPTM5
n 讨论风险 GhY MO6Q4
n 预计硅片面积、输入/输出引脚数  开销和功耗 AJ85[~(lX
n 国软检测 芯片失效分析ZX

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于它的尺寸很小，会产生很多特殊的效应，比如小尺寸效应、隧道效应以及大的比表面积效应等，因此使得纳米材料表现出不同的物理化学特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，因而现在纳米材料被广泛应用于医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等行业。但由于其颗粒非常小，因此颗粒大小的检测也就成为了挑战，国际上对于超细颗粒的粒度测试一般有三种方法，即电子显微镜、动态光散射以及激光衍射。

1. 电子显微镜

电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，它是利用电子束照射在颗粒上，然后通过电子透镜放大得到的图片。电镜的优点是结果直观，能够直接“观察”到所测颗粒，而且分辨率极高，但由于其放大倍数较高，因此采集的颗粒有限，取样代表性风险较高，同时高能的电子束可能破坏某些样品比如蛋白、颜料的结构。

2. 动态光散射技术

在溶液中悬浮的颗粒由于无规则运动会发生布朗运动。一般颗粒越小，运动速度越快，动态光散射技术利用悬浮颗粒在溶剂体系中做布朗运动的原理，通过检测颗粒的扩散速度，从而利用斯托克斯-爱因斯坦方程计算出颗粒的大小和粒度分布。

该技术优点是测试下限较低，对于极小的窄分布颗粒测试效果较好，同时所需样品较少，可以在悬液状态下直接测试样品并给出分布，测试速度较快。但由于该技术基于颗粒的布朗运动，一旦有大的颗粒在体系中，这些大的颗粒可能就会发生沉降从而导致测试结果错误，同时该技术是基于统计的光强变化来做数据处理，对于宽分布的样品测试结果有风险。

动态光散射技术

3．激光衍射技术

激光衍射技术主要利用的是光照射到颗粒后产生的衍射现象，不同大小的颗粒将会在空间形成不同的衍射条纹，一般来说，颗粒越小散射角越大，因此通过放置一系列检测器，检测不同角度的光散射强度，从而通过米氏理论反演计算出颗粒的粒度分布，如下图：

该技术的优点是测试范围宽，速度较快，取样代表性好，尤其是对于宽分布样品有比较好的测试效果。而恰恰很多纳米颗粒由于粒径很小，很容易产生二次团聚结构，这样就会形成小颗粒和团聚体大颗粒共存的情况，这恰恰是激光衍射技术擅长的地方。但其缺点是小颗粒散射光强非常弱，信噪比较低，同时颗粒越小，对其折射率等光学参数准确性要求越高，这就会给小颗粒测试带来风险。

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于它的尺寸很小，会产生很多特殊的效应，比如小尺寸效应、隧道效应以及大的比表面积效应等，因此使得纳米材料表现出不同的物理化学特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，因而现在纳米材料被广泛应用于医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等行业。但由于其颗粒非常小，因此颗粒大小的检测也就成为了挑战，国际上对于超细颗粒的粒度测试一般有三种方法，即电子显微镜、动态光散射以及激光衍射。

1. 电子显微镜

电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，它是利用电子束照射在颗粒上，然后通过电子透镜放大得到的图片。电镜的优点是结果直观，能够直接“观察”到所测颗粒，而且分辨率极高，但由于其放大倍数较高，因此采集的颗粒有限，取样代表性风险较高，同时高能的电子束可能破坏某些样品比如蛋白、颜料的结构。

2. 动态光散射技术

在溶液中悬浮的颗粒由于无规则运动会发生布朗运动。一般颗粒越小，运动速度越快，动态光散射技术利用悬浮颗粒在溶剂体系中做布朗运动的原理，通过检测颗粒的扩散速度，从而利用斯托克斯-爱因斯坦方程计算出颗粒的大小和粒度分布。

该技术优点是测试下限较低，对于极小的窄分布颗粒测试效果较好，同时所需样品较少，可以在悬液状态下直接测试样品并给出分布，测试速度较快。但由于该技术基于颗粒的布朗运动，一旦有大的颗粒在体系中，这些大的颗粒可能就会发生沉降从而导致测试结果错误，同时该技术是基于统计的光强变化来做数据处理，对于宽分布的样品测试结果有风险。

动态光散射技术

3．激光衍射技术

激光衍射技术主要利用的是光照射到颗粒后产生的衍射现象，不同大小的颗粒将会在空间形成不同的衍射条纹，一般来说，颗粒越小散射角越大，因此通过放置一系列检测器，检测不同角度的光散射强度，从而通过米氏理论反演计算出颗粒的粒度分布，如下图：

该技术的优点是测试范围宽，速度较快，取样代表性好，尤其是对于宽分布样品有比较好的测试效果。而恰恰很多纳米颗粒由于粒径很小，很容易产生二次团聚结构，这样就会形成小颗粒和团聚体大颗粒共存的情况，这恰恰是激光衍射技术擅长的地方。但其缺点是小颗粒散射光强非常弱，信噪比较低，同时颗粒越小，对其折射率等光学参数准确性要求越高，这就会给小颗粒测试带来风险。

有机颜料分为天然与合成的两大类，现在常用的是合成有机颜料。合成有机颜料具有品种多，色彩齐全，颜色鲜艳，着色力强等特点，分为单偶氮、双偶氮、色淀、酞菁颜料等几大类，广泛地应用于油墨、油漆、涂料、合成纤维的原浆着色，以及纺织物的印花、塑料、橡胶、皮革的着色等。

合成的颜料原料不能达到颜料的性能要求，必须实施颜料化处理，就是改变合成颜料颗粒的粒径大小、形状与粒度分布，以达到与着色介质具有良好的匹配性或相容性，从而达到颜料性能要求，因此测试有机颜料的颗粒大小及其粒度分布是一项必须且非常重要的工作。

有机颜料的颗粒具有特殊性，在扫描电镜高能电子束照射下，颗粒都可能被“融化”甚至被破坏，并且所述颜料颗粒都为亚微米甚至纳米级，因此非接触式的测试方法——动态光散射和激光衍射法成为有机颜料粒度测试的主要手段。下面以酞青颜料为例来说明有机颜料的粒度测试过程。现有A和B两种酞青颜料产品，从性能来看B为不合格品，表现为B中有较大的颗粒，为了进一步验证，我们采用动态光散射测试结果如下：

可以看到，A、B两个样品的粒度都是亚微米级的，中值粒径在200纳米左右，粒径结果非常接近，并没有展现出明显差异。为了进一步考察，我们采用高性能激光粒度仪进行验证，结果如下：

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从上面的结果可以看到，激光衍射测试下A和B在小颗粒端非常接近，但在大颗粒端则展现出不同的状态，B中在微米级别有少量大颗粒。为了进一步考察，我们对两个悬液进行光学显微镜成像：

由于光学显微镜对于1微米以下的颗粒无法成像，所以在样品A的光学显微图像中看不到颗粒，说明其中没有粗颗粒。样品B的显微图像中就能看到一些颗粒，说明样品B确实有一定量的大颗粒，跟激光粒度仪的结果是一致的。

从上述两个样品的三种粒度分析方法能看出一些差别，这正是对超细颗粒粒度测试的挑战所在。动态光散射取样量少，光斑直径小，因此其取样代表性风险较高，导致少量大颗粒取不到。激光粒度仪取样量多，又有循环分散系统，大颗粒不容易沉降，因此能检测出来。显微图像是一种直接的粒度测量方法，可以用来作为其他方法的验证。

综上所述，对超细颗粒粒度测试时，可通过不同方法的对照验证来得出符合实际的粒度结果。

无机颜料一般为有色金属的氧化物，或一些不溶性的金属盐。相对于有机颜料，它具有性质稳定、耐高温、耐溶剂、耐候、遮盖力强等特点，因此被广泛地应用于工业各个领域。无机颜料颗粒表面活性高，极易团聚，对粒度测试带来了挑战。

无机颜料团聚的原因归纳起来有以下几个方面：（1）分子间的化学键（氢键）作用；（2）纳米颗粒的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的相互耦合，这是纳米颗粒易团聚的主要原因；（3）超细颗粒的大比表面，使之易吸附空气水分导致粘连与团聚；（4）有些超细颗粒由于水解作用，表面呈较强的碱性，通过羧基和配位水分子缩合形成硬团聚，等等。由于上述原因，激光粒度仪检测超细无机颜料粒度往往会遇到很大挑战。

比如上述图片就是二氧化钛粉体的场发射扫描电镜图片。可以看到它的晶体比较均匀，颗粒直径在20-30nm或更小。但当我们把镜头拉远，则看到完全不同的下面的场景：

可以看出，该二氧化钛颗粒是由大量“原始”颗粒聚集而成，而前面图片一只是在方框内的局部放大照片而已。

随着测试镜头进一步拉远，我们可以发现，实际上二氧化钛存在大量“团聚体”结构，而且这些团聚体可能才是我们二氧化钛真实存在的状态，而激光粒度仪检测的正是这些团聚的颗粒，结果如下。

这也就是有些超细无机颜料用激光粒度仪所测的粒度结果，与电镜所看到的颗粒大小相差巨大的原因。电镜看微观粒子的形态和原始单晶很有效，激光粒度仪则是测到“团聚”颗粒的粒度分布。

由于超细无机颜料颗粒的团聚体具有一定的刚性，超声波分散、搅拌剪切和分散剂等常规的分散手段无法彻底分散，因此粒度仪所测的粒度结果可作为常规指标进行工艺控制，要了解原始颗粒的大小和形状，还要通过场发射扫描电镜来判断。