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博客

先进封装正在重塑表征与测试的规则

类别: 
制造集成
,
主题专家

标签: 
过程控制
,
先进封装
,
测试解决方案
,
小芯片
,
AI/机器学习

发布于 7月31 ,2026 作者:拉穆内·纳吉塞蒂

前沿创新正向封装领域延伸,这正在改变行业需要测量的内容、数据流转的方式以及需要开展协作的各方。以下是这对表征与测试领域意味着什么,内容改编自拉穆内·纳吉塞蒂(Ramune Nagisetty)在 在IMAPS CHIPcon 2026大会上的演讲内容改编而来。

几十年来,半导体的发展始终围绕着晶体管展开:更小、更快、更便宜。那个时代并未结束,但如今已不再独领风骚。前沿创新越来越依赖于先进封装技术,而前端(硅片)与后端(封装)之间曾经泾渭分明的界限正在逐渐消融。下文我们将探讨推动这一转变的驱动力,以及行业需要具备的三大能力,以将封装的复杂性转化为竞争优势。

为什么先进封装已成为前沿创新的主要驱动力?

摩尔定律沿着第三个方向发展。最初的摩尔定律是一种经济观察,即每个晶体管的成本大约每两年减半。 丹纳德缩放(即尺寸缩小)在21世纪初陷入停滞,但性能仍沿着另外两条路径持续提升:材料与器件创新(应变硅、高介电常数金属栅极、FinFET、全栅极结构)以及设计与工艺协同优化(DTCO)(从扩散中断和接触过栅极到背面供电)。

第三个驱动力是先进封装和异构集成,它能够实现系统与技术的协同优化(STCO)。正如我们常说的:如果说硅是棋盘上的国王,那么先进封装就是王后——多才多艺、功能强大且具有战略意义。

这一转变究竟有多大?

规模之大足以重塑发展路线图。据彭博智库(Bloomberg Intelligence)最近发布的一份报告显示,2.5D和3D封装市场预计将以约26%的复合年增长率(CAGR)增长,到2033年将达到约800亿美元;其中,混合键合技术正成为云端人工智能和自动驾驶应用的首选解决方案,随着设计中计算和内存容量的增加,人工智能封装尺寸有望增长数倍。

前沿技术已显现出这一趋势:旗舰级AI产品将多个受光刻掩模限制的芯片集成在大型硅中介层上,并堆叠了高带宽内存。中介层的发展路线图显示,未来将达到14个光刻掩模甚至更多。先进封装已成为提升性能的关键驱动力。

先进封装对特性分析带来了哪些变化?

先进封装存在良率敏感性及缺陷机制、埋藏空洞、对位/错位误差,以及传递至活性硅片的机械应力等问题。目前,我们正在将通常用于硅片的、经过验证的测试芯片表征方法应用于RDL、微凸点、TSV以及混合键合界面等封装特征。 PDF Solutions 已在硅片上流片了800 多种表征载体 (CV®) 设计,现将相同的方法应用于以下两种类型的测试芯片:

  • 短流测试芯片——专为速度和灵敏度而设计。 混合键合电化学测试(CV)可测试约10⁸–10⁹个焊盘,检测限约为0.5–5 ppb,且在晶圆边缘区域具有出色的空间分辨率。通过针对焊盘形状、尺寸、间距和密度的设计实验(DOE)扫描,该技术能够检测埋藏空洞及软开路/硬开路,表征对位精度和工艺窗口灵敏度,并为失效分析定位缺陷——且成本低廉、周转迅速。
  • 全流测试芯片——通过添加有源晶体管和电路并提高分辨率,可定量分析机械和应力对器件及互连的影响、工艺集成效应(CMP凹陷/侵蚀、热膨胀)以及电气完整性(TSV至硅片漏电、电容、电阻、开路)。 嵌入式应力监测器可在晶粒减薄、分片和封装前后,以及在晶圆分选、最终测试和老化测试阶段读取数据,并可通过JTAG或其他接口进行测试。PDF已在ECTC上发表的研究结果表明,更薄的基板应力最高,且在较高的测试温度下应力会得到缓解。

既然测量问题已经解决了,为什么芯片片的数据仍然难以使用?

这是因为芯片let产品的生产需要经过一条分散的供应链。晶圆来自不同制程节点的多家代工厂;芯片通过芯片对芯片、芯片对晶圆以及晶圆对晶圆的组装方式进行组合;面板经过分片和表面贴装;所有部件最终在组装和测试环节汇聚。 每个环节都是一处拥有独立数据仓库并涉及物料交接的设施,这导致数据分散、孤岛化,且难以在单元层面进行追溯。直白地说:这些数据尚未做好应用人工智能的准备。

芯片片段还同时从三个方面改变了测试范式:芯片数量和接口增多(导致故障模式和覆盖率需求增加)、测试环节和数据量增加(包括晶圆厂、晶圆分选、组装、封装测试、最终测试、老化测试、SLT),以及相互依存的决策(一个环节的结果会影响下一环节,从而导致错误累积)。传统的逐步测试忽略了上游环节的信息,导致良率、质量和性能方面存在提升空间。

什么是数据前馈,它为何重要?

数据前馈(DFF) 是针对一个基本问题的答案:如何在分布式供应链中,将正确的数据在正确的时间传递到正确的位置?DFF是一种运营机制,而非存储概念,其 核心在于使早期数据在实时生产 决策中发挥作用,将上游结果转化为下游流程智能。它作为闭环系统在五个层级中运行:

  1. 收集——导入晶圆分选、探针测试和早期插装数据(参数测试、分档、晶圆图、上下文信息)。
  2. 转换——通过特征工程、规则和模型推理,将原始数据转换为预测结果。
  3. 传输——通过 API 和数据管道,在各个站点和合作伙伴之间安全地交付成果。
  4. 应用— 将结果传递给下游的分类、跳过、调整或标记操作。
  5. 记录结果——为追溯和持续改进模型而记录结果。

每一层都会为前一层的数据增添价值并加以利用,这正是人工智能驱动的测试能够实现可扩展性,而非局限于单次插入的原因。

整合数据能带来什么收益?

互联数据有助于在 以下三个领域构建更优质的模型、做出更明智的决策并开发出更优质的产品:

  • 效率——根据每台设备的情况合理调整测试覆盖率:减少冗余,缩小 Vmin 搜索范围以实现无风险的测试时间缩短,并对预测为合格的设备有选择地避免老化测试(从而为存在风险的设备腾出测试容量)。
  • 质量——预测剪切靶标以防止剪切错误,统一各设施及合作伙伴之间的检测阈值,并检测插入位点间的漂移——从而将质量管理从被动响应转变为主动预测。
  • 性能——通过将上游历史数据融入内联 AI 模型,实现基于上下文的自适应测试、更智能的分级与路由,以及能够优化成本和性能的封装决策。正如一位行业领袖所指出的,先进的封装成本高昂,不容浪费——因此,仔细的特性分析与分级比以往任何时候都更为重要。

PDF Solutions 是如何实现这一点的?

通过专为半导体供应链构建的基础设施,而非基于通用工具进行改造。Exensio®平台可实现晶圆厂、OSAT 及测试环节(FDC、晶圆分选、最终测试、封装)之间的端到端数据整合。在线可追溯性和 可扩展的分析能力满足了先进封装中多插片和前馈测试的需求,而Exensio StudioAI则为自适应测试提供了 ModelOps 层:与静态分级规则不同,基于相关芯片和工艺历史数据训练的 AI 模型会持续更新,并通过由 secureWISE(半导体行业应用最广泛的安全远程连接解决方案)支持的安全数据交换网络 在整个供应链中部署。 这与传统的自适应测试有着本质上的区别,也是多芯片片组装目前所必需的。

有哪些关键要点?

  • 如今,前沿创新主要由先进封装技术驱动,前端与后端的界限正日益模糊——特别是在使用300毫米设备组进行封装集成的情况下。
  • 以前仅用于硅片的先进测试芯片表征方法,如今已通过短流程和全流程测试平台应用于封装领域。
  • 跨数据孤岛的数据对齐与整合是构建适合人工智能的数据集的基础。
  • 数据前馈——这一古老理念如今已迎来应用时机——当作为闭环系统投入运行时,可提升效率、质量和性能。
  • 基于芯片片的架构需要数据互联和生态系统协作,才能兑现其承诺。

该行业已到达一个转折点。数据特征已明确,数据架构已厘清,分析平台也已就位。接下来需要建立紧密的合作——让数据能够跨越企业与地域的界限,随产品流动——从而构建适合人工智能应用的数据集,并将一流的人工智能能力引入包装领域。

想了解更多详情?请通过 www.pdf.com 或点击此处,联系 PDF Solutions,了解有关先进封装表征、数据前馈以及 Exensio 平台的信息。

参考文献

  • 彭博智库,先进半导体封装市场增长前景(2.5D/3D市场,复合年增长率约为26%,到2033年规模将达到约800亿美元)。
  • 台积电 CoWoS® 路线图:关于中介层向 14 光刻片及更先进工艺缩放的讨论。
  • S. Saxena 等,IEEE ECTC,2022;A. Piadena 等,IEEE ECTC,2024(先进封装机械应力监测结果)。
  • K. Larsen,新思科技,3DIC集成方案与设计空间。

 

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