先进封装技术的演进与Known Good Die测试

逍遥设计自动化

引言
先进封装技术在半导体行业经历了显著的发展，从简单的倒装芯片解决方案发展到复杂的三维集成方法。这种进步源于现代电子设备对更高性能、更好功率效率和更多功能的需求。最初的发展始于基础的陶瓷倒装芯片封装，主要用于提供从主板到裸片的电源和信号传输[1]。

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  p) O! z3 w2 m6 R. d0 c图1：Intel封装技术的演进历程，从基础的陶瓷倒装芯片发展到先进的Foveros Direct 3D，展示了半导体封装能力的不断提升。
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! Z9 [) \$ W6 U/ |随着技术进步，行业逐渐转向倒装芯片有机封装和多芯片封装，提供了更好的电气性能和更大的集成能力。嵌入式多裸片互连桥接(EMIB)技术的引入标志着一个重要进展，实现了具有高密度互连的2.5D集成。随后的Foveros 3D技术则实现了多个裸片元件的真正三维集成。

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" j$ e! B* ^1 C- o  D图2：从单片系统向系统级封装的转变，以Intel数据中心GPU Max为例说明模块化制造方法。
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Chiplet对半导体扩展的影响
& M( {. i% c0 r- d% |Chiplet技术的采用正在根本性地改变半导体制造格局。目前的扩展趋势显示，封装中的晶体管数量正在接近并超过一万亿个，这在半导体集成领域具有重大意义。这种扩展通过将传统单片设计分解为更小、更易管理的Chiplet来实现，每个组件都可以使用最佳工艺节点制造。
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& v( T: @& `7 a: M' u& I* |  _8 K图3：不同时期晶体管数量的趋势以及不同封装技术（包括2D/MCP、2.5D和混合键合）的影响。
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Chiplet集成的复杂性增加带来了新的制造和测试挑战。随着封装中Chiplet数量的增加，单个裸片良率和最终封装良率之间的关系变得更加复杂。这种关系需要测试方法发生根本性转变，以确保在单个裸片级别和最终集成封装中的可靠性。

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先进封装技术中的已知良好裸片测试
半导体器件的制造测试流程经历了显著的演进，以应对Chiplet集成带来的挑战。传统的测试方法依赖于从晶圆制造到最终系统级测试的顺序测试，现已增强以适应多裸片封装的复杂性。已知良好裸片(KGD)测试的引入是这一演进的第一步，重点在于在封装前筛选单个裸片的缺陷和参数问题。
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- H( e6 P# B' ~图4：详细展示了从晶圆制造到最终系统级测试的传统制造测试流程各个阶段。

从基本KGD到已知良好可靠裸片(KGRD)测试的进展标志着测试方法的重大提升。KGRD包含了扩展的电气和热应力测试、精确的结温控制以实现更有效的参数筛选，以及在Chiplet级别模拟最终组装和封装产品条件的能力。这种综合方法确保只有最可靠的裸片才能进入先进封装阶段。

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Intel先进裸片分选解决方案
% A  N3 W# q/ ^5 y: ^5 [  GIntel Foundry开发了一套精密的裸片分选解决方案，在Chiplet测试和可靠性验证方面实现了重大进展。这项创新的核心是单片分选/测试(SDx)技术，其中包含了一个提供测试条件前所未有控制的新型热系统。SDx系统能在1-2秒内实现125°C的温度摆动（从冷到热），与传统晶圆分选方案相比，热能力提高了100多倍。
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5 N" ?$ c! Q2 l2 w图5：展示Intel裸片分选解决方案的热控制能力，与传统晶圆分选方法相比显示出优越的温度管理能力。

8 Y" N$ I0 ?9 v' B热管理系统对现代Chiplet测试尤为重要，能够在参数筛选过程中精确控制结温(Tj)。这种控制水平可以在各种工作条件下更准确地表征裸片性能。系统快速调节温度的能力还能实现更高效的应力测试，有助于在裸片进入昂贵的封装工序之前识别潜在的可靠性问题。
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% I" I2 s; U* l0 o9 \图6：基于HDMT的SDx功能的Intel裸片分选工厂，展示了先进测试解决方案的工业规模实施。

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+ s# j# e$ }* M% H5 ?2 x0 O( ~8 l0 F( {8 I性能与实施细节
多裸片封装良率与单个裸片测试之间的关系随着封装复杂性增加而变得更加关键。在传统测试方法中，初始裸片分选过程中未发现的任何缺陷都会对最终封装良率产生倍增效应。例如，在包含多个Chiplet的封装中，未测试或测试不充分的裸片会导致最终组装中的良率呈指数级下降。
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3 O" A' m3 g) l. r' {, L9 B/ CIntel的SDx解决方案通过包含电气和热应力条件的全面测试能力解决了这一挑战。系统的热控制允许在与最终封装环境相近的条件下进行测试，为封装后的性能提供更准确的预测。这种先进的测试方法已经证明了优越的效果，特别体现在KGRD与传统KGD测试相比的良率曲线改善上。
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: z' c2 G- ~" _0 w该实施方案采用了Intel的高密度模块测试仪(HDMT)平台，提供了广泛的测试能力，包括最高896个数字I/O通道，工作速度为15 Gbps，可扩展到2240个通道，速度为2 Gbps。系统支持多达308个独立的高电流和低电流DPS通道，矢量存储具有4GV深度和8倍通道链接能力。

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! N: `5 E8 D4 h3 Y$ Y  h6 w半导体行业发展趋势
% P0 z( W0 R% L5 @; p8 u半导体行业向更复杂的Chiplet设计发展，需要测试方法不断进步。高度集成封装的热和电气测试挑战需要精密的解决方案，能够在单个裸片级别准确预测性能和可靠性。Intel的SDx技术在解决这些挑战方面取得了进展，在分选阶段就能进行最终测试内容，同时保持对测试条件的精确控制。

这项技术的影响超出了即时测试能力的范围。随着行业向包含数百甚至数千个Chiplet的封装发展，先进封装的经济可行性高度依赖于在进入封装过程之前识别和筛选出潜在问题裸片的能力。在裸片级别进行全面测试的能力，包括热应力测试和精确参数测量，对于维持先进封装工艺中经济可行的良率变得更加重要。
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: t- u: t6 a6 T9 i2 k8 [, ^展望未来，包括先进3D堆叠和混合键合方法在内的封装技术的持续发展，将需要更复杂的测试方法。当前KGRD测试方法奠定的基础，特别是那些实现精确热控制和全面电气测试的方法，将成为未来测试解决方案的重要基石。半导体技术通过先进封装和Chiplet集成的持续扩展，取决于这些先进的测试能力。

0 V, h( u0 F: q) N: \参考文献
[1] P. Pisano, "Known Good Die Enables Advanced Packaging & Chiplet Manufacturing," presented at Chiplet Summit, Santa Clara Convention Center, Santa Clara, CA, USA, Jan. 21-23, 2025.
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6 h/ d/ s& n. w) I! a! O+ [0 f3 @软件试用申请欢迎光电子芯片研发人员申请试用PIC Studio,其中包含：代码绘版软件PhotoCAD，DRC软件pVerify，片上链路仿真软件pSim，光纤系统仿真软件pSim+等。更多新功能和新软件将于近期发布，敬请期待！
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8 P. }$ ~& `$ {; d关于我们：
. _+ W1 m- r" g: r% X深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。

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