芯片突围，测试系统应发挥更大作用

发布日期: 2019

危机就是动力

半导体技术是信息时代的基石，驱动着全球范围的现代经济发展。尽管多年来中国在半导体行业进行了巨额投资，但在高端集成电路领域，中国仍依赖于美国的技术。目前中国的芯片年进口额已超过原油，2018年总计达到3120亿美元。

现在，美国对中国极限施压，收紧芯片源头；作为重要中转地的香港又深陷乱局，对国内芯片的进口也产生了不利的影响。在这种局面下，快速提升国产芯片的竞争力，提高进口产品的可替代性成了我们刻不容缓的任务。

要摆脱受制于人的境地，我们需要解决的问题涵盖整个行业的生态系统和供应链，这注定需要一个长期而艰苦的过程。从生产供应来看，中国的芯片制造技术在快速发展，覆盖了芯片设计、制造、封测三部分，总体呈现高速增长状态；同时也存在工艺落后、产能不足、人才紧缺等问题。千里之行始于足下，如果每个人把能做的都做到极致，再远的目标也终有实现的那一天。

我们可以做什么？

芯片是集成电路的物理载体。芯片生产是一个点砂成金的过程，从砂子到晶圆再到芯片，价值直线飙升。中间的技术含量十分密集。一块晶圆经过数个月的加工，在指甲盖大小的空间中集成了数公里长的导线和数以亿计的晶体管器件，经过测试，品质合格的晶片会被切割下来，剩下的部分报废。千挑万选后，一块真正的芯片终于诞生了。

在最后的测试阶段，对芯片的bar条、chip的测试是不可或缺的步骤，它可以直接“告诉”生产人员，当前的晶圆生产了多少合格的芯片。

大多数芯片企业都是购买或自研“芯片测试系统”来进行这项工作。无论采用哪种方式，横河产品都可以为客户提供最佳的产品支持。

何为芯片测试系统？

在这里我们主要关注针对DFB/FP激光器的产品，因为这两类激光器是技术含量高、生产难度高、应用广泛的典型。

该类型产品主要用于光电生产企业的BAR条（LD芯片）光电性能检测，可测试长波长激光器BAR条的常温、高温条件下的前光、背光的LIV参数和光谱参数，一般支持多种封装的BAR条多种参数测试，有利于生产企业提高测试效率，提高产品的品质把控。

系统要求：

全自动测试；
支持高低温检测；
可测量光谱、功率等多项参数。

在该系统的构成中，除了必要的进出料及传送等机械部分，最核心的就是对激光器发光光谱的测量和芯片的供电及测试了。而这两个部分，恰好就是横河（YOKOGAWA）极为擅长的领域，下面逐一向大家介绍。

激光器发光光谱测量和分析

横河光谱仪占据着世界市场的领导地位，在功能性、耐用性、方便性等多方面领先于市面上的其他产品。

经典的AQ637X系列光谱仪，涵盖了350nm~3400nm的宽范围，横河的光谱仪都是基于衍射光栅原理开发的，可以准确地对激光器的SMSR、OSNR进行测量。

光谱分析仪AQ6360专为芯片生产领域需求量身定制，相比其他经典型号，它带来了令人兴奋的变化：

三大亮点：

扫描范围收窄、分辨率降低、扫描速度大幅加快。

为什么要做这些改进呢？源自光谱仪老客户的意见和需求。

AQ6370D的参数太好，在研发中使用非常合适，可是在生产中就显得大材小用了，很多客户只需要其中小部分功能和较低的参数就足以满足需求了，更需要降低仪器成本。

所以AQ6360波长范围变为1200~1650nm，覆盖了通信最常用的1310nm和1550nm。波长分辨率最小是0.1nm，适用于激光芯片测试、EDFA测试、光器件测试等大多数应用场合。同时为了更适合生产线使用，扫描速度提升到之前的2倍，体积也适当变小了。

这些量身定做的改变，搭配上横河传统的自由空间光构造设计，在相同设置条件下，扫描速度可是AQ6370D的两倍不止，能给客户提升的产能是相当可观的。

AQ6360激光芯片扫描图谱

扫描速度

选型时大部分客户最为关注的就是扫描速度，因为对激光芯片测试的企业来说，需要测试的芯片可能数以百万为计，所以提升每个芯片的测试效率就非常重要了。

@Sens: MID, x2 mode. Res 0.1 nm, Span 50 nm, 2001 points

波长精度

有些客户可能会质疑：“AQ6360就是AQ6370D做了减配吧？”
对比AQ6360与AQ6150（波长计）就会发现，AQ6360实际的波长精度到底有多好——
AQ6360波长精度指标是0.02nm（20pm）；
AQ6150波长精度是1pm。

上图对比可以看出AQ6360实际的精度要好于标称参数，大概4pm左右，完全能够跟市场上一些波长计相媲美。它的性能和AQ6370D一样出色！所以AQ6360可以给客户带来前所未有的“快感”，同时又能保证测试的精度。

芯片的供电与测试——SMU

源测量单元（SMU），顾名思义就是可编程电源和测量仪表的结合体，既可电源输出，又可以进行测量。随着对源和测量同步性要求的不断提高，SMU在生物化学、超导材料、光电器件测试、半导体研究等领域起到了越来越大的作用。

GS820工作时序图

以对半导体激光器芯片进行检测为例，需要SMU输出电流驱动激光器，并测量光电传感器的输出电压，同时使用光谱分析仪对激光器的发光波长和光谱特性进行检测。

由于光电传感器产生的电压很小，需要源表具有很高的分解能力和测量精度。为了避免激光器过热和提高检测速度，驱动电流需要以窄脉冲扫描的形式进行输出，这就对SMU的响应和测量速度提出了很高要求。这样的检测工作在生产线上可能需要连续24小时进行，SMU的稳定性也至关重要。

SMU 源测量单元的关键参数：

精度

精度是根本，高精度SMU的输出和测量精度可以达到很高，然而这个精度指标通常是有很多限制条件的，比如温度范围、保证时限等。保证精度的温度范围越宽，保证时限越长，实际测试过程中的精度才越有保障。
横河GS200系列SMU的最高精度可达读数的0.001%；在23±5℃的温度范围时，一年的保证精度也可以达到读数的0.016%；23±5℃温度范围以外时，温度系数更可高达±0.0008%/℃。

稳定性

稳定性是指SMU在进行长时间连续测量时，精度的变化情况。影响稳定性的因素有很多，如元器件的质量、零部件的磨损老化、以及使用或贮存不当等。
另外，SMU的实际应用场景通常会连续测量较长时间，会在SMU的机箱内产生并积累热量，如果散热处理不当也会对输出和测量的精度带来较大的影响。