Test sur wafer vs test final : les principales différences

Le test sur wafer s’effectue sur le wafer après les étapes de front-end et avant la découpe : les pointes d’une carte à pointes sont posées sur les plots de chaque puce pour déterminer si elle est bonne ou mauvaise. En éliminant les puces défectueuses avant l’assemblage, on ne gaspille pas le coût du boîtier et de l’assemblage. Le test final mesure les circuits intégrés une fois assemblés en boîtier, placés dans un socket par un handler ; on vérifie, y compris pour les défauts apparus à l’assemblage, que le circuit fonctionne conformément aux spécifications avant de l’expédier.

CritèreTest sur wafer (test sous pointes)Test final
MomentAprès les étapes de front-end, avant la découpeAprès l’assemblage (encapsulation en boîtier), avant l’expédition
ObjetToutes les puces du waferCircuits intégrés encapsulés en boîtier (assemblés à partir des puces jugées bonnes au test sur wafer)
Mode de contactUn prober déplace le wafer et pose les pointes de la carte à pointes sur les plots de la puceUn handler place le circuit dans un socket et établit le contact avec les broches du boîtier (pattes ou billes), notamment par des pointes pogo
Équipements utilisésTesteur, prober, carte à pointesTesteur, handler, carte de charge (load board) équipée de sockets
TempératureMesure en faisant varier la température du chuck qui porte le wafer. Outre la température ambiante, on mesure parfois à haute ou basse températureLe handler chauffe ou refroidit le circuit ; on mesure souvent aux températures haute et basse de la plage garantie par le produit
Principaux paramètres testésCaractéristiques continues (courants de fuite, etc.), test fonctionnel, test par scan. Pour les mémoires, mesures en vue de la réparation, qui remplace les bits défectueux par des éléments de réserveFonctionnement, caractéristiques continues, caractéristiques alternatives comme les timings, fonctionnement à la vitesse réelle. Tri par catégories selon la vitesse, etc.
Mesure des signaux rapidesLes caractéristiques électriques des pointes rendent parfois difficile la mesure de signaux rapides ou de courants élevésLe socket est électriquement plus favorable et facilite la mesure des signaux rapides
Objectif de la détection des défautsÉliminer les puces défectueuses avant l’assemblage pour économiser le coût du boîtier et de l’assemblage. Détecter tôt les problèmes de procédé grâce à la carte du wafer (wafer map)Éliminer aussi les défauts apparus à l’assemblage (mauvaises connexions, etc.) et expédier avec une qualité garantie
Traitement des défautsLes puces défectueuses sont enregistrées sous forme électronique dans la carte du wafer et ne sont pas assemblées (autrefois, on les marquait à l’encre)Les pièces défectueuses sont éliminées ; les bonnes sont classées selon leurs performances, etc., puis expédiées
Lien avec les KGDLorsque plusieurs puces sont montées dans un même boîtier, il faut des puces confirmées bonnes à ce stade (KGD)Si un défaut est découvert après l’assemblage, il est difficile de remplacer uniquement la puce défectueuse

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

Test sur wafer
Pour éliminer les puces défectueuses avant l’assemblage et économiser le coût du boîtier et de l’assemblage, ou, pour les produits qui réunissent plusieurs puces dans un même boîtier, pour n’utiliser que des puces confirmées bonnes (KGD).
Test final
Pour garantir, après l’assemblage, que le circuit en boîtier fonctionne conformément aux spécifications avant l’expédition, ou pour vérifier le fonctionnement sur la plage de température garantie et à la vitesse réelle.
Combinaison
Les produits courants passent par les deux tests, dans l’ordre test sur wafer → assemblage → test final → expédition. Les paramètres sont répartis entre les deux tests pour limiter les redondances et réduire le coût de test.

Questions fréquentes

Pourquoi faire un test sur wafer alors qu’il existe un test final ?

Parce qu’assembler des puces défectueuses gaspille le matériau du boîtier et le coût de l’assemblage. En éliminant les défauts au stade du wafer, on n’assemble que des puces bonnes. De plus, la répartition des défauts sur la carte du wafer permet de trouver rapidement l’étape de procédé en cause.

Quelle différence entre le test sur wafer et le WAT (test paramétrique) ?

Le WAT est un contrôle qui mesure, sur des TEG (motifs de test pour l’évaluation) présents sur le wafer, des grandeurs comme la tension de seuil ou la résistance de couche, afin de vérifier que le procédé s’est déroulé conformément aux spécifications. Le test sur wafer vérifie que chaque puce du produit fonctionne correctement et la déclare bonne ou mauvaise.

Qu’est-ce qu’une KGD ?

C’est une puce dont on a vérifié qu’elle était bonne avant le montage (Known Good Die). Lorsque plusieurs puces sont montées dans un même boîtier, une seule puce défectueuse rend tout le boîtier défectueux : il faut donc les vérifier soigneusement dès le test sur wafer.

À quel stade se fait le déverminage (burn-in) ?

Le déverminage est un essai qui applique une température et une tension élevées pour éliminer les puces sujettes aux défaillances précoces ; il se fait le plus souvent après l’assemblage en boîtier. Lorsque des KGD sont nécessaires, par exemple, il existe aussi un déverminage au niveau du wafer, réalisé sur le wafer.

Vérifier vos connaissances

Quelle description du test sur wafer (test sous pointes) est correcte ?

  1. AAvant la découpe, des pointes sont posées sur chaque puce du wafer pour en contrôler les caractéristiques électriques
  2. BAprès l'encapsulation, seul l'aspect extérieur est contrôlé
  3. CLe produit est utilisé pendant une longue durée afin d'en déterminer le taux de défaillance
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Réponse : A. Avant la découpe, des pointes sont posées sur chaque puce du wafer pour en contrôler les caractéristiques électriques

Lors du test sur wafer, le prober déplace le wafer pour amener les pointes de la carte à pointes sur les plots d'électrode des puces, et le testeur contrôle les caractéristiques électriques et le fonctionnement. Détecter les puces défectueuses à ce stade évite de gaspiller les matériaux de boîtier et la main-d'œuvre d'assemblage, car un défaut coûte d'autant plus cher qu'il est découvert tard dans le processus. Le contrôle après encapsulation est le test final, et l'utilisation prolongée pour mesurer le taux de défaillance relève des essais de fiabilité.

Quel est l'enchaînement correct des tests d'un produit semi-conducteur courant ?

  1. ATest final → test sur wafer → assemblage → expédition
  2. BAssemblage → test sur wafer → expédition → test final
  3. CTest sur wafer → assemblage → test final → expédition
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Réponse : C. Test sur wafer → assemblage → test final → expédition

Le test sur wafer est d'abord réalisé sur le wafer à l'issue du front-end, afin d'identifier les puces défectueuses. Seules les puces bonnes sont mises en boîtier lors de l'assemblage, puis leurs caractéristiques sont vérifiées au test final avant expédition. Selon le produit, un burn-in ou un test au niveau système est réalisé avant ou après le test final. Le test final suit l'assemblage, et aucun test n'a lieu après l'expédition ; les autres ordres sont donc impossibles.

Quelle description de la carte à pointes est correcte ?

  1. AUn moule servant à encapsuler la puce
  2. BUn conteneur servant au transport des wafers
  3. CUn outillage qui met des pointes en contact avec les électrodes des puces du wafer et les relie électriquement au testeur
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Réponse : C. Un outillage qui met des pointes en contact avec les électrodes des puces du wafer et les relie électriquement au testeur

La carte à pointes est un outillage dédié à chaque produit, portant de nombreuses pointes disposées selon l'implantation des plots d'électrode de la puce. Le prober aligne le wafer à l'aide d'une caméra, puis soulève le chuck pour mettre les pointes en contact avec les plots, reliant électriquement le testeur à la puce. Les types de pointes comprennent les pointes inclinées en porte-à-faux (cantilever), les pointes verticales et les pointes fabriquées par technologie MEMS. Il ne s'agit ni d'un moule d'encapsulation ni d'un conteneur de transport.

  1. Quel équipement, associé au testeur lors du test final après mise en boîtier, alimente automatiquement les IC et les trie selon les résultats du test ?
  2. Que désigne le KGD (Known Good Die), important lors du montage de plusieurs puces dans un même boîtier ?
  3. Quelle est aujourd'hui la méthode courante pour exploiter, lors de l'assemblage, l'information sur les puces déclarées défectueuses au test sur wafer ?

Questions d'entraînement sur Test et inspection

Termes clés expliqués

Test sous pointes (wafer test)
Étape qui, avant la découpe, pose des pointes sur les plots de chaque puce de la plaquette pour contrôler les caractéristiques électriques. Les puces défectueuses sont détectées avant l'assemblage, ce qui évite un assemblage inutile.
Carte à pointes (probe card)
Outillage qui pose de nombreuses pointes (probes) sur les électrodes des puces encore sur plaquette, afin de les relier électriquement au testeur.
KGD (Known Good Die)
Puce dont le bon fonctionnement a été vérifié avant l'assemblage. Important lorsqu'on empile plusieurs puces dans un même boîtier, car une seule puce défectueuse rend l'ensemble défectueux.
Déverminage (burn-in)
Test consistant à faire fonctionner les produits sous contraintes telles que haute température et haute tension, afin d'éliminer avant expédition ceux sujets aux défaillances précoces.
Découpe (dicing)
Étape de séparation de la plaquette en puces individuelles (dies). Outre la découpe par lame rotative, il existe la découpe furtive (stealth dicing), qui crée au laser une couche modifiée interne.

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