原標(biāo)題：使用 Die－to－Die PHY IP 的系統(tǒng)級封裝的量產(chǎn)測試

隨著Chiplet架構(gòu)與c的普及，Die-to-Die（D2D）PHY IP（如UCIe、HBM PHY、AMD Infinity Fabric等）的量產(chǎn)測試成為確保系統(tǒng)級封裝（SiP）良率與可靠性的核心環(huán)節(jié)。以下從測試挑戰(zhàn)、技術(shù)方案、量產(chǎn)實(shí)施三方面展開分析，結(jié)合實(shí)際案例與數(shù)據(jù)提供可落地的解決方案。

一、D2D PHY IP測試的核心挑戰(zhàn)

1. 高速信號完整性難題

• 問題表現(xiàn)：

• D2D PHY工作頻率已突破56Gbps（UCIe Gen2），信號衰減、串?dāng)_、抖動導(dǎo)致誤碼率（BER）顯著增加。

• 案例：某AI芯片在112Gbps UCIe PHY測試中，發(fā)現(xiàn)串?dāng)_噪聲導(dǎo)致BER從10?12升至10??，超出標(biāo)準(zhǔn)3個數(shù)量級。

• 根本原因：

• 封裝基板材料（如ABF）介電損耗隨頻率升高（Df在10GHz時達(dá)0.015），高頻信號衰減達(dá)3dB/cm。

• 微凸塊（Micro Bump）間距縮小至10μm以下，寄生電容增加20%，導(dǎo)致阻抗失配。

2. 多物理場耦合干擾

• 問題表現(xiàn)：

• 封裝內(nèi)多芯片熱耦合導(dǎo)致D2D PHY工作溫度差異>20℃，引發(fā)時序偏差（ΔTj=20℃→ΔTskew=5ps）。

• 案例：某HPC芯片在高溫測試（Tj=125℃）中，發(fā)現(xiàn)D2D PHY時序裕量從300ps壓縮至150ps，導(dǎo)致鏈路建立失敗。

• 根本原因：

• 芯片間熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配（如Si=2.6ppm/℃，有機(jī)基板=17ppm/℃），導(dǎo)致應(yīng)力引起的時序漂移。

• 電源完整性（PI）問題：多芯片PDN網(wǎng)絡(luò)阻抗波動（ΔZ=0.1Ω@1GHz），引發(fā)電壓噪聲（ΔV=50mV），影響PHY供電穩(wěn)定性。

3. 測試覆蓋率與效率矛盾

• 問題表現(xiàn)：

• 傳統(tǒng)ATE測試成本高昂（單芯片測試時間>10秒），而D2D PHY需測試所有通道（如1024通道），導(dǎo)致測試時間指數(shù)級增長。

• 案例：某4nm工藝AI芯片的D2D PHY測試時間從2小時/片（單通道）擴(kuò)展至200小時/片（全通道），量產(chǎn)效率下降90%。

• 根本原因：

• 測試向量復(fù)雜度提升（如UCIe需要支持PRBS31、LFSR等模式），單通道測試數(shù)據(jù)量達(dá)10TB/s。

• 邊界掃描（Boundary Scan）覆蓋率不足：傳統(tǒng)JTAG僅覆蓋10%的PHY寄存器，無法檢測深層次故障。

二、量產(chǎn)測試技術(shù)方案

1. 高速信號完整性測試技術(shù)

• 技術(shù)方案：

• 高速示波器（如Keysight DSOZ634A，帶寬70GHz，采樣率160GSa/s）

• 誤碼儀（如Anritsu MP1900A，支持BER<10?1?測試）

• 預(yù)加重/去加重（Pre-emphasis/De-emphasis）：通過動態(tài)調(diào)整發(fā)射端預(yù)加重（Tx Pre-cursor=-3dB，Post-cursor=+2dB），補(bǔ)償高頻衰減。

• 均衡器（EQ）優(yōu)化：采用FFE（前饋均衡）與DFE（判決反饋均衡）組合，將信道損耗容限從15dB提升至25dB。

• 測試設(shè)備：

• 實(shí)施效果：

• 某數(shù)據(jù)中心芯片通過上述優(yōu)化，將112Gbps UCIe PHY的BER從10??降至10?1?，滿足量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

2. 多物理場耦合測試方法

• 技術(shù)方案：

• 使用可編程電源（如Keysight N6705C）注入±100mV的電壓噪聲，驗(yàn)證PHY在電源波動下的穩(wěn)定性。

• 在ATE中集成紅外熱成像模塊（如FLIR A655sc，精度±1℃），實(shí)時監(jiān)測芯片溫度分布。

• 通過動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)，在-40℃~125℃范圍內(nèi)掃描PHY性能，生成時序-溫度補(bǔ)償表。

• 熱-電協(xié)同測試：

• 電源噪聲注入測試：

• 實(shí)施效果：

• 某5G基站芯片通過熱-電協(xié)同測試，將高溫下的時序裕量從150ps提升至250ps，良率提升15%。

3. 測試效率提升策略

• 技術(shù)方案：

• 使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如XGBoost）預(yù)測PHY故障模式，將測試向量長度縮短40%。

• 案例：某GPU芯片通過AI優(yōu)化，將測試時間從4小時/片降至2.4小時/片，測試成本降低35%。

• 采用多通道ATE（如Advantest V93000，支持512通道并行測試），將單芯片測試時間從200小時壓縮至4小時。

• 引入測試資源池化技術(shù)，動態(tài)分配ATE通道資源，設(shè)備利用率從30%提升至80%。

• 并行測試架構(gòu)：

• AI驅(qū)動的測試優(yōu)化：

三、量產(chǎn)測試實(shí)施流程

1. 測試流程設(shè)計

• 階段劃分：

  
  

  階段	測試內(nèi)容	工具/設(shè)備	良率控制目標(biāo)
  晶圓級測試	PHY信號眼圖、抖動、BER	高速探針臺（FormFactor ZEUS）	≥95%
  封裝后測試	多芯片協(xié)同工作、熱應(yīng)力測試	多通道ATE（Advantest V93000）	≥90%
  系統(tǒng)級測試	端到端數(shù)據(jù)傳輸、長期可靠性	定制化測試板（含高速連接器）	≥85%

  
  

2. 關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控

• 電氣參數(shù)：

• 發(fā)射端輸出幅度（Vpp）：800mV±50mV

• 接收端靈敏度（BER=10?12）：≤-20dBm

• 時序參數(shù)：

• 時鐘抖動（RMS）：≤0.5ps

• 通道間偏斜（Skew）：≤5ps

• 可靠性參數(shù)：

• 高溫高濕（85℃/85%RH）測試壽命：≥1000小時

• 溫度循環(huán)（-55℃~125℃，1000次）失效率：<0.1%

3. 良率提升案例

• 某AI芯片量產(chǎn)案例：

• 問題：UCIe PHY在量產(chǎn)測試中良率僅75%，主要故障為眼圖閉合（BER>10?12）。

• 優(yōu)化措施：

• 結(jié)果：良率提升至92%，測試成本降低28%。

1. 調(diào)整封裝基板疊層結(jié)構(gòu)，將高頻信號層介質(zhì)厚度從3mil降至2mil，衰減降低1.5dB。

2. 在ATE中增加動態(tài)均衡器校準(zhǔn)步驟，補(bǔ)償信道失配。

3. 引入AI驅(qū)動的測試向量優(yōu)化，將測試時間從5小時/片壓縮至3小時/片。

四、未來趨勢與建議

1. 技術(shù)趨勢

• 光子-電子混合測試：

• 通過集成硅光子學(xué)（SiPh）測試模塊，實(shí)現(xiàn)光-電協(xié)同測試，支持600Gbps以上D2D PHY。

• 在片測試（On-Chip Test）：

• 將測試邏輯（如BIST控制器）嵌入PHY IP，實(shí)現(xiàn)自測試功能，減少對ATE的依賴。

2. 實(shí)施建議

• 設(shè)計階段：

• 在D2D PHY IP中預(yù)留可測試性設(shè)計（DFT）接口（如JTAG 2.0、IEEE 1149.7），降低測試復(fù)雜度。

• 量產(chǎn)階段：

• 建立多維度測試數(shù)據(jù)庫（包含溫度、電壓、頻率等參數(shù)），通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化測試策略。

總結(jié)：D2D PHY IP量產(chǎn)測試的核心邏輯

1. 信號完整性優(yōu)先：通過預(yù)加重、均衡器等技術(shù)補(bǔ)償高頻衰減，確保BER<10?12。

2. 多物理場協(xié)同：集成熱、電、力多場測試，覆蓋-40℃~125℃全溫區(qū)。

3. 效率與成本平衡：采用并行測試、AI優(yōu)化等手段，將測試時間壓縮至小時級。

4. 全流程監(jiān)控：從晶圓到系統(tǒng)級測試，建立良率與參數(shù)的閉環(huán)反饋機(jī)制。

通過上述技術(shù)方案與實(shí)施流程，可實(shí)現(xiàn)D2D PHY IP在SiP量產(chǎn)中的高良率（>90%）、低成本（測試成本<$0.5/片）與高可靠性（MTBF>10萬小時），為Chiplet技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用提供保障。