EnglishTable of Contents
Trong ngành công nghiệp bán dẫn, nơi mỗi vi mạch có thể chứa hàng tỷ transistor, việc đảm bảo chất lượng và hiệu suất ổn định là yếu tố sống còn. Kiểm thử IC không chỉ là bước cuối cùng trong dây chuyền sản xuất – mà còn là rào chắn giúp doanh nghiệp giảm thiểu rủi ro, tiết kiệm chi phí và bảo vệ danh tiếng. Dưới đây là tổng hợp những phương pháp kiểm thử IC phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong chuỗi giá trị sản xuất vi mạch hiện đại.
Functional Testing – Kiểm tra chức năng
Mục tiêu:
Xác thực khả năng vận hành của IC theo đúng các đặc tả thiết kế logic, từ đó phát hiện lỗi chức năng (functional failures) hoặc lỗi thiết kế.
Kỹ thuật chính:
- Scan-based Testing / ATPG (Automatic Test Pattern Generation): Thiết kế DFT (Design for Test) cho phép chèn scan chains vào mạch để kiểm tra trạng thái các flip-flop bên trong. ATPG được sử dụng để tạo ra tập mẫu kiểm thử nhằm đảm bảo tối đa độ phủ lỗi (fault coverage) với thời gian kiểm thấp nhất.
- Boundary Scan (IEEE 1149.1): Cho phép kiểm tra các kết nối I/O trong IC hoặc giữa các IC trên board mà không cần tiếp xúc trực tiếp, đặc biệt phù hợp cho các package như BGA, LGA.
- Built-in Self-Test (BIST): Một khối logic tự sinh và tự kiểm tra kết quả được nhúng trong IC, giúp IC tự xác minh khả năng hoạt động của chính nó. BIST đặc biệt hiệu quả trong các thiết bị analog, memory hoặc logic phức tạp.
- Functional Pattern Execution trên ATE: Tập test vector được mô phỏng từ RTL hoặc netlist và chuyển đổi sang định dạng ATE (chẳng hạn STIL → V93K), giúp xác minh chức năng tổng thể dưới điều kiện thời gian thực.
Parametric Testing – Kiểm tra tham số
Mục tiêu
Đánh giá các thông số điện đặc trưng của IC như dòng rò, điện áp hoạt động, trở kháng, độ trễ tín hiệu nhằm phát hiện lỗi process hoặc sai số nằm ngoài giới hạn thiết kế (out-of-spec).
Kỹ thuật chính
- Leakage Current Testing (Ioff): Đo dòng rò tại các cổng khi không có hoạt động logic. Đặc biệt quan trọng với các thiết bị low-power hoặc CMOS deep-submicron.
- Threshold Voltage (Vth) Extraction: Sử dụng phương pháp curve-tracing để xác định điện áp mở của transistor – một chỉ tiêu quan trọng phản ánh sự biến thiên quy trình sản xuất.
- Signal Integrity Analysis: Thực hiện phân tích tín hiệu bằng kỹ thuật Eye Diagram để xác định jitter, độ méo, ringing, và đảm bảo không có sự suy hao tín hiệu ở tốc độ cao (>GHz).
- Power Integrity & IR-Drop Analysis: Kiểm tra hệ thống phân phối nguồn để đảm bảo điện áp cung cấp đồng đều, không có hiện tượng sụt áp tại vùng lõi (core domain).
Reliability Testing – Kiểm tra độ tin cậy
Mục tiêu:
Xác định tuổi thọ hoạt động của IC bằng cách mô phỏng điều kiện vận hành khắc nghiệt và đánh giá cơ chế hư hỏng (failure mechanism) tiềm ẩn.
Kỹ thuật chính:
- HTRB (High Temperature Reverse Bias): Áp dụng reverse bias voltage tại nhiệt độ cao (>125°C) để tăng tốc hóa các quá trình aging, đặc biệt với transistor NMOS.
- HAST (Highly Accelerated Stress Test): Đặt mẫu thử trong môi trường nhiệt – ẩm cao (~130°C, 85% RH) để phát hiện các lỗi liên kết bonding, delamination hoặc corrosion.
- TMCL (Temperature Cycling): Đưa IC qua nhiều chu kỳ nhiệt độ từ -40°C đến 125°C để kiểm tra độ bền của package, solder joint và độ giãn nở vật liệu (CTE mismatch).
- Burn-in Test: Kiểm tra vận hành IC trong điều kiện max voltage, max frequency và nhiệt độ cao để loại bỏ các thiết bị có xu hướng hư sớm (infant mortality).
ESD & Latch-Up Testing – Kiểm tra chống phóng điện và khóa dòng
Mục tiêu:
Đảm bảo IC có thể chống chịu được sự phóng tĩnh điện trong quá trình sản xuất, đóng gói, vận chuyển và sử dụng.
Kỹ thuật chính:
- Human Body Model (HBM): Mô phỏng sự phóng tĩnh điện từ cơ thể người (~100pF, 1.5kΩ), kiểm tra mức điện áp mà thiết bị có thể chịu đựng mà không bị hỏng.
- Machine Model (MM): Mô phỏng phóng điện do máy móc sản xuất gây ra, có khả năng gây ra tốc độ tăng áp nhanh hơn HBM.
- Latch-Up Test (per JEDEC JESD78): Kiểm tra khả năng chống hiện tượng dòng ngắn gây ra do cấu trúc parasitic thyristor trong CMOS, đặc biệt ở các I/O pad và analog domain.
Mixed-Signal / RF Testing – Kiểm tra tín hiệu hỗn hợp và vô tuyến
Mục tiêu:
Xác minh độ chính xác và độ tuyến tính của các mạch analog, DAC, ADC, PLL, VCO, và mạch RF tích hợp.
Kỹ thuật chính:
- Spectral Analysis: Kiểm tra Total Harmonic Distortion (THD), Signal-to-Noise Ratio (SNR), Spurious-Free Dynamic Range (SFDR) đối với ADC và DAC.
- S-parameter Measurement: Đo phản xạ (S11) và truyền dẫn (S21) thông qua VNA để kiểm tra đầu ra RF như LNA, mixer, PA…
- Jitter Testing: Xác định độ ổn định của clock bằng cách đo jitter (random, deterministic), phase noise.
Tổng kết
Kiểm thử IC là quy trình đa chiều, yêu cầu sự phối hợp chặt chẽ giữa thiết kế DFT, phát triển test vector, nền tảng ATE, và hệ thống đo lường chuyên dụng. Tại VNST, các kỹ sư không chỉ triển khai những phương pháp kiểm thử tiên tiến, mà còn liên tục tối ưu hiệu suất kiểm thử thông qua các công cụ tự động hóa (test automation), platform conversion và load board design chuyên biệt.
Với các doanh nghiệp trong lĩnh vực bán dẫn, việc lựa chọn phương pháp kiểm thử phù hợp và đối tác triển khai uy tín là yếu tố then chốt, tác động trực tiếp đến tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn, tiến độ đưa sản phẩm ra thị trường và độ tin cậy của thiết bị khi cạnh tranh trên thị trường toàn cầu.
