 编者荐语：9月6日－8日，易捷测试将携手Enlitech参展2023中国光博会，欢迎到深圳宝安国际会展中心展位： 6馆 6E85-86与我们面对面了解更多光电传感器测试解决方案。 以下文章来源于光电传感器量测 ，作者ENLITECH 光电传感器量测. 光电传感器量测平台以技术为基、客户需求为中心，不断探索创新，提供更佳解决方案，以满足各领域客户对测量技术的需求。掌握产业资讯、市场先机，成为光电传感器测量导航先驱。 晶圆级(CP测试)阶段进行EMVA1288参数检测解决方案在现今的科技世界中,CMOS图像传感器(CIS)的应用已经渗透到我们生活的各个角落,从智能手机到自动驾驶汽车,CIS的影响力日益显著。然而,要确保CIS的性能和品质,我们需要进行一系列的晶圆级测试。这些测试方法包括功能性测试、性能测试、可靠性测试三大环节,每一种测试都对于确保芯片的性能和寿命有着举足轻重的作用。 CIS芯片要通过哪些测试呢? 半导体测试在半导体设计、制造、封装和测试的四个关键步骤中扮演着极其重要的角色。它利用特定的测试设备来检测待测设备(Device Under Test,简称 DUT),测试的基本流程包含了软件编写、产生测试向量、应用于待测设备、产生反馈数据、与软件值进行比对,最终获得测试结果。 可识别产品缺陷,验证产品是否符合设计目标,并选择合格和不合格的产品,且近年来越来越多制造商,开始关心量测产品表现是否如当初设计所预期的性能效果,因此检测设备从设计验证到整个半导体制造过程都具有无可替代的重要地位。 然而,根据电子系统测试十倍法则,如果芯片未能在制造过程中就发现其质量不佳、性能不佳,那日后来到PCB级别时,将会付出十倍以上成本代价在发现与解决问题,从中可得知检测对于半导体业的重要性,尤其能及早检出的效益更是重要。  逐步拆解测试分类 由于半导体检测是庞大的产业链体系,其测试产业内部分类分类也极其复杂,本文将从产业流程与检测目的性,逐一带领大家拆解整个半导体测试产业链 一般而言半导体芯片在制造过程大致可区分为“IC设计”→“晶圆制造”→“封装测试”三大阶段 其中相对应的检测可分为IC设计验证、前道量检测、后道检测三种“IC设计验证→IC设计阶段”“前道量检测(过程制程检测与晶圆测试)→晶圆制造阶段”“后道测试→(封装测试阶段)”  设计验证(IC设计):用于IC设计阶段,又称实验室测试或特性测试,是在芯片进入量产之前验证设计是否正确,需要进行功能测试和物理验证,主要是用电学检测技术验证样品是否可达成设计的目标功能。 前道量(检)设(IC制造)：用于晶圆加工制造的阶段,透过光学检测、电子束量测等方式进行功能与性能检测,并且检查晶圆上有无足以影响良率的缺陷。 后道检测(IC封装)：主要是运用在晶圆加工后、IC封装的过程中,利用探针台、测试机、分选机等设备,进行电性、功能性的检测,确保后续生产而出的芯片足以达到预期效果。其中后道检测又可以细分为CP晶圆测试以及FT成品测试两大区块。 CP晶圆测试:确保晶圆质量与性能表现足以进入封装环节 FT成品测试:确保封装后最终成品质量  在通过“设计验证测试”、“前道量(检)测”、“后道检测”测试过程中,需经过各阶段多种繁复的检验或量测过程,如果打散这些检测或量测的方法,重新按照类型作为作用目标区分的话,大致可“功能性测试”、“性能测试”、“可靠度测试”三大类型 大部分的“功能性测试”、“可靠度测试”测试方法都是针对受测物的物理或电学缺陷进行检测,然而,后道测试中的功性能测试则是专门用来评估待测产品的实际作用性能表现。 在CIS领域中,我们如何透过功能测试来了解图像传感器的性能好坏呢?这时欧洲机器视觉协会(European Machine Vision Association, EMVA)推出的EMVA1288标准就派上了用场。该标准规范了各种图像质量参数,以及对应的测量与表示方式,让我们可以快速了解各种传感器的性能差异。  在接下来的文章中,我们将深入探讨这些测试方法,并解释如何使用EMVA1288参数标准来评估传感器的性能。我们也将介绍一些市面上可用的测试设备,包括Enlitech科技公司的SG-A和SG-O系列产品。这些设备专为晶圆级测试而设计,能够提供全面且准确的测试结果。 各种用途需求检测测试 ｜从物理检测到电性检测,再到性能检测  █ 光学检测 尽管AOI检测在CIS芯片的生产中有着许多优点,但是它也存在着一些局限性。由于CIS芯片的表面特性和缺陷类型多种多样,而且还受到光照等环境因素的影响,因此需要针对不同类型的CIS芯片进行不同的光学参数设置和算法调整。同时,需要在整个生产线上不断地对AOI检测系统进行校准和维护,以保证检测的准确性和稳定性。 AOI检测 (Automatic Optical Inspection)是一种利用光学成像技术对CIS图像芯片进行缺陷检测的方法。该系统包含一个主动光源,将光照射到CIS图像芯片表面上,透过光线的反射,被相机镜头收集,形成CIS表面影像。这个影像可以通过图像识别软件进行分析和处理,自动辨识CIS芯片表面的缺陷。AOI检测的优点在于,它可以高效、快速地检测CIS芯片表面的缺陷,包括瑕疵、污染、颗粒等等。光学检测的过程通常包括照明、成像和分析三个步骤。 首先,我们需要使用适当的光源来照明晶圆表面。光源的选择对于光学检测的精准度和效果至关重要。不同的光源,如LED或激光灯,可以提供不同的光强度和波长,以适应不同的检测需求。照明时,我们需要确保光斑的均匀性和稳定性,以获得清晰的影像。 接下来,我们使用光学仪器来捕捉晶圆表面的影像。常见的光学仪器包括显微镜、CCD相机和光学检测系统。这些仪器可以将晶圆表面的影像放大并转化为数字信号,以进行后续的分析和处理。仪器的选择应基于检测精度的要求、成像速度和系统的可靠性等因素。 最后,我们对所获得的影像进行分析,以找出可能的缺陷。分析的过程可能涉及图像处理、图像比对和缺陷标注等技术。通过这些分析技术,我们可以快速而准确地检测出晶圆表面的缺陷,如刮痕、洞孔或污渍等。这些缺陷可能对晶圆制程产生不利影响,如影响元件性能或降低产品良率。全球知名的KLA-Tencor柯磊、Applied Materials应用材料、Visera采钰、Hitachi High-Tech等都是著名厂商。 尽管AOI检测在CIS芯片的生产中有着很多优点,但是它也存在着一些局限性。由于CIS芯片的表面特性和缺陷类型多种多样,而且还受到光照等环境因素的影响,因此需要针对不同类型的CIS芯片进行不同的光学参数设置和算法调整。同时,需要在整个生产线上不断地对AOI检测系统进行校准和维护,以保证检测的准确性和稳定性。 █ 电性测试接下来是电性测试,电性测试是一种使用电测仪器来检测晶圆电性能的方法,这种方法的重要性在于,它可以确保晶圆的电性能达到设计要求,过程中使用电测仪器来检测晶圆电性能的方法。电性测试可以测量晶圆上的电路元件和连接线的电阻、电容、电感、电流、电压、频率等参数,以及晶圆上的逻辑功能和数字信号。这些参数和信号都是影响晶圆性能的关键因素,如果不符合要求,可能会导致晶圆失效或产品故障。电性测试的过程通常包括三个步骤,分别是设定测试条件、进行测试和分析测试结果。首先,我们需要根据晶圆的规格和设计要求,设置适当的测试条件,如电压、电流和频率等。这些条件会影响到电测仪器的灵敏度和准确度,以及晶圆的应力和热效应。因此需要选择合适的电测仪器和探针卡,并校准好仪器的参数。然后使用电测仪器来进行测试,通常是将探针卡接触到晶圆上的特定位置,并通过仪器读取相应的数据。这个过程可能需要多次重复,以覆盖晶圆上所有需要测试的区域和元件。最后,分析测试结果,以确定晶圆的电性能是否符合要求。如果发现有不合格或异常的情况,需要找出原因并进行改善或排除。 通过电性测试,我们可以对晶圆的电性能进行全面和精确的评估,从而提高晶圆的良率和品质。同时,我们也可以通过电性测试来优化晶圆的设计和工艺,以提升晶圆的性能和效率。 █ 功能性测试如其名,主要是检验晶圆的功能是否符合设计的要求。功能性测试的过程中,包括对晶圆进行一些特定的功能测试,以确保其在实际操作中能够正常工作。例如,对于存储器晶圆,我们会进行大量的读写测试,以确保其能够正确地保存和检索数据。对于逻辑门晶圆,我们会进行开关测试,确保其能够在不同的逻辑状态下正确执行相应的操作。 █ 環境測試环境测试是一种模拟实际使用环境来检测晶圆性能的方法。这种方法的重要性在于,它可以确保晶圆在实际使用环境中的性能和寿命。环境测试的过程通常包括设定模拟环境、进行测试和分析测试结果三个步骤。首先,我们需要设置模拟环境,如温度、湿度和压力等。然后,我们在这些模拟环境中进行测试。最后,我们分析测试结果,以确定晶圆在实际使用环境中的性能和寿命。通过这些测试方法,我们可以从不同的角度来评估晶圆的性能和质量,从而确保最终产品的可靠性和寿命。 性能测试:CIS测试的重要环节之一高良率是产品的基本,高性能表现才是胜出的关键前面讨论完各项缺陷、功能性检测,现在来讲讲最重要的“性能测试”,性能测试是指对CIS芯片的功能进行测试,以检查芯片是否能够满足设计要求。因此性能测试是CIS晶圆级测试的最重要的环节之一,保障了往后芯片的质量和性能是否能达到设计的预期目标。 ｜测试的过程主要包括以下几个步骤: 1.设置测试条件:这包括设定适当的电压和电流条件,以及其他可能影响晶圆性能的环境条件。 2. 将CIS芯片安装在功能测试设备上。 3.向CIS芯片施加各种输入信号,例如光线、电压和电流。 4.测量CIS芯片的输出信号,并与设计要求进行比较。 5.分析测试结果:一旦测试完成,我们将会分析测试数据,以确定晶圆的性能是否达到预期。如果发现任何问题,将会进一步调查其可能的原因,并寻找解决方案。 6.根据测试结果,判断CIS芯片是否合格,如果不合格则进行必要的修正和优化,根据测试结果,我们可能需要对晶圆的设计或工艺进行一些调整,以改善其性能和可靠性。 12. 13. ｜测试的方法主要包括以下几种: · 静态测试:在CIS芯片上施加固定的输入信号,测量CIS芯片的输出信号。 · · 动态测试:在CIS芯片上施加各种输入信号,测量CIS芯片的输出信号。 · · 参数测试:测量CIS芯片的各种参数,例如量子效率、暗噪声、绝对灵敏度阈值、空间不均匀性、暗信号的不均匀性、光子响应不均匀性、暗电流、缺陷像素、信噪比、动态范围等。 · · 功能验证测试:对CIS芯片的功能进行全面的测试,以确保芯片能够满足设计要求。 · · 在性能测试中,如何辨别CIS的性能优劣,或判定是否达到设计预期性能呢 EMVA1288标准  统一度量衡后,就是海水退去见真章的时候 在CIS晶圆制造过程中,为了让研发、制造、设计等人员间,可以明确沟通,且具体量化所研究或生产的CIS性能优劣,从2003年至今,长期专注于机器视觉领域的国际性组织:欧洲机器视觉协会 European Machine Vision Association(简称EMVA),在影像传感器性能方面,致力于制定了一套标准化的参数,称为EMVA1288标准。这个标准定义了评估影像传感器性能的几个方面: · 量子效率:量子效率是指图像传感器将光子转换为电子的效率。量子效率越高,图像传感器的灵敏度越高,可以捕获的光线越多。 · · 暗电流:暗电流是指图像传感器在没有光照时产生的电流。暗电流越低,图像传感器的噪声越低,图像质量越好。 · · 信噪比:信噪比是指图像信号强度与噪声强度的比值。信噪比越高,图像质量越好。 · · 动态范围:动态范围是指图像中可以表示的最大亮度和最小亮度的比值。动态范围越大,图像可以表示的细节越多。 · · 分辨率:分辨率是指图像传感器可以分辨的最小物体的大小。分辨率越高,图像可以分辨的细节越多。 · · 对比度:对比度是指图像中黑色和白色区域的亮度差。对比度越高,图像的层次感越好。 · · 色彩还原:色彩还原是指图像传感器能够准确地再现物体的颜色。色彩还原越好,图像的色彩逼真度越高。 · · 根据这些评估方面,EMVA1288更进一步定义出各项参数,来具体量化影像传感器的性能,包括了以下参数标准：
经过20年的努力,EMVA1288标准已得到全球广泛认可,并成为衡量摄像传感器性能的一个重要标准。它为行业提供了一个共同的语言和标准,在市场竞争和选择产品时有重要的参考价值。全球CIS领域知名企业、学术机构等Sony、Canon、Panasonic、Samsung、Infineon、Texas Instruments、Allied Vision Technologies GmbH、Enlitech、Basler AG、Cognex Corporation、Fraunhofer-Gesellschaft等都是EMVA会员,会员组成除了横跨产官学界外,且囊括了整个CIS领域上中下游产业以及相关的设备生产企业。 █ 如何快速量测摄像传感器EMVA1288重要参数自从有了EMVA所颁EMVA1288规范,对于摄像传感器的设计、制造、检测有了全球共识的标准与共通语言,尤其是2021年所颁布的EMVA1288 第四版,对许多CIS设计与制造商或代工厂而言的,简直是检测的圣经,在许多采购合同规范中,将相关参数量化数字订定为验收标准,因此如何有效率、且全面、完整的量测量测摄像传感器EMVA1288中量子效率、暗电流、信噪比重要参数,就变成各厂商头痛的难题。█ 市面上鲜少相关完整检测设备原因各领域专家很多,但拥有跨领域整合能力的却很少早前,由于市场缺乏整合型设备,且各家量测基准、参数均有所不同,且没有厂商贩售整合型的量测仪器设备,顶多贩售部分功能组件,所以大都由需求厂商各自买回后,依其需求,自行搭建开发相关量测系统,虽然组件容易取,但组装过程需整合光学、光电学、机械、信息等Knowhow门槛相当高,且团队中须有数名不同领域的专业工程师跨领域合作开发,自行搭建的量测系统所耗费的人力与时间成本是难以估计想象,且所搭建之设备很有可能因各种光学、光电学、机械、信息的技术原因,导致量测重复性低、精准度低、可靠度不佳,需长时间反复校正改良,且难以确保量测结果是否正确,或是否经得起客户挑战,能否符合国际规范等,都是自行搭建量测设备的隐忧。 然而市面上也少有一家厂商能同时具备光学、光电学、机械机构、信息工程等能力,且可以克服不同领域的技术门槛,并生产达到一定经济效益规模,制造生产完整集成型商用量测设备,同时处理光、光电、机构、软件等问题,因此大部分销售组件厂商仍据守自己的地盘,以销售组件为主,以至于量测需求日渐增大,量测设备的供给却没有跟上脚步,消费厂商难以找到完整解决方案。  █ 新型商用整合型(晶圆/芯片级)EMVA1288测量解决方案SG-A、SG-O你不会想要自己组设备量血压,那你为什么想要自己搭建量测设备进行专业量测呢?相较传统CIS光学缺陷检测,Enlitech SG系列的光学检测方案可以: a. 提供比传统非破坏性光学检测方法更全面的缺陷检测信息 b. 帮助用户更全面地了解CIS图像芯片的性能表现。 此方案可以测试像素之间的串扰、亮度均匀性、颜色一致性和像素倾斜度等问题,并提供参数与分析信息给制造商,帮助他们在CIS图像芯片的设计和制造过程中研发高质量的CIS图像芯片。  光焱科技(Enlitech)是EMVA欧洲机器视觉协会创始早期会员之一(https://www.emva.org/members/enli-technology-co-ltd/),长期专注于晶圆级CIS检测及光电转换量测设备的设计与制造,光焱科技(Enlitech)是光电子转换检测领域的领先公司,也是少数同时具备光学、光电学、机械机构、软件设计、探针台整合等能力之量测设备制造厂, 在CIS 和 CCM 上的无损和光学检测技术方面投入了数十年,提供完整的测试解决方案,涵盖CIS晶圆、CIS芯片、CIS芯片、CIS模块、CIS摄像头等全产业链，有鉴于CIS领域各企业,面临利用自行搭建设备量测EMVA1288各种参数的难处与困境,近来整合各项光电、机构、软件设计等相关技术,推出了SG系列全球首款针对量测EMVA1288标准参数用的商用整合型测试仪。 光焱科技(Enlitech) SG-O、SG-A可量测参数。  该系列包含SG-O、SG-A、SPD2200三种型号,在此系列中以SG-O设备,可整合探针台于晶圆阶段进行检测而备受各晶圆大厂关注最为热门,已有前三大手机制造商下订;另外特别针对量测SPAD性能所设计的SPD2200,也于2022年受到台湾经济日报大篇幅报道,并受到国际知名前五大晶圆代工厂青睐。  光焱科技(Enlitech)的SG-O商用整合型测试解决方案,除可以整合性量测EMVA1288对于CIS成像质量评估所关注的各项量测标准参数外,还可以结合探针台直接于Wafer Level阶段进行数据量测,并于原本之产业或实验室中进行布建,其中“可编译自动探测器”使其高度灵活可整合硬件控制面板、驱动自动晶圆装载机,可进行智能晶圆映射功能,具有晶圆或芯片量测能力,用于最准确可靠的DC/CV、RF测量。  SG-O系统集成  为了因应不同量测环境,光焱科技(Enlitech)的SG-O商用整合型测试解决方案采模块化卡盘,先进的CDA热控制技术,使其拥有高斜坡率与高温稳定性,可在-60°C 至 200°C 的超广温度范围下运作,且超低噪声,相当适合用于精确CIS/ALS/光感传感器的晶圆级测试。 SG-O的量测设备光源具有UV到SWIR超广域光谱范围(400~1700nm),在50mm*50mm光源大小下,光源均匀性超过98%,稳定性>98%可长达10小时以上,整体光强动态范围高达140dB,适合各种传感器严苛测试条件。  █ 晶圆级检测于CIS领域重要性在我们探索半导体技术的深度和广度中,CIS晶圆级测试的重要性不言而喻。从光学检测、电性测试、功能测试到环境测试,每一种测试方法都对于确保晶圆的质量和性能扮演着关键的角色。这些测试方法不仅能够帮助我们确定晶圆的物理和电学性能,但仅仅如此还远远不够,在追求更精进强大性能的今日,评估产品在各种环境条件下的性能表现,将会是产品杀出红海迈向蓝海的关键。而EMVA1288是一种国际标准,用来测量和比较数字图像传感器和相机的性能。它包含了对传感器的光学性能、噪声、动态范围、颜色、空间频率响应等一系列的测试标准。 若能在晶圆阶段就引入EMVA1288等标准的测试,可带来以下几个好处: 1. 早期量测,早期解决:在制程中的早期进行量测,能让工程师尽早发现潜在问题并进行修正,可以避免因后续组装后的产品测试性能未达标而失败,导致的时间与成本浪费。 2.节省成本:假如在封装组装之后才进行性能检测,一旦出现性能不合格的芯片,封装组装的成本将无法回收。如果在晶圆阶段就能进行检测并筛选出不良品,将可以节省这部分成本。 3. 优化制程:在晶圆阶段进行性能检测,可以对制程进行优化,以提高产品良率,并可以控制质量变异性,进一步提升整体产能。 4.提升产品质量:进行早期检测可以确保制程质量,并提升最终产品的质量与可靠性。 虽然引入这种在晶圆阶段就进行EMVA1288测试的策略会增加初期的检测成本,但是从长期来看,这样的投资是非常值得的。早期发现问题可以大大降低研发风险和产品推向市场的时间,并能增加客户对产品的信心。因此这种策略投资可带来巨额好处并大幅提升竞争优势。 在这个概念下,光焱科技(Enlitech)的 SG系列量测设备展现了其高度的集成性能,秉持着“让你将精力用在打造产品上,量测的事情交给光焱来。”这样的设计理念,打造出SG-O、SG-A、SPD2200这三套市面上专属EMVA1288量测专用设备。这三款设备不仅能够进行全面的晶圆级测试,还能够量测EMVA1288所制定的评估参数,提供了一个全面、准确和可靠的解决方案。此外设计和制造也充分考虑到了用户的需求和便利,使得它们能够快速地部署到既有的产线或研究室,并且能够提供稳定、高效和准确的测试结果,选择采用集成型的高精度量测设备,让你从自行搭设量测设备的梦魇中解脱,研发弯道超车。 |
