基于微波的测试方法可以帮助保持3D芯片设计人员的眼睛睁开

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员发明了一种测试多层三维计算机芯片的新方法,这些芯片现在出现在一些最新的消费设备中。这种新方法可能是半导体行业快速评估这种相对较新的芯片结构模型的可靠性所需要的答案,该模型将平面电路层堆叠在一起,就像建筑物中的地板一样,以帮助使芯片更快,并且具有特征。

该方法克服了传统芯片测试方法对所谓的3-D芯片的限制,所述3-D芯片包括通过称为穿衬底通孔或TSV的垂直路径彼此连接的许多薄的水平“地板”。这些TSV对于3-D芯片的操作至关重要,这些芯片仅在过去几年经过业界数十年的持续开发努力后才具有商业可行性。

利用NIST的新测试方法,芯片设计人员可能有一种更好的方法来最大限度地减少“电迁移”的影响,这是导致芯片失效的长期原因,无论是流动的电子流还是携带它们的脆弱电路所造成的磨损。NIST方法可以为设计人员提供更快的方法来提前探索芯片材料的性能,从而提供更多,几乎实时的洞察力,了解哪种材料最适合在3-D芯片中使用。

“我们的工作表明,有可能更快地发现微观故障,”NIST的研究化学家,新兴集成系统计量项目负责人Yaw Obeng说。“而不是等待数月,我们可以在几天或几小时内看到它会发生。你可以在材料选择阶段运行我们的测试,看看加工会如何影响最终产品。如果你看不到它,你可能会做出错误的决定。“

如果三维芯片是高层建筑,那么TSV就是它的电梯。他们帮助3D芯片做三件必不可少的事情:加速,缩小和冷却。通过允许不同楼层的元件相互通信,信号不再需要一直穿过相对庞大的2-D芯片,这意味着计算速度更快,电子在移动时加热的导电材料更少。

除了这些优点外,TSV还带有一个缺点:用传统方法很难测试它们的可靠性,传统方法包括使直流电流通过导体并等待其电阻变化。这非常耗时,需要数周甚至数月才能显示结果。芯片行业需要一种快速而真实的新计量方法,这将揭示实际穿过导体的高速信号的影响。

新的NIST测试方法通过材料发送微波,并测量信号量和质量的变化。他们的测试设置模拟真实世界的条件,反复加热和冷却材料,导致其产生缺陷,随着时间的推移,微波信号的强度降低,并从干净的方形波衰减到显着扭曲的波。 。

使用微波带来了多种好处。也许其中最主要的是该方法在实际感兴趣的设备中提供有关设备可靠性的信息的速度有多快,早在它实际发生故障之前 - 基于电阻的方法可能无法实现。

“失败之前,我们称之为'静止期',当缺陷开始在材料中吹来时,就像风中的种子一样,”奥本说。“微波炉显示这个过程正在发生。如果你只是看到有阻力的材料,你看不到这个,它要么活着,要么死了。”

微波可以在测试开始后三天内快速显示有关缺陷的信息,而传统测试可能需要数月。

Obeng估计这种方法可以在几年内由行业完全实施,并可以提供有价值的见解。

“这种方法可以让材料设计师深入了解芯片中使用的材料以及如何构建它们,”他说。“做出正确的决策可以使最终产品更稳定可靠。这将为他们提供更多信息来做出这些决定。”