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嘉峪檢測網 2025-03-29 10:44
1.Trim的定義
修調（Trim）是芯片制造后道環節的核心校準技術，通過物理或邏輯手段調整芯片內部結構，使其關鍵性能參數達到設計目標。在CP和FT階段，工程師利用修調技術對因制造工藝波動而產生的性能偏差進行系統性修正，確保芯片性能一致性和量產良率。
半導體制造涉及數百道精密工藝，即使納米級的光刻偏差或摻雜不均，也會導致晶體管閾值電壓、電阻值等關鍵參數偏離設計值。這種偏差在模擬電路（如基準電壓源、振蕩器）中尤為突出——器件參數的微小變化會通過放大電路級聯，最終造成芯片功能失效或性能降級。修調技術如同芯片的“精密微調器”，通過補償工藝缺陷，將參數拉回設計軌道。
2.為什么要進行Trim
1. 工藝偏差補償
半導體制造過程中，晶體管尺寸、閾值電壓、電阻和電容等參數的實際值可能偏離設計值，導致芯片性能不一致。例如，當時鐘模塊的實際輸出頻率與設計頻率偏差較大時，可通過ATE設備提供的慢速脈沖對時鐘模塊進行計數，利用二分法自動調整trim值，快速完成修調，顯著縮短測試時間。
2. 溫度漂移校準
芯片在不同工作溫度下，模擬電路的增益、失調和噪聲等特性會發生漂移，影響整體性能。修調技術通過動態校準機制，能夠有效抵消溫度變化帶來的影響，確保芯片在寬溫度范圍內保持穩定運行。
3. 電源電壓波動補償
實際電源電壓的波動可能偏離設計理想值，進而影響模擬電路的性能。修調技術通過實時調整電路參數，補償電壓變化，維持電路性能的穩定性。
4. 精度與性能提升
對于高精度模擬電路（如ADC、DAC、PLL等），修調技術能夠優化失調、增益和線性度等關鍵參數，使其達到設計目標，從而顯著提升芯片的性能和精度。
5. 良品率與一致性優化
制造過程中的不確定性可能導致芯片性能的個體差異。修調技術通過個性化校準，能夠有效減少性能離散性，提升整批產品的良品率和一致性。
6. 滿足定制化需求
不同客戶或應用場景對芯片性能有差異化要求。借助Trim技術，可根據客戶的特定需求對芯片實施定制化微調，從而契合其特定性能指標。
3.Trim的種類
1. 多晶硅熔絲修調（最常見）
多晶硅熔絲修調通過外部測試信號控制內部修調POWER管導通，產生大電流使熔絲電阻阻值增大。系統通過采樣阻值變化判斷熔絲是否燒寫成功，并將結果傳遞至需要修調的模塊。這一方法通常包括三個功能：預修調、燒寫修調和讀取修調結果。其中，讀取修調結果并非所有設計都會直接實現，而是可以通過觀察修調參數的實際變化間接判斷修調是否成功。
2. 齊納二極管修調（Zener Trim）
齊納修調利用齊納二極管的反向擊穿特性，通過熱擊穿使二極管永久導通，從而短路串聯電阻，實現修調。齊納修調常采用背靠背的雙極型結構，能夠在較少管腳數量下提高修調精度。其核心原理是通過施加脈沖電壓或電流（通常為12V左右電壓或200-300mA電流）使PN結熱擊穿，形成類似導線的導通狀態。為避免過度損壞，施加的脈沖時間應盡可能短，以防止PN結因過熱而損壞。
3. 電阻薄膜熔絲修調
電阻薄膜熔絲修調通過激光切割電阻薄膜的一小部分來增加阻值。這種方法工藝復雜，且無法在ATE上進行，導致成本非常高昂。盡管其精度較高，但受限于設備和工藝要求，應用范圍較窄。電阻薄膜熔絲修調通常用于高精度模擬電路，因其能夠實現非常精確的阻值調整。
4. EPROM/EEPROM數字修調
基于可編程存儲器的數字修調技術廣泛應用于數字電路設計中。EPROM（一次性寫入）和EEPROM（可擦寫）通過浮柵管（Flotox）結構實現修調信息的存儲。浮柵管因其結構簡單、耐久性強和與CMOS工藝兼容性而被廣泛采用。修調時，將需要調整的代碼寫入存儲單元，從而實現參數的精確調整。EPROM為一次性編程（OTP），而EEPROM支持多次擦寫，可根據需求靈活調整修調信號。
這四類修調技術各具優勢，滿足不同芯片設計需求。從熔絲的物理燒寫到齊納二極管的熱擊穿，再到電阻薄膜的激光切割和存儲器的數字化調整，為芯片的性能優化提供了多樣化的解決方案。
4.Trim的方法
1. 公式計算法
公式計算法基于芯片設計階段的熔絲與電壓變化公式，通過初始電壓和目標值的差異，快速確定需要修調的熔絲位置。該方法適用于有修調pad的熔絲修調和齊納修調，已在CP階段廣泛應用。具體實現方式是為每個修調齊納二極管分配一個電子開關陣列，通過公式計算確定需要閉合的電子開關陣列編號，從而完成修調。這種方法效率高、邏輯清晰，尤其適合批量生產中的快速修調。
2. VI源循環窮舉法
VI源循環窮舉法通過列出修調位的電壓變化范圍，結合初始電壓與目標值的差異，逐個匹配修調位，最終確定需要修調的位置。盡管該方法在理論上可行，但隨著修調位數量的增加，測試程序的復雜度呈幾何級增長，導致效率低下。此外，VI源的電平建立和撤銷時間跨度大于300μs，無法滿足對電平響應速度有嚴格要求的芯片。因此，這種方法僅適用于修調位較少的場景，不建議在大規模修調中使用。
3. AWG數組法
AWG數組法利用測試機的任意波形發生器（AWG）模式，通過時間同步輸入電壓信號，將修調需求轉化為數組形式。每個數組數值對應一個修調位，通過設定輸入電壓生成修調方波，實現熔絲熔斷的控制。該方法適用于對修調時序要求不嚴格的多修調位場景，尤其適合優化VI源窮舉法的繁瑣流程。
4. DIO數字編程法
DIO數字編程法利用測試機的數字輸入輸出（DIO）板卡，通過數字信號讀寫功能實現修調。該方法適用于基于IIC、SPI等通信協議的數字修調，尤其在需要復雜時序信號的場景中表現出色。其電平建立時間可短至10nS，測試效率高。具體實現方式是根據初始電壓與目標值的關系，生成修調代碼并寫入芯片的EPROM或EEPROM存儲單元，完成修調后驗證輸出電壓是否符合設計要求。盡管該方法對測試工程師的編程能力要求較高，且目前應用場景有限，但隨著數字測試設備的普及，其未來潛力巨大。
修調方法的選擇需綜合考慮芯片設計需求、測試設備資源、修調效率及量產需求。公式計算法適合快速批量修調，VI源循環窮舉法適用于小規模修調，AWG數組法優化了多修調位的時序控制，而DIO數字編程法則為復雜場景提供了高效解決方案。
5.結語
芯片修調技術是確保其性能符合設計標準的關鍵工序，通常由制造商在出廠前完成，從而省去了大多數終端用戶的額外修調步驟。部分高端數模混合芯片提供了用戶可編程的修調選項，以便在特定應用場景下進行優化微調，但這通常需要專業知識和專用工具。同時一些先進的芯片還集成了自適應校準功能，能夠根據運行時的工作條件自動調整，進一步簡化了使用流程，無需用戶手動干預。
修調方法因芯片的類型和制造工藝的不同而有所差異，通常需要專用的測試設備來支持。為了確保量產芯片在批量測試中的參數穩定性和精確性，制造商需要對每種芯片進行一對一的修調驗證。這一過程通常在CP測試和FT測試階段完成，有時還需要開發專門的修調PCB板。
隨著技術的不斷進步，修調技術在數字芯片和模擬電源芯片中的應用變得越來越普遍。無論是CP測試還是FT測試，修調都是芯片測試流程中的一個關鍵環節。這要求測試人員必須具備扎實的專業知識和技能，以應對各種不同的修調類型和方法，確保芯片能夠滿足日益增長的性能需求。
來源：ATE測試小白
