『壹』 晶元廠商的生產線是如何生產和檢測工業級晶元的呢
這個在外資叫做測試工程師。下面資料希望對你有所幫助
對溫度梯度的現有理解
估計IC晶元結溫的一般方法是利用精簡封裝模型，其中包括給定封裝的最大結溫、最大環境溫度，最大允許功耗以及此封裝的熱阻(R?JA，junction to ambient)。不同的精簡封裝模型中可能會有幾個熱阻，但這類模型的應用都涉及到圖1中所示的一個線性方程。
圖1 精簡模型下的結溫
功率源的分布狀態會導致結溫變化，但精簡封裝模型無法捕獲這種變化所造成的影響。通過使用單一的總功率數字，產生的結溫被假定為單個（通常是最壞情況）數字。事實上，功率源是分散的，當考慮它們的綜合影響時，會出現以下兩個重要問題：
(a)結溫變化，這導致電路單元之間產生溫度梯度
(b)最大結溫會超出精簡模型計算得到的數字
圖2(a)給出的是，在為實現晶元的某個特定工作模式而選用的模塊與器件的實際位置和功率密度條件下，裸片的通道區域內的溫度分布。溫度分布的不同顏色顯示，通道內存在幾個溫度值。溫度的總平均值和基於精簡模型計算得到的溫度相近。但前者一般更高，因為控制相連熱源的公式是非線性的，而精簡模型認為是線性。結的最大溫度可能會高很多，如圖2(a)所示。
不經過熱分析，設計師不可能在項目早期就知道真正的結溫，這會影響晶元封裝和散熱方案的選擇。了解晶元溫度和梯度的情況還可影響電路布局（以確保關鍵器件的溫度相近）和物理尺寸（以保證晶元在實際工作溫度下足夠可靠）。
應該更好地理解溫度梯度對晶元的影響
溫度會在不同程度上影響二極體、電阻、電容和晶體管等電子元件。而混合信號設計越來越需要在內部功率密度不均勻的晶元上進行高速、低電壓和高復雜性的設計，這會極大增加晶元的溫度梯度。因此設計師需要考慮溫度梯度對整塊晶元造成的影響。
模擬設計對哪怕只有幾攝氏度的溫差都可能特別敏感。為避免性能降低和參數失效，這類電路的布線必須嚴格遵守電路的對稱特性，這就使了解溫度分布情況變得更加重要。由熱引起的設計問題包括差分放大器的輸入偏移、高解析度轉換器的誤差、調節電路的參考電壓漂移和運放的直流增益損耗。
熱分析的實用性
電壓和電流參考源在模擬電路中被廣泛使用。仔細研究帶隙參考電路的特點就能看出對整塊晶元進行熱分析作用何在。這種參考源是穩定的直流源，它和工藝參數、軌線電壓以及規定溫度的改變無關。帶隙參考電路是IC設計中應用最廣泛的電路之一，在DRAM和 flash存儲器、模擬器件中都有應用。
帶隙產生的電壓應與溫度無關，這個電壓是通過這樣的方式產生的：在一個隨溫度上升而下降的電壓(稱作相反於絕對溫度，簡稱CTAT)上加一個隨帶隙電路元件的溫度上升而升高的電壓(稱作正比於絕對溫度，簡稱PTAT)。CTAT電壓是通過對正偏的雙極性晶體管的基極－發射極進行分接產生的，而PTAT電壓則利用兩個雙極性晶體管的基極－發射極電壓差產生。這兩個雙極性晶體管雖然流過的總電流相等，但二者的基極－發射極電壓大小不同。 這里的一個基本假設是PTAT電路中的器件所在區域是一個等溫區。但考慮到整個晶元上復雜的溫度變化，這個假設往往不成立。
例如，由於基極－發射極電壓與溫度的關系是非線性的，因此當兩個PTAT晶體管之間存在溫度梯度時，帶隙電路就無法正確工作。但如果能在設計階段放置這些器件或者為其在電路中定位之前，就能了解溫度特性，那麼就可以通過將帶隙電路沿等溫線布置來防止其出錯。下文介紹的溫度感知(temperature-aware)功能一個目的就是在模擬電路的設計過程中提供這類信息，以防止帶隙電路出錯。
當帶隙電路中晶體管之間的溫度差不到幾攝氏度時，溫度感測器這類電路就不能正常工作，而在一些汽車應用中，裸片上的溫度梯度可能超過70到80°C！溫度感測器的應用范圍很廣，例如在攜帶型設備、計算機以及電池的監控功能部分，在蜂窩電話的振盪器漂移補償功能部分，還有在工藝控制中都有應用。
如何放置溫度感測器才能避免由溫度變化造成的故障
隨著功率密度增大，溫度梯度變得越來越難以預測。通常我們會在一塊測試晶元的基片上植入二極體，用以體現晶元的空間穩態溫度特性。如果對溫度特性事先缺乏了解，就可能導致溫度感測器在晶元中的放置位置無法反映出最大溫度或最大溫度梯度。這可能導致由測試晶元產生的結論不正確，以及將帶隙器件放置於存在溫度梯度的區域，從而導致帶隙電路不能正確工作。
圖4
常規的帶隙參考電壓為1.2V，但隨著電源電壓下降到1.2V甚至更低，就需要增大溫度補償力度。常規的帶隙參考電路只能對溫度進行一階補償，當參考電壓較低時，溫度的影響就更大，就需要額外的電路來進行更高階的溫度補償。於是掌握裸片上的溫度分布，並根據溫度梯度進行設計，以避免由溫度造成的電路故障，就變得日益重要起來。
正如前面提到的，我們需要特別注意模擬電路的布局。集成器件的物理特性和它們與電氣特性的關系必須平衡。因此，模擬電路的布局過程就需要一個能夠顧及器件失配、串擾、設計規則和溫度等約束條件的反饋迴路。但不經過詳細的熱分析，無法得到基片上的等溫線，因此在大多數如今的設計中，這個反饋迴路在製造和測試之前往往並不閉合。圖3說明了在未經熱分析的情況下，因為沒有正確地估計溫度梯度，利用標准公共質心布線法來決定溫度感測器的位置會產生怎樣的問題。
該例中，對電路進行的穩態溫度分析顯示了PTAT故障的誤差條件。盡管通常設計師都比較關心模擬電路的穩態表現，大部分電路模擬程序仍然將重點放在暫態分析上。有時，集成器件的熱時常數(通常在毫秒級)會影響其電行為，因此需要進行暫態熱模擬並研究熱時常數對器件暫態電行為的影響。然而對整個晶元進行全面熱分析(採用直接方法)需要花費長的驚人的時間。進行全晶元級暫態和穩態熱效應分析有一種更有效的方法，那就是讓一個熱分析引擎與一個電路模擬器在某些離散時間點上進行交互。
將熱分析集成進設計流程
圖4描繪了一個模擬設計的設計環境。溫度分析通過標准數據格式集成到設計流程中。設計數據被直接讀入熱分析引擎，然後象數字電路中常見的一樣，從模擬數據或功率分析工具中直接讀出功率消耗值。
熱分析的輸出用來更新單個器件以及連接區域的溫度。一旦這些信息更新後，器件的功率和寄生值也就得到了修正。這一步驟牽涉到在網表(模擬格式和/或設計格式)和物理實例之間進行一致的名字映射。這種在電路分析和溫度分析之間的電熱循環用來捕捉熱量對電路行為的影響。穩態和暫態問題都可以利用圖4描述的流程加以解決。
集成電路尺寸縮小，集成度增高，而且同一塊晶元上混合集成了模擬電路和數字邏輯電路，這一切都使由溫度引起的設計問題不斷增加。在設計階段進行片上熱分析的需求不斷增長，並且這一需求正在得到認可。將熱分析(利用熱模型和電模型以及晶元的封裝特性分析)加入標准設計流程就使設計師能夠在設計早期檢測並修復與熱量相關的問題。熱問題一旦檢測出來之後，可以通過幾種方式解決，例如布圖規劃調整或改進晶元封裝。利用每個器件的溫度以及溫度梯度信息，設計師就能在流片之前確定其設計的性能和正確性，從而避免出現代價高昂的晶元失效和設計返工。