面向TSV的三维集成电路故障非接触测试方法研究

TSV technology is the most important three-dimensional integrated circuit technology, TSV Defect Testing is the key problem to ensure the high performance, high quality and high reliability of the 3D- IC. To meet the new questions of Size matching and contacting stress under conditions of the micro-nano scale of size and high density of TSV,the research on TSV defects of contactless testing method is a basic theory issue which is urgent problem to solve. The main research include:(1)Research on TSV failure modeling on the basis of failure damage factor, analyze on the characteristic and relation between of fault damage factors and signal propagation of TSV, study on the TSV equivalent circuit model based on the fault damage factor, and build the modeling of TSV fault.(2) Research on the method of contactless fault testing of TSV, analyze on the characteristic, rule and analytical model for the complex dynamic signal stimulus, discuss on the architecture of TSV fault testing, build the testing access mechanism of TSV fault. (3) Research on testing vector generation, fault size estimation and fault location of TSV based on probability model. Finally, the theory and method will be of verified by the experiment. The results will help to solve the common theoretical problems of the contactless testing for TSV fault , and to provide theoretical basis for the development of TSV testing technology. It has obvious theoretical and practical significance in promoting the level of the three-dimensional integrated circuit test.

TSV技术是当前重要的三维集成电路技术，针对TSV中微纳尺寸及超高密度下探针测试中的尺度匹配及接触应力等新问题，研究TSV缺陷的非接触电路测试方法，是当前所迫切需要解决的基础理论问题。本课题主要研究：（1）基于故障损伤因子的TSV故障建模研究，分析故障损伤因子与信号传输的相关性及其规律，研究基于故障损伤因子的TSV故障等效电路模型，建立TSV故障模型；（2）TSV故障非接触测试方法研究，研究TSV故障在复杂动态信号激励下的响应特征、规律及其解析模型，分析TSV故障测试结构，建立TSV故障测试访问机制；（3）研究TSV故障测试矢量生成方法及概率模型下的故障形态特征尺寸估计及故障定位。最后，通过实验对本课题的理论与方法进行验证。研究成果将有助于解决TSV缺陷非接触电路测试这一共性理论难题，为促进TSV测试技术的发展提供理论基础，对于提升三维集成电路的测试水平，具有明显的理论和现实意义。

TSV技术是当前重要的三维集成电路技术，针对TSV中微纳尺寸及超高密度下探针测试中的尺度匹配及接触应力等新问题，研究TSV缺陷的非接触电路测试方法，是当前所迫切需要解决的基础理论问题。本课题主要研究成果如下：（1）硅通孔TSV裂纹故障非接触测试技术研究。基于串扰耦合理论设计非接触探头结构，建立非接触式探头与单管TSV的等效电路及RLCG参数解析方程；拟合出故障变化的曲线。提取出故障函数，得到故障的测试范围和灵敏度。(2)基于信号延时的TSV孔洞故障非接触测试方法研究。建立TSV孔洞故障模型。分析了TSV的时延模型，设计了测试电路，并对TSV的孔洞故障进行测试。(3)基于环形振荡器的TSV故障测试方法研究。建立TSV三维全波仿真物理模型，通过环形振荡器测量振荡周期。此方法能对TSV不同位置处的故障进行分析和判断。（4）基于机器学习的TSV复合故障的测试与诊断。以不同故障的振荡周期与占空比作为特征向量，提出一种动态改变惯性权重策略的粒子群算法优化最小二乘支持向量机的TSV故障诊断模型，提出的测试方法能够对开路故障、短路故障以及不同程度的复合故障进行有效的诊断。(5)基于复合激励的TSV故障非接触测试技术研究。对带有非接触式探头的信号-地TSV进行电气建模及验证。基于群延迟设计了复合测试激励，并重点研究了复合测试激励中的主体--多音信号的各参数选取规律，并以波峰因数为测试指标。以空洞故障为例进行相应测试，得出故障函数。最后通过改变多音信号的调制方式提高了故障测试分辨率。(6)基于时间数字转换的TSV阵列故障测试方法研究。建立TSV阵列物理模型，基于时间数字转换器，提出一种新的TSV测试方法。调节电路结构中晶体管参数，分别对开路故障和短路故障进行检测，得到故障对应的输出数字码，并对测试结果的有效性进行了判定。以上研究成果将有助于解决TSV缺陷非接触电路测试这一共性理论难题，为促进TSV测试技术的发展提供理论基础，对于提升三维集成电路的测试水平，具有明显的理论和现实意义