「我的第一部5G手机」5G晶圆大批量生产的测试新方法 |技术|雷达|2019科技之光|

开发5G技术的公司正在竞相开发5G应用的芯片组；为了设定部署标准并成为领导者。尽管5G的初始标准是在2017年底制定的，并且对5G的应用有一些想法（图1），但仍不清楚如何将它们完美地融合在一起。这种不确定性要求产业界实现前所未有的协作和伙伴关系水平。本文探讨了5G器件的测试方法的挑战和变化，并展示了与英特尔合作研究的成果。

本文插图
图1、5G的应用场景
与当前部署的4G标准相比， 5G带来了三项技术改进或者增强：
1. 更高的可用带宽，数据流量从当今每台设备的不到1.5GB增长到每月每个连接4GB以。
2. 较低的延迟，关键应用场景对时延会更加敏感。
3. 最多可以将100万个设备（例如传感器和智能设备，每平方公里）连接到网络中。
满足5G这些要求的一些终极解决方案包括：
? 开放毫米波（mmW）频率：?30GHz及以上；
? 移动站点数量的增加以允许更多设备接入；
【「我的第一部5G手机」5G晶圆大批量生产的测试新方法】? 部署边缘云节点，以便数据不必总是需要返回到中央节点。
由于所有这些更改，将需要升级整个网络基础设施。在5G之前，升级主要是围绕前几代从模拟到数字的转变，例如以及改进调制技术。 “因此，由于技术的扩展，与以前的基础设施升级相比， 5G的规模要比过去大得多“ 。正如Scott Fulton指出的那样， “ 5G是整个星球规模的一项资本改进项目，用另一种旨在降低能耗和维护成本的无线架构来代替本世纪创建的一种无线架构” 。
为了提供这种变化所需的芯片，在晶片测试中，将有大量来自为适应这些架构要求所带来的新变化。
毫米波测试的历史从历史上看，晶圆的毫米波测试仅限于实验室和小批量生产，用于国防，航空航天以及其他奇特的应用。这是因为毫米电波传输的覆盖范围低，使用IC生成RF信号的成本过高，以及过去所需的数据速率低。因此，由于手机是使用大多数RF IC的设备，因此晶圆大批量生产（HVM）的生产工厂的最高频率最高为6GHz 。
但是，由于汽车雷达和高速数字零件要求在更高的频率下获得更高的性能：要么可以更精确地解析附近的车辆或障碍物，要么可以在数据中心和通过光纤连接传输更多的数据，因此毫米波测试已经进入了批量生产阶段，汽车芯片测试中确定的一些挑战包括：
1. 功率精度；
2. 维护测试设备的射频校准（以及最终的射频信号路径）；
3. 在这些较高的频率上设置适当的测试极限；
4. 毫米波上的“任何东西”都更加昂贵；
5. 测试工程师对mmW（毫米波）测试不熟悉。
遵循汽车雷达应用的发展轨迹， 5G将推动半导体测试技术的发展，并将因其面临的更多挑战，包括更多的通道数和良好的信号完整性要求而需要扩大其测试范围。本文提供了制造商（尤其是测试工程师）需要了解的有关5G中使用的mmW晶圆的测试变化的信息。它回顾了在HVM中支持从26GHz一直到67GHz范围内的晶片测试所需的一些更改，并将讨论探针卡技术的进展，这些技术可实现多站点生产级测试。
即将针对5G开发的测试协议将需要以最小的串扰处理多个测试站点的校准和测试，以及由于波束成形用相控阵天线而需要处理大量RF通道。本质上，需要针对有限数量的可用测试仪器通道的多站点生产测试专门设计测试方案。简而言之，这些组件的生产测试将会变得更加昂贵，成本很容易增加2倍（甚至更多）。
5G生产级测试的新挑战与过去30-40年间的情况相比， 5G的出现改变了RF生产的格局。我们在下面探讨主要要求。
每台设备具有较高的频率，会有更多通道。影响测试单元的第一个重大变化是运行速度：需要高达近70GHz频段的新型高速信道。传统的HVM晶圆测试仪具有高达6GHz的能力，涵盖了4G使用的所有频段。此外，这些测试仪器可以通过定制扩展到更高的频率范围。正在开发的5G基站设备将在每个被测设备（DUT）中包括多达64个RF通道。这意味着由于频率限制，传统测试仪不是最佳解决方案。半导体晶圆制造商正在要求新的测试设备提供比当前已有测试设备具有更多容量的信道。尽管这是一种可能的解决方案，但也应注意，开发的任何测试仪都不能太昂贵，因为生产测试将在经济上不可行。增加更高频率同时具有大量通道数可能会使测试仪成本增加10倍以上。