파이널테스트

파이널테스트(Final Test)는 반도체 제조 공정의 마지막 단계에서 이루어지는 테스트로, 최종 제품이 설계 사양을 만족하는지 확인하는 과정이다. 이 과정에서는 칩의 전기적 특성을 검사하여 품질과 성능을 검증하고, 양품과 불량품을 선별한다. 파이널테스트는 반도체의 신뢰성과 수명을 보장하기 위해 매우 중요하다. 패키지테스트라고도 한다.

패키지테스트에는 신뢰성 테스트도 포함돼 있지만, 제품을 출하하기 전 최종적으로 전기적인 특성을 검사한다고 하여 파이널테스트(Final Test)라고 부른다. 패키지테스트는 가장 중요한 테스트 공정으로써 모든 테스트 항목이 집중돼 있다, 먼저 DC/AC 테스트와 Function 테스트에서 양품(Go)/불량품(No-Go)을 판정한 뒤, 양품들 중 속도별로 그룹을 가르는 Speed Sorting(ex. DRAM)을 진행해 고객이 요구하는 속도를 만족하는 제품을 확보한다.

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개요

패키징이 완료되고 패키지 단위로 테스트하기 때문에 전수검사를 원칙으로 한다. 특히 요새 반도체가 점점 고집적화, 고밀도화 되고 성능이 우수해지기 때문에 테스트 자체를 일부가 아닌 전량으로 하는 방향으로 가고 있어 보인다.

테스트는 반도체 제품 내 정보 저장이 셀영역에 잘되는지 평가하는 코어 테스트와 고속 동작 등 원하는 속도를 낼 수 있는지 스피드 테스트로 나뉜다. (코어 테스트 통과해도 스피드가 안나오면 불량셀 판정)

패키지테스트 소켓을 패키지테스트 보드에 장착해 보드를 통해 테스트 장비에서 테스트 진행한다. 메모리 세대 전환시, 메모리 공급사가 테스트 장비를 발주했었으나 최근엔 수익성을 유지하기 위해 장비보다는 부품(테스트 보드, 소켓)등으로 테스트를 진행한다.

파이널 테스트의 주요 절차

• 전기적 검사(Electrical Testing): 반도체 칩이 사양에 맞게 동작하는지 확인하는 과정이다. 주로 다음과 같은 테스트를 포함한다.

• DC 테스트: 전압, 전류, 저항 등의 DC 특성을 검사하여 기본적인 전기적 특성을 확인한다.
• AC 테스트: 신호 전송 속도, 지터(jitter), 반응 시간 등을 포함한 고속 신호 특성을 측정한다.
• 기능 테스트(Functional Test): 반도체가 의도된 기능을 수행하는지 확인한다. 설계된 논리 회로가 올바르게 동작하는지 검증한다.

• 스트레스 테스트: 극한 조건에서 반도체의 성능과 내구성을 검사한다.

• 온도 테스트: 다양한 온도 범위에서 반도체가 안정적으로 동작하는지 확인한다.
• 전압 스트레스 테스트: 정격 전압 이상을 인가하여 전압 과부하에 대한 내성을 검사한다.
• HAST (Highly Accelerated Stress Test): 습도와 온도를 높여서 스트레스를 가해, 반도체의 내구성을 단기간에 평가한다.

• 파라미터 테스트(Parameter Test): 반도체의 주요 파라미터가 설계 사양 내에 있는지 확인하는 과정이다. 주파수, 전류, 전압 등의 기준을 검사한다.
• 불량 검사 및 선별: 파이널 테스트 결과에 따라 양품과 불량품을 분류한다. 불량품은 추가로 결함 분석을 진행해 문제가 된 원인을 규명하고, 데이터를 통해 공정을 개선한다.

파이널 테스트의 종류

• 베어 다이 테스트(Bare Die Test): 패키지에 넣기 전에 칩 자체를 테스트하는 과정이다. 패키지에 넣기 전 결함을 확인할 수 있어 비용 절감 효과가 있다.
• 패키지 테스트(Package Test): 패키징된 후의 반도체 칩을 대상으로 전기적 성능 및 기능을 확인한다. 대부분의 파이널 테스트는 패키지 상태에서 이루어진다.
• 시스템 레벨 테스트(System-Level Test): 최종 제품에 반도체를 탑재한 후 실제 사용 환경에서 성능을 확인하는 테스트이다. 특히 복잡한 시스템이 요구되는 응용 분야에서 활용된다.

파이널테스트 공정에서 주목해야 할 핵심 요소

반도체 제품의 최종 검증 단계에서는 RF(Radio Frequency) 및 PMIC(Power Management Integrated Circuit)와 같은 소형 핀 제품들에 대한 정밀한 테스트가 필수적이다. 이러한 정밀도를 달성하기 위해서는 특정 환경 설정의 중요성을 간과할 수 없다.

1) 테스트 환경의 제어

반도체 칩은 다양한 환경 조건(온도, 습도 등)하에서도 안정적으로 작동해야 한다. 테스트 환경의 제어는 이러한 조건들을 모사하여 칩의 성능을 검증하는 과정이다.

• (1) 온도 조절: RF와 PMIC와 같은 제품들은 온도 변화에 매우 민감하다. 이에 정확한 온도 조절은 제품의 신뢰성을 평가하고 실제 사용 환경에서의 성능을 예측하는 데 있어 결정적인 역할을 한다.
• (2) 전기적 환경: 고정밀의 전압과 전류 공급은 RF와 PMIC 테스트에 있어 필수 불가결한 요소이다. 자동화된 테스트 장비(ATE)를 통해 이러한 조건을 제공함으로써, 제품이 설계 사양을 만족하는지 여부를 평가할 수 있다.
• (3) 신호 무결성: 소형 핀 제품에서는 신호의 정확한 전달이 필수적이며, 이를 위해 외부 잡음을 최소화한 환경과 고품질의 소켓 및 연결이 요구된다.

• 기계적 정렬: 핀의 소형화는 기계적 정렬의 정확성을 더욱 중요하게 만든다. 소켓과 칩 간의 정확한 정렬은 신뢰할 수 있는 전기적 접촉을 보장한다.

2) 핀 클리닝의 중요성

핀 클리닝은 신호 전달을 방해할 수 있는 오염물질을 제거함으로써 신뢰성 있는 접촉을 보장하는 과정이다. 오염된 핀은 접촉 저항을 증가시켜 테스트 결과를 왜곡시킬 수 있다. 따라서, 정기적인 클리닝은 테스트의 정확성과 신뢰성을 유지하기 위해 필수적이다.

3) 관련 장비의 영향​

(1) HANDLER: 반도체 테스트 공정에서 칩을 자동으로 이동시키는 장치(반도체 칩을 물리적으로 로딩 or 언로딩 하는 장치를 말한다). 테스트 대상인 칩을 잡아서 테스트 스테이션으로 옮기고, 테스트가 완료된 후 다음 과정으로 이동시키는 역할을 한다. 핸들러의 성능은 테스트의 속도와 정확도에 큰 영향을 미친다.

(2) COK (Change Of Kit): 핸들러에 설치되는 키트를 변경하는 과정, 다른 크기나 형태의 칩을 테스트하기 위해 필요하며, 이는 다양한 제품을 유연하게 테스트할 수 있게 해준다.

(3) ATE (Automated Test Equipment): 자동화된 테스트 장비로, 반도체 칩의 성능을 검사하는 데 사용, ATE는 전기적 신호를 이용해 칩이 정상적으로 작동하는지 여부를 판단한다(칩이 설계사양에 맞게 작동하는지에 대한 여부 판단)

(4) B/D (Board): 테스트를 위해 반도체 칩과 ATE 사이의 전기적 연결을 제공하는 보드, 이 보드의 설계와 품질은 테스트의 정확도에 직접적인 영향을 미친다.

(5) 온도: 반도체 칩은 온도에 따라 성능이 변할 수 있기 때문에, 정확한 온도 조절은 테스트 공정에서 매우 중요하다. 특정 온도에서의 성능을 확인함으로써 실제 사용 환경에서의 안정성과 신뢰성을 평가할 수 있다.

(6) SOCKET: 칩을 ATE에 연결하기 위해 사용되는 소켓, 이 소켓은 칩과의 물리적, 전기적 접촉을 제공하며, 테스트 중에 안정적인 연결을 유지해야 한다.(칩을 핸들러와 ATE에 물리적으로 연결)

4) 핸들러 안착 모드: Release & Direct Mode​

핸들러의 안착 모드는 칩을 소켓에 안착시키는 방식을 의미하며, 테스트 공정의 효율성과 신뢰성에 중요한 영향을 미친다.

(1) Release Mode: 칩을 소켓 위에 위치시킨 후, 특정 메커니즘을 통해 칩을 자연스럽게 놓아주어 (release) 소켓에 안착시키는 방식, 이 는 칩과 소켓 간의 부드러운 접촉을 가능하게 하여 핀 손상의 위험을 줄인다.

(2) Direct Mode: 칩을 직접적으로 소켓에 압입하여 안착시키는 방식

참고자료

• 쏘하, 〈반도체 FINAL TEST / 패키지 테스트 - ② 파이널 테스트 공정 핵심 요소〉, 《네이버 블로그》, 2024-04-08
• LePain, 〈(반도체) 반도체 후공정 테스트 및 트렌드(ft. System Level Test)〉, 《네이버 블로그》, 2022-11-08

같이 보기

• 후공정
• 패키징
• AC테스트
• DC테스트

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