0

1
0

文字

分享

0
1
0

AI 晶片成長迅速!晶片設計面臨到三大可靠度難關,該如何突破?

宜特科技_96
・2025/03/03 ・4862字 ・閱讀時間約 10 分鐘
相關標籤:

本文轉載自宜特小學堂〈 AI 晶片設計面臨的三大可靠度挑戰 如何突破〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

AI 熱持續延燒,確保晶片的品質與可靠度是研發關鍵。而 AI 晶片會面臨到三大可靠度挑戰:超高功耗、超低電壓與異質整合,工程師該怎麼迎戰?

點擊圖片收看影片版

2024 年 5 月 OpenAI 與 Google 日前於最新發表會中,揭曉了旗艦模型「GPT-4o」與「Project Astra」。當使用者與其對話時,不但可相互傳輸文字、圖像和音訊,甚至另一端的機器人還可以透過手機螢幕,描述出使用者身處的環境,並從使用者的口吻中,判斷出使用者的情緒,聊到開心之處甚至還會大笑和歌唱,溝通上完全就跟真人如出一轍。2024 年 12 月 OpenAI 的影像生成模型Sora 也終於正式上線,用戶只需要輸入文字描述或上傳圖片,就能在短時間內生成高品質的影像,可預期未來 AI 模組持續進化後,能讓影片更加維妙維肖、真假難辨。

「GPT-4o」與「Project Astra」發布會。圖/OpenAI、Google

AI 人工智慧技術是透過模擬人腦的類神經網路,經過深度學習,取得物件特徵參數,產生模擬人腦的判斷能力。這看似艱深的 AI 技術,早已走進大眾的日常生活,從生成式內容、自動駕駛、智能家居到醫療保健,從金融到製造業甚至國防等…應用廣泛且深具潛力。今年 1 月美國政府更是宣布將加強限制 AI 晶片與技術出口,這項措施顯示 AI 技術舉足輕重的地位,它將成為推動產業發展的重要引擎。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

除了演算法與大數據不斷進化,在硬體方面, AI 晶片則依不同應用領域,不斷往高效能、高頻寬或低耗電等特性演進。但這些特性同時也跟 AI 晶片的效能、壽命息息相關,甚至會造成 AI 晶片可靠度試驗設計的設備與手法面臨到極大挑戰。宜特可靠度驗證實驗室在本文將歸納出 AI 晶片最常見的三大挑戰,並逐一說明解決辦法。

AI 晶片應用種類。圖/宜特科技

AI 晶片最常見的三大挑戰

雲端 AI 晶片的超高功耗挑戰:熱消散與熱平衡能力

資料中心的雲端 AI 晶片肩負著人工智慧深度學習的重任,因此必須具備極高的運算效能,這也意味著它們將耗費大量電能,單顆晶片耗電量甚至超過 200W(瓦),隨之產生的高熱會加速晶片老化。對於一年必須 365 天不間斷運作的雲端運算 AI 晶片,因老化而產生的可靠度問題就必須審慎評估。

可靠度測試的原理是透過抽樣(Sampling)一定數量的 IC 進行實驗,以預估整個母體的生命週期與故障機率。通常會抽樣 77 顆晶片進行測試。而當這 77 顆功耗高達數百瓦的晶片,在單一台可靠度系統設備做 1000 小時的可靠度測試時,會產生上萬瓦的功率熱能,嚴格考驗了可靠度測試系統的「熱消散」與「熱平衡」能力。

唯有精準控制熱消散與熱平衡,才能確保每顆晶片在執行不同運算模式時,晶片能維持穩定的PN接面溫度(Junction 溫度(Tj)),如此一來,才能準確預測 IC 的生命週期。因此,如何有效消散並控制高效能雲端 AI 晶片所產能的熱能,是 IC 可靠度實驗設計中面臨的重大挑戰之一。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

終端 AI 晶片的超低電壓挑戰:多組系統電源需求,挑戰可靠度測試極限與硬體解決方案

終端 AI 晶片除了需要高運算效能外,還必須具備「低耗電特性」,以滿足應用環境的需求。例如,行動裝置、物聯網(IoT)裝置、無人機及電動車自駕輔助等,皆仰賴電池供電,因此低功耗設計至關重要。

隨著半導體製程不斷進步,在相同邏輯閘數下的動態電流越來越省電,但尺寸微縮的物理特性效應,卻導致電晶體靜態漏電流隨之增加。根據摩爾定律,每兩年電晶體的面積可縮小一半,但這並不代表無法讓晶片的功耗密度減半,反之,相同面積的晶片將會消耗比以往更大的電流。為了降低功耗,除了採用低工作電壓設計之外,多工作電壓與多閘極電壓的設計也十分常見。然而,對於可靠度測試系統而言,動輒 10 組以上的系統電源需求,考驗著可靠度設備電源數目的極限。

同時,1V 或甚至低於 1V 的主電源(core power)低工作電壓,將使得 IC 電源的餘裕度(power margin)縮小,電路板上的電壓降(power IR drop)或者電源漣波(power ripple),更容易造成 IC 可靠度測試出錯。電壓降不僅發生在主電源,因為主電源的降低,部分邏輯閘訊號源(Pattern)電壓準位,也需要同步降低,這進一步造成硬體設計與測試上的困難,在在考驗著可靠度測試系統能力與硬體設計。

因此規劃一個符合終端 AI 晶片需求的高溫工作壽命(High Temperature Operating Life,簡稱HTOL)可靠度測試環境,從設備選擇、PCB 電路板模擬與製作,各種細節與設計上的考量,皆必須較一般邏輯 IC 更為嚴謹。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

異質整合挑戰:熱消散路徑複雜化

異質整合晶片。圖/宜特科技

異質整合(heterogeneous integration)是 AI 晶片中的一項重要技術。為了加快不同晶片間的傳輸頻寬,不同製程的異質晶片被整合在一個封裝內,常見的有高帶寬記憶體(High Bandwidth Memory,簡稱HBM)、感測器(sensor)、微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems,簡稱MEMS)和天線(antenna)等。經由矽通孔(Through-Silicon Via,簡稱TSV)、重分佈層(Redistribution Layer,簡稱RDL)、凸塊(bump)和中介層(interposer)等製程手法,這些晶片可以並排或堆疊起來。這將大幅度提升異質晶片間的資料傳遞效率,並降低耗電量。

但是,這種複雜的異質封裝堆疊架構,熱產生與熱消散路徑亦隨之複雜,例如,較大功耗晶片不一定位在封裝中心位置,各個晶片厚度亦可能不盡相同,這將使得晶片產生的熱消散與熱感測方式不同於傳統封裝,如何在可靠度測試時正確量測與監控晶片溫度變得更具挑戰。

綜上所述,如何面對熱消散與熱平衡能力、測試系統的電壓極限,以及異質整合的熱消散路徑複雜化,是在進行可靠度設計驗證時,必須克服的關鍵。對此,宜特可靠度驗證實驗室提出如下建議。

如何克服 AI 晶片的可靠度挑戰

利用液態冷卻系統,穩定控制高功耗 AI 晶片產生的熱能

散熱設計功率(Thermal Design Power,簡稱TDP),是 CPU 晶片對主機板「散熱能力」的要求規格。目前桌上型電腦 CPU 的 TDP 規格最高在 150 瓦(W)左右,電競玩家為了維持 CPU 長時間高效高頻工作,往往升級主機板、散熱片、風扇等等配件,使得升級後的系統散熱能力高於 TDP 要求,讓 CPU 能長時間高頻工作,而不會發生過熱降頻,甚至休眠等問題。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但是伺服器及 HPC 等雲端 AI 晶片,當前 TDP 規格已達 200W 以上超高發熱功耗。而晶片因封裝結構與材料等因素,已難以使用空氣對流當散熱媒介,將晶片 junction 溫度控制在目標值。

尤其是在可靠度測試中,要求的目標溫度高達 125°C,這遠遠高於桌上型電腦的 70°C。通常在 125°C 時,晶片的功耗牆已經處於解鎖狀態,因此稍有不慎就可能導致晶片因高溫而燒毀。因此,當對如此高功耗的 IC 進行高溫可靠度測試時,測試系統必須具備更快速的散熱能力。

液態冷卻系統(Liquid cooling socket)。圖/Enplas

宜特可靠度驗證實驗室建議的解法,是利用更高效的液態冷卻控制調節系統(Liquid cooling system),搭配客製化液態循環 socket(如上圖),此系統利用液態熱交換速率優於氣態的特性,以及即時監控晶片溫度與調節液態流速等方法,穩定控制超高功耗 AI 晶片產生的熱能,成功收集可靠度實驗數據。

熱二極體監控電路,監控 IC 本體溫度

雲端 AI 晶片的超高功耗,在進行可靠度測試時,容易因晶片本體溫度波動太快,導致無法及時消散熱能,造成產品非預期性故障,例如熱失控(Thermal Runaway)。因此,當 IC 內建熱二極體(thermal diode)元件時,透過可靠度系統與可靠度測試板設計,可以客製化熱二極體(thermal diode)監控電路,來監控 IC 內部溫度,將可監測到最即時與準確的接面(junction)溫度(如下圖)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
IC 熱二極體(thermal diode)監控電路圖例。圖/宜特科技

此作法反應速度快,搭配前面提到的高效液態冷卻控制調節系統,更適合超高功耗 AI 晶片快速溫度變化,藉以提供即時熱消散動作。此外熱二極體(thermal diode)監控電路,可針對 3D 封裝的多晶體(multi-chip)結構下,獨立量測出各個晶片的溫度,以達到更精確的可靠度數據收集。

客製化治具,貼合高低不同的裸晶(die)

AI 異質整合晶片,裏頭的裸晶(die)高低不同,因此,在可靠度驗證測試的治具準備,必須依照不同的晶片,客製化 IC socket(測試座)和散熱系統(heat sink)和熱感測元件(sensor),才能夠緊密貼合高低不同的裸晶(die),藉此增加熱消散能力,溫度量測與監控才能更準確。

客製化IC測試socket。圖/宜特科技

測試電路板超前模擬,免去生產組裝後效能不符

AI 晶片採用先進製程,超低的工作電壓已來到 1V 以下。然而,當高電流經過電路板走線時,容易在電路板上產生由低到高的壓降(DC IR drop),IR drop 將壓低原本已超低的工作電壓,容易使得AI晶片因電源電壓餘裕度(Power voltage margin)不足而失效。

IR drop 的模擬測試。圖/宜特科技

此外,當 IC power 抽載大電流時,也會產生各種頻率的SSN(Simultaneous Switching Noise)。 而電路板的電源層阻抗(Power plane impedance),在各種不同抽載頻率下,因本身佈線(layout)因素可能反映出高低不一的阻抗(impedance)值(如下圖),當阻抗值在某個頻率下超越目標值時,就會造成嚴重雜訊(Power AC noise)與漣波(Power ripple),也會使得 AI 晶片因電源雜訊餘裕度(Power noise margin)不足而失效。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
電源層阻抗的模擬測試。圖/宜特科技

為了解決此問題,我們跳脫傳統電路板設計思維採用新的 BI 模組(Burn in module)設計理念,將電路板從原本的一板測試數顆晶片,微縮至僅測試單顆晶片。搭配目前許多佈線(layout)輔助設計工具,即可在可靠度電路板設計初期,經由軟體分析模擬,調整電源走線長短寬窄、灌孔點大小與數目、解偶合(decoupling)電容值與放置位置等,改善工作電壓與訊號源IR drop與電源層阻抗等問題,避免測試電路板於生產組裝完成後,才面臨效能不符問題。此外,電路板設計微縮至單顆晶片,在測試老化實驗時,能協助客戶以個別待測物(Devices Under Test, 簡稱DUT)取得更多的實驗參數,同時能針對各晶片的電晶體靜態漏電流的不同,分別進行測試參數設定,進一步提升 AI 晶片的測試品質。

AI 晶片可靠度解決方案速查表

宜特的可靠度驗證實驗室從多年經驗中,統整出以上問題和解法,並製作一張圖表讓您快速了解 AI  晶片面對不同可靠度挑戰時的解決方案。

三大類 AI 晶片可靠度設計驗證速查表。圖/宜特科技

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

宜特科技_96
28 篇文章 ・ 6 位粉絲
我們了解你想要的不只是服務,而是一個更好的自己:) iST宜特自1994年起,以專業獨家技術,為電子產業的上中下游客戶, 提供故障分析、可靠度實驗、材料分析和訊號測試之第三方公正實驗室

0

0
0

文字

分享

0
0
0
不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
251 篇文章 ・ 321 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

0
0

文字

分享

0
0
0
晶片出現電性異常就是找不到問題?選對工具快速揪出故障點!
宜特科技_96
・2026/10/06 ・5558字 ・閱讀時間約 11 分鐘

本文轉載自宜特小學堂〈IC電性異常,四大工具InGaAs、OBIRCH、Thermal EMMI、QDm該選哪台找亮點?〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

第一步:先透過 IV-Curve(電特性量測) 釐清電性異常現象

當 IC 運作不符合設計者預期時,應要先對 IC 異常腳位進行參數分析儀(IV-Curve)量測。透過量測獲得的電流與電壓關係圖,就能歸類電性異常為哪一種模式(如下圖):

IC 電性異常 IV-Curve 判讀示意圖(藍線:正常品 G / 紅線:異常品 F),藉以判斷IC電性異常屬於哪一種模式。圖/宜特科技

(一) Leakage(漏電):電流跑錯路
在正常工作電壓下電流卻異常偏高,代表元件內部可能存在很微小的非預期漏電路徑,雖然還沒有死透到短路,但會導致功率消耗暴增或發熱。常見造成的原因包括閘極氧化層破壞(Gate Oxide Breakdown)、PN 接面漏電(Junction Leakage)等。

(二) High Resistance (高阻抗):電流卡住了
當線路的阻抗變高,導通電流就會低於正常狀態,特性曲線向右偏移代表線路阻抗過大,這時就需要更高的電壓才能驅動微弱電流。常見原因包括 Via / Contact 接觸不良、金屬線路微裂(Micro-crack)、Void(空孔)或冷焊。

(三) Short(短路):不該相通的地方接在一起
兩個端點(如 VDD 與 GND)之間的阻抗趨近於零,代表兩端點會直接完全導通,原本該有的開關與閘極控制就會完全失效,這時只要施加微小的電壓就會引發極大的電流。常見原因包括金屬橋接(Metal Bridge)、ESD打穿或介電層針孔(Pinhole)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

(四) Open(開路):電流直接斷掉了
線路發生斷路(Break / Disconnect),形成無窮大阻抗,就會導致電流無法正常通過。常見原因有 Bump 脫焊、Bonding Wire(打線)斷裂、Metal 線路完全燒斷。

第二步:工具怎麼選?四大電性異常 x 機台最速配策略

搞清楚是哪種電性異常後,下一步就是選對工具!但每種工具也都各有極限,以下是根據宜特EFA電性團隊多年的經驗,我們整理出最有效率的機台篩選邏輯:

(一) 漏電(Leakage):先用 InGaAs分析
發現 IC 有漏電情形,我們多會先用 InGaAs(砷化鎵銦微光顯微鏡)分析。

1. 為什麼首選 InGaAs?
因為漏電多半發生在 Gate Oxide 擊穿或 PN 接面,電子與電洞複合時會釋放出微弱的光子(1100 nm 附近)。而InGaAs對微光的靈敏度極高,不僅能在極微小的微安培(μA)等級電流下抓到亮點;晶片正面佈滿金屬走線,漏電發出的光根本穿不透,只能把晶片從背面(Backside)研磨打薄,從底下的矽基板往上查找異常點。而InGaAs 的感測波長對矽(Si)基板穿透率極佳,因此自然成為漏電加背面(Backside)定位時無可取代的首選。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
InGaAs亮點偵測示意圖。圖/宜特科技

2.何時該換其他工具?
遇到樣品無法 Decap、漏電電流過大導致熱效應遠大於發光,或屬於多層堆疊(Stacked Die),就會建議改用 Thermal EMMI(InSb)或 OBIRCH (雷射光束電阻異常偵測)分析。

3. InGaAs 還是 Thermal EMMI?漏電分析這樣選
如果樣品允許背面開蓋或背面研磨,建議優先做 Backside InGaAs,成功率且解析度較高;若為不可破壞的完整封裝,建議先以 Thermal EMMI 鎖定大致熱區,再搭配X-ray確認異常熱源位置。

4. 案例示範:如何抓出漏電 Hot Spot?
施加偏壓下,晶片呈漏電異常。晶背研磨後進行 InGaAs 分析,感測器迅速捕捉到缺陷處電子-電洞複合釋放出的微弱光子,並精準呈現出數個藍色亮點(Hotspots),成功為後續的 FIB 切片與 TEM 物性分析(PFA)定位精確缺陷。

透過InGaAs定位出漏電位置。圖/宜特科技

(二) 高阻抗(High Resistance):先用 OBIRCH 分析

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

若 IC 呈現高阻抗異常(如 Contact/Via 阻抗偏高、線路微裂),我們多半會先用 OBIRCH(雷射光束誘發阻值異常偵測) 分析。

1. 為什麼首選 OBIRCH?
高阻抗問題通常不會「發光」,InGaAs 無法偵測到亮點。OBIRCH 利用 1300 nm 雷射加熱局部區域,引發高阻抗點(如 Void 空孔、冷焊、薄金屬)劇烈電阻與電流變化。是抓出 Via / Contact 高阻抗與 Metal Line 微裂的首選。

OBIRCH亮點偵測示意圖。圖/宜特科技

OBIRCH 可依據樣品結構彈性,支援正面與背面(Frontside / Backside)掃描。可直接對最上層的金屬線路或露出來的 Die 表面加熱照射;若正面遭密集金屬層遮蔽,亦可將矽基板打薄從背面照射。1300 nm 雷射對矽基板穿透力佳,能直接穿透矽層、精準加熱深層金屬缺陷。

2. 何時該換其他工具?
有時候遇到高阻抗點已經接近完全開路(Open, ΔI 極小),或是屬於先進封裝(如 CoWoS、RDL 層)無法接收到光學訊號的情形,若此時強行加大電壓強求訊號,極易將微小缺陷線路直接「熔斷」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

3. OBIRCH 還是 QDm?高阻抗分析這樣選
面對高阻抗,關鍵在於控制安全電流。建議工程師應先以 OBIRCH 進行低功率雷射掃描;若為先進封裝或多層內部走線高阻抗,則建議選用 QDm(量子鑽石顯微鏡),透過磁場感測直接重繪電流路徑,較不受光學遮蔽與熱擴散干擾。

4. 案例示範:如何找到高阻抗缺陷?
在施加相同偏壓下,好品晶片(下圖左)可偵測到正常驅動亮點;壞品晶片(下圖右)僅有微小異常電流,顯示有阻抗過高狀態,電流無法通過之情形。經由 Backside OBIRCH 分析,壞品於下圖右黃框區內之正常熱誘發訊號完全消失,後續可針對此區元件做 Delayer 分析,即可精確的定位異常缺陷。

OBIRCH高阻抗定位案例。圖/宜特科技

(三) 短路(Short):先用 OBIRCH 或 Thermal EMMI(InSb)分析

如果發現 IC 呈現短路異常,我們多半會先用 OBIRCH 或 Thermal EMMI(InSb)分析 。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

1. 為什麼首選 OBIRCH 或 Thermal EMMI (InSb)?

(1) 金屬層微小短路,首選 OBIRCH:
若短路發生在晶片內部金屬層(Metal Bridge)或氧化層針孔(Pinhole),雷射加熱會引發極顯著的電阻與電流變化(ΔI),OBIRCH 能提供極高的空間解析度,直接鎖定微米級的短路橋接點。

(2) 大電流 / 大面積短路,首選 Thermal EMMI:
若短路電流較大,元件在極低電壓下就會產生明顯焦耳熱功率。Thermal EMMI(InSb)能夠直接偵測 3.0~5.0 μm 的熱輻射訊號,可免開蓋(Decap)直接對完整封裝或 PCB 進行快速掃描。

Thermal EMMI(InSb)亮點偵測示意圖。圖/Themofisher

2. 遇到先進封裝短路,為什麼要換其他工具?
遇到先進封裝(如 CoWoS、3D IC、HBM、RDL 層)內的埋藏式短路,OBIRCH 的光學雷射無法穿透多層結構,而 Thermal EMMI(InSb)則會因大面積熱擴散(Thermal Spreading)導致影像一片模糊、無法精確鎖定 z 軸深度,這時我們就會改用 QDm(量子鑽石顯微鏡)分析。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

3. OBIRCH、Thermal EMMI 還是 QDm?短路分析這樣選
裸 Die 樣品較小或電流短路(Short)異常,優先使用 OBIRCH;封裝或大電流短路(Direct Short)則先用 Thermal EMMI(InSb)粗略定位 ;若為先進封裝或多層金屬疊加區,建議直接採用 QDm(量子鑽石顯微鏡),利用微觀磁場透視,無損重構 3D 電流路徑。

4. 案例示範:OBIRCH 如何抓出短路異常點?
施加相同偏壓下,壞品(下圖右)呈現短路異常。經由 Backside OBIRCH 分析,偵測到黃框區內為異常亮點,且看出疑似 Metal 融燒現象。

透過 OBIRCH 定位短路異常點(左:好品 / 右:壞品) 。圖/宜特科技

不開蓋狀況下,壞品施加電壓後,經由 Thermal EMMI(InSb),偵測到黃框內為異常熱源,再配合 X-ray 疊圖確認異常處為封裝體或是 die 上,決定後續使用 FA 定位手法,減少選錯機台耗時分析。

透過 Thermal EMMI(InSb)定位短路案例。圖/宜特科技

下圖是一顆 BGA 封裝晶片,中間橘色箭頭所指位置,出現一個清晰的熱點(Hot Spot)。在完整封裝、不開蓋(Decap)的情況下,透過對異常 Pin 腳施加電壓偵測局部發熱,Thermal EMMI(InSb)敏銳地捕捉到熱輻射訊號。

Thermal Emmi定位出BGA 封裝晶片短路位置。圖/宜特科技

下圖顯示驅動 IC 與面板連接處的走線或 Bonding 發生微裂或微短路(Short),通電後產生熱功率。透過Thermal EMMI(InSb)鎖定熱源位置,再搭配 PCB X-ray 進行結構透視,實現「電性定位+ 物性驗證」的高效故障分析流程。

(左上/右上)鎖定驅動 IC 與面板連接處之低阻抗發熱熱點。先以 X-Ray(左下)照出內部 Via 微裂開路,再以 Thermal EMMI(右下)抓出 PCB 走線發熱點。圖/宜特科技

(四)開路(Open):先用 OBIRCH 分析
若發現 IC 呈現開路異常,我們多半會先用 OBIRCH 來分析。

1. 為什麼 Open 是最難抓的異常?
因為開路(Open)代表完全沒有電流通過可供感測,意味著「靠電流發光(InGaAs)」或「靠雷射誘發電流變化(OBIRCH)」的工具完全失效。

2. 沒有電流訊號,Open 該怎麼找?
建議客戶提供好壞品比對,偵測好品正常驅動的元件亮點處(Normal Turn On),再比對壞品亮點處,觀察兩者差異性。

(1) 方法一:施加高壓高頻訊號(RF / AC Bias)+ OBIRCH
透過施加高頻交流訊號,利用斷路點兩端的寄生電容(Parasitic Capacitance)產生微弱的充放電位移電流,進而引發局部微熱,再利用 OBIRCH 亮點結果比對差異。

(2) 方法二:QDm 磁場感測透視重建,找出電流斷在哪
對於 2.5D / 3D 先進封裝或 Bump/Bonding Wire 斷裂,QDm(量子鑽石顯微鏡) 能感測極微弱的磁場分布,工程師可透過電流在斷路點瞬間歸零的磁場邊界(Magnetic Field Boundary),精準視覺化找出「電流在哪裡中斷」。

3. 完全沒有電性反應,改用其他物性分析(PFA)技術
當電性迴路完全無法通電、連高頻訊號都無法傳導時,EFA 亮點定位機台將達到極限。此時宜特會建議客戶轉用 X-Ray / 3D X-Ray(CT)進行非破壞性結構透視,直接觀察打線(Bonding Wire)斷裂、Bump 脫焊或通孔(Via)斷裂位置。

4. OBIRCH、QDm 還是 3D X-Ray?Open 分析這樣選
遇到Open(開路)問題,切忌盲目加大 DC 直流電壓。應先確認是否能透過高頻/高壓觸發微弱訊號,並利用 QDm 感測磁場中斷點;若電性完全無反應,則應果斷搭配 3D X-Ray 進行結構照相,才是最節省時間與樣品成本的黃金路徑。

5. 案例示範:如何找出隱藏的 Open 斷點
針對異常 Pin 腳施加高壓或高頻交流訊號(AC Bias),利用斷路點(Open Spot)兩端產生的微弱寄生電容充放電位移,及電磁場變化量,偵測出異常斷點處。

透過 QDM 機台施加高頻交流電,偵測磁場及電流變化,並經軟體處理呈現異常亮點。圖/QuantumDiamonds

面對日益複雜的 IC 與先進封裝結構,故障分析的核心已不只是「哪一台設備看得到亮點」,而是如何從電性特徵出發,建立一條由電性判讀、異常定位到物性驗證的完整分析路徑。

本文出自 www.istgroup.com

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

宜特科技_96
28 篇文章 ・ 6 位粉絲
我們了解你想要的不只是服務,而是一個更好的自己:) iST宜特自1994年起,以專業獨家技術,為電子產業的上中下游客戶, 提供故障分析、可靠度實驗、材料分析和訊號測試之第三方公正實驗室

0

0
0

文字

分享

0
0
0
破解荷爾蒙陽性乳癌轉移危機!揪出PIK3CA突變,最新三合一標靶療法讓無惡化期翻倍
careonline_96
・2026/10/06 ・2543字 ・閱讀時間約 5 分鐘

及早揪出荷爾蒙陽性乳癌轉移惡化元凶PIK3CA基因突變,第一線雙機轉PIK3CA抑制劑助翻倍無惡化時間、延緩化療!(圖文懶人包)

荷爾蒙陽性乳癌轉移常因「PIK3CA基因突變」引發抗藥性。及早檢測並採用最新「三合一標靶療法」,能精準阻斷癌細胞生長,不僅無惡化存活期翻倍,更能有效延緩化療。

「曾有一位50多歲的女性患者,當初確診為早期荷爾蒙陽性管腔型乳癌,順利接受手術切除腫瘤,並依據治療指引開始接受長期輔助荷爾蒙治療。本以為病情已獲得穩定控制,未料在持續服藥追蹤約一年半後,便發現器官轉移的復發震撼彈。」彰化基督教醫院一般外科暨乳房腫瘤中心林敬翰醫師表示,「這類患者在得知復發後往往相當震驚與沮喪,經過醫療團隊進一步安排基因檢測,發現其癌細胞帶有PIK3CA基因突變,這是導致傳統治療抗藥性、使疾病迅速惡化的主因。」

經過詳細討論後,治療團隊為她規劃了傳統荷爾蒙治療、CDK4/6細胞週期抑制劑,並合併加上最新雙機轉PIK3CA抑制劑的三合一標靶療法。至今持續治療一年多來,腫瘤獲得穩定控制,患者也維持著高品質的日常生活。

占乳癌六至七成!荷爾蒙陽性管腔型乳癌的治療策略

在台灣女性癌症發生率中,乳癌長期居於首位。林敬翰醫師指出,臨床上會根據癌細胞表面的受體表現,將乳癌區分為不同的亞型,以制定精準的個體化治療計畫。其中,「荷爾蒙受體陽性、HER2陰性(HR+/HER2-)」的管腔型乳癌最為常見,約占所有乳癌患者的6至7成。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這類癌細胞表面就像裝有接收荷爾蒙訊號的接收器,會受到體內荷爾蒙的刺激而加速生長與增殖。林敬翰醫師說明,針對早期管腔型乳癌,臨床主要以手術切除為主,並搭配5至10年的荷爾蒙療法來抑制腫瘤生長。針對已出現遠端器官轉移(如骨骼、肝臟)的轉移性乳癌,則不以手術為主,而是採用全身性藥物控制,目前第一線標準治療為荷爾蒙療法合併CDK4/6細胞週期抑制劑,作為延緩抗藥性的重要利器。

荷爾蒙陽性乳癌復發轉移PIK3CA基因突變

4成轉移患者具PIK3CA突變!轉移後第一步決策決定治療成敗

雖然管腔型乳癌總體病程相對溫和,但部分患者在標準治療下仍快速惡化。林敬翰醫師解釋,研究發現約有30%至40%的荷爾蒙陽性轉移性乳癌患者,體內帶有「PIK3CA基因突變」。PIK3CA基因突變屬於一種「主幹突變(Trunk mutation)」,代表從癌細胞形成初期就已存在,不會因為後續治療或時間推移而消失。

這類帶有突變的癌細胞會活化異常的傳導路徑,繞過傳統荷爾蒙藥物的封鎖,導致傳統治療效果不佳,患者極易在結束輔助治療一年內復發轉移,整體存活期也顯著縮短。對於帶有PIK3CA突變的高風險管腔型乳癌患者而言,轉移發生後的第一步治療決策,往往決定了未來疾病控制的成敗。林敬翰醫師建議,患者在確診轉移性乳癌的當下,即應主動與醫師討論進行PIK3CA基因檢測,及早揭露腫瘤的基因密碼,把握黃金治療期。

雙機轉PIK3CA抑制劑

三合一精準標靶打擊!雙機轉PIK3CA抑制劑全面封鎖三大命脈

面對棘手的PIK3CA突變,目前已有突破性進展。林敬翰醫師表示,新問世的「雙機轉PIK3CA抑制劑」具備獨特的雙重作用機制,不僅能精準阻斷PI3Kα傳導訊號,更可主動促成突變壞蛋白的分解與銷毀,幫助提升抑制的精準度與持久度,也降低對正常細胞的毒性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

根據國際權威NCCN治療指引建議,若檢測出PIK3CA突變,轉移第一線應打破過去僅使用CDK4/6抑制劑合併荷爾蒙藥物的限制,建議在原本的「荷爾蒙藥物+CDK4/6細胞週期抑制劑」二合一基礎上,再加入「雙機轉PIK3CA抑制劑」,升級為三合一療法,一舉同時全面封鎖引導乳癌生長的三大命脈——即荷爾蒙受體、CDK4/6細胞週期以及PIK3CA基因突變訊號!

臨床試驗實證效益:無惡化存活期翻倍、有效延緩接受化療時機

林敬翰醫師指出,大型臨床試驗數據顯示,若帶有PIK3CA突變的患者能在轉移後第一線治療就同時將這三條路徑封鎖,相較於傳統二合一療法:

  • 腫瘤縮小或消失機率(客觀緩解率 ORR):提升至2倍以上。
  • 疾病無惡化存活期(PFS):由對照組的7.3個月顯著翻倍延長至17.2個月。
  • 降低死亡風險:死亡風險顯著降低達33%。
  • 延後接受化療時間:有效幫助患者長時間穩定病情、推遲化療時程。

林敬翰醫師分析,相較於精準的標靶藥物,傳統化療屬於缺乏針對性的全身性治療,在殺死癌細胞的同時也會傷害正常細胞,副作用較大且療效相對不精準。最新雙機轉PIK3CA抑制劑的問世,確實為患者在第一線兼顧了高度療效與良好生活品質。

把握第一線治療黃金期

醫病充分溝通量身打造策略定期監測血糖更安心

儘管雙機轉PIK3CA抑制劑展現卓越療效,但目前台灣健保尚未將其納入給付範疇,臨床上也期待未來能逐步納入健保,造福更多病友。林敬翰醫師說明,在轉移性乳癌的治療過程中,隨著治療線數推移(從第一線換至第二、三線),患者的體能狀況可能因疾病進展而轉趨虛弱,甚至失去接受下一線新藥的機會;因此,在第一線就精準用藥,是延長疾病控制期的關鍵。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

臨床上,醫師會詳細評估患者的家族史、病情復發速度以及個人商業保險資源,與患者及家屬進行充分溝通。林敬翰醫師提醒,由於PI3K傳導路徑與體內血糖調控息息相關,使用標靶藥物期間可能引發血糖偏高等副作用,雖然新型雙機轉抑制劑的血糖副作用發生率已較過往藥物降低,但患者在治療期間仍切勿忘記定期監測血糖,搭配均衡飲食與規律運動,便能安心且穩定地接受治療。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

careonline_96
691 篇文章 ・ 281 位粉絲
台灣最大醫療入口網站
繁 简