集成电路 Trimming

定义: 这是一种在芯片的制造完成之后,通过外部向芯片内部写入数据,来调整芯片的某些参数的行为。



我们知道现代芯片制造中,器件的匹配已经很好了。可是再好的爱情也敌不过现实,再先进的工艺,也达不到完美的匹配。
拿常见的mos来说,两个1um*1um的nmos放在一起,其random offset大概是十到几十mV的量级。考察很多很多对这样的mos,他们之间阈值差别,就会服从某种正态分布。一些匹配好,一些匹配差。所以,要是某个参数精度的要求很高,没有办法通过简单地增加面积达成,就可以使用trim的方式,把那些制造之后参数偏离了预定范围的芯片再挽救回来。
芯片的trim有多种方法。并且也不停地在进化中。我用过比较久远的trim方法是使用激光修条。激光修条的好处就是电路设计起来比较简单。坏处呢,就一个字,贵。激光修条是怎么做的呢?我们知道,芯片制造都是一张wafer一张wafer的制造的。制造好了以后,并不能立刻使用,还要先封装。好了,在封装之前,我们芯片还静静地躺在wafer里做个美男子。这个时候我们就用个设备叫probing card,每个芯片每个芯片的戳上去,把它们的pin引出来。然后做测试。测试好了以后,看一看参数离我们需要的差了多远,然后biu,用一个激光枪把该弄断的地方弄断。这一步叫做wafer sort。完成了wafer sort之后,芯片才被送去做封装。为什么贵呢?每张wafer都要被这样戳一遍,你说痛不痛,啊不,贵不贵? 芯片制造,测试时间就等于金钱。所以,在做芯片的都是土豪的年代,这种方式还是流行过的。现在这个年代,做芯片的越来越穷,我们都不用这样的方法了。
现在比较流行的方法之一,是在芯片上面做一根细细小小的融丝。融丝的连接着一个开关。开关一般用nmos来做。 现在我们完成了测试,需要写入数据,如果是0,就不打来开关。如果是1,就快速打开开关,把融丝连接在电源和地之间。 那一瞬间电光火石,融丝在那儿吸取天地灵气,发热发热发热,一瞬间积累了很多热。嘭,最后它就爆了。这种方式的成本要比上面那种低。因为这种方式可以在芯片终测(final test)的时候一并完成。不用单独再做wafer sort了。
但是它的缺点也是显而易见的: 要把融丝更好地连接在电源和地之间,往往要一个比较理想的开关。理想的开关意味着阻值比较低,阻值比较低就意味着面积比较大。
由于每一位融丝都需要一个开关,这种方式就不太适合做那些很多位的trim。太大了,成本就受不了了。

那么还有一种方式,通过特殊或者不特殊的工艺,制造一种器件,它的阈值可以通过施加某个电压被改变。然后,设计师只需要设计一个电路,来sense这种阈值的变化,来辨别这一位是否被写成了1。
这种方式可能需要复杂一些的工艺,以及稍更复杂的读出电路。在需要trim位数较少的产品中不太有竞争力,但是对于位数很多,几十上百位的trim中,优势就非常明显了。

以上 的答案补充一点点内容。
前东家为半导体测试公司,做过一个项目需要trimming,隔得时间有点久了,如有错误还望大神指出。
这个项目的芯片采用的就是熔丝(e-fuse)的方式。
以下为我的理解:具体实现是芯片上设计了很多熔丝,如果某根熔丝断裂,即相当于为电路串联或并联了一个电阻,如果预先控制了某根熔丝对应的电阻阻值大小(具体实现方式我不清楚),那么按照一定的熔断组合,就可以比较精确的控制最终给电路附加的电阻大小。另外,这个芯片在设计时,就多设计了一个功能可以模拟trimming的效果,这样避免浪费很多样片才得到想要的熔断组合。

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