芯片测试关键：Trim 技术原理、应用与趋势解析

在半导体芯片的研发与生产进程中，Trim（修调 / 微调）是极为关键的一环。它借助对芯片电路参数的精准调整，保障芯片在复杂的制造工艺以及多变的使用环境下，能够稳定地达成设计规格。接下来，我们将全方位深入探讨 IC Trim 技术的原理、分类、在实际测试中的应用，以及其未来的发展趋势。

Trim 的必要性：工艺波动与性能校准

半导体制造工艺极为复杂，这使得芯片在生产过程中不可避免地会出现工艺波动。这些波动可能体现为线宽偏差、掺杂浓度不均等问题，进而致使芯片的关键参数，如电压、频率、阻抗等，偏离设计目标。以某电源芯片为例，其基准电压设计值为 1.8 V，但在实际生产中，可能会出现 ±5% 的偏差。若不进行调整，这些偏差可能会造成芯片性能不稳定，甚至无法正常工作。

Trim 技术的核心在于通过动态调整电路参数，将芯片性能拉回到设计窗口。它能够解决以下关键问题：

●提高良品率（Yield Improve）：通过补偿制造偏差，减少因参数微小偏移导致的失效情况。

●满足高精度需求：对于模拟电路，如基准电压源、ADC 等，Trim 技术可以实现 ±0.1% 甚至更高精度的校准。

●降低成本（Cost down）：避免因工艺波动而直接淘汰芯片，从而降低制造成本。

Trim 的技术实现：物理 Trim 与电学 Trim

Trim 技术主要分为物理 Trim 和电学 Trim 两大类，它们各自具有独特的特点，适用于不同的应用场景。

（一）物理 Trim（hard trim ）：硬件级的 “外科手术”

1.激光修调（Laser Trimming）

这是一种高精度的物理 Trim 方法。它利用高能激光烧蚀薄膜电阻或金属连线，从而改变电阻值或电路拓扑结构。例如，通过调整分压电阻网络，可以将电源芯片的基准电压稳定至 1.8V±0.1%。激光修调的精度能够达到 0.01%，然而它必须在封装前完成，且设备成本极高，单台激光修调机价格超过百万美元。此外，激光修调过程中产生的热效应可能会损伤邻近电路，需要谨慎操作。

2.熔丝（Fuse）技术

这是一种成本较低的物理 Trim 方法。它通过大电流烧断金属或多晶硅连线，从而实现电路的调整。例如，在存储芯片中，可以通过熔丝技术禁用失效的存储单元。熔丝技术分为熔丝和反熔丝两种。熔丝是通过大电流烧断连线，使其变为开路；反熔丝则是通过高压击穿，使其变为导电路径。熔丝技术的优点是一次性编程，成本低，但需要注意熔丝残留电阻可能对高频性能产生影响。

（二）电学 Trim (soft trim)：软件定义的灵活性

1.非易失存储（NVM）修调

通过将修调值写入 EEPROM 或 Flash 存储单元，芯片上电时通过 DAC（数字 - 模拟转换器）或数字逻辑动态调整参数。例如，对于 LDO（低压差线性稳压器）的输出电压，可以通过 NVM 修调实现动态调整。这种方法的优点是支持多次校准，例如在温度漂移补偿场景中，可以根据环境温度的变化动态调整参数。然而，NVM 修调的缺点是存储单元会占用一定的芯片面积，可能增加 5% - 10% 的成本，且需要考虑数据保持寿命（高温下电荷泄漏）。

2.OTP（One - Time Programmable）技术

这是一种一次性编程的电学 Trim 方法。它通过齐纳击穿（Zener Zap）或多晶硅熔丝（Poly Fuse）等方式实现。OTP 技术适用于低成本芯片的时钟校准等场景，例如消费类 MCU。与传统熔丝技术相比，OTP 技术具有更高的灵活性和可靠性。

Trim 的分类与修调方法

Trim 技术可以分为以下几种类型，每种类型都有其独特的修调方法。

(1).Poly Fuse Trim 和 Metal Fuse Trim：Poly Fuse 是多晶硅熔丝，Metal Fuse 是金属熔丝，通常使用的金属是铝。这两种 Trimming 方法都是通过在熔丝两端加电流或电压来熔断，因此也被称为电修调。这种方法的优点是成本较低，但需要较大的电流，且一旦熔断后不可恢复。

(2).Laser Trim（激光修调）：这是一种纯物理性质的 Trimming 方法，采用先进的激光工艺直接熔断芯片上的熔丝。这种方法的优点是可以大大减少电路上的 pad 数量，从而缩小芯片尺寸，降低成本。此外，激光修调还可以实现对电路中薄膜电阻阻值的高精度调整。然而，激光修调的设备成本较高，且操作相对复杂。

(3)Zener Trim（齐纳修调）：Zener trimming 的原理是通过反向击穿 Zener diode，使其 PN 结永久损坏并短路。这种方法与传统的电修正好相反，传统的是铝熔断后与之并联的电阻就会接入电路。

Trim 的趋势和方法

随着半导体工艺进入 28nm 以下的先进制程，Trim 技术面临着新的挑战和机遇。以下是一些最新的技术趋势和方法：

（一）精细化与微观化

在先进制程下，芯片内部的电路和器件更加紧密、精密，稍微的工艺波动都会导致较大的性能变化。因此，Trim 技术需要更加精细化和微观化。例如，激光 Trim 的精细化，通过高精度激光设备，可以对芯片内的电阻、电容等元件进行微米级甚至纳米级的调整；数字 Trim 的微观化，通过可编程存储器存储修调信息，实现对芯片参数的精确调整。

（二）多种 Trim 技术的结合

为了应对不同芯片的需求，Trim 技术可能会结合多种不同的方法。例如，激光 Laser Trim 与数字 Trim 的结合，在某些高精度模拟电路中，激光 Trim 用于调整关键元件的参数，而数字 Trim 用于实时补偿温度或电压变化；热 Trim 与电压 Trim 的结合，在电源管理芯片中，热 Trim 可以调整芯片的工作温度范围，而电压 Trim 可以优化电源效率。

（三）自动化与智能化

随着人工智能和机器学习技术的进步，Trim 过程将越来越依赖自动化和智能化的测试设备。通过大数据分析和自动化算法，Trim 过程可以更加高效和精准。例如，自动化测试设备可以自动检测芯片参数的偏差，并根据预设的算法自动调整 Trim 值；ML 算法可以预测芯片参数的变化趋势，并提前调整 Trim 值，从而提高 Trim 的效率和精度。

（四）自适应校准功能

一些先进的芯片集成了自适应校准功能，能够根据运行时的工作条件自动调整参数，进一步简化了使用流程，无需用户手动干预。这种自适应校准功能在汽车电子和物联网设备中尤为重要，因为这些设备对可靠性和性能的要求极高。

最新技术节点下的 Trim 方法：在 28nm 以下的先进制程中，Trim 方法需要更加精确和高效。常见的 Trim 方法包括公式计算法、VI 源循环穷举法、AWG 数组法和 DIO 数字编程法等。

总结

Trim 技术在集成电路测试中扮演着举足轻重的角色，能够有效提高芯片良率、优化性能、降低成本。随着芯片工艺的不断进步和产品功能的日益复杂，Trim 技术也面临着更高的要求。测试工程师需要具备丰富的经验和深厚的技术背景，才能在不同类型的芯片中实施有效的 Trim 操作。未来，随着自动化、智能化技术的发展，Trim 过程将变得更加精准、高效，为半导体行业提供更强有力的支持。