AI 正在重塑半導體架構 —— 以下是機械測試必須演進的原因
人工智慧不再僅限於軟體層面。它現在正從根本上改變半導體產業。隨著 AI 工作負載的增加，對處理能力、記憶體頻寬和能源效率產生了新的需求 —— 而半導體設計正以重大的轉型來回應這些需求。
產業正超越傳統的電晶體縮放，轉而關注系統級的創新。現在，效能的提升來自於先進封裝、新材料以及不同類型組件的組合。這種轉變雖然產生了功能更強大的裝置，但也使其變得更加複雜 —— 擁有更多的介面和潛在失效點，因此需要更先進、更實用的測試方法。
從單晶片到 3D 整合系統
現代裝置現在採用先進封裝架構構建，從傳統的 2D 晶片發展到使用小晶片 (chiplets) 和中介層 (interposers) 的 2.5D 設計，最終演進到完全 3D 堆疊的裝置。這些新設計透過縮短處理單元、記憶體和連接路徑的距離來提升效能。然而，隨著更多功能整合在單一封裝中，介面數量和可能的失效點也顯著增加。
這一變化還引入了共同封裝光學元件和複雜的材料層，使「封裝」轉變為高度整合的系統。因此，測試必須超越單一組件的檢查，轉而採用能反映整個系統在真實環境下表現的方法。
Instron® 6800 系列萬能材料試驗系統專為此轉型而設計 —— 在單一、可配置的平台上，銜接組件級材料測試與系統級可靠性驗證。可更換的夾具、治具和環境配件讓工程師能夠適應新架構，而無需投資全新的設備。
新材料驅動創新 —— 以及隨之而來的新挑戰
熱管理成為關鍵的設計限制
隨著 AI 驅動的裝置推高功率密度，熱管理已成為半導體設計中最重要的限制因素之一。在先進封裝中，多個晶粒和光學元件被緊密整合，熱量直接影響效能和可靠性 —— 特別是在散熱受限的堆疊配置中。
測試必須模擬真實世界的條件，而非僅限於常溫環境。這意味著需要將熱循環與機械應力結合，並捕捉材料隨時間對局部溫度變化的反應。
整合式環境試驗箱與 Instron 測試系統配合使用，讓工程師能夠在同時承受熱負荷和機械負荷的情況下，對黏合劑、TIM 和接合介面進行特性分析 —— 這正是這些材料在實際服役中所面臨的條件。這種結合方法能發現僅靠常溫測試可能會遺漏的失效模式。
超越組件測試，邁向真實世界模擬
測試已從單獨測量材料特性轉向了解材料在實際應用環境中的表現。工程師現在需要的答案不僅是「這種材料有多強？」，而是「它在這種組件中、在這些負載下、在這種溫度下的表現如何？」
特定應用的測試方法包括：
- 晶粒剪切測試 (Die Shear Testing) 用於驗證互連和黏合完整性
- 微彎曲測試用於評估晶粒強度和斷裂行為
- PCB 與封裝彎曲測試用於模擬組裝和操作應力
專用治具 —— 包括 Instron 晶粒剪切和微彎曲治具 —— 透過提供這些測量所需的精確對準和可重複定位，使這些測試成為可能。由於它們專為 Instron 萬能材料試驗系統設計，因此可以在單一系統上快速切換測試方法，減少所需的專用儀器數量並加速驗證時程。
多物理場數據：同時測試機械、熱、電和光學行為
隨著半導體系統變得更加複雜，測試必須同時捕捉多個領域的行為。僅測量機械反應已不再足夠 —— 工程師需要了解力、位移、溫度、電氣效能和光訊號品質是如何相互作用的。
這在整合矽光子和共同封裝光學元件的系統中尤為關鍵。光學元件需要極其精確的對準：即使是由熱膨脹或組裝應力引起的微小機械偏移，也會降低訊號傳輸品質。在結合光學與高功率組件的 AI 系統中，材料之間的 CTE 不匹配可能會在重複的熱循環中導致漸進式失準 —— 這種失效模式只有在同時分析機械和光學數據時才會顯現。
由 Bluehill® Universal 軟體控制的 Instron 系統直接解決了這個問題。Bluehill 能夠即時同步採集機械、熱、電和光學數據流 —— 具備自動化測試序列、可匯出的報告，並支援第三方感測器整合。工程師可以識別耦合失效模式、驗證模擬模型，並透過單次測試運行構建系統行為的完整圖像。
為高產量製造擴展半導體測試規模
AI 基礎設施的增長帶動了更高的產量，迫使製造商在不犧牲數據品質的前提下，更快地測試更多樣品。隨著複雜性增加，手動測試流程成為瓶頸 —— 引入了操作員變異性並限制了產能。
自動化是關鍵的推動力。諸如自動 XY 平台等技術可實現可重複的高產量測試，且只需極少的操作員參與。結合 Bluehill Automation 中的自動化測試序列，這些系統支援連續或無人值守測試 —— 在高產量運行中保持數據一致性。
對於擴大 AI 硬體生產規模的製造商而言，萬能測試平台與自動化硬體及軟體的結合，意味著測試能力可以隨生產規模同步增長，而無需按比例增加成本或人力。
為快速演進的產業提供可配置平台
半導體創新正在加速。新材料、新架構和整合方法的出現速度超過了大多數實驗室的跟進能力 —— 為每個新的測試需求增加專用設備並非務實的做法。在這種環境下，一個可擴展以滿足新需求的單一可配置平台，比日益增多的單一用途儀器更具優勢。
6800 系列專為此現實而設計 —— 具備可更換的治具與夾具、整合式環境試驗箱、支援第三方感測器整合，以及自動化就緒的硬體與軟體。從微電子應用的晶粒剪切和微彎曲治具，到在熱與機械耦合負載下測試的完整系統級組件，單一平台即可處理各種範疇。
隨著 AI 持續推動半導體裝置能力的極限，測試必須跟上步伐：更具整合性、更針對特定應用，且具備擴展性。Instron 的模組化平台 —— 從萬能材料試驗機到特定應用的治具和 Bluehill 軟體 —— 旨在隨半導體創新同步成長，讓工程團隊確信其可靠性數據能反映真實世界的情況。
訂閱 Instron 最新消息
掌握產業趨勢、測試標準、應用、技巧與訣竅等最新資訊，還有更多內容！
探索 Instron 半導體測試解決方案
從平台、治具到軟體，Instron 擁有半導體和微電子工程師所需的工具，讓您充滿信心地進行測試。
或
諮詢 Instron 專家
針對您的半導體測試挑戰獲取特定應用的指導。
關於作者
Phil Levesque
Phil Levesque 是 Instron 的電子市場經理，在工程和市場開發領域擁有超過 13 年的材料測試經驗。作為前首席工程師，Phil 領導了廣泛的專案，涵蓋客製化治具設計、自動化以及 Instron 萬能材料試驗系統的應用開發 —— 對電子和半導體產業獨有的挑戰和需求建立了深刻的理解。如今，他運用這些實務專業知識，協助客戶制定能跟上市場快速創新步伐的測試策略。