在半导体芯片的研发与生产过程中，Trim（修调/微调）是一个至关重要的环节。它通过对芯片电路参数的精细调整，确保芯片在复杂的制造工艺和多变的使用环境中，能够稳定地达到设计规格。今天，我们将深入探讨 IC Trim 技术的原理、分类及其在实际测试中的应用。

 

1.Trim 的必要性：工艺波动与性能校准

 

半导体制造工艺的复杂性，使得芯片在生产过程中不可避免地会出现工艺波动。这些波动可能表现为线宽偏差、掺杂浓度不均等问题，进而导致芯片的关键参数（如电压、频率、阻抗等）偏离设计目标。例如，某电源芯片的基准电压设计值为 1.8V，但在实际生产中，可能会出现±5%的偏差。如果不加以调整，这些偏差可能会导致芯片性能不稳定，甚至无法正常工作。

 

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

 

Yield Improve：通过补偿制造偏差，减少因参数微小偏移导致的失效()。

 

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。

 

Cost down：工艺波动直接淘汰芯片， 降低制造成。

 

2.Trim 的技术实现：物理 Trim 与电学 Trim

 

Trim 技术主要分为两大类：物理 Trim 和电学 Trim。它们各有特点，适用于不同的应用场景。

 

（一）物理 Trim（hard trim）：硬件级的“外科手术”

 

物理 Trim 是通过直接修改芯片的物理结构来实现参数调整，主要包括激光修调和熔丝技术。

 

1. 激光修调（Laser Trimming）

 

激光修调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%。激光修调的精度可以达到 0.01%，但它的缺点是必须在封装前完成，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

 

熔丝技术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

 

电学 Trim 是通过软件控制来实现参数调整，主要包括非易失存储（NVM）修调和 OTP （One-Time Programmable） 技术。

 

1. 非易失存储（NVM）修调

 

NVM 修调是通过将修调值写入 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

 

OTP 技术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。

 

OTP 器件结构示意图，只能进行一次编程。

 

3.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。

 

（一）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。

 

（二） Laser Trim（激光修调）

 

激光修调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。

 

（三） 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。

 

实际中遇到齐纳修调电路大致有下图。

 

4.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：激光 Trim 技术在先进制程中变得更加精确。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。例如，在射频（RF）芯片中，激光 Trim 可以精确调整谐振频率，确保其在设计范围内运行。

 

数字 Trim 的微观化：数字 Trim 技术通过可编程存储器（如EEPROM/EPROM）存储修调信息，实现对芯片参数的精确调整。在先进制程中，数字 Trim 可以针对单个元件或电路进行微小调整，以应对复杂的芯片设计。

 

（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：现代 ATE（自动测试设备）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：通过机器学习算法，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。

 

（五）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。以下是一些常见的 Trim 方法举例：

 

公式计算法

 

公式计算法基于芯片设计阶段的熔丝与电压变化公式，通过初始电压和目标值的差异，快速确定需要修调的熔丝位置。该方法适用于有修调 pad 的熔丝修调和齐纳修调，已在 CP 阶段广泛应用。

 

VI 源循环穷举法

 

VI 源循环穷举法通过列出修调位的电压变化范围，结合初始电压与目标值的差异，逐个匹配修调位，最终确定需要修调的位置。尽管该方法在理论上可行，但随着修调位数量的增加，测试程序的复杂度呈几何级增长，因此仅适用于修调位较少的场景。

 

AWG 数组法

 

AWG 数组法利用测试机的任意波形发生器（AWG）模式，通过时间同步输入电压信号，将修调需求转化为数组形式。每个数组数值对应一个修调位，通过设定输入电压生成修调方波，实现熔丝熔断的控制。该方法适用于对修调时序要求不严格的多修调位场景。

 

DIO 数字编程法

 

DIO 数字编程法利用测试机 DIO(Date In Out)板卡，通过数字信号读写功能实现修调。该方法适用于基于 IIC、SPI 等通信协议的数字修调，尤其在需要复杂时序信号的场景中表现出色。其电平建立时间可短至 10nS，测试效率高。

 

总 结

 

Trim 技术在集成电路测试中扮演着重要角色，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的支持。

来源：芯片技术与工艺

关键词： 芯片