作者|Taylor
出品|芯片技术与工艺
在半导体芯片的研发和生产阶段，Trim技术扮演着举足轻重的角色。这一技术通过对芯片电路参数进行精确的调整，确保了芯片即便在复杂的制造流程和多变的使用条件下，也能稳定地满足设计要求。今天，我们将对IC Trim技术的运作原理、不同类型以及其在实际测试中的应用进行深入分析。
#01
Trim的必要性：工艺波动与性能校准
半导体制造工艺的繁复性导致在生产芯片时，工艺波动是难以避免的现象。这些波动可能以线宽误差、掺杂不均匀等形式出现，从而使得芯片的关键性能参数，比如电压、频率、阻抗等，与设计目标产生偏差。以某电源芯片为例，其基准电压原本设计为1.8V，但在实际生产过程中，可能会出现±5%的误差。若不进行适当调整，此类偏差可能引发芯片性能的不稳定，严重时甚至会导致其无法正常运行。
Trim技术的核心在于对电路参数进行动态调整，以此将芯片的性能重新纳入设计规范范围内。这一技术能够有效解决以下几个关键问题：，，，，。
#02
Trim的技术实现：物理Trim与电学Trim
Trim技术主要包含两大类别，即物理Trim和电学Trim。这两种Trim技术各具特色，能够满足不同应用场合的需求。
物理Trim（硬Trim）：相当于对硬件进行精细的“外科手术”。
物理Trim技术通过直接对芯片的物理构造进行改动来达到参数的调整目的，这一过程主要涉及激光修正和熔丝处理两种方法。
1. 激光修调（Laser Trimming）
激光修调技术属于一种精确的物理微调手段。该技术通过运用高能量激光对薄膜电阻或金属连接进行烧蚀处理，以此来调整电阻值或是电路的拓扑布局。比如，通过精准调节分压电阻网络，我们能够确保电源芯片的基准电压稳定在1.8V±0.1%的范围内。激光修调的精确度可至0.01%，然而，这一工艺存在局限性，即在封装之前必须完成修调，并且所需的设备成本极为高昂——一台激光修调机的价格甚至超过百万美元。另外，在激光修调过程中，热效应的产生有可能对邻近电路造成损害，因此操作时必须格外小心。
2. 熔丝（Fuse）技术
熔丝技术属于一种经济实惠的物理调整手段。该技术通过使金属或多晶硅的连接线因大电流而过热熔断，进而达到调整电路的目的。以存储芯片为例，熔丝技术能够有效关闭那些已经失效的存储单元。
熔丝技术涵盖了熔丝与反熔丝两种类型。熔丝的作用是借助大电流使连线熔断，从而形成开路状态；而反熔丝则是通过高压使连线击穿，转变为导电路径。该技术的优势在于可进行一次性编程，成本较低，然而在使用过程中需留意熔丝残留的电阻可能会对高频性能带来不利影响。
（二）电学Trim(soft trim)：软件定义的灵活性
电学Trim的参数调整功能是通过软件操作来实现的，这涵盖了非易失性存储（NVM）的调整以及一次性可编程（OTP）技术的应用。
1. 非易失存储（NVM）修调
NVM修调技术涉及将修调数据写入至EEPROM或Flash存储单元，并在芯片上电后，借助DAC（数字模拟转换器）或数字逻辑进行参数的动态调整。以LDO（低压差线性稳压器）的输出电压为例，NVM修调能够实现其电压值的动态调节。此方法的一大优势在于其能够实现多次校准功能，比如在应对温度漂移补偿时，能依据环境温度的波动来实时调整相关参数。不过，NVM修调技术也存在不足，那就是它所占用的存储单元会占用芯片的一部分面积，这可能会导致成本上升约5%，同时还需关注数据保持寿命的问题，尤其是在高温环境下电荷泄漏的风险。
OTP技术，即一次性可编程技术。
OTP技术是一种用于一次性编程的电学Trim技术。该技术通过齐纳击穿（Zener Zap）或多项晶硅熔丝（PolyFuse）等手段得以实现。在诸如消费类MCU等需要低成本芯片时钟校准的场合，OTP技术得到了广泛应用。与传统的熔丝技术相较，OTP技术展现出更佳的灵活性和可靠性。
OTP 器件结构示意图，只能进行一次编程。
#03
Trim的分类与修调方法
Trim技术涵盖了几种不同的类别，每一种类别都拥有其特定的调整技巧。
（一）PolyFuse Trim与metalFuse Trim
PolyFuse属于多晶硅熔丝类别，而metalFuse则是金属熔丝的通称，其中常用的金属材质为铝。这两种Trimming技术，其操作原理都是在熔丝的两端施加电流或电压以实现熔断，因此也被称作电修调技术。这种修调方式的优势在于成本相对较低，然而它需要较大的电流支持，并且一旦发生熔断，就无法恢复。
（二）Laser Trim（激光修调）
激光修调技术属于一种纯粹的物理Trimming手段，它通过运用尖端的激光技术直接切断芯片上的导线。此方法的一大优势在于显著减少了电路中的pad数量，进而有助于缩小芯片的体积，并降低生产成本。除此之外，激光修调技术还能精确调整电路中薄膜电阻的阻值。尽管如此，该技术的设备投入成本较高，且操作过程相对繁琐。
（三）Zener Trim（齐纳修调）
Zener trimming 的操作机制涉及对 Zener 二极管进行反向击穿，导致其 PN 结遭受永久性破坏并形成短路。此过程与传统电路维修的原理截然不同，在传统维修中，铝熔断后与之并联的电阻会被接入电路。
实际中遇到齐纳修调电路大致有下图。
#04
Trim的趋势和方法
当半导体制造工艺进展至28纳米以下的高端技术节点时，Trim技术遭遇了新的挑战并迎来了发展的新机遇。其中，以下列举的是一些当前的技术动态与处理手段：
（一）精细化与微观化
在高端制程技术中，芯片内部的电路布局和元件排列更为紧凑且细致入微，即便是微小的工艺波动也会引起显著的性能波动。鉴于此，Trim技术必须追求更高的精度和更深入的微观调控。以实例来说明：
（二）多种Trim 技术的结合
为了满足不同芯片的特定需求，Trim 技术有可能融合多种多样的策略。比如：
（三）自动化与智能化
人工智能与机器学习技术的不断发展，使得Trim环节日益倾向于运用自动化与智能化的检测设备。借助大数据分析及自动化算法，Trim环节的执行将变得更加高效且精确。例如：
（四）自适应校准功能
这些高端芯片内置了自适应校准技术，可依据实际运行状况自动调节参数设置，大大简化了操作步骤，无需用户进行手动操作。特别是在汽车电子和物联网领域，这种自适应校准功能显得尤为关键，因为相关设备对稳定性和性能有着极高的要求。
（五）最新技术节点下的Trim 方法
在28纳米及以下的高精度制造工艺中，Trim技术要求具备更高的精确度和效率。以下列举了几种常见的Trim技术实例：
芯片设计阶段的熔丝与电压变化公式构成了公式计算法的基础，它能够依据初始电压与目标值之间的差异，迅速锁定需调整的熔丝具体位置。这一方法特别适用于带有修调pad的熔丝调整以及齐纳调整，并且在CP阶段得到了广泛的运用。
VI 源循环穷举法通过电压变化范围的列举，结合初始电压与目标值的差异，对修调位进行逐一匹配，从而最终锁定需要调整的位置。尽管这一方法在理论上是可行的，但伴随修调位数量的增多，测试程序的复杂度以几何级数迅速上升，因此它仅适用于修调位数量较少的场合。
AWG数组法借助测试机的任意波形发生器（AWG）功能，同步输入电压信号，将修调需求转换成数组形式。每个数组中的数值对应一个修调位，通过设定输入电压产生修调方波，以此实现对熔丝熔断的操控。此方法适用于那些对修调时序要求不太严格的多个修调位场景。
DIO数字编程技术借助DIO(DateIn Out)测试板卡，通过数字信号的读写操作来完成调整。这一技术特别适用于IIC、SPI等通信协议的数字调整任务，特别是在那些对时序信号要求复杂的场合，其表现尤为突出。它能够实现极短的电平建立时间，短至10nS，并且测试效率极高。
总 结
Trim技术在集成电路检测领域占据关键地位，它显著提升了芯片的合格率、改善了性能并减少了成本。伴随着芯片制造工艺的不断发展以及产品功能的持续复杂化，Trim技术所面临的标准和要求也在不断提升。测试工程师必须拥有深厚的经验和广泛的技术知识，以便在多种芯片类型中实施高效的Trim操作。在未来的某个时刻，伴随着自动化和智能化技术的不断进步，Trim 程序将实现更高的精确度和效率，进而为半导体产业带来更为有力的支撑。
