Conception en vue du Test des Circuits Intégrés 3D à base de TSVs

par Yassine Fkih

Thèse de doctorat en Systèmes automatiques et microélectroniques

Sous la direction de Bruno Rouzeyre.


  • Résumé

    Depuis plusieurs années, la complexité des circuits intégrés ne cesse d'augmenter : du SOC (System On Chip) vers le SIP (System In Package), et plus récemment les circuits empilés en 3D : les 3D SIC (Stacked Integrated Circuits) à base de TSVs (Through Silicon Vias) interconnectant verticalement les tiers, ou puces, du système. Les 3D SIC présentent de nombreux avantages en termes de facteur de forme, de performance et de consommation mais demandent aussi de relever de nombreux défis en ce qui concerne leur test, étape nécessaire avant la mise en service de ces systèmes complexes. Dans cette thèse, nous nous attachons à définir les infrastructures de test qui permettront de détecter les éventuels défauts apparaissant lors de la fabrication des TSVs ou des différentes puces du système. Nous proposons une solution de BIST (Built In Self Test) pour le test avant empilement des TSVs. Cette solution est basée sur l'utilisation d'oscillateurs en anneaux dont la fréquence d'oscillation dépend des caractéristiques électriques des TSVs. La solution de test proposée permet non seulement la détection de TSVs fautifs mais aussi de renseigner sur le nombre d'éléments défectueux et leur identification. D'autre part, nous proposons une architecture de test 3D basée sur la nouvelle proposition de norme IEEE P1687. Cette infrastructure permet de donner accès aux composants du système 3D avant et après empilement. Elle permet d'autre part de profiter du recyclage des données de test développées et appliquées avant empilement pour chacun des tiers puis ré-appliqués durant ou après l'empilement. Ces travaux aboutissent finalement à l'ouverture d'une nouvelle problématique liée à l'ordonnancement des tests sous contraintes (puissance consommée, température).Mots-clés : test, circuits 3D, TSV, BIST, oscillateur en anneau, architecture de test 3D, IEEE P1687, test avant empilement, test après empilement.

  • Titre traduit

    Design for Test of TSV Based 3D Stacked Integrated Circuits


  • Résumé

    For several years, the complexity of integrated circuits continues to increase, from SOC (System On Chip) to SIP (System In Package) , and more recently 3D SICs (Stacked Integrated Circuits) based on TSVs (Through Silicon Vias ) that vertically interconnect stacked circuits in a 3D system. 3D SICs have many advantages in terms of small form factor, high performances and low power consumption but have many challenges regarding their test which is a necessary step before the commissioning of these complex systems. In this thesis we focus on defining the test infrastructure that will detect any occurring defects during the manufacturing process of TSVs or the different sacked chips in the system. We propose a BIST (Built In Self Test) solution for TSVs testing before stacking, this solution is based on the use of ring oscillators which their oscillation frequencies depend on the electrical characteristics of the TSVs. The proposed test solution not only allows the detection of faulty TSVs but also gives information about the number of defective TSVs and their location. On the other hand, we propose a 3D DFT (Design For Test) architecture based on the new proposed test standard IEEE P1687. The proposed test architecture provides test access to the components of the 3D system before and after stacking. Also it allows the re-use of recycled test data developed and applied before stacking to each die in the mid-bond and post-bond test levels. This work lead to the opening of a new problem related to the test scheduling under constraints such as: power consumption, temperature.Keywords: test, 3D circuits, TSV, BIST, ring oscillators, 3D DFT architecture, IEEE P1687, pre-bond test, post-bond test.


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