package daisy-chain test가 회로 기능 대신 무엇을 보여주는가

실제 연산을 하지 않는 dummy package가 thermal cycle 시험에서 중요한 역할을 한다. 기능이 없는 chip을 달았는데 무엇을 검증할 수 있을까. Package Daisy Chain은 package와 board 사이의 연결을 긴 전기 경로로 묶어, 그 경로가 유지되는지를 관찰하는 구조다.

daisy chain은 하나의 연결에서 다음 연결로 이어지는 연속 회로다. package 내부 metal과 bump, substrate trace, solder ball, PCB trace를 적절히 이어 test pad 사이에 하나의 경로를 만든다. 전류가 흐르려면 경로에 포함된 연결들이 이어져 있어야 한다. 중간 연결이 끊어지면 전체 chain의 continuity가 깨진다.

TI Flip Chip BGA Package Reference Guide 3.1.1절은 daisy-chained mechanical sample로 mounting 경험, PCB layout, 장비 정렬을 확인하도록 설명한다. 연결에는 die의 metal pattern부터 bump와 solder ball, PCB trace까지 포함된다. 전체 package를 한 회로로 검사하거나 quadrant를 나눠 검사할 수도 있다. 실제 coverage는 해당 sample의 netlist와 test board 연결로 정해진다.

가상 chain에 검사할 접합 32개가 있고 각각 10 mΩ라고 정하자. die·package·PCB trace와 다른 고정 경로의 합을 0.18 Ω로 두면, 전체 저항은 32×0.010 + 0.18 = 0.50 Ω다. 10 mA로 측정하는 이상적인 상황에서는 test pad 사이 전압이 5 mV다. 실제 장비와 fixture의 정확도는 아직 넣지 않았다.

접합 하나의 저항이 10 mΩ에서 100 mΩ로 늘면 전체는 0.59 Ω, 전압은 5.9 mV가 된다. 변화량은 0.9 mV다. 이 차이를 보려면 측정 분해능뿐 아니라 온도에 따른 도체 저항 변화와 fixture 접촉, probe 연결을 관리해야 한다. 작은 차이를 구분하는 측정에서는 전류 공급선과 전압 감지선을 분리하는 방법도 검토할 수 있다.

하지만 저항 변화가 보였다고 고장 위치까지 알아낸 것은 아니다. 32개 접합이 각각 2.8125 mΩ씩 증가해도 총 변화는 같은 90 mΩ다. 접합 하나의 큰 변화와 여러 접합의 작은 변화가 동일한 전체 저항을 만든다. 한 chain의 숫자는 그 경로의 상태를 보여 주지만 내부 원인을 유일하게 정하지 않는다.

quadrant별로 chain을 나누면 문제가 어느 영역에 있는지 더 좁힐 수 있다. 그래도 그 영역의 특정 solder ball이 원인인지, package 내부 bump나 PCB trace가 원인인지는 추가 분석이 필요하다. 임의의 검사값을 곧바로 solder crack의 크기로 환산할 수는 없다. chain에는 여러 종류의 연결이 함께 들어 있다.

시간 해상도도 중요하다. 가상 tester가 1 ms마다 순간적으로 측정한다고 하자. 중간에 25 μs 동안만 열린 접촉은 두 sample 사이에 완전히 들어가면 놓칠 수 있다. 순간 sample이 정상이라는 사실로 그 사이 전체가 정상이라고 보장할 수 없다. 실제 장비의 integration time과 event detector 구조가 다르면 검출 조건도 다시 정의해야 한다.

TI 지침의 3.1.3절은 daisy-chain package를 board에 조립해 thermal cycle을 가하고, 초기와 cycle 이후의 전기 측정을 수행하는 board-level reliability 시험을 설명한다. 연속 검출인지 주기적 검사인지, 어떤 resistance 또는 open 조건을 failure로 정했는지에 따라 결과의 의미가 달라진다. 시험 통과 숫자에는 관찰 범위를 함께 남겨야 한다.

daisy-chain sample이 정상이라고 실제 IC의 모든 기능과 신호 품질까지 확인한 것은 아니다. chain 밖의 연결은 관찰되지 않으며, 고속 신호의 반사나 실제 power distribution도 별도 질문이다. mechanical sample과 실제 제품의 재료·치수·조립 조건이 다르면 시험 결과를 그대로 옮기는 데 한계가 있다.

Package Daisy Chain은 복잡한 조립물의 연결 상태를 단순하고 관찰 가능한 전기 경로로 바꾸는 방법이다. netlist로 어떤 접점을 포함하는지 확인하고, 저항 분해능과 시간 해상도, failure 기준을 정하면 기능 시험이 설명하지 못하는 연결의 유지 문제를 명확하게 다룰 수 있다.