这些“眼状图”显示了数字信号中所存在的噪声量。当信号变得越嘈杂，其特征形状就越扭曲，中心也越小，就像眼睛逐渐闭上一样。美国国家标准与技术研究院(NIST)推出的新3D芯片检测方法可以让微波穿过芯片材料，因此研究人员能够快速检测出产生噪声、使睁眼状图像变为扭曲眯眼状的缺陷。

Credit: Y. Obeng and N. Hanacek/NIST

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员发明了一种检测多层三维计算机芯片的新方法，这些芯片现如今已应用到一些最 新的消费类设备中。这种新方法将能满足半导体行业的需求，快速评估这种较新的芯片结构模型的可靠性。这种芯片结构模型是将平面电路层累叠在一起，就像建筑物中的楼层一样，让芯片的传输速度更快，功能更丰富。

传统的芯片检测方法在检测所谓的3D芯片时具有一定局限性，而这种新方法解决了相应的难题。3D芯片由许多轻薄的平行“楼层”组成，通过被称为硅片通孔(TSV)的垂直通道相互连接在一起，这些硅片通孔对于3D芯片的运行至关重要。经过业界数十年的不断开发努力，3D芯片在近几年终于具备了商业可行性。

凭借NIST这种新的检测方法，芯片设计者可以找到更好的办法来最 大限度地减少“电迁移”的影响，这是长期困扰芯片并导致其故障的原因，因为源源不断的电子流会对携带它们的脆弱电路产生持续的磨损。NIST的这种方法可以让设计者更快地提前发现芯片材料的性能，实时且深入地探索哪些材料最适合在3D芯片中使用。

“研究结果表明，我们有可能更快地发现微小的故障，”NIST化学研究员、新兴集成系统计量项目负责人Yaw Obeng说道，“我们无需等待数月，只要几天或几个小时内就能看到故障的发生。你可以在挑选材料阶段进行我们的检测，看看制造过程会对最终产品产生什么样的影响。如果有问题而没有看到，可能会影响决策判断。”

如果3D芯片是一幢高层建筑，那么硅片通孔(TSV)就是电梯。它们会帮助3D芯片完成三件关键的事情：加速、缩小和冷却。不同平面上的电路单元互相连通，信号无需一路穿过相对庞大的2D芯片，这意味着计算速度更快，并且电子在移动时会导致更少的导电材料变热。

尽管硅片通孔(TSV)具有这些优点，但它也有一个缺点：它的可靠性很难通过传统的方法来测试，因为那需要将直流电通过导体并等待其电阻变化。这个过程非常耗时，需要数周甚至数月才能显示结果。芯片行业需要一种快速而现实的计量新方法，能揭示实际通过导体的高速信号所受到的影响。

NIST这种新检测方法通过向材料发送微波，可以测量信号数量和质量的变化。测试装置能通过反复加热和冷却材料来模拟实际情况，导致其产生缺陷。随着时间的推移，微波信号的强度会下降，并从一个清晰的方形波衰减为一个明显扭曲的波形。

微波的运用带来了诸多好处。其中最主要的好处是，这种方法能够以非常快的速度揭示设备可靠性的问题，并且是实际运用的设备，而且问题的发现远远早于实际故障的发生，这是传统的电阻方法无法实现的。

“故障发生之前的时间我们称之为‘静止期’，一旦缺陷出现，就会透过材料四处扩散，好像风中的种子一样，”Obeng说。“这种微波方法能够揭示这一过程的发生。如果你只看电阻，你就不会看到这个过程，结果只能要么成功，要么失败。”

微波可以在测试开始后三天内快速显示有关缺陷的信息，而传统测试可能需要数月的时间。

据Obeng估计，这种方法几年内可能就会在业界得到全面实施，而且可以提供有价值的见解。

－END－

来源：NIST新闻