量子金刚石显微镜破解芯片无损检测难题，欧洲加码布局下一代半导体测试技术
#背景介绍#
随着高性能AI芯片需求的爆发式增长，半导体行业正面临一个棘手挑战：随着芯片密度与性能持续提升的同时，产品良率却急剧下降，这不仅减少市场供应、推高生产成本，更严重放缓了行业创新步伐。传统测试方法已难以跟上器件架构升级的节奏，无损、精准的先进检测技术成为行业亟待突破的关键瓶颈，而金刚石量子显微镜的出现，为这一难题的解决带来了全新可能。
以下内容整理自Quantum Diamonds GmbH官网、相关论文及公开报道
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QD的“大手笔”
作为欧洲半导体检测领域的量子传感设备先驱，Quantum Diamonds GmbH（简称QD）近日宣布将在德国慕尼黑投资1.52亿欧元（约合12.6亿人民币），建立全球首个基于量子金刚石显微镜的先进芯片测试系统生产设施。
QD的核心产品是量子金刚石显微镜（Quantum Diamond Microscope，QDM），型号为QDm.1，是一款基于量子传感技术的无损磁成像系统，专用于先进封装芯片内部故障的无损检测与定位，该产品曾荣获德国物理学会颁发的2026年技术转化奖，并被欧盟委员会主席乌尔苏拉·冯德莱恩亲自参观。
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QDM的测试原理
QDm.1系统利用金刚石氮-空位色心（NV色心），通过探测磁场追踪电流，能够以微米级精度，在几秒内无损映射出芯片内部的电流分布，还能对标准热成像或X射线工具无法察觉的缺陷进行精准成像，尤其适用于支撑AI、移动和汽车电子的先进2.5D和3D架构检测。
QDm.1量子金刚石显微镜的水平空间分辨率≤1微米，深度空间分辨率≤0.5微米，最大视场范围可达3毫米×3毫米，能够自动拼接至5厘米×5厘米，单次检测时长约为5-10分钟，电流成像灵敏度低至纳安量级，且能在常规室温常压环境下运行，可实现自动校准、磁场分析、电流重构、多格式数据导出及图像叠加等功能，能够与激光红外热成像等常规技术形成互补，大幅提升缺陷定位的精准度和效率，可检测封装及芯片的各类短路、漏电、开路等缺陷。
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QDM的应用场景
当I-V测试（电流-电压测试）发现某个引脚存在异常时，通常会使用激光红外热成像等常规成像技术定位热点区域。而QDm.1设备可进一步呈现该区域内的电磁信号分布，生成磁场分布图像和电流密度图像，通过信号解析或与设计版图匹配，还原器件故障位置的三维层状结构信息，最终找到疑似故障的金属布线，为后续的芯片失效分析提供精准指引，与传统检测技术形成高效互补。这一流程无需破坏器件就能精准锁定故障位置，在封装级器件的无损分析阶段尤为关键。
QDm.1量子金刚石显微镜可用于传统封装、先进封装、宽禁带材料（氮化镓、碳化硅）、高带宽存储器等多个领域。
芯片生产方面，QDm.1能对欧姆短路、低阻短路、漏电通路、键合线失效及互连可靠性问题开展高级成像与诊断分析，能够及早发现半导体生产中的缺陷，减少重工和报废，降低晶圆和原材料损失，提高芯片良率。
先进封装方面，2.5D/3D集成、芯粒（Chiplet）等技术大幅提升了芯片内部的复杂度和检测难度，并带来垂直互连（TSV、TGV）、互连桥等新型失效模式，传统电学、光学及热学检测手段存在明显监测空白，亟需稳定可靠的新型测试平台支撑。
新型半导体方面，氮化镓、碳化硅、金刚石等宽带隙材料正越来越多地应用于高功率和高频领域。这些材料及其与硅片异质键合或异质外延的复合结构带来了更复杂的新型失效问题，同样需要创新的分析技术予以解决。
材料科学方面，石墨烯或过渡金属二硫属化物等低维材料、量子材料、新型存储材料，其电子输运、界面耦合与缺陷行为亟需全新的表征手段与检测方法。
近期，在一个采用了集成扇出型堆叠封装（InFO PoP）技术的iPhone处理器中，QDm.1成功检测并定位了其中一个集成无源器件（IPD）内部的短路缺陷——这是量子感应磁成像技术首次成功解析复杂2.5D/3D封装内的实际缺陷。
QD目前已与全球十大芯片制造商中的九家成功完成概念验证项目，后续计划于2026年第一季度向美国和中国台湾企业同步推进设备交付。
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QDM：先进封测新标杆
欧盟委员会在评估报告中高度肯定了QD的发展潜力，认为其有望成为“下一代ASML”，成为欧洲高科技工业的又一核心力量。世界经济论坛（WEF）与埃森哲联合发布的行业报告提到“基于合成金刚石的量子传感器有望比传统传感器提供更高的精度，通过改进下一代集成电路的失效分析，彻底改变半导体行业。”
随着异质键合和先进封装成为半导体行业常态，QDm.1提供的精准层析能力已从“可选”变为“刚需”，其无需破坏封装或切割芯片就能对TSV、微凸点、芯粒等结构的缺陷进行成像与分析，将为晶圆厂带来显著价值，有望成为半导体行业高质量发展的重要支撑。