【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 供電的器件，我們稱 VSS 為 GND。 2． 測(cè)試程序 半導(dǎo)體測(cè)試程序的目的是控制測(cè)試系統(tǒng)硬件以一定的方式保證被測(cè)器件達(dá)到或超越它的那些被具體定義在器件規(guī)格書里的設(shè)計(jì)指標(biāo)。 測(cè)試程序通常分為幾 個(gè)部分，如 DC 測(cè)試、功能測(cè)試、 AC 測(cè)試等。 DC 測(cè)試驗(yàn)證電壓及電流參數(shù)；功能測(cè)試驗(yàn)證芯片內(nèi)部一系列邏輯功能操作的正確性； AC 測(cè)試用以保證芯片能在特定的時(shí)間約束內(nèi)完成邏輯操作。 程序控制測(cè)試系統(tǒng)的硬件進(jìn)行測(cè)試，對(duì)每個(gè)測(cè)試項(xiàng)給出 pass 或 fail的結(jié)果。 Pass 指器件達(dá)到或者超越了其設(shè)計(jì)規(guī)格； Fail則相反，器件沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不能用于最終應(yīng)用。測(cè)試程序還會(huì)將器件按照它們?cè)跍y(cè)試中表現(xiàn)出的性能進(jìn)行相應(yīng)的分類，這個(gè)過程叫做“ Binning”，也 稱為“分 Bin”. 舉個(gè)例子，一個(gè)微處理器，如果可以在 150MHz 下正確 執(zhí)行指令，會(huì)被歸為最好的一類，稱之為“ Bin 1”；而它的某個(gè)兄弟，只能在 100MHz 下做同樣的事情，性能比不上它，但是也不是一無是處應(yīng)該扔掉，還有可以應(yīng)用的領(lǐng)域，則也許會(huì)被歸為“ Bin 2”，賣給只要求 100MHz 的客戶。 程序還要有控制外圍測(cè)試設(shè)備比如 Handler 和 Probe 的能力；還要搜集和提供摘要性質(zhì)（或格式）的測(cè)試結(jié)果或數(shù)據(jù)，這些結(jié)果或數(shù)據(jù)提供有價(jià)值的信息給測(cè)試或生產(chǎn)工程師，用于良率 (Yield)分析和控制。 二、正確的測(cè)試方法 經(jīng)常有人問道：“怎樣正確地創(chuàng) 建測(cè)試程序？”這個(gè)問題不好回答，因?yàn)閷?duì)于什么是正確的或者說最好的測(cè)試方式，一直沒有一個(gè)單一明了的界定，某種情形下正確的方式對(duì)另一種情況來說不見得最好。很多因素都在影響著測(cè)試行為的構(gòu)建方式，下面我們就來看一些影響力大的因素。 ? 測(cè)試程序的用途。 下面的清單例舉了測(cè)試程序的常用之處，每一項(xiàng)都有其特殊要求也就需要相應(yīng)的測(cè)試程序： ? Wafer Test —— 測(cè)試晶圓（ wafer）每一個(gè)獨(dú)立的電路單元（ Die），這是半導(dǎo)體后段區(qū)分良品與不良品的第一道工序，也被稱為“ Wafer Sort”、 CP 測(cè)試等 . ? Package Test —— 晶圓被切割成獨(dú)立的電路單元，且每個(gè)單元都被封裝出來后，需要經(jīng)歷此測(cè)試以驗(yàn)證封裝過程的正確性并保證器件仍然能達(dá)到它的設(shè)計(jì)指標(biāo)，也稱為 “ Final Test”、 FT 測(cè)試、成品測(cè)試等。 ? Quality Assurance Test —— 質(zhì)量保證測(cè)試，以抽樣檢測(cè)方式確保 Package Test執(zhí)行的正確性，即確保 pass的產(chǎn)品中沒有不合格品。 ? Device Characterization — — 器件特性描述，決定器件工作參數(shù)范圍的極限值。 ? Pre/Post BurnIn —— 在器件“ Burnin”之前和之后進(jìn)行的測(cè)試，用于驗(yàn)證老化過程有沒有引起一些參數(shù)的漂移。這一過程有助于清除含有潛在失效（會(huì)在使用一段時(shí)間后暴露出來）的芯片。 ? Miliary Test —— 軍品測(cè)試，執(zhí)行更為嚴(yán)格的老化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如擴(kuò)大溫度范圍，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行歸檔。 ? Ining Inspection —— 收貨檢驗(yàn)，終端客戶為保證購買的芯片質(zhì)量在應(yīng)用之前進(jìn)行的檢查或 測(cè)試。 ? Assembly Verification —— 封裝驗(yàn)證，用于檢驗(yàn)芯片經(jīng)過了封裝過程是否仍然完好并驗(yàn)證封裝過程本身的正確性。這一過程通常在 FT測(cè)試時(shí)一并實(shí)施。 ? Failure Analysis —— 失效分析，分析失效芯片的故障以確定失效原因，找到影響良率的關(guān)鍵因素，并提高芯片的可靠性。 ? 測(cè)試系統(tǒng)的性能。 測(cè)試程序要充分利用測(cè)試系統(tǒng)的性能以獲得良好的測(cè)試覆蓋率，一些測(cè)試方法會(huì)受到測(cè)試系統(tǒng)硬件或軟件性能的限制。 高端測(cè)試 機(jī)： ? 高度精確的時(shí)序 —— 精確的高速測(cè)試 ? 大的向量存儲(chǔ)器 —— 不需要去重新加載測(cè)試向量 ? 復(fù)合 PMU（ Parametric Measurement Unit） —— 可進(jìn)行并行測(cè)試，以減少測(cè)試時(shí)間 ? 可編程的電流加載 —— 簡(jiǎn)化硬件電路，增加靈活性 ? PerPin 的時(shí)序和電平 —— 簡(jiǎn)化測(cè)試開發(fā)，減少測(cè)試時(shí)間 低端測(cè)試機(jī)： ? 低速、低精度 —— 也許不能充分滿足測(cè)試需求 ? 小的向量存儲(chǔ)器 —— 也許需要重新加載向量，增加測(cè)試時(shí)間 ? 單個(gè) PMU —— 只能串行地進(jìn)行 DC 測(cè)試，增加測(cè)試時(shí)間 ? 均分資源（時(shí)序 /電平） —— 增加測(cè)試程序復(fù)雜度和測(cè)試時(shí)間 ? 測(cè)試環(huán)節(jié)的成本。 這也許是決定什么需要被測(cè)試以及以何種方式滿足這些測(cè)試的唯一的最重要的因素，測(cè)試成本在器件總的制造 成本中占了很大的比重，因此許多與測(cè)試有關(guān)的決定也許僅僅取決于器件的售價(jià)與測(cè)試成本。例如，某個(gè)器件可應(yīng)用于游戲機(jī)，它賣 15 元；而同樣的器件用于人造衛(wèi)星，則會(huì)賣 3500 元。每種應(yīng)用有其獨(dú)特的技術(shù)規(guī)范，要求兩種不同標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試程序。 3500 元的器件能支持昂貴的測(cè)試費(fèi)用，而 15 元的器件只能支付最低的測(cè)試成本。 ? 測(cè)試開發(fā)的理念。 測(cè)試?yán)砟钪灰粋€(gè)公司內(nèi)部測(cè)試人員之間關(guān)于什么是最優(yōu)的測(cè)試方法的共同的觀念，這卻決于他們特殊的要求、芯片產(chǎn)品的售價(jià)，并受他們以往經(jīng)驗(yàn)的影響。在測(cè)試程序開發(fā)項(xiàng)目啟 動(dòng)之前，測(cè)試工程師必須全面地上面提到的每一個(gè)環(huán)節(jié)以決定最佳的解決方案。開發(fā)測(cè)試程序不是一件簡(jiǎn)單的正確或者錯(cuò)誤的事情，它是一個(gè)在給定的狀況下尋找最佳解決方案的過程。 三 、 測(cè)試系統(tǒng) 測(cè)試系統(tǒng)稱為 ATE，由電子電路和機(jī)械硬件組成，是由同一個(gè)主控制器指揮下的電源、計(jì)量?jī)x器、信號(hào)發(fā)生器、模式（ pattern）生成器和其他硬件項(xiàng)目的集合體，用于模仿被測(cè)器件將會(huì)在應(yīng)用中體驗(yàn)到的操作條件，以發(fā)現(xiàn)不合格的產(chǎn)品。 測(cè)試系統(tǒng)硬件由運(yùn)行一組指令（測(cè)試程序）的計(jì)算機(jī)控制，在測(cè)試時(shí)提供合適的電壓、電流、時(shí)序和功能狀態(tài) 給 DUT 并監(jiān)測(cè) DUT 的響應(yīng)，對(duì)比每次測(cè)試的結(jié)果和預(yù)先設(shè)定的界限，做出 pass 或 fail的判斷。 ? 測(cè)試系統(tǒng)的內(nèi)臟 圖 21 顯示所有數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)都含有的基本模塊，雖然很多新的測(cè)試系統(tǒng)包含了更多的硬件，但這作為起點(diǎn)，我們還是拿它來介紹。 “CPU”是系統(tǒng)的控制中心，這里的 CPU 不同于電腦中的中央處理器，它由控制測(cè)試系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)輸入輸出通道組成。許多新的測(cè)試系統(tǒng)提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口用以傳輸測(cè)試數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)硬盤和 Memory用來存儲(chǔ)本地?cái)?shù)據(jù)；顯示 器及鍵盤提供了測(cè)試操作員和系統(tǒng)的接口。 圖 DC 子系統(tǒng)包含有 DPS（ Device Power Supplies，器件供電單元）、 RVS（ Reference Voltage Supplies，參考電壓源）、 PMU（ Precision Measurement Unit，精密測(cè)量 單元）。DPS 為被測(cè)器件的電源管腳提供電壓和電流； RVS 為系統(tǒng)內(nèi)部管腳測(cè)試單元的驅(qū)動(dòng)和比較電路提供邏輯 0 和邏輯 1 電平提供參考電壓，這些電壓設(shè)置包括： VIL、 VIH、 VOL和 VOH。性能稍遜的或者老一點(diǎn)的測(cè)試系統(tǒng)只有有限的 RVS，因而同一時(shí)間測(cè)試程序只能提供少量的輸入和輸出電平。這里先提及一個(gè)概念，“ tester pin”，也叫做“ tester channel”，它是一種探針，和 Loadboard背面的 Pad 接觸為被測(cè)器件的管腳提供信號(hào)。當(dāng)測(cè)試機(jī)的 pins 共享某一資源，比如 RVS，則此資源稱為“ Shared Resource”。一些測(cè)試系統(tǒng)稱擁有“ per pin”的結(jié)構(gòu)，就是說它們可以為每一個(gè) pin 獨(dú)立地設(shè)置輸入及輸出信號(hào)的電平和時(shí)序。 DC 子系統(tǒng)還包含 PMU（精密測(cè)量單元， Precision Measurement Unit）電路以進(jìn)行精確的 DC 參數(shù)測(cè)試，一些系統(tǒng)的 PMU 也是 per pin 結(jié)構(gòu)，安裝在測(cè)試頭（ Test Head）中。（ PMU 我們將在后面進(jìn)行單獨(dú)的講解） 每個(gè)測(cè)試系統(tǒng)都有高速的存儲(chǔ)器 —— 稱為“ pattern memory”或“ vector memory”—— 去存儲(chǔ)測(cè)試向量（ vector 或 pattern）。 Test pattern（注：本人駑鈍，一直不知道這個(gè) pattern 的準(zhǔn)確翻譯，很多譯者將其直譯為“模式”，我認(rèn)為有點(diǎn)欠妥，實(shí)際上它就是一個(gè)二維的真值表；將“ test pattern”翻譯成“測(cè)試向量”吧，那“ vector”又如何區(qū)別？呵呵，還想聽聽大家意見）描繪了器件設(shè)計(jì)所期望的一系列邏輯功能的輸入輸出的狀態(tài)，測(cè)試系統(tǒng)從 pattern memory 中讀取輸入信號(hào)或者叫驅(qū)動(dòng)信號(hào)（ Drive）的 pattern狀態(tài)，通過 tester pin 輸送給待測(cè)器件的相應(yīng)管腳；再從器件輸出管腳讀取相應(yīng)信號(hào)的狀態(tài)， 與 pattern 中相應(yīng)的輸出信號(hào)或者叫期望（ Expect）信號(hào)進(jìn)行比較。進(jìn)行功能測(cè)試時(shí)， pattern為待測(cè)器件提供激勵(lì)并監(jiān)測(cè)器件的輸出，如果器件輸入與期望不相符，則一個(gè)功能失效產(chǎn)生了。有兩種類型的測(cè)試向量 —— 并行向量和掃描向量，大多數(shù)測(cè)試系統(tǒng)都支持以上兩種向量。 Timing分區(qū)存儲(chǔ)有功能測(cè)試需要用到的格式、掩蓋（ mask）和時(shí)序設(shè)置等數(shù)據(jù)和信息，信號(hào)格式（波形）和時(shí)間沿標(biāo)識(shí)定義了輸入信號(hào)的格式和對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣的時(shí)間點(diǎn)。 Timing分區(qū)從 pattern memory 那里接收激勵(lì)狀態(tài)（“ 0”或者“ 1”） ，結(jié)合時(shí)序及信號(hào)格式等信息，生成格式化的數(shù)據(jù)送給電路的驅(qū)動(dòng)部分，進(jìn)而輸送給待測(cè)器件。 Special Tester Options 部分包含一些可配置的特殊功能，如向量生成器、存儲(chǔ)器測(cè)試，或者模擬電路測(cè)試所需要的特殊的硬件結(jié)構(gòu)。 The Systen Clocks 為測(cè)試系統(tǒng)提供同步的時(shí)鐘信號(hào)，這些信號(hào)通常運(yùn)行在比功能測(cè)試要高得多的頻率范圍；這部分還包括許多測(cè)試系統(tǒng)都包含的時(shí)鐘校驗(yàn)電路。 其他的小模塊這里不再贅述，大家基本上可以望文生義，呵呵。 四 、 PMU PMU（ Precision Measurement Unit，精密測(cè)量單元）用于精確的 DC 參數(shù)測(cè)量，它能驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)入器件而去量測(cè)電壓或者為器件加上電壓而去量測(cè)產(chǎn)生的電流。 PMU 的數(shù)量跟測(cè)試機(jī)的等級(jí)有關(guān)，低端的測(cè)試機(jī)往往只有一個(gè) PMU，同過共享的方式被測(cè)試通道（ test channel）逐次使用；中端的則有一組 PMU，通常為 8 個(gè)或 16 個(gè)，而一組通道往往也是 8個(gè)或 16 個(gè)，這樣可以整組逐次使用；而高端的測(cè)試機(jī)則會(huì)采用 per pin 的結(jié)構(gòu)，每個(gè) channel配置一個(gè) PMU。 圖 22. PMU 狀態(tài)模擬圖 ? 驅(qū)動(dòng)模式和測(cè)量模式（ Force and Measurement Modes） 在 ATE 中，術(shù)語“驅(qū)動(dòng)（ Force）”描述了測(cè)試機(jī)應(yīng)用于被測(cè)器件的一定數(shù)值的電流或電壓，它的替代詞是 Apply，在半導(dǎo)體測(cè)試專業(yè)術(shù)語中， Apply 和 Force都表述同樣的意思。 在對(duì) PMU進(jìn)行編程時(shí)，驅(qū)動(dòng)功能可選擇為電壓或 電流：如果選擇了電流，則測(cè)量模式自動(dòng)被設(shè)置成電壓；反之，如果選擇了電壓，則測(cè)量模式自動(dòng)被設(shè)置成電流。一旦選擇了驅(qū)動(dòng)功能，則相應(yīng)的數(shù)值必須同時(shí)被設(shè)置。 ? 驅(qū)動(dòng)線路和感知線路（ Force and Sense Lines） 為了提升 PMU 驅(qū)動(dòng)電壓的精確度，常使用 4 條線路的結(jié)構(gòu)：兩條驅(qū)動(dòng)線路傳輸電流，另兩條感知線路監(jiān)測(cè)我們感興趣的點(diǎn)（通常是 DUT）的電壓。這緣于歐姆定律，大家知道，任何線路都有電阻，當(dāng)電流流經(jīng)線路會(huì)在其兩端產(chǎn)生壓降，這樣我們給到 DUT 端的電壓往往小于我們?cè)诔绦蛑性O(shè)置 的參數(shù)。 設(shè)置兩根獨(dú)立的（不輸送電流）感知線路去檢測(cè) DUT 端的電壓，反饋給電壓源，電壓源再將其與理想值進(jìn)行比較，并作相應(yīng)的補(bǔ)償和修正，以消除電流流經(jīng)線路產(chǎn)生的偏差。驅(qū)動(dòng)線路和感知線路的連接點(diǎn)被稱作“開爾文連接點(diǎn)”。 ? 量程設(shè)置（ Range Settings） PMU 的驅(qū)動(dòng)和測(cè)量范圍在編程時(shí)必須被選定，合適的量程設(shè)定將保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。需要提醒的是， PMU 的驅(qū)動(dòng)和測(cè)量本身就有就有范圍的限制，驅(qū)動(dòng)的范圍取決于 PMU 的最大驅(qū)動(dòng)能力，如果程序中設(shè)定 PMU 輸出 5V的電壓而 PMU本身設(shè)定為輸出 4V電壓的話，最終只能輸出 4V的電壓。同理，如果電流測(cè)量的量程被設(shè)定為 1mA，則無論實(shí)際電路中電流多大，能測(cè)到的讀數(shù)不會(huì)超過 1mA。 值得注意的是， PMU 上無論是驅(qū)動(dòng)的范圍還是測(cè)量的量程，在連