集成电路测试过程中的主要环节如下。
1.测试规范(test specification)和测试计划(test plan)的制订
1)器件规范是开发和测试的依据,应该包含以下内容。
①功能、参数——参数特性和测试条件、功能特性、输入/输出信号的特征和时钟频率等。
②器件的类型——逻辑电路、微处理器、存储器、模拟电路、模数混合信号电路等。
③物理特性——封装、引脚分布等。
④工艺——门电路、定制电路、标准单元等。
⑤环境特性——工作的温度范围、供电电压、湿度等。
⑥可靠性——质量等级(每百万个器件的缺陷比例)、每1000h(小时)的失效率等。
2)在测试规范的基础上,可以制订测试计划。在测试计划中,确定测试的种类和测试仪的种类。
测试的种类包括参数测试、功能测试、老化测试、速度分选等。测试仪的选择要考虑到很多因素,例如吞吐量、时钟频率、定时的准确度、测试序列的深度、测试仪所含各种仪器模块的性能、指标以及费用等。
2.测试仪(tester)的选用
测试仪的基本功能是向被测器件(DUT)施加输入,并观察其输出。测试仪通常也被称为自动测试设备(Automatic Test Equipment,ATE)。选择ATE时必须考虑被测器件的规范,主要包括速度(该器件的时钟频率),定时准确度、输入、输出引脚的数目、模拟信号和数模混合信号测试要求等。此外,还有费用、可靠性、编程难易程度等。
3.测试程序(test program)的生成(www.xing528.com)
一旦器件被安放在测试仪上,需要有测试程序来控制测试过程。测试程序包含着控制测试过程的指令序列。例如,简单的序列就是上电及初始化,向输入引脚施加时钟和向量,探测输出引脚,将输出信号与预先存储好的预期响应进行比较。更完善的测试程序还可以提供输入信号的波形选择、屏蔽输出信号、感知高阻状态以及多种复杂的功能。
测试程序生成(Test Program Generation,TPG)需要3种信息:
1)测试的规范以及测试的种类等信息,这些可以从测试计划中得到。
2)器件的物理特性数据(引脚分布、晶圆图等),这些可以从版图中得到。
3)信号、测试向量(输入以及预期响应)及定时信息,这些可以从模拟器中得到。
4.测试器件分类
集成电路测试的目的之一是对每个被测器件分类,分类的依据是各种测试结果。最简单的分类是“通过”和“失效”,把合格品和不合格品进行分离,分开来存放。但分类并不仅是通过/失效操作。有时还对“通过”的器件再进行分级,按某些指标将其归类为几个等级。还可按检测出故障的类型来区分失效器件。
通过使用自动分选机或探针测试台,让测试仪与分选机联合工作来实现自动测试和分类。下面以分选机与测试仪连接完成集成电路的成品测试为例,说明其工作过程:①自动分选机自动上料,把被测器件自动传送到测试位置,与测试仪的DUT连接。②分选机向测试仪发出一个可以测试的启动信号。③测试仪收到启动信号后,立即对一个器件进行测试。测试顺序一般是接触测试、功能测试、直流参数测试、交流参数测试。④测试仪测试完毕,由测试结果产生分类信号,传送分类信号和测试完成信号给分选机。⑤分选机根据分类信号,自动运送该器件到对应的分类盒,同时开始下一个器件的自动上料,即重复第一步。
测试仪要求具有快速响应和快速测试能力,一个器件的测试时间通常要求在几百毫秒完成,分选机应具有快速上料、快速分类能力,上料及分类时间通常也只需几百毫秒,所以完成一个器件的自动测试和分类的时间在1s左右,即1h可测试3000~4000只集成电路。
5.测试数据的分析(test data analysis)
从测试仪得到的数据有3个用途:判断被测器件是否合格并分类;提供关于制造过程的有用信息,如总产量、合格率、被测参数的平均值、标准偏差等;提供有关设计方案薄弱环节的信息。
如果器件没有通过测试,当然可以立即指出该器件有问题。但是,即使器件通过了测试,也不能说该器件就是合格的,除非测试的故障覆盖率达到了100%。对测试数据的分析可以提供有关器件质量的信息。对失效芯片进行失效模式分析(failure mode analysis),可以为提高集成电路工艺进一步提供信息。这些信息对于逻辑设计以及版图设计都是十分有用的。
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