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IC测试原理-IC设计必备宝典

当一个测试系统用来验证一片晶圆上的某个独立的 Die 的正确与否,需要用 ProbeCard 来实现测试系统和 Die 之间物理的和电气的连接,而 ProbeCard 和测试系统内部 的测试仪之间的连接则通过一种叫做“Load board”或“Performance board”的接口电路板 来实现。在 CP 测试中,Performance board 和 Probe card 一起使用构成回路使电信号得以在 测试系统和 Die 之间传输。
半导体电路最初是以晶圆形式制造出来的。晶圆是一个圆形的硅片,在这个半导体 的基础之上,建立了许多独立的单个的电路;一片晶圆上这种单个的电路被称为 die(我前 面翻译成"晶片",不一定准确,大家还是称之为 die 好了),它的复数形式是 dice.每个 die 都是一个完整的电路,和其他的 dice 没有 电路上的联系。
在一个 Die 封装之后,需要经过生产流程中的再次测试。这次测试称为“Final test” (即我们常说的 FT 测试)或“Package test”。在电路的特性要求界限方面,FT 测试通常执 行比 CP 测试更为严格的标准。 芯片也许会在多组温度条件下进行多次测试以确保那些对 温度敏感的特征参数。商业用途(民品)芯片通常会经过 0℃、25℃和 75℃条件下的测试,
第 3 章 基于 PMU 的开短路测试 更多.. Open-Short Test 也称为 Continuity Test 或 Contact Test,用以确认在器件测试时所有的信号引 脚都与测试系统相应的通道在电性能上完成了连接,并且没有信号引脚与其他信号引脚、电 源或地发生短路... 第 1 节 测试目的 第 2 节 测试方法
第1节 晶圆的诞生标志着半导体工业的开始,从那时起,半导体生产和制造技 术变得越来越重要。以前许多单个的晶体管现在可以互联加工成一种复 杂的集成的电路形 式,这就是半导体工业目前正在制造的称之为"超大规模(" VLSI,Very Large Scale Integration) 的集成电路,通常包含上百万甚至上千万门晶体管。
在所有的 die 都被探测(Probed)之后,晶圆被切割成独立的 dice,这就是常说的晶 圆锯解,所有被标示为失效的 die 都报废(扔掉)。图 2 显示的是一个从晶圆上锯解下来没 有被标黑点的 die,它即将被封装成我们通常看到的芯片形式。
注:本标题系列连载内容及图片均出自《The Fundamentals Of Digital Semiconductor Testing》
而军事用途(军品)芯片则需要经过 -55℃、25℃和 125℃。
芯片可以封装成不同的封装形式,图 4 显示了其中的一些样例。一些常用的封装形式如下 表: DIP: Dual Inline Package (dual indicates the package has pins on two sides) CerDIP:Ceramic Dual Inline Package PDIP: Plastic Dual Inline Package PGA: Pin Grid Array BGA: Ball Grid Array SOP: Small Outline Package TSOP: Thin Small Outline Package TSSOP:Thin Shrink Small Outline Package (this one is really getting small!)
TQFP: Thin version of the QFP
MQFP: Metric Quad Flat Pack
MCM: Multi Chip Modules (packages with more than 1 die (formerly called hybrids)
第2节 自动测试设备 随着集成电路复 杂度的提高,其测试的复杂度也随之水涨船高,一些器件的测试成本甚至 占到了芯片成本的大部分。大规模集成电路会要求几百次的电压、电流和时序的测试,以及 百万次的功能测试步骤以保证器件的完全正确。要实现如此复杂的测试,靠手工是无法完成 的,因此要用到自动测试设备(ATE,Automated Test Equipment)。
ATE 是 一种由高性能计算机控制的测试仪器的集合体,是由测试仪和计算机组合 而成的测试系统,计算机通过运行测试程序的指令来控制测试硬件。测试系统最基本的要求 是可以快速且可靠地重复一致的测试结果,即速度、可靠性和稳定性。为保持正确性和一致 性,测试系统需要进行定期校验,用以保证信号源和测量单元的精度。
第 12 节 IOS test 第 5 章 功能测试 更多.. 功能测试是验证 DUT 是否能正确实现所设计的逻辑功能,为此,需生成测试向量或真值表 以检测 DUT 中的错误,真值表检测错误的能力可用故障覆盖率衡量,测试向量和测试时序 组成功能测试的核心... 第 1 节 基础术语 第 3 节 输出数据 第 5 节 Vector Data 第 7 节 Gross Functional Test an... 第 9 节 标准功能测试 第 2 节 测试周期及输入数据 第 4 节 Output Loading for AC Te... 第 6 节 Functional Specification... 第 8 节 Functionally Testing a D... 第 6 章 AC 参数测试 更多.. 第1节 测试类型
第 2 章 半导体测试基础 更多.. 半导体测试程序的目的是控制测试系统硬件以一定的方式保证被测器件达到或超越它的那 些被具体定义在器件规格书里的设计指标... 第 1 节 基础术语 第 3 节 测试系统 第 5 节 管脚电路 第 2 节 正确的测试方法 第 4 节 PMU 第 6 节 测试开发基本规则
第3节 数字和模拟电路 过去,在模拟和数字电路设计之间,有着显著的不同。数字电路控制电子信号,表现为逻辑 电平“0”和“1”,它们被分别定义成一种特殊的电压分量,所有有效的数字电路数据都用 它们来表示,每一个“0”或“1”表示数据的一个比特(bit)位,任何数值都可以由按照 一定顺序排列的“0”“1”比特位组成的二进制数据来表示,数值越大,需要的比特位越多。 每 8 个比特一组构成一个 Byte,数字电路中的数据经常以 Byte 为单位进行处理。
不同于数字信号的“0”“1”界限分明(离散),模拟电路时连续的——在任何两个 信号电平之间有着无穷的数值。模拟电路可以使用电压或电流来表示数值,我们常见的也是 最常用的模拟电路实例就是运算放大器,简称运放。
为帮助理解模拟和数字电路数值的基本差别,我们可以拿时钟来比方。“模拟”时钟 上的指针连续地移动,因此所有的任一时间值可以被观察者直接读出,但是所得数值的准确 度或者说精度取决于观察着认知的程度。
当制造过程完成,每个 die 都必须经过测试。测试一片晶圆称为"Circuit probing"(即 我们常说的 CP 测试)、"Wafer porbing"或者"Die sort"。在这个过程中,每个 die 都被测试以 确保它能基本满足器件的特征或设计规格书(Specification),通常包括电压、电流、时序和 功 能的验证。如果某个 die 不符合规格书,那么它会被测试过程判为失效(fail),通常会 用墨点将其标示出来(当然现在也可以通过 Maping 图来区 分)。
而在“数字”时钟上,只有最小增量以上的值才能被显示,而比最小增量小的值则 无法显示。如果有更高的精度需求,则需要增加数据位,每个新增的数据位表示最小的时间 增量。
有的电路里既有数字部分也有模拟部分,如 AD 转换器(ADC)将模拟信号转换成 数字信号,DA 转换器(DAC)则相反,我们称之为“混合信号电路”(Mixed Signal Devices)。 另一种描述这种混合电路的方法则基于数字部分和模拟部分占到电路的多少:数字部分占大 部分而模拟部分所占比例较少归于数字电路,反之则归于模拟电路。
第 1 章 认识半导体和测试设备 更多.. 1947 年,第一只晶体管的诞生标志着半导体工业的开始,从那时起,半导体生产和制造技 术变得越来越重要... 第 1 节 晶圆、晶片和封装 第 3 节 半导体技术 第 5 节 测试系统的种类 第 7 节 探针卡(ProbeCard) 第 2 节 自动测试设备 第 4 节 数字和模拟电路 第 6 节 测试负载板(LoadBoard)...
第 5 节 测试系统的种类 一般认为测试系统都是通用的,其实大部分测试系统的设计都是面向专门类型的集成电路, 这些专门的电路包括:存储器、数字电路、模拟电路和混合信号电路;每种类型下还可以细 分成更多种类,我们这里只考虑这四种类型。
5.1 存储器件类
我们一般认为存储器是数字的,而且很多 DC 测试参数对于存储类和非存储类的数字器 件是通用的,虽然如此,存储器的测试还是用到了一些独特的功能测试过程。带内存的自动 测试系统使用一种算法模式生成器(APG,algorithmic pattern generator)去生成功能测试模 型,使得从硬件上生成复杂的功能测试序列成为可能,这样我们就不用把它们当作测试向量 来保存。存储器测试的一些典型模型包括:棋盘法、反棋盘法、走 0、走 1、蝶形法,等等…… APG 在器件的每次测试时生成测试模型,而不带内存的测试系统将预先生成的模型保存到 向量存储区,然后每次测试时从中取出数据。存储器测试通常需要很长的测试时间去运行所 要求的测试模型,为了减少测试成本,测试仪通常同时并行测试多颗器件。
第 3 节 半导体技术 有一系列的方法被用来生产和制造数字半导体电路,这些方法称为半导体技术或工艺,常用 的技术或工艺包括:TTL (Transistor-Transistor Logic a.k.a. bipolar logic), ECL (Emitter Coupled Logic), SOS (Silicon on Sapphire), and CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor)。不 管什么技术或工艺,出来的产品都要经过测试,这里我们关注数字 TTL 和 CMOS 电路。
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