芯片開發(fā)和生產(chǎn)中的IC測(cè)試基本原理分析

1 引言

　　本文主要討論芯片開發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中的IC測(cè)試基本原理，內(nèi)容覆蓋了基本的測(cè)試原理，影響測(cè)試決策的基本因素以及IC測(cè)試中的常用術(shù)語(yǔ)。

　　2 數(shù)字集成電路測(cè)試的基本原理

　　器件測(cè)試的主要目的是保證器件在惡劣的環(huán)境條件下能完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)格書所規(guī)定的功能及性能指標(biāo)。用來(lái)完成這一功能的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備是由計(jì)算機(jī)控制的，因此，測(cè)試工程師必須對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)編程和操作系統(tǒng)有詳細(xì)的認(rèn)識(shí)，測(cè)試工程師必須清晰了解測(cè)試設(shè)備與器件之間的接口，懂得怎樣模擬器件將來(lái)的電操作環(huán)境，這樣器件被測(cè)試的條件類似于將來(lái)的應(yīng)用環(huán)境。

　　首先有一點(diǎn)必須明顯的是，測(cè)試成本是一個(gè)很重要的因素，關(guān)鍵目的之一就是幫助降低器件的生產(chǎn)成本，甚至在優(yōu)化的條件下，測(cè)試成本有時(shí)能占到器件總體成本的40%左右，良品率和測(cè)試時(shí)間必須達(dá)到一個(gè)平衡，以取得最好的成本效率。

　　2.1 不同測(cè)試目標(biāo)的考慮

　　依照器件開發(fā)和制造階段的不同，采用的工藝技術(shù)的不同，測(cè)試項(xiàng)目種類的不同以及待測(cè)器件的不同，測(cè)試技術(shù)可以分為很多種類。

　　器件開發(fā)階段的測(cè)試包括：特征分析：保證設(shè)計(jì)的正確性，決定器件的性能參數(shù);

　　產(chǎn)品測(cè)試：確保器件的規(guī)格和功能正確的前提下減少測(cè)試時(shí)間提高成本效率; 可靠性測(cè)試：保證器件能在規(guī)定的年限之內(nèi)正確工作;

　　來(lái)料檢查：保證在系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中所有使用的器件都能滿足它本身規(guī)格書要求，并能正確工作。

　　制造階段的測(cè)試包括：

　　圓片測(cè)試：在圓片測(cè)試中，要讓測(cè)試衣管腳與器件盡可能地靠近，保證電纜，測(cè)試衣和器件之間的阻抗匹配，以便于時(shí)序調(diào)整和矯正。因而探針卡的阻抗匹配和延時(shí)問(wèn)題必須加以考慮。

　　封裝測(cè)試：器件插座和測(cè)試頭之間的電線引起的電感是芯片載體及封裝測(cè)試的一個(gè)首要的考慮因素。

　　特征分析測(cè)試，包括門臨界電壓、多域臨界電壓、旁路電容、金屬場(chǎng)臨界電壓、多層間電阻，金屬多點(diǎn)接觸電阻、擴(kuò)散層電阻，接觸電阻以及FET寄生漏電等參數(shù)測(cè)試。

　　通常的工藝種類包括：

　　TTL、ECL、CMOS、NMOS、Others

　　通常的測(cè)試項(xiàng)目種類：

　　功能測(cè)試：真值表、算法向量生成

　　直流參數(shù)測(cè)試：開路/短路測(cè)試，輸出驅(qū)動(dòng)電流測(cè)試、漏電電源測(cè)試、電源電流測(cè)試、轉(zhuǎn)換電平測(cè)試等。

　　交流參數(shù)測(cè)試：傳輸延遲測(cè)試，建立保持時(shí)間測(cè)試、功能速度測(cè)試、存取時(shí)間測(cè)試、刷新/等待時(shí)間測(cè)試，上升/下降時(shí)間測(cè)試。

　　2.2 直流參數(shù)測(cè)試

　　直流測(cè)試是基于歐姆定律的用來(lái)確定器件電參數(shù)的穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法。比如，漏電流測(cè)試就是在輸入管腳施加電壓，這使輸入管腳與電源或地之間的電阻上有電流通過(guò)，然后測(cè)量其該管腳電流的測(cè)試，輸出驅(qū)動(dòng)電流測(cè)試就是在輸出管腳上施加一定電流，然后測(cè)量該管腳與地或電源之間的電壓差。

　　通常的DC測(cè)試包括：

　　接觸測(cè)試(短路-開路)：這項(xiàng)測(cè)試保證測(cè)試接口與器件正常連接，接觸測(cè)試通過(guò)測(cè)量輸入輸出管腳上保護(hù)二極管的自然壓降來(lái)確定連接性。二極管上如果施加一個(gè)適當(dāng)?shù)恼蚱秒娏?，二極管的壓降將是0.

　　7V左右，因此接觸測(cè)試就可以由以下步驟來(lái)完成：

　　(1)所有管腳設(shè)為0V，

　　(2)待測(cè)管腳上施加正向偏置電流I，

　　(3)測(cè)量I引起的電壓，

　　(4)如果該電壓小于0.1V，說(shuō)明管腳短路，

　　(5)如果電壓大于1.0V，說(shuō)明該管腳開路，

　　(6)如果電壓在0.1V到1.0V之間，說(shuō)明該管腳正常連接。

　　漏電(IIL，IIH，IOZ)：理想條件下，可以認(rèn)為輸入及三態(tài)輸出管腳和地之間是開路的，但實(shí)際情況，它們之間為高電阻狀態(tài)，它們之間的最大的電流就稱為漏電流。或分別稱為輸入漏電流和輸出三態(tài)漏電流，漏電流一般是由于器件內(nèi)部和輸入管腳之間的絕緣氧化膜在生產(chǎn)過(guò)程中太薄引起的，形成一種類似于短路的情形，導(dǎo)致電流通過(guò)。

　　三態(tài)輸出漏電IOZ是當(dāng)管腳狀態(tài)為輸出高阻狀態(tài)時(shí)，在輸出管腳使用VCC(VDD)或GND(VSS)驅(qū)動(dòng)時(shí)測(cè)量得到的電流，三態(tài)輸出漏電流的測(cè)試和輸入漏電測(cè)試類似，不同的是待測(cè)器件必須被設(shè)置為三態(tài)輸出狀態(tài)。

　　轉(zhuǎn)換電平(VIL，VIH)。轉(zhuǎn)換電平測(cè)量用來(lái)決定器件工作時(shí)VIL和VIH的實(shí)際值。(VIL是器件輸入管腳從高變換到低狀態(tài)時(shí)所需的最大電壓值，相反，VIH是輸入管腳從低變換到高的時(shí)候所需的最小電壓值)。這些參數(shù)通常是通過(guò)反復(fù)運(yùn)行常用的功能測(cè)試，同時(shí)升高(VIL)或降低(VIH)輸入電壓值來(lái)決定的，那個(gè)導(dǎo)致功能測(cè)試失效的臨界電壓值就是轉(zhuǎn)換電平，這一參數(shù)加上保險(xiǎn)量就是VIL或VIH規(guī)格，保險(xiǎn)量代表了器件的抗噪聲能力。