芯片開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中的IC測試基本原理分析

1 引言

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

　　2 數字集成電路測試的基本原理

　　器件測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)現設計規格書(shū)所規定的功能及性能指標。用來(lái)完成這一功能的自動(dòng)測試設備是由計算機控制的，因此，測試工程師必須對計算機科學(xué)編程和操作系統有詳細的認識，測試工程師必須清晰了解測試設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，這樣器件被測試的條件類(lèi)似于將來(lái)的應用環(huán)境。

　　首先有一點(diǎn)必須明顯的是，測試成本是一個(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，測試成本有時(shí)能占到器件總體成本的40%左右，良品率和測試時(shí)間必須達到一個(gè)平衡，以取得最好的成本效率。

　　2.1 不同測試目標的考慮

　　依照器件開(kāi)發(fā)和制造階段的不同，采用的工藝技術(shù)的不同，測試項目種類(lèi)的不同以及待測器件的不同，測試技術(shù)可以分為很多種類(lèi)。

　　器件開(kāi)發(fā)階段的測試包括：特征分析：保證設計的正確性，決定器件的性能參數;

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

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

　　制造階段的測試包括：

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

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

　　特征分析測試，包括門(mén)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、擴散層電阻，接觸電阻以及FET寄生漏電等參數測試。

　　通常的工藝種類(lèi)包括：

　　TTL、ECL、CMOS、NMOS、Others

　　通常的測試項目種類(lèi)：

　　功能測試：真值表、算法向量生成

　　直流參數測試：開(kāi)路/短路測試，輸出驅動(dòng)電流測試、漏電電源測試、電源電流測試、轉換電平測試等。

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

　　2.2 直流參數測試

　　直流測試是基于歐姆定律的用來(lái)確定器件電參數的穩態(tài)測試方法。比如，漏電流測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)，然后測量其該管腳電流的測試，輸出驅動(dòng)電流測試就是在輸出管腳上施加一定電流，然后測量該管腳與地或電源之間的電壓差。

　　通常的DC測試包括：

　　接觸測試(短路-開(kāi)路)：這項測試保證測試接口與器件正常連接，接觸測試通過(guò)測量輸入輸出管腳上保護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)適當的正向偏置電流，二極管的壓降將是0.

　　7V左右，因此接觸測試就可以由以下步驟來(lái)完成：

　　(1)所有管腳設為0V，

　　(2)待測管腳上施加正向偏置電流I，

　　(3)測量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(kāi)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，可以認為輸入及三態(tài)輸出管腳和地之間是開(kāi)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(chēng)為漏電流?；蚍謩e稱(chēng)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(lèi)似于短路的情形，導致電流通過(guò)。

　　三態(tài)輸出漏電IOZ是當管腳狀態(tài)為輸出高阻狀態(tài)時(shí)，在輸出管腳使用VCC(VDD)或GND(VSS)驅動(dòng)時(shí)測量得到的電流，三態(tài)輸出漏電流的測試和輸入漏電測試類(lèi)似，不同的是待測器件必須被設置為三態(tài)輸出狀態(tài)。

　　轉換電平(VIL，VIH)。轉換電平測量用來(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)。這些參數通常是通過(guò)反復運行常用的功能測試，同時(shí)升高(VIL)或降低(VIH)輸入電壓值來(lái)決定的，那個(gè)導致功能測試失效的臨界電壓值就是轉換電平，這一參數加上保險量就是VIL或VIH規格，保險量代表了器件的抗噪聲能力。