IC測試技術(shù)將進(jìn)入新的階段

一、降低測試成本提高測試速度勢在必行

任何一種電子產(chǎn)品都離不開(kāi)體積小、功能強的芯片，正是芯片推動(dòng)著(zhù)IC飛速發(fā)展，同時(shí)，也推動(dòng)著(zhù)IC電子設計自動(dòng)化和測試技術(shù)的發(fā)展，但是測試不可避免的地要滯后于IC的開(kāi)發(fā)。

系統級芯片（或系統集成芯片）測試是一個(gè)費時(shí)間的過(guò)程。要完成測試，要降低測試成本，需要生成數千測試圖形和矢量，還要達到足夠高的故障覆蓋率才行。隨著(zhù)測試鏈從芯片級延伸到板級、系統級、最后到現場(chǎng)級測試，面臨的測試挑戰倍增。每一級都將增加費用，測試成本可能將占到芯片成本的一半。

全美IC供貨商工業(yè)協(xié)會(huì )要求迅速降低測試成本。全美電子制造首創(chuàng )公司在半導體工業(yè)發(fā)展藍圖上，提出在今后10年中將測試成本降低90％。半導體工業(yè)協(xié)會(huì )負責確定的這一國際半導體技術(shù)發(fā)展藍圖采用了美國、歐洲、韓國和中國臺灣的數據。

英特爾公司的副總裁PatrickCelsinger先生利用1998年更新的技術(shù)發(fā)展藍圖數據，提出了測試摩爾定律，并在美國大西洋城舉行的1999年國際測試會(huì )議上就此做了講演。該定律預測未來(lái)幾年，每一晶體管的硅投資成本將低于其測試成本。PatrickCelsinger先生指出，硅成本已迅速下降，測試成本卻基本保持不變。并且，被測器件的速度常常比測試設備能測的速度高。也就是說(shuō)，測試設備的發(fā)展速度已跟不上測試對象的發(fā)展。同時(shí)，測試成本在制造成本中所占比例過(guò)大。

二、混合信號測試總線(xiàn)新標準

伴隨系統級芯片嵌入核或虛擬部件（IP模塊）概念的出現，產(chǎn)生了混合信號測試的概念。芯片的測試重點(diǎn)一直是數字輸入/輸出，但某些嵌入核和芯片需要模擬測試。為此，IEEE半導體工業(yè)協(xié)會(huì )（SA）標準委員會(huì )于1999年6月批準了建立混合信號測試總線(xiàn)標準的1149.4文件。

1149.4測試總線(xiàn)能將板上所有芯片與板外的模擬激勵信號源和對激勵作出響應的測量?jì)x器相連。對每一塊混合信號IC而言，1149.4測試總線(xiàn)規定了芯片上的矩陣開(kāi)關(guān)。這樣，通過(guò)芯片的邊界掃描寄存器就能夠把特定的管腳與1149.4總線(xiàn)直接相連。

IEEE1149.4向被測的系統級芯片提供了連接模擬激勵與響應的路徑。符合此標準的器件通過(guò)與1149.1兼容的數據寄存器（IEEE1149.1-1990規定的標準測試接入端和邊界掃描結構）控制的虛擬模擬開(kāi)關(guān)陣列，就能提供模擬測試能力。通過(guò)符合IEEE1149.4標準的混合信號器件的每一根模擬管腳均能輸入模擬電流，輸出電壓響應。

每一根模擬管腳都能仿真1149.1測試接入端標準的數字狀態(tài)，即提供靜止的高低電平，并捕獲數字響應。

IEEE1149.4標準的重點(diǎn)是互連（包括擴展的互連）測試。許多模擬信號管腳不是直接連到其它IC管腳上，而是通過(guò)無(wú)源元件來(lái)連接的，即在模擬管腳之間連接有電阻、電容、電感，從而形成了擴展互連。為了對模擬信號管腳進(jìn)行互連測試，1149.4標準包括一個(gè)完整的管腳邊界環(huán)路。本質(zhì)上，所有管腳的邊界掃描寄存器都是基于管腳的測試單元。另外，IEEE1149.4還應用邊界掃描寄存器來(lái)捕捉每一模擬信號管腳的電壓比特值。采用這種方式，模擬管腳已用于簡(jiǎn)單互連芯片的短路和開(kāi)路測試。

三、混合信號測試呼喚測試新技術(shù)

混合信號測試總線(xiàn)是測試數字和模擬信號的起點(diǎn)，但不是解決問(wèn)題的全部方案。

集成電路制造商希望找到一種測試方法，既能確保產(chǎn)品高質(zhì)量，又能使成本合算。換句話(huà)說(shuō)，測試是一種使合格產(chǎn)品產(chǎn)量最大、次品減至最低的方式。隨著(zhù)越來(lái)越多的核，無(wú)論是存儲器、邏輯電路、鎖相環(huán)即射頻IC核都集成到系統級芯片中。目前，制造商幾乎找不到一種滿(mǎn)意的自動(dòng)測試設備來(lái)測試它們?，F有的測試設備還不能測試像鎖相環(huán)等模擬/混全信號器件。安捷倫技術(shù)公司自動(dòng)測試分部的CregCeary先生說(shuō)，過(guò)去的芯片或是混合信號器件或是數字器件。而現在的一些器件可能是數字的，但卻有大量的模擬特性，這就對測試設備提出了新的測試需求。對此，模擬與混合信號核目前還沒(méi)有明確的測試方案。而數字測試系統能使用基于掃描的測試方法來(lái)測試其內部特性。數字測試大部分是結構性測試，它能檢測開(kāi)路、短路和邏輯狀態(tài)。而模擬測試多半是有關(guān)特性的功能測試，它能檢查器件的工作是否正常。一個(gè)方案就是將測試過(guò)程分散到整個(gè)制造過(guò)程中，把成本分散開(kāi)。確定在每一級（晶片、芯、襯底、板、系統和最終產(chǎn)品）應該監視什么。對混合信號IC的模擬部分必須采用復雜的高精度的功能測試。唯一明確的答案是對芯片的模擬部分的功能進(jìn)行直接測量。然而，混合信號測試系統太昂貴，定價(jià)高達100～300萬(wàn)美元，因為它包括模擬與數字測試設備。

四、數字測試新標準有待擴充改進(jìn)

IEEE和VSI（虛擬插座接口）聯(lián)盟等標準化組織，都是通過(guò)使IC測試的某些方面實(shí)現一致性來(lái)降低測試成本。如果每一測試設備，不管誰(shuí)開(kāi)發(fā)的，都能運行設計IC時(shí)開(kāi)發(fā)的測試圖形，就能縮短測試時(shí)間，降低測試成本。1999年獲得正式批準的標準IEEE1450是有關(guān)數字測試矢量的標準測試接口語(yǔ)言（STIL）。它能將CAD和CAE環(huán)境的測試矢量傳輸給自動(dòng)測試設備。IC生產(chǎn)商與自動(dòng)測試設備制造商的工業(yè)聯(lián)合體一起開(kāi)發(fā)了這種標準測試接口語(yǔ)言，是為了解決大量數字測試數據的裝入問(wèn)題。這一標準語(yǔ)言的確定對涉及這一問(wèn)題的各方（產(chǎn)生數據的電子設計自動(dòng)化設備供貨商、處理數據的IC供貨商和接受數據的自動(dòng)測試設備供貨商）都是有益的。標準測試接口語(yǔ)言能在仿真器、自動(dòng)測試圖形發(fā)生器（ATPG）、內置自測試（BIST）和自動(dòng)測試設備之間傳輸測試圖形，而現有的設計工具的不同軟件界面不能進(jìn)行這種傳輸。通過(guò)采用連接IC設計和測試環(huán)境的標準方式很容易產(chǎn)生、傳輸和處理測試數據。通過(guò)對數據通用格式的定義，IEEE1450允許立即連接支持該標準的測試設備。不需要支持特殊語(yǔ)言的內部測試接口，也不用修改這些接口，就能支持不同的設備。這一關(guān)聯(lián)的標準使得產(chǎn)生共享工具的環(huán)境成為可能，并可在供貨商和測試環(huán)境之間尋找到通用的測試流。

標準測試接口語(yǔ)言支持測試設備的仿真和自動(dòng)測試圖形發(fā)生器工具產(chǎn)生的定時(shí)、技術(shù)性能、圖形和串行掃描描述。功能強大的波形支持信號定時(shí)的分級定義，并十分適合現代微處理器的總線(xiàn)結構。定時(shí)可用定時(shí)性能表和定時(shí)關(guān)系表來(lái)表示。

測試矢量數據可用增量格式，以取消冗余的數據。循環(huán)矢量可定義為宏信息，以進(jìn)一步減少測試數據量。由于構成了標準測試接口語(yǔ)言格式，因此，當微處理器供貨商需要時(shí)，還可以對圖形文件進(jìn)行修改和重復使用。標準測試接口語(yǔ)言存儲支持邊界掃描的串行掃描數據，不用干預測試轉換，就可直接進(jìn)行測試。IC數字測試其它方面的標準化工作還在進(jìn)行，數據IEEE1450標準工作組的意見(jiàn)，標準化努力已擴大到5個(gè)方面。在半導體設計環(huán)境方面有P1450.1，直流電平的技術(shù)性能方面有P1450.2，測試儀的測試對象方面有P1450.3，測試流方面有P1450.4，半導體測試方法方面有P1450.5。這5方面中的每一方面都與主要的IEEE1450標準有關(guān)，并是具有其它能力的完整方面。它們可單獨使用，如果一個(gè)環(huán)境需要所有的能力，也可集中使用。最終，IEEE1450系列標準將包括以上所有這些方面，但是要制定每一標準的所有條款還需要一段時(shí)間。

IEEE1450.1就是個(gè)很好的例子。這一有關(guān)設計環(huán)境的標準測試接口語(yǔ)言（STIL）擴展包括由嵌入核測試標準開(kāi)發(fā)組確定的結構。其構想是用標準測試接口語(yǔ)言來(lái)定義結構，以便對設計的嵌入核的測試圖形進(jìn)行定義，從而這些測試可合并到整個(gè)器件的更高一級測試中。這樣，利用標準測試接口語(yǔ)言定義的結構必須能將測試器件環(huán)境獲得的失效信息與原始激勵和設計數據關(guān)聯(lián)起來(lái)。如何做到所有這些是個(gè)“難點(diǎn)”，為了擴大標準測試接口語(yǔ)言定義在IC設計階段的應用，必須擴展執行概念，使標準接口語(yǔ)言作為一種激勵語(yǔ)言。采用這種方式，該語(yǔ)言可能首先作為數據的中間形式，然后獲得測試環(huán)境下作為輸入端模擬數據所需的設計信息。

最終，標準制定小組規劃確定一種結構，它能使設計環(huán)境與測試失效信息相關(guān)聯(lián)。然后，通過(guò)采用標準測試接口語(yǔ)言的失效輸入，完成調試和診斷。

五、嵌入核測試標準急需系統推出

現在芯片設計的一個(gè)重點(diǎn)是系統級芯片。這種IC將重復使用已設計好的功能復雜的電路模塊，即嵌入核，也稱(chēng)為IP模塊或虛擬部件。對包括兩個(gè)或多個(gè)廠(chǎng)商提供的嵌入核的IC的可測性來(lái)說(shuō)，還沒(méi)有一個(gè)標準。每一個(gè)核提供商都在其產(chǎn)品上設計了一些可測性電路。然而，如果沒(méi)有單獨定義的、公開(kāi)的可測性設計方法，核集成商不能自動(dòng)檢測每一核的可測性，也不能對它們進(jìn)行集成。; IEEEP1500是測試嵌入核的推薦標準。它已正式稱(chēng)為基于嵌入核的IC的P1500標準可測性方法。P1500工作組為重復使用IP模塊的IC制定了一個(gè)標準可測性方法。該標準的概念在于具有獨立性，即嵌入核具有自測試電路，在功能上與整個(gè)IC或其它嵌入核無(wú)關(guān)。

IEEEP1500的目的是確定檢測與診斷這類(lèi)IC故障的可測性要求，同時(shí)使不同廠(chǎng)商提供的核易于交互?？蓽y性設計方法的結果是自動(dòng)識別和配置含嵌入式核的IC的可測性特性。該方法適合各類(lèi)數字嵌入式核。

P1500努力的關(guān)鍵不是標準化核的測試方法，而是標準化核的測試語(yǔ)言（CTL）和測試核的殼（wrapper）。核測試語(yǔ)言與標準測試接口語(yǔ)言有許多相同的基本原理。它為核提供商向核集成商提供了一個(gè)正式的傳遞方式。對每一種核可供利用的信息有測試方法、限制條件、故障覆蓋率和圖形信息等。

P1500特別工作組已解決了有關(guān)技術(shù)問(wèn)題，并將通過(guò)測試實(shí)例來(lái)進(jìn)行驗證。β測試計劃正在制定中。有關(guān)該語(yǔ)言的正式文件已于1999年12月發(fā)布?；静糠质强膳渲玫?，可升級的殼。通過(guò)與芯片上的測試接入部分連接，殼使系統級芯片中的核測試變得極為容易。這樣，通過(guò)指令寄存器進(jìn)行測試方式轉換，殼可以進(jìn)行內部測試、外部測試和診斷。

殼和指令寄存器都是P1500結構特別工作組的“作品”，其目標是使核測試標準化：

●確定系統級芯片與嵌入核之間的測試接口；

●通過(guò)核的接入和隔離，測試重復使用的核，包括邏輯電路的可測性和內部的互連；

●采用即插即用協(xié)議，增加核測試的交互作用，從而提供核供貨商與用戶(hù)的測試效率。最終，核測試方法由核供應商確定。IEEE1500支持幾種測試方法，如掃描測試、內部自測試和IDDQ（靜態(tài)電流）測試。但是，核的集成商確定系統級芯片的測試接入機制。P1500標準確定了用于系統級芯片上的核的接入與隔離的核測試機制。

六、滿(mǎn)足急需的工業(yè)規范應不斷地及時(shí)推出

正式標準要等很長(cháng)的時(shí)間才能制定出來(lái)。如制定混合信號測試總線(xiàn)就用了8年。在工業(yè)界，早上市是成功的關(guān)鍵。無(wú)測試標準的情況不能再延續下去了。1999年7月，VSI（虛擬插座接口）聯(lián)盟發(fā)布了一系列規范，希望它能填補發(fā)布IEEE1500之前的空白。事實(shí)上，VSI聯(lián)盟工作組包括了制定IEEE1500標準的公司。

VSI聯(lián)盟的這一規范有一個(gè)笨拙的名稱(chēng)：《測試數據交換格式和虛擬部件提供商準則1.0版本》。當虛擬部件（IP模塊）提供商與測試集成商之間進(jìn)行數據交換時(shí)，什么信息應采用什么格式是工業(yè)界試圖確定的。目的是為了能測試包含不同廠(chǎng)商提供的核的系統級芯片。

該規范集擴展了聯(lián)盟結構文件中有關(guān)測試的信息。它詳細地說(shuō)明了IP模塊提供商應提供的測試和可測性設計指標。提供的信息包括核測試策略、可測性、可測性設計方法、隔離技術(shù)、協(xié)議等方面的數據，但沒(méi)提到與虛擬部件有關(guān)的測試矢量和協(xié)議等信息。通過(guò)確定這些提供的信息，核的提供商將向測試集成商提供開(kāi)發(fā)整個(gè)系統級芯片測試程序的測試數據。

該標準甚至建議使用表格形式來(lái)規范提供的信息。為了避免術(shù)語(yǔ)造成的混淆，還包括了涉及一系列可測性設計準則和標準的通用測試術(shù)語(yǔ)。VSI聯(lián)盟制造測試工作組對該規范的進(jìn)一步修改將滿(mǎn)足嵌入核集成商與測試工程師之間進(jìn)行信息傳輸的需要。修改后，這些規范有助于測試工程師選擇適合的測試設備，也有助于測試工程師評估自動(dòng)測試設備的速率、精度、定時(shí)靈活性、測試成本和有效性。