芯片開發(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發(fā)和生產(chǎn)過程中的IC測試基本原理，內(nèi)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。

　　2 數(shù)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)境條件下能完全實現(xiàn)設(shè)計規(guī)格書所規(guī)定的功能及性能指標(biāo)。用來完成這一功能的自動測試設(shè)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(tǒng)有詳細(xì)的認(rèn)識，測試工程師必須清晰了解測試設(shè)備與器件之間的接口，懂得怎樣模擬器件將來的電操作環(huán)境，這樣器件被測試的條件類似于將來的應(yīng)用環(huán)境。

　　首先有一點必須明顯的是，測試成本是一個很重要的因素，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，測試成本有時能占到器件總體成本的40%左右，良品率和測試時間必須達(dá)到一個平衡，以取得最好的成本效率。

　　2.1 不同測試目標(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，測試項目種類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。

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

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

　　來料檢查：保證在系統(tǒng)生產(chǎn)過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，以便于時序調(diào)整和矯正。因而探針卡的阻抗匹配和延時問題必須加以考慮。

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

　　特征分析測試，包括門臨界電壓、多域臨界電壓、旁路電容、金屬場臨界電壓、多層間電阻，金屬多點接觸電阻、擴散層電阻，接觸電阻以及FET寄生漏電等參數(shù)測試。

　　通常的工藝種類包括：

　　TTL、ECL、CMOS、NMOS、Others

　　通常的測試項目種類：

　　功能測試：真值表、算法向量生成

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

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

　　2.2 直流參數(shù)測試

　　直流測試是基于歐姆定律的用來確定器件電參數(shù)的穩(wěn)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，然后測量其該管腳電流的測試，輸出驅(qū)動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-開路)：這項測試保證測試接口與器件正常連接，接觸測試通過測量輸入輸出管腳上保護(hù)二極管的自然壓降來確定連接性。二極管上如果施加一個適當(dāng)?shù)恼蚱秒娏鳎O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完成：

　　(1)所有管腳設(shè)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，說明管腳短路，

　　(5)如果電壓大于1.0V，說明該管腳開路，

　　(6)如果電壓在0.1V到1.0V之間，說明該管腳正常連接。

　　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?；蚍謩e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。

　　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，在輸出管腳使用VCC(VDD)或GND(VSS)驅(qū)動時測量得到的電流，三態(tài)輸出漏電流的測試和輸入漏電測試類似，不同的是待測器件必須被設(shè)置為三態(tài)輸出狀態(tài)。

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