半導(dǎo)體封裝的連續(xù)性測試

　　隨著半導(dǎo)體封裝越來越復(fù)雜，常用的連續(xù)性測試不再適合開路及引腳間短路的檢測了，因為大部分測試方法是針對沿著封裝周邊器件的引腳來設(shè)計的。然而，現(xiàn)今的微表面貼裝器件(SMD)和球柵陣列(BGA)封裝的引腳是按陣列方式排列的，這種排列需要使用新的測試方法。

　　在典型的測試中，測試設(shè)備對所有引腳并聯(lián)，施加小量電流(通常幾毫安)，并測量每個引腳的二極管導(dǎo)通電壓，以此驗證測試儀與內(nèi)部芯片之間的連續(xù)性。為每個引腳的預(yù)期二極管壓降設(shè)定適當(dāng)限值，一次并聯(lián)的連續(xù)性測試就能夠從開路的I/O篩選元件。這種并聯(lián)連續(xù)測試同樣能夠檢測短路的I/O引腳，但條件是短路引起的引腳輸出電壓與典型二極管壓降有差別，例如，接地或處在高電壓狀態(tài)。但是，在遇到短路產(chǎn)生的電壓差不夠大時，并聯(lián)測試則是無效的。

　　為了篩選這種短路，可以采用其他參數(shù)測試或功能測試，然而采用這種間接方法時，存在一定的風(fēng)險。在器件定型和生產(chǎn)的測試步驟已確定的情況下，將會失去間接篩選某些短路引腳的能力。另外，當(dāng)相鄰的I/O引腳功能沒有呈現(xiàn)很大差異時，間接連續(xù)性測試不能檢測出短路，例如兩個輸出通道供電分開但穩(wěn)壓源相似時。


圖1　　a)　柵格配置產(chǎn)生引腳—引腳短路的多種可能性。
　　　 b) 紅色引腳可能與8個粉紅色引腳短路。
　　　 c)　黑色引腳接在，對白色I/O引腳測試連續(xù)性，測試設(shè)置可檢測I/O引腳的水平和對角線短路。
             d)改變黑色和白色引腳設(shè)置可檢測垂直短路。

　　顯然，需要使用不同的測試方法，以保證全部被測元件的引腳之間沒有短路的可能性。解決方案要考慮到陣列的復(fù)雜性以及二維的I/O配置不會明顯增加測試時間和成本?，F(xiàn)今封裝類型的陣列配置極大地增加了兩個或更多引腳相互短路的可能性，因為在封裝中部的引腳可能與它周圍的任何引腳發(fā)生短路。然而，對兩個相鄰I/O引腳的每種組合都作連續(xù)性短路測試，在生產(chǎn)中是不現(xiàn)實的，特別是在I/O數(shù)目增加的情況下。

　　黑和白的連續(xù)性測試法

一種被作者稱為“黑和白”連續(xù)性測試法，這種技術(shù)是在使用自動測試設(shè)備(ATE)檢測引腳短路和開路與不犧牲測試效率之間作出折衷。黑和白連續(xù)性測試，試圖采用最小的測試條件集，來檢測封裝上兩個或更多引腳之間的全部潛在短路。

　　在常用引腳至引腳的連續(xù)性測試中，測試迭代與I/O計數(shù)有關(guān)。對于一個m x n的I/O陣列來說(其中m是行數(shù)，n是列數(shù))，檢測全部潛在的短路需要(m x n)－1次迭代。對于典型的ATE，當(dāng)I/O計數(shù)超過100的單獨連續(xù)性測試時間可能超過1秒。但是，黑和白連續(xù)性的測試時間只要幾十毫秒，而且與I/O引腳數(shù)無關(guān)。并且只有在測試不能切換至接地的引腳時，這種測試方法才要增加時間。

　　對于圖1a所示的配置，兩個相鄰引腳的短路可出現(xiàn)多種不同的情況。每個完全被包圍的引腳至少有八種可能的短路發(fā)生(見圖1b中紅色引腳)。一種很費時間但保證ATE可測試每種可能短路的方法是，強迫全部粉紅色引腳I/O連接到低電位。出現(xiàn)短路時，測試儀將測得紅色引腳是低電壓而不是二極管導(dǎo)通電壓。這種過程需要對其余I/O引腳反復(fù)進行，直至覆蓋全部可能性為止，顯然對具有大數(shù)量的引腳器件來說，這種方法并不可取。


圖2　 a)　在16個I/O引腳配置中有多個電源(紅色)和接地I/O引腳。
　　　b)器件的接地I/O引腳設(shè)置為地電位，對所有白色(非相鄰)和黃色(相鄰)引腳測試連續(xù)性。

　　黑和白連續(xù)性測試法采用測試程序板的數(shù)組作驅(qū)動，效率要高得多。為了對每個引腳與相鄰腳做全面的開路或短路測試，黑和白測試法只要三次連續(xù)性測試迭代，并與SMD和BGA的封裝所擁有的I/O引腳數(shù)量無關(guān)。這種方法甚至可應(yīng)用到多行多列的內(nèi)嵌式封裝，例如高引腳計數(shù)的無引線框架式封裝(LLP)。

　　第一次連續(xù)性測試是全部引腳并聯(lián)的開路迭代測試。如果任何一個引腳開路，則此項測試失敗。第二次迭代測試(圖1c)是ATE驅(qū)動黑色引腳接地和測試白色引腳。此項測試是檢查在對角線或水平的相鄰引腳之間出現(xiàn)的短路，而不檢查垂直的相鄰引腳的短路。第三次迭代(圖1d)處理最后的情況。雖然黑和白測試法試圖減小迭代至三次，但不可避免會出現(xiàn)要求更完整覆蓋迭代的情況。一種情況是由電源和接地I/O引腳所引起，另一種主要是測試硬件接入被測器件的方法所引起。

　　多路供電和接地

　　電源引腳通常用作電流源來測試，以保證測試的連續(xù)性。另一方面，接地引腳通常用作連續(xù)性測試的參考。某些設(shè)計不主張強迫接地引腳的電位高于其它I/O引腳，因為會引起某些電路反向偏置并且損壞芯片。因而，測試電源引腳和接地之間的開路和短路則要求有計劃地進行。

　　考慮圖2a的I/O配置，圖中紅色I/O引腳是電源和藍色I/O引腳是接地。測試連續(xù)性時必須首先分辨哪些I/O引腳是電源，哪些是接地，然后執(zhí)行黑和白測試步驟。首先，對全部并聯(lián)引腳作開路測試。之后，強制全部接地引腳為低電位。注意接地引腳與相鄰引腳(黃色)之間有任何短路將導(dǎo)致連續(xù)性測試失效(見圖2b)。


圖3　a)黑色引腳接地，對白色I/O引腳測試連續(xù)性。紅色和藍色引腳由于內(nèi)部芯片的互連已經(jīng)接地，如圖b)的黑色引腳所示。c)綠色引腳表示非可測短路。


圖4　a)水平接地配置可檢測垂直短路。
　　　b)器件配置的電源引腳和接地引腳分別共同連接在一起。
　　　c)綠色引腳表示在垂直方向的非可測短路。


圖5　a)邏輯“與”運算最少可確定一個與相鄰I/O引腳的非可測短路。b)邏輯“非或”運算確定最后一組引腳的最少一個與相鄰I/O引腳的非可測短路。


圖6　最后測試步驟是將電源和接地引腳全部接地，測試綠色I/O引腳的連續(xù)性。
　　
　　繼續(xù)對相隔各行施加低電位和測量其余引腳的連續(xù)性(見圖3a)。由于器件芯片的電源和接地都是分別連接在一起，有效配置表現(xiàn)為圖3b所示的形式。第二次迭代可檢測到全部白色I/O引腳的所有水平和對角線短路。然而，對于少數(shù)組合是無法檢測出短路的引腳。水平或?qū)蔷€的相鄰引腳的短路是不能測出來的，如圖3c的綠色引腳所示。

　　將垂直的黑色(接地)I/O引腳切換到水平引腳(見圖4a)，第三次迭代檢測垂直短路。對連續(xù)性測試，最少一個器件的接地設(shè)置為低電位。通常由于芯片的電源和接地引腳分別連接在一起，最后的引腳配置如圖4b所示。為了檢驗非可測的引腳，垂直掃描在同一行內(nèi)被測的但不與黑色引腳相鄰的所有引腳。這些非可測引腳用明顯的綠色在圖4c中示出。

　　對全部圖3c和4c的綠色引腳作“與”運算，能夠檢測出任何不能用短路測試的引腳。所有黑色和綠色引腳視為邏輯1，而所有白色引腳視為邏輯0。(注意如果兩個相應(yīng)引腳是黑色，則“與”運算結(jié)果可以忽略，因為兩個這樣的I/O引腳在第一次測試時即被檢測為短路。這些I/O引腳在本分析中視為冗余引腳。)

　　最后，對邏輯“與”運算的輸出(圖5b)和并聯(lián)連續(xù)性測試的配置(圖2b)作“非或”運算。在此，測試引腳-引腳短路的最后迭代，設(shè)置器件的電源和接地引腳為地電位，然后在非可測引腳短路下測試其余引腳的連續(xù)性(見圖6)。

　　由此可見，與檢測引腳-引腳連續(xù)性的全部15次迭代相比，作者的4次迭代連續(xù)性測試法能夠檢測相鄰兩個引腳之間的所有可能短路。讀者可從網(wǎng)頁www.tmworld.com/archives 下載黑和白連續(xù)測試法的步驟。