集成电路测试概述

1、集成电路测试概述 任课教师： 屈艾文 集成电路测试的定义 n集成电路测试是对集成电路或模块进行 检测，通过测量对于集成电路的输出响 应和预期输出比较，以确定或评估集成 电路元器件功能和性能的过程，是验证 设计、监控生产、保证质量、分析实效 以及指导应用的重要手段。 n集成电路测试的基本原理 n集成电路故障与测试 n集成电路测试过程 n集成电路测试分类 n集成电路测试的意义与作用 n半导体技术的发展对测试的影响 集成电路测试的基本模型 测试系统的基本任务：将测试输入应用于被测器件，并分析其输出的正确性。 测试过程：测试系统生成输入定时波形信号施加到被测器件的原始输入管脚，然 后从被测器件的原始输

2、出管脚采样输出响应，最后经过分析处理得到测试结果。 n集成电路测试的基本原理 n集成电路故障与测试 n集成电路测试过程 n集成电路测试分类 n集成电路测试的意义与作用 n半导体技术的发展对测试的影响 集成电路的不正常状态 n缺陷(defect) n故障(fault) n失效(failure) 集成电路的不正常状态 n缺陷(defect) n故障(fault) n失效(failure) VLSI芯片的一些典型缺陷有： u 工艺缺陷缺少接触窗口、 寄生晶体管、氧化层崩溃等。 u 材料缺陷大面积缺陷（裂纹、 晶体不完整）、表面杂质等。 u 寿命缺陷电介质崩溃、电迁移 等。 u 封装缺陷触点退化、密封

3、泄露 等。 集成电路的不正常状态 n缺陷(defect) n故障(fault) n失效(failure) 集成电路的缺陷导致它的功能发 生变化 集成电路的不正常状态 n缺陷(defect) n故障(fault) n失效(failure) 集成电路丧失了实施 其特定规范要求的功 能 故障和缺陷区别 n缺陷会引发故障，故障是表象，相对稳 定，并易于测试； n缺陷相对隐蔽和微观，缺陷的查找与定 位较难 n集成电路使用者一般不直接研究缺陷， 仅研究故障。 n集成电路的开发和生产者肯定不能满足 只研究故障，还需要找到具体的缺陷 （设计、物理或化学等），予以改进， 排除故障。 故障的分类 根据故障性质 n

4、逻辑故障 n非逻辑故障 根据故障性质 n逻辑故障 n非逻辑故障 元件输出短路、输入端开路、 元件损坏以及竞态故障 根据故障性质 n逻辑故障 n非逻辑故障 同步时序电路中的时钟故 障和电源的失效 根据故障的时间间隔 n永久性故障 n间歇性故障 故障产生的错误逻辑值 n固定值故障 n可变值故障 根据模拟系统的故障概念 n硬故障：永久性的损坏故障 n软故障 ：器件参数的变化。 n故障检测的基本任务：根据输入激励量 和输出响应量来判断集成电路状态的故 障情况。 故障检测和故障诊断的首要问题 n测试图形的生成 n测试生成过程要能迅速准确地得到测试 码，并且能判断测试码的有效性，还要 保证测试码尽量简单，

5、必须讨论测试码 与测试图形的各种生成方法和集成电路 的各类故障模型。 n集成电路测试的基本原理 n集成电路故障与测试 n集成电路测试过程 n集成电路测试分类 n集成电路测试的意义与作用 n半导体技术的发展对测试的影响 集成电路测试的过程集成电路测试的过程 n测试设备 n测试接口 n测试程序 n数据分析 集成电路测试的过程集成电路测试的过程 n测试设备 n测试接口 n测试程序 n数据分析 考虑被测器件的技术指标和规范 ， 费用（美分/美秒、可靠性、服务能 力、软件编程难易程度等 集成电路测试的过程集成电路测试的过程 n测试设备 n测试接口 n测试程序 n数据分析 合理地选择测试插座(Socket

6、)和 设计制作测试负载板(Loadboard) 集成电路测试的过程集成电路测试的过程 n测试设备 n测试接口 n测试程序 n数据分析 测试程序软件包含着控制测试设备 的指令序列，如上电、向输入引脚 施加时钟和向量、检测输出引脚、 将输出信号与预先存储好的预期响 应进行比较等 集成电路测试的过程集成电路测试的过程 n测试设备 n测试接口 n测试程序 n数据分析 测试程序的编制要考虑因素： 器件的类型 物理特性 工艺 功能、参数环境特性 可靠性 集成电路测试的过程集成电路测试的过程 n测试设备 n测试接口 n测试程序 n数据分析 有助于判断被测器件是否合格 可以提供制造过程的有用信息 可以提供有关

7、设计方案薄弱环节的信 息 测试工程师主要任务 n根据被测器件的产品规范要求，利用ATE 的软硬件资源对DUT施加激励信号、收 集响应信号，最后将输出响应信号与预 期要得到的信号进行对比，得出DUT功 能和电参数的详细电性能测试报告 n集成电路测试的基本原理 n集成电路故障与测试 n集成电路测试过程 n集成电路测试分类 n集成电路测试的意义与作用 n半导体技术的发展对测试的影响 按测试目的分类 n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试） n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测） n使用测试使用测试 按测试目的分类 n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试） n生产测试生产测

8、试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测） n使用测试使用测试 功能测试和全面的AC/DC测 试。这类测试在器件进入量 产之前进行，目的是验证设 计的正确性，并且器件要满 足所有的需求规范 验证测试作用 n对设计进行修正 n可确定器件工作的确切边界参数以制定 最终的器件数据手册 n 为生产测试开发出合适的测试程序 按测试目的分类 n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试） n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测） n使用测试使用测试 包括晶片测试（中间测试） 和封装芯片测试（即成品测试 和老化测试）。 考虑到成本，测试时间（测 试费用）必须最小 老化 n高温能够加速

9、暴露器件的潜 在失效。 n两种类型的失 效可以通过老 化暴露出来： 先天缺陷和异 常故障。 生产测试结果和器件好坏分四种组合生产测试结果和器件好坏分四种组合 n实际好-测试好：表示产量或良率 n实际好-测试坏：表示产量损失，需要改进测试 方法或通过产品分级继续使用，以减少这类损 失 n实际坏-测试好：表示“漏网”的坏芯片，用每 百万芯片失效数DPM(Defects Per Million)度量。 提高测试的故障覆盖率可降低DPM. n实际坏-测试坏：真正的产量损失。 按测试目的分类 n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试） n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测） n使

10、用测试使用测试 目标就是避免将有缺 陷的器件放入系统中， 否则诊断成本会远远 超过成品检测的成本。 成品检测进行随机抽 样，对样品做入厂测 试。 按测试目的分类 n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试） n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测） n使用测试使用测试 系统RMS(Reliability ,Maintainability,Serviceability)技 术的需要。使用测试是在器件使用期间进行的测试， 包括对器件进行各类可靠性试验后的评价测试，系 统使用过程出现故障进行故障芯片检测和定位所进 行的测试等 按测试内容 n参数测试 n功能测试（行为测试） n 结

11、构测试（以故障模 型为核心） nDC测试、AC测试、IDDQ 测试等 n数字电路包括功能测试、 门级结构测试、延迟测 试；模拟电路基于器件 规范的测试。 按测试器件 n数字电路测试 n模拟电路测试 n混合信号电路测试 n存储器测试 nSOC测试 n集成电路测试的基本原理 n集成电路故障与测试 n集成电路测试过程 n集成电路测试分类 n集成电路测试的意义与作用 n半导体技术的发展对测试的影响 集成电路测试的作用 n检测: 确定被测器件DUT是否具有或者 不具有某些故障 n诊断：识别表现于DUT的特性故障 n器件特性的描述：确定和校正设计和/ 或者测试中的错误 n失效模式分析(FMA) ：确定引起

12、DUT缺 陷制造中的错误。 测试框架结构 测试框架结构 在研制开发过程中，为了验证 逻辑设计、电路设计、版图设 计和工艺设计是否正确，是否 达到要求，需要多次改变条件， 反复测试 测试框架结构 在生产阶段，管芯制 成后和封装后都要进 行电性能和参数测试， 包括性能鉴定、可靠 性试验和失效分析等 测试。 作用： 对产品 进行挑 选和分 级；剔 除失效 的芯片； 通过测 试数据 可控制、 修正工 艺流程 测试框架结构 测试的费用往往会随器件级、板级、 系统级和现场故障寻迹维修测试， 按每级10倍的递增量而逐级递增， 遵循十倍法则。 n集成电路测试的基本原理 n集成电路故障与测试 n集成电路测试过程

13、 n集成电路测试分类 n集成电路测试的意义与作用 n半导体技术的发展对测试的影响 VLSI技术的发展趋势技术的发展趋势相应的对测试的影响相应的对测试的影响 芯片时钟频率的提升芯片时钟频率的提升（现在VLSI 技术的复杂度可在单芯片上集成 1亿个晶体管以上，同时工作频 率可以达到1GHz以上。） 1、即时测试； 2、ATE(自动测试设备）的成本大增（时钟频 率为1GHz的ATE的价格高达每管脚3000美元）； 3、EMI（工作在GHz级频率范围的芯片必须进 行电磁干扰EMI测试； 晶体管密度的增长晶体管密度的增长（VLSI芯片上 晶体管的特征尺寸每年以大约 10.5%的速度减小，导致晶体管 密度以每年大约22.1%的速度增 长。） 1、测试复杂性； 2、功率密度增加导致在验证测试时必须检查 由于过量电流引起的电源总线超载； 3