VLSI测试及可测性设计方法1

1、VLSIVLSI测试技术测试技术 教教 学学 参参 考考 书书超大规模集成电路测试超大规模集成电路测试- -数字、存储器和混合信号系统，数字、存储器和混合信号系统， 电子工业出版社，电子工业出版社， 蒋安平、冯建华、王新安译蒋安平、冯建华、王新安译数字系统测试与可测性设计数字系统测试与可测性设计， 机械工业出版社，机械工业出版社， 李华伟、鲁巍译李华伟、鲁巍译超大规模集成电路测试超大规模集成电路测试（VLSIVLSI测试方法学和可测性设计），测试方法学和可测性设计）， 电子工业出版社，电子工业出版社， 雷绍充、邵志标、梁峰著雷绍充、邵志标、梁峰著最新集成电路测试技术最新集成电路测试技术， 国防

2、工业出版社，国防工业出版社， 高成、张栋、王香芬编著高成、张栋、王香芬编著The Fundamentals of Digital Semiconductor TestingThe Fundamentals of Digital Semiconductor TestingSOFT TEST INCSOFT TEST INC， Guy PerryGuy Perry 本本 课课 程程 内内 容容 绪论绪论 测试的一般介绍测试的一般介绍1 1）被测器件：）被测器件： A. Data SheetA. Data Sheet B. DUT B. DUT管脚管脚 C. DUTC. DUT直流参数直流参数 D.

3、 D. 举例：举例：256X4 RAM256X4 RAM E. E. 测试工程的基本规则测试工程的基本规则 2 2）测试系统一般介绍：）测试系统一般介绍： A. A. 测试系统一般介绍测试系统一般介绍 B. B. 应用于测试系统的项目应用于测试系统的项目 C. C. 精密测量单元精密测量单元PMUPMU D. D. 管脚电子部件管脚电子部件 3 3）如何测试：）如何测试： A. A. 概述概述 B. B. 开路与短路测试开路与短路测试 C. C. 检测直流参数检测直流参数 D. D. 功能测试功能测试 E. E. 交流参数测试交流参数测试 自动测试设备（自动测试设备（ATE） 如何使用如何使用

4、Agilent 93000进行数字进行数字ic测试测试 可测性设计方法：可测性设计方法： A A）特定测试法（）特定测试法（Ad HocAd Hoc） B B）可控性与可测性的度量）可控性与可测性的度量 C C）结构可测性设计法）结构可测性设计法 D D）扫描测试（）扫描测试（Scan TestScan Test） E E）内建自测试技术（）内建自测试技术（BISTBIST） F F）边界扫描可测性设计）边界扫描可测性设计 （Boundary ScanBoundary Scan） 绪绪 论论什么是什么是ICIC？ IC:集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。

5、采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。什么是什么是ICIC测试？测试？IC测试就是用相关的电子仪器（如万用表、示波器、直流电源，ATE等）将IC所具备的电路功能、电气性能参数测试出来。测试的项目一般有：直流参数（电压、电流）、交流参数（THD、频率）、功能测试等。ICIC测试的分类测试的分类1、量产测试（晶圆测试、成品测试） 应用测试机、probe、handler、loadboard等设备及硬件，对IC的主要性能参数进行大批量的生产测试，其目的主要

6、是将好坏IC分开。晶圆测试：在wafer加工完成后，送至中测车间用探针卡、探针台（probe）、测试机（ATE:Automatic Test Equipment ）wafer中的每颗裸芯片进行电气参数的测试，并按照一定的规范进行筛选，分出好坏裸片的过程。ICIC测试的分类测试的分类 成品测试：经过晶圆测试之后，wafer经过切割、粘片、焊线、塑封等一系列封装工艺将其中的每颗裸片用环氧树脂或其他材料分别包装起来，成为单独的IC，然后用测试机（ATE）Loadboard、机械手（handler）对每颗IC进行电气参数的测试，并按照一定的规范进行筛选，分出好坏IC的过程。ICIC测试的分类（续）测试

7、的分类（续）2、评估测试（功能测试、参数测试）使用特定测试评估板（demo），对几颗或几十颗IC进行全面的电气性能评价测试，其目的主要是为了验证IC是否满足设计指标，以及是否存在缺陷，为设计优化提供依据，其测试数据是编写芯片手册的主要依据。3、老化测试使用极限的测试条件，极限的温度等恶劣环境下，考察IC可用性及可靠性的测试。4、失效分析测试针对已经失效的芯片，通过各种的测试工具，测试方法，测试条件，查出失效原因的测试。为什么要进行为什么要进行ICIC测试？测试？ IC测试是为了检测IC在设计和制造过程中，由于设计不完善、制造工艺偏差、晶圆质量、环境污染等因素，造成IC功能失效、性能降低等缺陷

8、通过分析测试数据，找出失效原因，并改进设计及工艺，以提高良率及产品质量，是IC产业中至关重要的环节。 一个正确的设计并不能保证制造出无故障的芯片，保证交付给用户的芯片质量。如何进行如何进行ICIC测试？测试？ATE：自动测试设备，也称测试机，是由计算机、硬件系统和软件系统三部分组成，其实际功能就是一组可以用程序控制的电压、电流源、信号源、示波器、万用表等测试仪器。如何进行如何进行ICIC测试？（续）测试？（续） Probe:探针台，用来承载并固定wafer，并且可以做高精度上下左右移动的设备，有手动、半自动和全自动之分。如何进行如何进行ICIC测试？（续）测试？（续） Probe card：探

9、针卡，具有精细且良好导电性的探针，能实现ATE与wafer PAD之间的电气连接的PCB组件。如何进行如何进行ICIC测试？（续）测试？（续） Handler：机械手，能够夹持、传送并归类IC的高精度机械设备。如何进行如何进行ICIC测试？（续）测试？（续） Socket：转接插座，实现IC管脚和测试板之间的电气连接。 Loadboard，DUT板、测试板：用于实现ATE资源和socket之间的电气连接的PCB板。如何进行如何进行ICIC测试？（续）测试？（续） Test plan ： 测试方案，描述IC具体电气参数的测试方法，以及测试规范的文件。 Test program：测试程序，是一系列

10、可以控制、调用ATE资源的代码。如何进行如何进行ICIC测试？（续）测试？（续） IC测试开发流程集成电路的三大产业集成电路的三大产业设计业设计业 制造业制造业 封测业封测业1 1）电路种类）电路种类 1 1）工艺类型、线宽）工艺类型、线宽 1 1）封装材料）封装材料2 2）规模）规模 2 2）器件模型参数）器件模型参数 2 2）封装模型）封装模型3 3）指标（频率）指标（频率） 3 3）IPIP库库 3 3）多层封装）多层封装4 4）可制造性）可制造性 4 4）检测图形与软件）检测图形与软件 4 4）专用测试仪器）专用测试仪器5 5）系统）系统 设计流程： 模拟集成电路晶体管级设计流程模拟集

11、成电路晶体管级设计流程 性能指标要求明细表性能指标要求明细表 选择合适的电路结构选择合适的电路结构 得到电路器件模型参数得到电路器件模型参数 电路图编辑与修改电路图编辑与修改 电路仿真电路仿真 满足指标要求？满足指标要求？ 版图设计和验证版图设计和验证 满足设计要求？满足设计要求？ ！ 版图寄生参数提取（包括封装的寄生参数）版图寄生参数提取（包括封装的寄生参数） ！后仿真！后仿真 满足指标要求？满足指标要求？ 流片和封装测试流片和封装测试集成电路测试的方法集成电路测试的方法 对集成电路或模块进行检测，是对集成电路或模块进行检测，是通过在集成电路或模块原始输入端加通过在集成电路或模块原始输入端加

12、一信号，然后检测集成电路的输出响一信号，然后检测集成电路的输出响应和预期输出进行比较，以确定或评应和预期输出进行比较，以确定或评估集成电路器件功能和性能的过程，估集成电路器件功能和性能的过程，是验证设计、监控生产、保证质量、是验证设计、监控生产、保证质量、分析失效以及指导应用的重要手段。分析失效以及指导应用的重要手段。集成电路测试的基本原理集成电路测试的基本原理测试程序和测试器要完成以下四项工作：测试程序和测试器要完成以下四项工作：向被测对象送出测试的激励信号（测试失向被测对象送出测试的激励信号（测试失量）。量）。接收被测对象在相应激励下的响应信息。接收被测对象在相应激励下的响应信息。根据激励

13、与响应之间的关系分析并根据激励与响应之间的关系分析并“决策决策”下一个激励矢量。下一个激励矢量。根据激励序列与响应序列来确定故障的类根据激励序列与响应序列来确定故障的类型和地点。型和地点。集成电路的故障与测试集成电路的故障与测试缺陷缺陷：由于设计考虑不周全或制造过程中的：由于设计考虑不周全或制造过程中的 一些物理、化学因素，使集成电路不符合一些物理、化学因素，使集成电路不符合技术条件或不能工作，称集成电路存在缺技术条件或不能工作，称集成电路存在缺陷。陷。故障故障：集成电路的缺陷导致它的功能发生变：集成电路的缺陷导致它的功能发生变 化，称为故障。化，称为故障。失效失效：故障可使集成电路失效，也可

14、能不失：故障可使集成电路失效，也可能不失效，集成电路丧失了实施其特定规范要求效，集成电路丧失了实施其特定规范要求的功能，称集成电路失效。的功能，称集成电路失效。测试中经常碰到的几个定义测试中经常碰到的几个定义测试向量（测试向量（VectorVector）指以并行方式施加于被测器件原始输入端的逻辑指以并行方式施加于被测器件原始输入端的逻辑0 0和逻辑和逻辑1 1信号的组合。信号的组合。测试图形（测试图形（PatternPattern）测试向量测试向量+ +无故障时的输出响应。无故障时的输出响应。测试码（测试码（CodeCode）能检测出电路中某个故障的输入激励（测试向量），称该故障的测试码。能检

15、测出电路中某个故障的输入激励（测试向量），称该故障的测试码。测试集（测试集（SetSet）测试码测试码+ +测试图形。测试图形。故障检测（故障检测（Fault DetectionFault Detection）若测试一个集成电路是否有故障，则称：故障检测。若测试一个集成电路是否有故障，则称：故障检测。故障定位（故障定位（Fault LocationFault Location）不仅要检测集成电路是否有故障，而且还要指出故障位置，则称：故障定位。不仅要检测集成电路是否有故障，而且还要指出故障位置，则称：故障定位。故障诊断（故障诊断（Fault DiagnosisFault Diagnosis）故

16、障检测故障检测+ +故障定位。故障定位。 故障覆盖率（故障覆盖率（Fault CoverageFault Coverage）处理故障的两种基本策略处理故障的两种基本策略（均可用硬件和软件结合起来实现）（均可用硬件和软件结合起来实现） 采用冗余技术，将故障的影响掩盖起来。采用冗余技术，将故障的影响掩盖起来。 及时诊断，及时修理，系统需停止工作。及时诊断，及时修理，系统需停止工作。集成电路测试过程集成电路测试过程 四个要素：四个要素： 1 1）测试设备）测试设备 2 2）测试接口）测试接口 3 3）测试程序）测试程序 4 4）数据分析）数据分析集成电路测试分类集成电路测试分类1 1）验证测试）验证

17、测试2 2）生产测试）生产测试3 3）验收测试）验收测试4 4）使用测试）使用测试测试内容分类测试内容分类1 1）参数测试）参数测试2 2）功能测试）功能测试3 3）结构测试）结构测试被测器件的类型分类被测器件的类型分类1 1）数字电路）数字电路2 2）模拟电路）模拟电路3 3）存储器）存储器4 4）混合信号电路）混合信号电路5 5）射频电路（高频、超高频）射频电路（高频、超高频）6 6）SoCSoC模拟集成电路的测试模拟集成电路的测试 直流工作点测试直流工作点测试 .DC.DC分析分析 交流特性测试交流特性测试 .AC.AC分析分析 瞬态特性测试瞬态特性测试 .Tran.Tran分析分析 频

18、谱与噪声测试频谱与噪声测试 .FOUR.FOUR分析分析 混合集成电路的可测性设计混合集成电路的可测性设计 （IEEE1149.4IEEE1149.4标准）标准）基于基于DSPDSP结构的交流参数测试结构的交流参数测试最最 大大 输输 出出 幅幅 度度 测测 量量半导体技术发展对测试的影响半导体技术发展对测试的影响1 1）芯片时钟速度提升（射频电）芯片时钟速度提升（射频电路）路）2 2）晶体管密度增长）晶体管密度增长3 3）封装形式的发展）封装形式的发展4 4）混合信号集成电路广泛应用）混合信号集成电路广泛应用组组 合合 电电 路路 测测 试试 方方 法法 比较法比较法 一维通路敏化法一维通路

19、敏化法 D D算法（非冗余的组合电路，单故障）算法（非冗余的组合电路，单故障） 因果函数（单故障和多故障，最小测试集）因果函数（单故障和多故障，最小测试集） 主通路敏化法，图论法主通路敏化法，图论法 专用测试方法专用测试方法 伪穷举法伪穷举法时序电路测试困难的主要原因时序电路测试困难的主要原因 存存 在在 反反 馈馈 线线 存存 在在 存存 储储 元元 件件 时时 序序 元元 件件解决时序电路测试的基本方法解决时序电路测试的基本方法 沿用组合电路的算法沿用组合电路的算法 逻辑函数的多值模拟法逻辑函数的多值模拟法 （三值，六值和九值布尔模拟）（三值，六值和九值布尔模拟） 可测性设计可测性设计可控

20、性可控性 和和 可观性可观性 可控性：系统中各节点的值越易控可控性：系统中各节点的值越易控制（容易使故障得到激活）。制（容易使故障得到激活）。 可观性：故障信号越易观察或测量可观性：故障信号越易观察或测量（容易使故障信号传输至可及输出（容易使故障信号传输至可及输出端）端）第第 一一 章章集集 成成 电电 路路 测测 试试 一一 般般 介介 绍绍第第 一一 节节 被被 测测 器器 件件DUT DUT 管脚管脚 输入管脚输入管脚 a a）后加输入缓冲器（整形，驱动）后加输入缓冲器（整形，驱动） b b）ESDESD保护保护 输出管脚输出管脚 前加输出缓冲器（驱动，隔离）前加输出缓冲器（驱动，隔离）

21、DUT I/ODUT I/O管脚管脚Data SheetData Sheet一般包括：一般包括： 功能描述功能描述 逻辑框图逻辑框图 管脚排列图管脚排列图 操作条件操作条件 功能表或真值表功能表或真值表 直流参数表直流参数表 交流参数表交流参数表 电容表电容表 波形图波形图 测试条件测试条件测测 试试 注注 意意 事事 项项（供参考）（供参考） 电源，地设置要正确。电源，地设置要正确。 时序，采样，负载设置要正确。时序，采样，负载设置要正确。 设置正确的施加电压（嵌位电流）或施加电流（嵌位电设置正确的施加电压（嵌位电流）或施加电流（嵌位电压）。压）。 输入端不要悬空。（输入端不要悬空。（Lat

22、ch upLatch up） 不要施加大于不要施加大于VDDVDD或小于或小于GNDGND的电压到输入端。（的电压到输入端。（Latch upLatch up） 输出端不是三态（或悬空）时，不能输出端不是三态（或悬空）时，不能“或或”连接。连接。 测试时要用最严格的测试条件。测试时要用最严格的测试条件。 连线要尽量短。连线要尽量短。 电源，地线要尽量粗；数字，模拟电源和地要分开；模拟电源，地线要尽量粗；数字，模拟电源和地要分开；模拟地要一点接地。（数模混合电路）地要一点接地。（数模混合电路） 要充分考虑到测试仪表对要充分考虑到测试仪表对DUTDUT的影响。的影响。 测试仪必须定期检测。测试仪必

23、须定期检测。第第 二二 节节测测 试试 系系 统统 一一 般般 介介 绍绍 测测 试试 系系 统统 一一 般般 结结 构构 CPU CPU 控控 制制 器器 直直 流流 子子 系系 统统 图图 形形 存存 储储 器器 时时 序序 子子 系系 统统 测测 试试 头头 测测 试试 盒盒和测试系统相关的专有名词和测试系统相关的专有名词 管脚电子部件管脚电子部件 驱动器（驱动器（PEPE） 比较器比较器 信号格式信号格式 输出采样输出采样 输出屏蔽输出屏蔽 动态负载动态负载 参数电压参数电压 精密测量单元（精密测量单元（PMUPMU） 钳位（钳位（ClampClamp） 正电流正电流 负电流负电流 沉（沉（SinkSink） 源源和测试系统相关的专有名词（续）和测试系统相关的专有名词（续） DPSDPS RVSRVS 测试周期测试周期 测试矢量测试矢量 矢量存储器矢量存储器 被格式化矢量数据被格式化矢量数据 测试通道测试通道 每一管脚测试头每一管脚测试头 共享源共享源第第 三三 节节 如如 何何 测测 试试功功 能能 测测 试试 时时 必必 须须 考考 虑虑： VDDVDD（Min/MaxMin/Max） -DUT-DUT电源供给电压电源供给电压 VIL/VIH