半导体测试基础

本文格式为Word版，下载可任意编辑——半导体测试基础第1章半导体测试基础

第1节基础术语

描述半导体测试的专业术语好多，这里只例举部分基础的：1．DUT

需要被实施测试的半导体器件寻常叫做DUT（DeviceUnderTest，我们常简称“被测器件〞），或者叫UUT（UnitUnderTest）。

首先我们来看看关于器件引脚的常识，数字电路期间的引脚分为“信号〞、“电源〞和“地〞三部分。

信号脚，包括输入、输出、三态和双向四类，

输入：在外部信号和器件内部规律之间起缓冲作用的信号输入通道；输

入管脚感应其上的电压并将它转化为内部规律识别的“0〞和“1〞电平。

输出：在芯片内部规律和外部环境之间起缓冲作用的信号输出通道；输

出管脚提供正确的规律“0〞或“1〞的电压，并提供适合的驱动能力（电流）。

三态：输出的一类，它有关闭的能力（达到高电阻值的状态）。双向：拥有输入、输出功能并能达到高阻态的管脚。

电源脚，“电源〞和“地〞统称为电源脚，由于它们组成供电回路，有着与信号引脚不同的电路结构。

VCC：TTL器件的供电输入引脚。VDD：CMOS器件的供电输入引脚。

VSS：为VCC或VDD提供电流回路的引脚。

GND：地，连接到测试系统的参考电位节点或VSS，为信号引脚或其他

电路节点提供参考0电位；对于单一供电的器件，我们称VSS为GND。

2．测试程序

半导体测试程序的目的是控制测试系统硬件以一定的方式保证被测器件达到或超越它的那些被具体定义在器件规格书里的设计指标。

测试程序寻常分为几个部分，如DC测试、功能测试、AC测试等。DC测试验证电压及电流参数；功能测试验证芯片内部一系列规律功能操作的正确性；AC测试用以保证芯片能在特定的时间约束内完成规律操作。

程序控制测试系统的硬件进行测试，对每个测试项给出pass或fail的结果。Pass指器件达到或者超越了其设计规格；Fail则相反，器件没有达到设计要求，不能用于最终应用。测试程序还会将器件依照它们在测试中表现出的性能进行相应的分类，这个过程叫做“Binning〞，也称为“分Bin〞.举个例子，一个微处理器，假使可以在150MHz下正确执行指令，会被归为最好的一类，称之为“Bin1〞；而它的某个兄弟，只能在100MHz下做同样的事情，性能比不上它，但是也不是一无是处应当扔掉，还有可以应用的领域，则可能会被归为“Bin2〞，卖给只要求100MHz的客户。

程序还要有控制外围测试设备譬如Handler和Probe的能力；还要搜集和提供摘要性质（或格式）的测试结果或数据，这些结果或数据提供有价值的信息给测试或生产工程师，用于良率(Yield)分析和控制。

第2节正确的测试方法

经常有人问道：“怎样正确地创立测试程序？〞这个问题不好回复，由于对于什么是正确的或者说最好的测试方式，一直没有一个单一明白的界定，某种情形下正确的方式对另一种状况来说不见得最好。好多因素都在影响着测试行为的构建方式，下面我们就来看一些影响力大的因素。?测试程序的用途。

下面的清单例举了测试程序的常用之处，每一项都有其特别要求也就需要相应的测试程序：

?WaferTest——测试晶圆（wafer）每一个独立的电路单元（Die），这是半导体后段区分良品与不良品的第一道工序，也被称为“WaferSort〞、CP测试等.?????PackageTest——晶圆被切割成独立的电路单元，且每个单元都被封装出来后，需要经历此测试以验证封装过程的正确性并保证器件依旧能达到它的设计指标，也称为“FinalTest〞、FT测试、成品测试等。

?QualityAssuranceTest——质量保证测试，以抽样检测方式确保PackageTest执行的正确性，即确保pass的产品中没有不合格品。

?DeviceCharacterization——器件特性描述，决定器件工作参数范围的极限值。

?Pre/PostBurn-In

——在器件“Burn-in〞之前和之后进

行的测试，用于验证老化过程有没有引起一些参数的漂移。这一过程有助于清除含有潜在失效（会在使用一段时间后暴露出来）的芯片。

?MiliaryTest——军品测试，执行更为严格的老化测试标准，如扩大温度范围，并对测试结果进行归档。

?IncomingInspection——收货检验，终端客户为保证购买的芯片质量在应用之前进行的检查或测试。

?AssemblyVerification——封装验证，用于检验芯片经过了封装过程是否依旧完好并验证封装过程本身的正确性。这一过程寻常在FT测试时一并实施。

?FailureAnalysis——失效分析，分析失效芯片的故障以确定失效原因，找到影响良率的关键因素，并提高芯片的可靠性。?测试系统的性能。

测试程序要充分利用测试系统的性能以获得良好的测试覆盖率，一些测试方法会受到测试系统硬件或软件性能的限制。高端测试机：

?高度确切的时序——确切的高速测试

?大的向量存储器——不需要去重新加载测试向量?复合PMU（ParametricMeasurementUnit）——可进行并行测试，以减少测试时间

?可编程的电流加载——简化硬件电路，增加灵活性?PerPin的时序和电平——简化测试开发，减少测试时间低端测试机：

?低速、低精度——可能不能充分满足测试需求?小的向量存储器——可能需要重新加载向量，增加测试时间

?单个PMU——只能串行地进行DC测试，增加测试时间

?均分资源（时序/电平）——增加测试程序繁杂度和测试时间?测试环节的成本。

这可能是决定什么需要被测试以及以何种方式满足这些测试的唯一的最重要的因素，测试成本在器件总的制造成本中占了很大的比重，因此大量与测试有关的决定可能仅仅取决于器件的售价与测试成本。例如，某个器件可应用于游戏机，它卖15元；而同样的器件用于人造卫星，则会卖3500元。每种应用有其独特的技术规范，要求两种不同标准的测试程序。3500元的器件能支持昂贵的测试费用，而15元的器件只能支付最低的测试成本。?测试开发的理念。

测试理念只一个公司内部测试人员之间关于什么是最优的测试方法的共同的观念，这却决于他们特别的要求、芯片产品的售价，并受他们以往经验的影响。在测试程序开发项目启动之前，测试工程师必需全面地上面提到的每一个环节以决定最正确的解决方案。开发测试程序不是一件简单的正确或者错误的事情，它是一个在给定的状况下寻觅最正确解决方案的过程。第3节测试系统

测试系统称为ATE，由电子电路和机械硬件组成，是由同一个主控制器指挥下的电源、计量仪器、信号发生器、模式（pattern）生成器和其他硬件项目的集合体，用于模仿被测器件将会在应用中体验到的操作条件，以发现不合格的产品。

测试系统硬件由运行一组指令（测试程序）的计算机控制，在测试时提供适合的电压、电流、时序和功能状态给DUT并监测DUT的响应，对比每次测试的结果和预先设定的界限，做出pass或fail的判断。

?测试系统的内脏

图2-1显示所有数字测试系统都含有的基本模块，虽然好多新的测试

系统包含了更多的硬件，但这作为起点，我们还是拿它来介绍。

“CPU〞是系统的控制中心，这里的CPU不同于电脑中的中央处理器，

它由控制测试系统的计算机及数据输入输出通道组成。大量新的测试系统提供一个网络接口用以传输测试数据；计算机硬盘和Memory用来存储本地数据；显示器及键盘提供了测试操作员和系统的接口。

图2-1.通用测试系统内部结构

DC子系统包含有DPS（DevicePowerSupplies，器件供电单元）、RVS（ReferenceVoltageSupplies，参考电压源）、PMU（PrecisionMeasurementUnit，缜密测量单元）。DPS为被测器件的电源管脚提供电压和电流；RVS为系统内部管脚测试单元的驱动和比较电路提供规律0和规律1电平提供参考电压，这些电压设置包括：VIL、VIH、VOL和VOH。性能稍逊的或者老一点的测试系统只有有限的RVS，因而同一时间测试程序只能提供少量的输入和输出电平。这里先提及一个概念，“testerpin〞，也叫做“testerchannel〞，它是一种探针，和Loadboard后面的Pad接触为被测器件的管脚提供信号。当测试机的pins共享某一资源，譬如RVS，则此资源称为“SharedResource〞。一些测试系统称拥有“perpin〞的结构，就是说它们可以为每一个pin独立地设置输入及输出信号的电平和时序。

DC子系统还包含PMU（缜密测量单元，PrecisionMeasurementUnit）电路以进行确切的DC参数测试，一些系统的PMU也是perpin结构，安装在测试头（TestHe