半導(dǎo)體測試技術(shù)實(shí)踐

/半導(dǎo)體測試技術(shù)實(shí)踐總結(jié)報告一、實(shí)踐目的半導(dǎo)體測試技術(shù)及儀器集中學(xué)習(xí)是在課堂結(jié)束之后在實(shí)習(xí)地集中的實(shí)踐性教學(xué),是各項(xiàng)課間的綜合應(yīng)用，是鞏固和深化課堂所學(xué)知識的必要環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件與集成電路性能參數(shù)的測試原理、測試方法,掌握現(xiàn)代測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、操作方法與測試結(jié)果的分析方法,并學(xué)以致用、理論聯(lián)系實(shí)際，鞏固和理解所學(xué)的理論知識.同時了解測試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及本專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,把握科技前進(jìn)脈搏,拓寬專業(yè)知識面，開闊專業(yè)視野，從而鞏固專業(yè)思想，明確努力方向。另外，培養(yǎng)在實(shí)際測試過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和獨(dú)立工作的能力,增強(qiáng)綜合實(shí)踐能力，建立勞動觀念、實(shí)踐觀念和創(chuàng)新意識，樹立實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，提高綜合素質(zhì)。二、實(shí)踐安排(含時間、地點(diǎn)、內(nèi)容等）實(shí)踐地點(diǎn)：西安西谷微電子有限責(zé)任公司實(shí)踐時間：2014年8月5日—２014年8月15日實(shí)踐內(nèi)容：對分立器件，集成電路等進(jìn)行性能測試并判定是否失效三、實(shí)踐過程和具體內(nèi)容西安西谷微電子有限責(zé)任公司專業(yè)從事集成電路測試、篩選、測試軟硬件開發(fā)及相關(guān)技術(shù)配套服務(wù)，測試篩選使用標(biāo)準(zhǔn)主要為ＧJB548、ＧJB５28、GJＢ360等。１、認(rèn)識半導(dǎo)體及測試設(shè)備

在一個器件封裝之后,需要經(jīng)過生產(chǎn)流程中的再次測試.這次測試稱為“Finalｔesｔ”（即我們常說的ＦT測試）或“Packagｅｔest”。在電路的特性要求界限方面，F(xiàn)T測試通常執(zhí)行比CＰ測試更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。芯片也許會在多組溫度條件下進(jìn)行多次測試以確保那些對溫度敏感的特征參數(shù).商業(yè)用途（民品）芯片通常會經(jīng)過0℃、２5℃和７5℃條件下的測試，而軍事用途（軍品）芯片則需要經(jīng)過-55℃、2５

芯片可以封裝成不同的封裝形式,圖４顯示了其中的一些樣例。一些常用的封裝形式如下表:

DIP:

DｕａlIｎlｉnｅPackage（ｄualｉndｉcateｓtｈepaｃkagｅhaspinｓonｔwosides）雙列直插式CerＤIＰ：CeｒamicDｕalInlinePacｋａge陶瓷PDIP：

PlaｓtiｃDuaｌInlinePackaｇe塑料ＰGA:

PiｎGridAｒｒay管腳陣列ＢGA:

BallGridArray球柵陣列SOP：

SｍallOutlineＰacｋage小型外殼TSOP:

ThinＳmallOuｔliｎePaｃkagｅTSSＯP：ＴhinShrｉnｋＳmallＯutlｉneＰackａgｅ（thiｓoneisrｅａｌlｙgｅttｉngsｍalｌ！)SＩＰ：

SingｌeInlinePaｃｋage單列直插SIMM:SingleＩｎlｉnｅMｅｍoｒyModulｅs(liｋｅthememoｒyｉnｓideｏfaｃomｐuter）QＦP：

QuadＦlatPacｋ（ｑuａdindｉcａt(yī)esthｅpａckａgehasｐiｎsｏnfｏｕrｓideｓ）TQFP：

ThinversionoftheQFPMQＦP:MeｔｒicQuadFlａｔＰａｃkMＣＭ：

MultiChipMｏｄulｅs（pacｋaｇｅsｗithmorethａn1ｄie(ｆormeｒｌycallｅdhybriｄs)1。１自動測試設(shè)備

隨著集成電路復(fù)雜度的提高，其測試的復(fù)雜度也隨之水漲船高，一些器件的測試成本甚至占到了芯片成本的大部分。大規(guī)模集成電路會要求幾百次的電壓、電流和時序的測試，以及百萬次的功能測試步驟以保證器件的完全正確。要實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜的測試,靠手工是無法完成的，因此要用到自動測試設(shè)備（AＴＥ，AutomatedTｅｓtEqｕipment）。

ＡTE是一種由高性能計算機(jī)控制的測試儀器的集合體,是由測試儀和計算機(jī)組合而成的測試系統(tǒng),計算機(jī)通過運(yùn)行測試程序的指令來控制測試硬件。測試系統(tǒng)最基本的要求是可以快速且可靠地重復(fù)一致的測試結(jié)果，即速度、可靠性和穩(wěn)定性。為保持正確性和一致性,測試系統(tǒng)需要進(jìn)行定期校驗(yàn),用以保證信號源和測量單元的精度。

當(dāng)一個測試系統(tǒng)用來驗(yàn)證一片晶圓上的某個獨(dú)立的晶片的正確與否,需要用PrｏbｅCａｒd來實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)和晶片之間物理的和電氣的連接，而PｒobeCａｒd和測試系統(tǒng)內(nèi)部的測試儀之間的連接則通過一種叫做“Loadboaｒd”或“Ｐｅrfoｒmanｃeboａｒｄ”的接口電路板來實(shí)現(xiàn)。在CP測試中，Performanceboaｒd和Probecarｄ一起使用構(gòu)成回路使電信號得以在測試系統(tǒng)和晶片之間傳輸。

當(dāng)晶片封裝出來后,它們還要經(jīng)過FT測試,這種封裝后的測試需要手工將一個個這些獨(dú)立的電路放入負(fù)載板(Loａdboard）上的插座(Sockｅt）里，這叫手工測試（ｈaｎdtｅst）。一種快速進(jìn)行FT測試的方法是使用自動化的機(jī)械手（Ｈａnｄlｅr）,機(jī)械手上有一種接觸裝置實(shí)現(xiàn)封裝引腳到負(fù)載板的連接,這可以在測試機(jī)和封裝內(nèi)的晶片之間提供完整的電路。機(jī)械手可以快速的抓起待測的芯片放入測試點(diǎn)（插座)，然后拿走測試過的芯片并根據(jù)測試pasｓ/ｆaiｌ的結(jié)果放入事先定義好的相應(yīng)的Bｉn區(qū)。１。2數(shù)字和模擬電路

過去，在模擬和數(shù)字電路設(shè)計之間，有著顯著的不同.數(shù)字電路控制電子信號，表現(xiàn)為邏輯電平“0”和“1”，它們被分別定義成一種特殊的電壓分量，所有有效的數(shù)字電路數(shù)據(jù)都用它們來表示，每一個“０”或“１"表示數(shù)據(jù)的一個比特（bit)位,任何數(shù)值都可以由按照一定順序排列的“0”“1”比特位組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來表示,數(shù)值越大，需要的比特位越多。每

不同于數(shù)字信號的“0"“1”界限分明（離散），模擬電路時連續(xù)的

為幫助理解模擬和數(shù)字電路數(shù)值的基本差別,我們可以拿時鐘來比方。“模擬”時鐘上的指針連續(xù)地移動，因此所有的任一時間值可以被觀察者直接讀出，但是所得數(shù)值的準(zhǔn)確度或者說精度取決于觀察者認(rèn)知的程度。

而在“數(shù)字"時鐘上,只有最小增量以上的值才能被顯示，而比最小增量小的值則無法顯示。如果有更高的精度需求，則需要增加數(shù)據(jù)位，每個新增的數(shù)據(jù)位表示最小的時間增量。

有的電路里既有數(shù)字部分也有模擬部分,如AD轉(zhuǎn)換器（AＤC)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，DA轉(zhuǎn)換器(DAC)則相反,我們稱之為“混合信號電路”（MiｘeｄSｉｇnaｌDeｖices）。另一種描述這種混合電路的方法則基于數(shù)字部分和模擬部分占到電路的多少:數(shù)字部分占大部分而模擬部分所占比例較少歸于數(shù)字電路,反之則歸于模擬電路。

１。3測試系統(tǒng)的種類一般認(rèn)為測試系統(tǒng)都是通用的，其實(shí)大部分測試系統(tǒng)的設(shè)計都是面向?qū)ｉT類型的集成電路,這些專門的電路包括:存儲器、數(shù)字電路、模擬電路和混合信號電路；每種類型下還可以細(xì)分成更多種類,我們這里只考慮這四種類型。ａ存儲器件類

我們一般認(rèn)為存儲器是數(shù)字的,而且很多DC測試參數(shù)對于存儲類和非存儲類的數(shù)字器件是通用的,雖然如此，存儲器的測試還是用到了一些獨(dú)特的功能測試過程.帶內(nèi)存的自動測試系統(tǒng)使用一種算法模式生成器（APG,algｏrｉthmicpａｔterngeneraｔoｒ）去生成功能測試模型，使得從硬件上生成復(fù)雜的功能測試序列成為可能，這樣我們就不用把它們當(dāng)作測試向量來保存。存儲器測試的一些典型模型包括:棋盤法、反棋盤法、走0、走1、蝶形法，等等……

APG在器件的每次測試時生成測試模型，而不帶內(nèi)存的測試系統(tǒng)將預(yù)先生成的模型保存到向量存儲區(qū)，然后每次測試時從中取出數(shù)據(jù)。存儲器測試通常需要很長的測試時間去運(yùn)行所要求的測試模型，為了減少測試成本,測試儀通常同時并行測試多顆器件.b模擬或線形器件類

模擬器件測試需要精確地生成與測量電信號，經(jīng)常會要求生成和測量微伏級的電壓和納安級的電流。相比于數(shù)字電路,模擬電路對很小的信號波動都很敏感,DＣ測試參數(shù)的要求也和數(shù)字電路不一樣,需要更專業(yè)的測試儀器設(shè)備,通常會按照客戶的選擇在設(shè)計中使用特殊的測試儀器甚至機(jī)架。模擬器件需要測試的一些參數(shù)或特性包括：增益、輸入偏移量的電壓和電流、線性度、通用模式、供電、動態(tài)響應(yīng)、頻率響應(yīng)、建立時間、過沖、諧波失真、信噪比、響應(yīng)時間、竄擾、鄰近通道干擾、精度和噪聲。ｃ混合信號器件類

混合信號器件包括數(shù)字電路和模擬電路，因此需要測試系統(tǒng)包含這兩部分的測試儀器或結(jié)構(gòu).混合信號測試系統(tǒng)發(fā)展為兩個系列：大部分?jǐn)?shù)字電路測試結(jié)構(gòu)、少量模擬測試結(jié)構(gòu)的系列,被設(shè)計成用于測試以數(shù)字電路為主的混合信號器件，它能有效地進(jìn)行DC參數(shù)測試和功能測試，但是僅支持少量的模擬測試；大部分模擬電路測試結(jié)構(gòu)、少量數(shù)字測試結(jié)構(gòu)的系列，相反，能夠精確地測試模擬參數(shù)而在功能測試上稍遜風(fēng)騷.d數(shù)字電路器件類

僅含有數(shù)字邏輯的電路器件可使用數(shù)字電路測試系統(tǒng)來完成測試，這些測試系統(tǒng)之間在價格、性能、尺寸、可選項(xiàng)上有著明顯的不同。

低端的測試機(jī)被用來測試低價格或者低性能的低端產(chǎn)品，通常是些管腳少、復(fù)雜度低的器件;一般運(yùn)行于低于2０MHz的時鐘頻率,且只能存儲少量的測試向量；用于小規(guī)模（ＳSI）或中規(guī)模（MSＩ)集成電路的測試。

高端的測試機(jī)則是速度非?？欤〞r鐘頻率高）、測試通道非常多的測試系統(tǒng);時鐘頻率通常會達(dá)到400MHz，并能提供102４個測試通道；擁有高精度的時鐘源和百萬bit位的向量存儲器。它們被用于驗(yàn)證新的超大規(guī)模（VＬＳI）集成電路,但是昂貴的成本阻礙了他們用于生產(chǎn)測試.

而半導(dǎo)體測試工業(yè)普遍使用的是中高端的測試設(shè)備，它們擁有較好的性價比,在對測試成本非常敏感的半導(dǎo)體測試行業(yè)，這無疑是非常重要的。這類測試設(shè)備多運(yùn)行在５0-10０MHｚ，提供256個測試通道，通常帶有一些可選的配置。

為了控制測試成本,謹(jǐn)慎地選擇能滿足器件測試需求的測試設(shè)備是非常重要的,選擇功能相對于我們器件的測試要求過于強(qiáng)大的測試系統(tǒng)會使得我們的測試成本居高不下，而相反的選擇會造成測試覆蓋率不夠；找到設(shè)備功能和成本之間的平衡是測試成本控制本質(zhì)的要求。

1.4測試負(fù)載板（ＬoadBｏaｒd）

測試負(fù)載板是一種連接測試設(shè)備的測試頭和被測器件物理和電路接口，被固定在針測臺(Prｏｂe)、機(jī)械手（Haｎdlｅｒ)或者其他測試硬件上，其上的布線連接測試機(jī)臺內(nèi)部信號測試卡的探針和被測器件的管腳。

在CP測試中，負(fù)載板連接ProbeCａrd;在手工測試中，我們將Ｓｏcｋet固定在負(fù)載板上；而在FＴ的生產(chǎn)測試中，我們將其連接到Ｈandｌeｒ.因?yàn)闇y試機(jī)在物理和電氣上需要與多種類型的設(shè)備連接、鎖定，因而Ｌoａdboard的類型和款式也是多種多樣。

測試高速或者大功率的器件需要定制的Ｌoadboaｒd，為保證信號完整性，這種高性能的定制電路板必須完成阻抗匹配-—這對于布局、布線及線長、線寬等都有特殊要求，因此通常需要數(shù)月的時間設(shè)計制作，并且價格非常昂貴。

２半導(dǎo)體測試基礎(chǔ)2。1測試程序半導(dǎo)體測試程序的目的是控制測試系統(tǒng)硬件以一定的方式保證被測器件達(dá)到或超越它的那些被具體定義在器件規(guī)格書里的設(shè)計指標(biāo)。測試程序通常分為幾個部分，如ＤC測試、功能測試、AＣ測試等。DＣ測試驗(yàn)證電壓及電流參數(shù);功能測試驗(yàn)證芯片內(nèi)部一系列邏輯功能操作的正確性；AC測試用以保證芯片能在特定的時間約束內(nèi)完成邏輯操作。程序控制測試系統(tǒng)的硬件進(jìn)行測試，對每個測試項(xiàng)給出ｐasｓ或fail的結(jié)果。Ｐaｓｓ指器件達(dá)到或者超越了其設(shè)計規(guī)格；Fａil則相反,器件沒有達(dá)到設(shè)計要求，不能用于最終應(yīng)用。測試程序還會將器件按照它們在測試中表現(xiàn)出的性能進(jìn)行相應(yīng)的分類,這個過程叫做“Bｉnnｉnｇ”，也稱為“分Bｉn”。舉個例子，一個微處理器，如果可以在1５０MHｚ下正確執(zhí)行指令，會被歸為最好的一類，稱之為“Ｂin１”；而它的某個兄弟，只能在10０MHz下做同樣的事情，性能比不上它,但是也不是一無是處應(yīng)該扔掉,還有可以應(yīng)用的領(lǐng)域，則也許會被歸為“Bin2"，賣給只要求1００MHz的客戶。程序還要有控制外圍測試設(shè)備比如Ｈandｌeｒ和Pｒobｅ的能力；還要搜集和提供摘要性質(zhì)（或格式）的測試結(jié)果或數(shù)據(jù),這些結(jié)果或數(shù)據(jù)提供有價值的信息給測試或生產(chǎn)工程師，用于良率(Ｙield）分析和控制。2．2測試方法的選擇經(jīng)常有人問道：“怎樣正確地創(chuàng)建測試程序？”這個問題不好回答,因?yàn)閷τ谑裁词钦_的或者說最好的測試方式，一直沒有一個單一明了的界定,某種情形下正確的方式對另一種情況來說不見得最好.很多因素都在影響著測試行為的構(gòu)建方式，下面我們就來看一些影響力大的因素。ａ測試環(huán)節(jié)的成本決定什么需要被測試以及以何種方式的因素之一，測試成本在器件總的制造成本中占了很大的比重,因此許多與測試有關(guān)的決定也許僅僅取決于器件的售價與測試成本。例如，某個器件可應(yīng)用于游戲機(jī),它賣15元；而同樣的器件用于人造衛(wèi)星,則會賣35００元。每種應(yīng)用有其獨(dú)特的技術(shù)規(guī)范，要求兩種不同標(biāo)準(zhǔn)的測試程序。3５00元的器件能支持昂貴的測試費(fèi)用,而15元的器件只能支付最低的測試成本。b測試開發(fā)的理念。測試?yán)砟钪灰粋€公司內(nèi)部測試人員之間關(guān)于什么是最優(yōu)的測試方法的共同的觀念，這卻決于他們特殊的要求、芯片產(chǎn)品的售價，并受他們以往經(jīng)驗(yàn)的影響。在測試程序開發(fā)項(xiàng)目啟動之前，測試工程師必須全面地上面提到的每一個環(huán)節(jié)以決定最佳的解決方案。開發(fā)測試程序不是一件簡單的正確或者錯誤的事情，它是一個在給定的狀況下尋找最佳解決方案的過程。四、實(shí)踐體會與心得通過這次實(shí)踐，首先我了解到作為一個公司運(yùn)作首先是制度化,模塊化。一個良好的規(guī)范制度約束才能使公司正常的運(yùn)轉(zhuǎn)下去。每個部門的人各司其職，互相配合,就好像一個個齒輪互相契合共同促使機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在測試實(shí)踐的過程中測試流程和方法的選擇也是非常有講究的。選擇都要考慮其科學(xué)性，既不損害芯片又能測試其可靠性.以集成電路ＬF153J/88３，封裝為CERDIP-8為例.測試過程如下:外觀檢查,所用標(biāo)準(zhǔn)為ＧJＢ5４8B－２０05方法2００9。１該標(biāo)準(zhǔn)為外部目檢,使用放大鏡對其進(jìn)行觀察,失效判據(jù)分為７點(diǎn)。有一般判據(jù)，外來或錯位的物質(zhì),結(jié)構(gòu)缺陷，封裝課題或蓋帽的鍍涂層，引線，有引線器件的封裝殼體或蓋帽和玻璃密封，對照規(guī)定判定是否失效。常溫初測按照器件相應(yīng)規(guī)范，測試它的電參數(shù)。溫度循環(huán)在-5５℃—１25℃進(jìn)行循環(huán)測試，循環(huán)次數(shù)為5次。恒定加速度,所用標(biāo)準(zhǔn)為GＪＢ５4８B-200１。１試驗(yàn)條件D,Y1方向ＰINＤ，所用標(biāo)準(zhǔn)為GJB5４8Ｂ-202０.1條件A常溫中測1，按照器件相應(yīng)規(guī)范高溫動態(tài)老煉在溫度T=125℃下動態(tài)老煉48h，所加電壓電流不大于額定工作值，該步允許不合格率<5％，此批次無不合格產(chǎn)品。常溫中測2按照器件相應(yīng)規(guī)范低溫測試,Ｔ=-55℃,t＝4８h高溫測試,Ｔ=１25℃，t=４8h細(xì)檢漏，所用標(biāo)準(zhǔn)為GJB548B—10１4.２條件A1條件A1為示蹤氣體氦細(xì)檢漏，用該條件進(jìn)行試驗(yàn)所需設(shè)備包括合適的壓力室,真空室和一臺質(zhì)譜檢漏儀.該質(zhì)譜檢漏儀應(yīng)經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)制和校準(zhǔn)，時期靈敏度達(dá)到足以讀出小于或等于1０－4（Pa·cｍ3)/s的氦漏率。用于測量漏率的工作室體積應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況保持盡量小，因?yàn)樵擉w積過大對靈敏度極限值會產(chǎn)生不利的影響。應(yīng)該在每個工作班次期間，至少用經(jīng)校準(zhǔn)的擴(kuò)散型標(biāo)準(zhǔn)漏孔校準(zhǔn)一次檢漏儀的指示器。粗檢漏,所用標(biāo)準(zhǔn)為ＧＪB54８B-1014。２條件C該條件為碳氟化合物粗檢漏，所需設(shè)備為:真空／壓力室，用于抽真空及隨后加壓,能使器件收到5１6KPa的壓力作用達(dá)10h.能保持指示用的液體溫度在125℃并適于觀察的容器以及一套能把尺寸大于1μm的例子從液體中除去的過濾系統(tǒng)。1.5倍~30倍的放大鏡。當(dāng)把器件浸入指示用的液體中時,能用該放大鏡觀察到從器件中冒出的氣泡。表1所列的檢測用１型液體和指示用2型液體.光源:它在空氣中能在