集成電路測(cè)試指南

集成電路測(cè)試指南

目錄

第一篇集成電路測(cè)試及測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

第1章集成電路測(cè)試簡(jiǎn)介

1.1集成電路測(cè)試的分類(lèi)

1.2IC測(cè)試項(xiàng)目

1.3產(chǎn)品手冊(cè)與測(cè)試計(jì)劃

1.4測(cè)試程序

第2章集成電路測(cè)試系統(tǒng)

2.1模擬IC測(cè)試系統(tǒng)

2.2數(shù)字IC測(cè)試系統(tǒng)

2.3混合IC測(cè)試系統(tǒng)

2.4ST2500高性能數(shù)模混合測(cè)試系統(tǒng)

2.5ST-IDE軟件系統(tǒng)

2.6集成電路測(cè)試工程師實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

第二篇集成電路基本測(cè)試原理

第3章直流及參數(shù)測(cè)試

3.1開(kāi)短路測(cè)試

3.2漏電流測(cè)試

3.3電源電流測(cè)試

3.4直流偏置與增益測(cè)試

3.5輸出穩(wěn)壓測(cè)試

3.6數(shù)字電路輸入電平與輸出電平測(cè)試

第4章數(shù)字電路功能及交流參數(shù)測(cè)試

4.1測(cè)試向量

4.2時(shí)序的設(shè)定

4.3引腳電平的設(shè)定

4.4動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)量開(kāi)短路

第5章混合信號(hào)測(cè)試基礎(chǔ)

5.1時(shí)域與頻域分析

5.2采樣

5.3DAC的靜態(tài)參數(shù)測(cè)試

5.4ADC的靜態(tài)參數(shù)測(cè)試

5.5ADC/DAC的動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試

第三篇模擬集成電路測(cè)試與實(shí)踐

第6章集成運(yùn)算放大器測(cè)試與實(shí)踐

6.1集成運(yùn)算放大器的基本特性

6.2集成運(yùn)算放大器的特征參數(shù)測(cè)試方法

6.3集成運(yùn)算放大器測(cè)試計(jì)劃及硬件資源

6.4測(cè)試程序開(kāi)發(fā)

6.5程序調(diào)試及故障定位

6.6測(cè)試總結(jié)

第7章電源管理芯片測(cè)試與實(shí)踐

7.1電源管理芯片原理與基本特性

7.2LD。特征參數(shù)測(cè)試方法

7.3電源管理芯片測(cè)試計(jì)劃及硬件資源

7.4測(cè)試程序開(kāi)發(fā)

7.5程序調(diào)試及故障定位

7.6測(cè)試總結(jié)

第四篇數(shù)字集成電路測(cè)試與實(shí)踐

第8章存儲(chǔ)器測(cè)試與實(shí)踐

8.1EEPROM原理與基本特征

8.2EEPROM特征參數(shù)測(cè)試方法

8.3EEPROM測(cè)試計(jì)劃及硬件資源

8.4測(cè)試程序開(kāi)發(fā)

8.5程序調(diào)試及故障定位

8.6測(cè)試總結(jié)

第9章MCU測(cè)試與實(shí)踐

9.1MCU原理與基本特征

9.2MCU特征參數(shù)測(cè)試方法

9.3MCU測(cè)試計(jì)劃及硬件資源

9.4測(cè)試程序開(kāi)發(fā)

9.5程序調(diào)試及故障定位

9.6測(cè)試總結(jié)

第五篇混合集成電路測(cè)試與實(shí)踐

笫10章ADC測(cè)試

10.1ADC原理及基本特征

10.2ADC芯片特征參數(shù)及測(cè)試方法

10.3ADC芯片測(cè)試計(jì)劃及硬件資源

10.4測(cè)試程序開(kāi)發(fā)

10.5程序調(diào)試及故障定位

10.6測(cè)試總結(jié)

附錄技術(shù)術(shù)語(yǔ)中英文對(duì)照表

第一篇集成電路測(cè)試及測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

第1章集成電路測(cè)試簡(jiǎn)介

第2章集成電路測(cè)試系統(tǒng)

第1章集成電路測(cè)試簡(jiǎn)介

一款集成電路(IntegratedCircuit,IC)芯片從設(shè)計(jì)開(kāi)始到成品出貨供上板使用，整個(gè)

流程可分為電路設(shè)計(jì)、晶圓制造、晶圓測(cè)試、IC封裝和封裝后測(cè)試這五個(gè)主要環(huán)節(jié)以及

最后的出貨環(huán)節(jié)，如圖1.1所示。除此之外，測(cè)試還包括設(shè)計(jì)制造后的特性化分析測(cè)試，

剔除早期失效產(chǎn)品的老化測(cè)試等。

圖1.1集成電路生產(chǎn)流程

隨著技術(shù)及工藝的發(fā)展，集成電路的密度及復(fù)雜程度也呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，同時(shí)，因應(yīng)快速上

市的需求，在設(shè)計(jì)階段要對(duì)電路進(jìn)行充分的驗(yàn)證和測(cè)試。晶圓制造采用更微觀的印制飩刻

技術(shù)，工藝上難以避免瑕疵及工藝偏差，這會(huì)導(dǎo)致電路參數(shù)變化，輕則影響性能，重則導(dǎo)

致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。而封裝過(guò)程中的晶圓切割、引線鍵合、塑封等工序也都無(wú)法保證100%

的良品率。這就要求在將芯片送到系統(tǒng)廠商處組裝上板之前，必須經(jīng)過(guò)測(cè)試，以避免瑕疵

芯片的流出，提升出貨質(zhì)量。測(cè)試的價(jià)值在于保證系統(tǒng)使用芯片時(shí)，性能是穩(wěn)定可靠的。

1.1集成電路測(cè)試的分類(lèi)

IC測(cè)試的目的主要有兩個(gè)方面：一是確認(rèn)被測(cè)芯片是否符合產(chǎn)品手冊(cè)上所定義的規(guī)范：

二是通過(guò)測(cè)試測(cè)量，確定芯片可以正常工作的邊界條件，即對(duì)芯片進(jìn)行特性化分析。下面

主要介紹集成電路測(cè)試的分類(lèi)以及其中芯片探針(ChipProbing,CP)測(cè)試和最終成品測(cè)

試(FinalTest,FT)的測(cè)試流程及設(shè)備。

1.1.1集成電路測(cè)試分類(lèi)

1.特性化分析

特性化分析(Characterization)通常在芯片設(shè)計(jì)階段進(jìn)行，是為了確定產(chǎn)品規(guī)格，明確

產(chǎn)品正常工作的條件而進(jìn)行的測(cè)試。這種測(cè)試可以使用儀器/儀表進(jìn)行，也可以借助自動(dòng)

測(cè)試設(shè)備(AutomaticTestEquipment,ATE)來(lái)實(shí)現(xiàn)°比如借助ATE設(shè)備的掃描測(cè)試可

以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同參數(shù)變化的掃描，以確定產(chǎn)品工作的邊界條件。

2.量產(chǎn)測(cè)試

隨著IC集成復(fù)雜度的提高，出現(xiàn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造缺陷的可能性也大大增加，為了避免因

單顆IC芯片不良而導(dǎo)致的缺陷，我們需要對(duì)批量生產(chǎn)出的每一顆IC芯片進(jìn)行測(cè)試，即量

產(chǎn)測(cè)試，其目的是保證發(fā)給客戶的每一顆IC芯片都符合產(chǎn)品規(guī)范，

基本的量產(chǎn)測(cè)試有兩種，分別為芯片探針測(cè)試和最終成品測(cè)試。二者的測(cè)試原理一樣，都

是通過(guò)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備連接IC中集成的測(cè)試點(diǎn)，運(yùn)行自動(dòng)測(cè)試軟件進(jìn)行測(cè)試：區(qū)別是使用

的測(cè)試設(shè)備和連接方式不同。

芯片探針測(cè)試(下文簡(jiǎn)稱“CP測(cè)試”)針對(duì)的是未切割的晶圓，因此也稱為晶圓測(cè)試，

需耍用探針接觸晶圓上的測(cè)試焊盤(pán)，一次可以測(cè)試晶圓上的單個(gè)或多個(gè)晶粒(Die)；成

品測(cè)試(下文簡(jiǎn)稱“FT測(cè)試”)則針對(duì)已經(jīng)封裝好的IC成品,用彈簧針(PogoPin)連

接IC外引腳測(cè)試。圖1.2中展示了晶圓、晶粒和封裝后的IC。自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備針對(duì)這兩

種測(cè)試使用不同的機(jī)械手，CP測(cè)試使用的機(jī)械手稱為探針臺(tái)(Prober),FT測(cè)試使用的

機(jī)械手稱為分選機(jī)(Handler)。

圖1.2晶圓、晶粒和封裝后的IC

3.老化測(cè)試

老化測(cè)試(Burn-inTest)是為了預(yù)測(cè)產(chǎn)品的使用壽命，剔除早期失效的產(chǎn)品?；贏TE

的老化測(cè)試通常是把產(chǎn)品放在溫箱里，通過(guò)恒溫或溫度循環(huán)的方式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。

1.1.2CP測(cè)試流程及設(shè)備

通常CP測(cè)試流程如圖1.3所示，晶圓進(jìn)入晶圓庫(kù)時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)來(lái)料檢驗(yàn)(IncomingQuality

Assurance,IQA),沒(méi)有外觀異常(包括劃痕、裂紋、油污等)后會(huì)進(jìn)行CP測(cè)試。CP測(cè)

試會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的不同測(cè)試溫度要求和測(cè)試項(xiàng)要求分成CPI、CP2,個(gè)別還會(huì)有CP3。例如含

有嵌入式存儲(chǔ)器的微控制器(MicroControllerUnit,MCU)芯片，既需要針對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)

行讀寫(xiě)及存儲(chǔ)功能測(cè)試，又需要針對(duì)微控制器進(jìn)行邏輯功能測(cè)試。其CP測(cè)試流程一般是

CP1測(cè)試基本存儲(chǔ)讀寫(xiě)功能，并在存儲(chǔ)芯片內(nèi)寫(xiě)入一定的內(nèi)容：然后晶圓經(jīng)過(guò)高溫烘烤后

進(jìn)行CP2測(cè)試，以檢驗(yàn)之前寫(xiě)入的數(shù)據(jù)是否可以保持：最后對(duì)MCU部分進(jìn)行邏輯功能的

CP3測(cè)試。

圖1.3CP測(cè)試流程

對(duì)于使用墨點(diǎn)標(biāo)記失效芯片的CP量產(chǎn)流程，測(cè)試完成后會(huì)對(duì)晶圓進(jìn)行烘烤以固化黑點(diǎn)，

然后做CP檢查(主要檢查外觀，墨點(diǎn)和測(cè)試數(shù)據(jù)是否一致等)，檢查沒(méi)有問(wèn)題會(huì)進(jìn)行包

裝、質(zhì)檢(QualityAssurance.QA),然后安排出貨°

如圖1.4所示，CP測(cè)試系統(tǒng)主要由以下部分組成：

■ATE,或簡(jiǎn)稱測(cè)試機(jī)(Tester),包括：

?測(cè)試機(jī)頭(TestHead)

?測(cè)試機(jī)頭支架

?工作站(Workstation)

■針測(cè)接口板(ProbeInterfaceBoard,PIB)

■針?biāo)?PogoTower)

■探針卡(ProbeCard)

■晶圓卡盤(pán)(Chuck)

■探針臺(tái)(Prober)

升降時(shí)

針測(cè)接口板

針?biāo)?/p>

探針卡

測(cè)試機(jī)頭

支架品蚓

同閾k盤(pán)

探針臺(tái)

通信接口

工作站

圖L4CP測(cè)試系統(tǒng)示意圖

測(cè)試程序（TestProgram）通常保存在服務(wù)器上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載測(cè)試程序到工作站本地硬

盤(pán)，然后通過(guò)工作站上的操作界面（OperationInterface,01）控制程序加載，開(kāi)始、

停止測(cè)試，記錄和存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果，還可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)試進(jìn)度和狀態(tài)。測(cè)試完成后，保存測(cè)

試數(shù)據(jù)（Datalog）、結(jié)果統(tǒng)計(jì)（Summary）和晶圓測(cè)試結(jié)果圖（Wafermap）。最終的

Datalog>Summary和Wafermap通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳回服務(wù)器。

探針臺(tái)包括晶圓上料區(qū)、垂直（Z軸）位置調(diào)整裝置、平面（X/Y軸）位置傳動(dòng)裝置等。

探針臺(tái)通過(guò)連接ATE的通信接口接收ATE發(fā)來(lái)的開(kāi)始指令，調(diào)整探針正確接觸晶圓內(nèi)某一

顆晶粒（Die）的測(cè)試焊盤(pán)，然后發(fā)送反饋信號(hào)給ATE并開(kāi)始測(cè)試。ATE測(cè)試完成后把測(cè)

試結(jié)果記錄到Datalog文件，并向探針臺(tái)反饋測(cè)試分類(lèi)（Bin）結(jié)果，探針臺(tái)生成探針臺(tái)

格式的Wafermapo

針測(cè)接口板與針?biāo)?、探針卡一起使用，?gòu)成回路，使電信號(hào)在ATE和晶圓之間傳輸。晶圓

卡盤(pán)是用于固定晶圓的裝置。

其中，探針卡是連接ATE與晶圓上被測(cè)電路的重要接口。探針卡上使用的探針（Probe）

的材質(zhì)大部分為鴇銅或鍍銅，也有杷等其他材質(zhì)。探針材質(zhì)需要具備強(qiáng)度高、導(dǎo)電性強(qiáng)及

不易被氧化等特性。

圖1.5展示了CP測(cè)試中探針卡上的探針是如何與晶圓上的測(cè)試焊盤(pán)進(jìn)行連接的。

圖1.5測(cè)試機(jī)通過(guò)探針卡連接晶圓

LL3FT測(cè)試流程及設(shè)備

進(jìn)行FT測(cè)試時(shí)使用的設(shè)備是分選機(jī)(Handler)。根據(jù)測(cè)試需求的不同可以選擇分體式分

選機(jī)或者一體式分選機(jī)，其測(cè)試流程也不盡相同，如圖1.6所示。

圖L6FT測(cè)試流程圖

分選機(jī)通常根據(jù)IC尺寸選擇。大尺寸的選用分體式分選機(jī)，尺寸較小的(通常小于3mm

X3mm)選用一體式分選機(jī)°

分體式分選機(jī)采用料盤(pán)(Tray)入料，用真空吸嘴移動(dòng)料，在測(cè)試尺寸較小的IC時(shí)擺放

位置難以調(diào)整，并且容易產(chǎn)生外觀異常。

一體式分選機(jī)采用震動(dòng)碗(BowlFeed)進(jìn)料，小尺寸IC移動(dòng)過(guò)程中摩擦小，不會(huì)造成過(guò)

多磨損，而大尺寸IC經(jīng)過(guò)軌道時(shí)摩擦大，易導(dǎo)致外觀不良。

如圖1.7所示，F(xiàn)T測(cè)試系統(tǒng)主要包括：

■ATE

■分選機(jī)

-測(cè)試配件，包括：

?負(fù)載板(LoadBoard)

?芯片插座(Socket)

?模具(Kit)

圖L7FT測(cè)試系統(tǒng)示意圖

不同產(chǎn)品的尺寸及引腳數(shù)不同，需要制作不同的模具配合分選機(jī)使用。分體式分選機(jī)需要

的模具包括金屬連接板(DockingPlate).吸料頭(Nest)等，進(jìn)行高溫測(cè)試時(shí)還需要

預(yù)熱盤(pán)(SoakPlate),常溫測(cè)試時(shí)進(jìn)料直接從未測(cè)料盤(pán)吸入并加以傳送，然后進(jìn)入測(cè)試

區(qū)。如前文所述，分體式分選機(jī)采用真空吸嘴吹氣放料，常用于測(cè)試尺寸較大的IC,較

小的IC易被吹飛。

這里簡(jiǎn)要介紹分選機(jī)與測(cè)試機(jī)的安裝，以及FT測(cè)試流程：

1)首先進(jìn)行架機(jī)(Setup)。在測(cè)試機(jī)上安裝負(fù)載板、插座和連接板，用螺釘將連接板緊

固在分選機(jī)測(cè)試區(qū)，并將測(cè)試模具中的其他配件裝在分選機(jī)上，調(diào)試好吸放料的感應(yīng)位置,

再接上通信接口。

2)架機(jī)完最后，通過(guò)測(cè)試機(jī)工作站的操作界面加載測(cè)試程序。

3)在分選機(jī)側(cè)按開(kāi)始按鈕，分選機(jī)把待測(cè)芯片運(yùn)送到測(cè)試區(qū)，準(zhǔn)備好后反饋“開(kāi)始測(cè)試”

(StartOfTest,SOT)給測(cè)試機(jī)。

4)測(cè)試機(jī)收到SOT信號(hào)后開(kāi)始測(cè)試，測(cè)試完成發(fā)送“測(cè)試結(jié)束"(EndOfTest,EOT)

信號(hào)和Bin結(jié)果給分選機(jī)。

5)分選機(jī)接收Bin信號(hào)，把測(cè)試完成的芯片放置到預(yù)先設(shè)定好的分Bin料盤(pán)。

6)移動(dòng)未測(cè)料到測(cè)試區(qū)，反饋SOT信號(hào)給測(cè)試機(jī)，開(kāi)始下一輪測(cè)試.

7)重復(fù)測(cè)試步驟直至所有物料測(cè)試完成，操作界面會(huì)提示測(cè)試結(jié)束，生成測(cè)試數(shù)據(jù)。

測(cè)試數(shù)據(jù)包括Datalog、Summary,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)格式文件(STDF)等。保存在本地的測(cè)

試數(shù)據(jù)可通過(guò)ATE工作站上傳服務(wù)器，供用戶下載查閱。

圖1.8所示分體式分選機(jī)因測(cè)試區(qū)域的限制，目前最多支持16個(gè)測(cè)試工位(Site)o在

對(duì)存儲(chǔ)類(lèi)芯片進(jìn)行測(cè)試時(shí)，因其測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，需要更多測(cè)試工位并行測(cè)試以降低測(cè)試成本。

這時(shí)通常會(huì)選用如圖1.9所示的料盤(pán)式分體分選機(jī)，此類(lèi)分選機(jī)會(huì)將來(lái)料轉(zhuǎn)入測(cè)試料盤(pán)

(TestTray)。測(cè)試料盤(pán)裝好IC后,兩個(gè)料盤(pán)一起垂直推入測(cè)試區(qū)域并固定,然后將測(cè)

試負(fù)教板和插座推入測(cè)試區(qū)并接觸IC,從而形成測(cè)試回路進(jìn)行測(cè)試。此類(lèi)分體式分選機(jī)

需要的模具包括高精度測(cè)試機(jī)連接治具(HighFidelityTesterAccessFixture,HiFix,

包含負(fù)載板和插座)和測(cè)試料盤(pán)中用于固定IC位置的承載座。這類(lèi)分選機(jī)可以同時(shí)測(cè)試

幾百顆芯片。

測(cè)試區(qū)固定HBIN，區(qū)

（口q）

進(jìn)料梭車(chē)

連接板

[LT口)

出料梭車(chē)

，料盤(pán)動(dòng)線Z

，芯片助投

圖L8分體式分選機(jī)

①HBIN,BPHardwareBin,硬件測(cè)試分類(lèi)。

②動(dòng)線，工廠中常指移動(dòng)路線。

圖1.9料盤(pán)式分體分選機(jī)

一體式分選機(jī)如圖L10所示，可支持多個(gè)工作站，支持IC測(cè)試完成后的卷帶(Tape&

Reel)或者料管(Tube)包裝方式。除ATE和一體式分選機(jī)，測(cè)試中還需要用到的配件包

括負(fù)載板、芯片插座、安裝底座(MountingBase),以及進(jìn)料軌道(FeedingTrack)。

此類(lèi)型的機(jī)械手通常還有一些擴(kuò)展功能選項(xiàng)，比如增加一個(gè)激光器在IC上雕刻絲印，或

者增加攝像頭檢驗(yàn)并記錄包裝入卷帶或料管的芯片的絲印、二維碼等。

引

腳檢

驗(yàn)

鏡頭

下

皆

JK

其

瑞

n空吸

芯

H片

板

V塔

接

心

座

插

片

負(fù)

座

逐

安

機(jī)

工

1選

分

臺(tái)

作

圖1.10一體式分選機(jī)

圖1.11所示是分選機(jī)中的一種，稱為重力式分選機(jī)，通過(guò)重力作用上料、下料，常用于

測(cè)試雙列直插式等兩邊有引腳的ICo

圖1J1重力式分選機(jī)

1.2IC測(cè)試項(xiàng)目

IC產(chǎn)品的測(cè)試項(xiàng)目與大多數(shù)產(chǎn)品手冊(cè)所記載的參數(shù)相一致，通?？梢苑譃橹绷?DC)參

數(shù)測(cè)試、交流(AC)參數(shù)測(cè)試、功能測(cè)試、混合信號(hào)參數(shù)測(cè)試。

1.直流參數(shù)測(cè)試

通?？梢栽诋a(chǎn)品手冊(cè)(Datasheet)中看到關(guān)于產(chǎn)品直流參數(shù)的相關(guān)部分，如表1.1所示。

這些參數(shù)的測(cè)試又可以進(jìn)一步分為開(kāi)短路測(cè)試、輸入輸出電流測(cè)試、輸入輸出電壓測(cè)試、

功耗測(cè)試、輸入輸出失調(diào)測(cè)試和增益測(cè)試。

表1.1產(chǎn)品手冊(cè)直流參數(shù)示意

SN540QSN74Q0

參數(shù)測(cè)試條件單位

MINTYPMAXMINTYPMAX

%rcc=M1N,/]=-12mA-1.5-1.5V

KeC=MlN,K1L=0.8V/QH--0.4mA2.43.42.43.4V

〃C=MIN,rllt=2V/oL=l6mA0.20.40.20.4V

AFee=MAX.r,=5.5V11mA

AH〃C=MAX,匕=2.4V4040MA

AL%.=MAX.K,=0.4V-1.6-1.6mA

，os〃c=MAX-20-55-20-55mA

H心產(chǎn)MAX,匕=OV4848mA

，CCL“MAX,匕=4.5V12221222mA

2.交流參數(shù)測(cè)試

與產(chǎn)品輸入輸出相關(guān)的時(shí)間參數(shù)的測(cè)試，例如產(chǎn)品手冊(cè)所記錄的交流相關(guān)參數(shù)、頻率的測(cè)

試，以及時(shí)間抖動(dòng)的測(cè)試等。

3.功能測(cè)試

功能測(cè)試簡(jiǎn)單來(lái)講就是驗(yàn)證IC產(chǎn)品是否可以按照真值表的邏輯進(jìn)行正常的功能運(yùn)作。真

值表表述的邏輯功能以特定的圖形(Pattern)給被測(cè)器件施加輸入，再以得到的輸出與

預(yù)先設(shè)定的期望值進(jìn)行比較，從而判斷功能是否正常。

4.混合信號(hào)參數(shù)測(cè)試

混合信號(hào)參數(shù)測(cè)試即與數(shù)模(DA)/模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換相關(guān)的靜態(tài)參數(shù)測(cè)試以及動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)

試。

1.3產(chǎn)品手冊(cè)與測(cè)試計(jì)劃

一顆IC芯片具體要測(cè)試哪些項(xiàng)目？測(cè)試項(xiàng)目的執(zhí)行順序如何確定？我們需要一份測(cè)試計(jì)

劃去定義這些內(nèi)容。而測(cè)試計(jì)劃的制定又離不開(kāi)IC的產(chǎn)品手冊(cè)。

1.3.1產(chǎn)品手冊(cè)

產(chǎn)品手冊(cè)是芯片制造商正式發(fā)布的關(guān)于產(chǎn)品的規(guī)范，也稱為產(chǎn)品規(guī)范(Product

Specification)。通常產(chǎn)品手冊(cè)里包含的關(guān)于產(chǎn)品工作的電流、電壓以及時(shí)序細(xì)節(jié)可以

用作測(cè)試開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。

產(chǎn)品手冊(cè)一般會(huì)包含以下幾部分：

-特性總結(jié)

-引腳描述和封裝信息

-功能描述

'直流參數(shù)

■交流參數(shù)

■典型應(yīng)用

其中，特性總結(jié)一般可以讓用戶確定產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景，測(cè)試工程師通?？梢院雎赃@部分內(nèi)

容，轉(zhuǎn)而關(guān)注產(chǎn)品手冊(cè)中的功能描述及典型應(yīng)用部分(更詳盡地描述了產(chǎn)品特性)。引腳

描述和封裝信息部分比較重要，這部分內(nèi)容關(guān)系到資源分配和器件接口板的設(shè)計(jì)。功能描

述部分記錄了芯片的邏輯部分，在測(cè)試過(guò)程中以向量的方式運(yùn)行。簡(jiǎn)單的電路可以根據(jù)真

值表提取向量，復(fù)雜的電路需要設(shè)計(jì)工程師提供仿真文件，然后轉(zhuǎn)換成測(cè)試機(jī)可以識(shí)別的

向量文件。仿真文件包括波形生成語(yǔ)言(WaveformGenerationLanguage,WGL)標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試接口語(yǔ)言(StandardTestInterfaceLanguage,STIL)、變值存儲(chǔ)(Value

ChangedDump,VCD)、擴(kuò)展VCDtExtendedVCD,EVCD)等格式。DC與AC的參數(shù)可以作

為測(cè)試過(guò)程中電壓、電流判定門(mén)限及時(shí)序的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2測(cè)試計(jì)劃

測(cè)試計(jì)劃(TestPlan)也稱為測(cè)試規(guī)范(TestSpecification),是一份記錄了按步驟

執(zhí)行的包含測(cè)試項(xiàng)目詳細(xì)需求的文檔。在測(cè)試計(jì)劃中，會(huì)詳細(xì)地描述測(cè)試條件、激勵(lì)及響

應(yīng)、外圍電路、功能向量等信息。測(cè)試計(jì)劃通常需要由產(chǎn)品及測(cè)試工程師一起合作來(lái)設(shè)計(jì)

完成，是IC設(shè)計(jì)工程師、產(chǎn)品工程師、測(cè)試工程師的共同關(guān)注點(diǎn)。

測(cè)試計(jì)劃通常來(lái)源于測(cè)試工程師對(duì)產(chǎn)品手冊(cè)的解讀。很多時(shí)候，測(cè)試工程師是產(chǎn)品手冊(cè)的

第一個(gè)讀者，也是產(chǎn)品的用戶，而測(cè)試機(jī)和器件接口板則是產(chǎn)品的第一個(gè)具體應(yīng)用。測(cè)試

工程師需要花費(fèi)時(shí)間和精力，依據(jù)所選用測(cè)試平臺(tái)的條件及限制，選取折中(Tradeoff)

的方案去完成測(cè)試計(jì)劃的編制，有的時(shí)候，它更像是一門(mén)藝術(shù)。

隨著IC集成度越來(lái)越高，往往在設(shè)計(jì)階段就需要增加可測(cè)試性設(shè)計(jì)(DesignForTest,

DFT),這需要設(shè)計(jì)工程師參與測(cè)試計(jì)劃的制定，也可以讓測(cè)試工程師更早地參與產(chǎn)品可

測(cè)試性設(shè)計(jì)，促進(jìn)設(shè)計(jì)與測(cè)試工作的交流。

圖1.12中給出了一份測(cè)試規(guī)范樣例，可供讀者參考。

xxxxxx產(chǎn)品測(cè)試規(guī)范

測(cè)試堵號(hào)(TestNumber)描逑(Description)測(cè)試分類(lèi)編號(hào)(Bin)

幕礎(chǔ)功能測(cè)試

%=0.8V.K1L=2.0V

F^-O4SV.F^H-2.4V

測(cè)試頻率IMHz

洲試圖形文件：Func1,pal

30電源電珠典電(ftJ10失效(Fail)

40電源電壓被小值V.

50電源電壓最大信心…

測(cè)試描述：此項(xiàng)測(cè)試由端口4?7寫(xiě)人1010后,在電源電壓分我為典則值、姑小值、此大值的條件下從端門(mén)

4-70101

圖1.12測(cè)試規(guī)范樣例

1.4測(cè)試程序

測(cè)試程序(TestProgram)是可以被ATE識(shí)別和執(zhí)行的指令集合。ATE之所以可以按照測(cè)

試計(jì)劃完成對(duì)被測(cè)器件(DeviceUnderTest,DUT)的測(cè)試，依靠的是在測(cè)試過(guò)程中按照

測(cè)試程序控制測(cè)試系統(tǒng)硬件，施加激勵(lì)，測(cè)量響應(yīng)，并與預(yù)期設(shè)定的門(mén)限(Limit)進(jìn)行

比較，最終對(duì)每個(gè)測(cè)試項(xiàng)給出“通過(guò)”(Pass)或“失效”(Fail)的結(jié)果。測(cè)試程序會(huì)

按照器件在測(cè)試中表現(xiàn)出的性能進(jìn)行相應(yīng)的分類(lèi)，這個(gè)過(guò)程叫作“Binning”，或者“分

Bin"。另外，測(cè)試程序還會(huì)負(fù)責(zé)與外圍測(cè)試設(shè)備(如分選機(jī)、探針臺(tái)等)進(jìn)行交互，并

搜集和提供匯總的測(cè)試結(jié)果或數(shù)據(jù)給測(cè)試或生產(chǎn)工程師，用于良率(Yield)分析和控制。

1.4.1測(cè)試程序的分類(lèi)

測(cè)試按照不同的應(yīng)用有不同的分類(lèi)，相應(yīng)的測(cè)試程序也有相應(yīng)的分類(lèi)，如特性化分析程序、

量產(chǎn)程序等。測(cè)試程序根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，會(huì)有不同的側(cè)重點(diǎn)。

特性化分析程序會(huì)盡可能地對(duì)各種參數(shù)做詳盡的測(cè)試，包括各種參數(shù)的變化組合，以便確

定產(chǎn)品工作的邊界條件。特性化分析程序通常在芯片設(shè)計(jì)完成之后就開(kāi)始開(kāi)發(fā)，用來(lái)對(duì)產(chǎn)

品進(jìn)行全面的分析，收集的數(shù)據(jù)用于產(chǎn)品手冊(cè)的修正或設(shè)計(jì)及工藝的改進(jìn)。

量產(chǎn)程序的主要目的是區(qū)分產(chǎn)品的好壞，所以需要在滿足測(cè)試覆蓋率的前提下盡可能地快

速執(zhí)行，以達(dá)到增加產(chǎn)出、降低成本的目的。

1.4.2量產(chǎn)測(cè)試程序的流程

測(cè)試項(xiàng)目按照什么樣的順序執(zhí)行，對(duì)于量產(chǎn)測(cè)試程序是很重要的。以下是兒個(gè)建議；

1）開(kāi)短路測(cè)試應(yīng)該放在首位。

2）失效比較多的項(xiàng)目應(yīng)該盡早執(zhí)行。

3）針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境，定義不同速度等級(jí)的產(chǎn)品或多個(gè)Pass等級(jí)，這是提升良率的方

法之一（例如XilinxFPGA的-1、-2、-3速度等級(jí)，對(duì)應(yīng)了器件可以支持的最高運(yùn)行頻

率）。

4）測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)該被定期檢測(cè)，以便對(duì)測(cè)試流程進(jìn)行優(yōu)化。

圖1.13中給出了測(cè)試項(xiàng)目運(yùn)行順序與分Bin示意圖。

圖1.13測(cè)試項(xiàng)目運(yùn)行順序與分Bin

1.4.3分類(lèi)篩選

測(cè)試的分Bin,實(shí)際上是根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行分類(lèi)篩選的一種方式。例如前文所

說(shuō)的根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)IC支持的最高運(yùn)行頻率進(jìn)行分類(lèi)篩選，得到不同速度等級(jí)的產(chǎn)品。

Bin分為硬件Bin(HardwareBin)和軟件Bin(SoftwareBin)兩種。

硬件Bin對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的實(shí)際物理操作，把不同Bin的產(chǎn)品放在不同的料管或料盤(pán)中。硬件

Bin的數(shù)量受限于與ATE連接的分選機(jī)或探針臺(tái)參數(shù)。軟件Bin的數(shù)量通常只是受到ATE

系統(tǒng)軟件的限制，可以定義的數(shù)量較多，能夠更詳細(xì)地分辨產(chǎn)品的失效狀況。

第2章集成電路測(cè)試系統(tǒng)

為滿足大規(guī)模集成電路量產(chǎn)的需求，一般需要測(cè)試系統(tǒng)的ATE具有通用性，即可以完成某

一大類(lèi)大部分集成電路的功能及參數(shù)測(cè)試，這些大類(lèi)包括：數(shù)字電路、模擬電路、混合信

號(hào)。每種類(lèi)型還可以細(xì)分成更多種類(lèi)，如數(shù)字電路又包含存儲(chǔ)器，模擬電路里又包含射頻

元件，等等。

測(cè)試機(jī)制造廠商根據(jù)這些產(chǎn)品測(cè)試需求推出不同型號(hào)的測(cè)試機(jī)，每家制造商采用的具體實(shí)

現(xiàn)方式都會(huì)不同，但在整體結(jié)構(gòu)上可以用通用的方式來(lái)描述。本章介紹了通用IC測(cè)試系

統(tǒng)的組成和工作原理。

2.1模擬IC測(cè)試系統(tǒng)

模擬信號(hào)主耍是與離散的數(shù)字信號(hào)相對(duì)的連續(xù)的信號(hào)。模擬信號(hào)分布于自然界的各個(gè)角落,

例如，氣溫的變化。而數(shù)字信號(hào)則是人為抽象出來(lái)的在幅度取值上不連續(xù)的無(wú)窮個(gè)離散數(shù)

字，如圖2.1所示。

無(wú)窮個(gè)數(shù)值

（以十進(jìn)制數(shù)為例）

I____I__I__I__I__I__I__It

91456789Kl

~~I~~I~~IIII~~I-

0.4600.4610.4620.4630.4640.4650.4660.4670.4680.4690.470

圖2.1離散數(shù)字

電學(xué)上的模擬信號(hào)主要是時(shí)間意義上連續(xù)信號(hào)，如圖2.2所示。

圖2.3常見(jiàn)模擬電路

早期的模擬信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)所采用的方法與現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里的測(cè)量方法很類(lèi)似，需要為被測(cè)電

路提供電源、信號(hào)源、電壓表、電流表等，稍有不同的是，早期模擬測(cè)試機(jī)制造商會(huì)把這

些元件堆疊進(jìn)一個(gè)“盒子”里，我們通常稱之為白盒(WhiteBox)o然后用一臺(tái)計(jì)算機(jī)

通過(guò)某種通信協(xié)議，如通用接口總線(GeneralPurposeInterfaceBus,GPIB)、RS232

等，來(lái)控制各個(gè)儀表的動(dòng)作與測(cè)量。要通過(guò)外部協(xié)議控制不同儀表的動(dòng)作，需要不斷地與

儀表進(jìn)行通信，從而延長(zhǎng)了測(cè)試時(shí)間。另外，當(dāng)被測(cè)器件的復(fù)雜程度提高后，需要的儀表

數(shù)量也會(huì)大大增多。但是直到今天，針對(duì)某些特殊的應(yīng)用需求，這種測(cè)試方式作為ATE的

補(bǔ)充，仍然存在著。

隨著小型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，中央處理器(CentralProcessingUnit,CPU)可以直接控制信

號(hào)發(fā)生或測(cè)量電路，而不必再用到外部通信協(xié)議。這種變化使得測(cè)試機(jī)制造商更容易開(kāi)發(fā)

通用的軟件來(lái)控制不同單元的協(xié)作以完成電路測(cè)試，使得測(cè)試機(jī)更容易標(biāo)準(zhǔn)化。這類(lèi)模擬

測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2.4所示，主要包括測(cè)試系統(tǒng)控制及電源、用戶及系統(tǒng)接口、資源及

芯片接口、開(kāi)關(guān)矩陣和激勵(lì)及測(cè)量資源等幾大模塊。

其中，激勵(lì)及測(cè)量資源中的交流測(cè)量單元可用來(lái)測(cè)量AC信號(hào)的頻率、時(shí)延、幅值、相位

等。

模擬器件測(cè)試需要精確地生成與測(cè)量電信號(hào)，經(jīng)常會(huì)要求生成和測(cè)量微伏(uV)級(jí)的電

壓和納安(nA)級(jí)的電流。相比于數(shù)字電路，模擬電路對(duì)很小的信號(hào)波動(dòng)都很敏感，DC

測(cè)試參數(shù)的耍求也和數(shù)字電路不一樣，需耍更精確的測(cè)試單元。模擬器件需要測(cè)試的一些

參數(shù)或特性包括增益、直流偏置、線性度、共模特性、供電、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、頻率響應(yīng)、建立

時(shí)間、過(guò)沖、諧波失真、信噪比、響應(yīng)時(shí)間、串?dāng)_、鄰近通道干擾、精度和噪聲。

相較于數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)電壓電流通?？缍群艽螅瑸榱藵M足不同的測(cè)試需求，模擬測(cè)試

機(jī)廠商也會(huì)提供不同的信號(hào)給單元和測(cè)量單元，如低壓模擬測(cè)試模塊、高壓模擬測(cè)試模塊、

大電流模塊、皮安（pA）級(jí)小電流模塊等。通常模擬測(cè)試中提供的資源（如參考電壓、驅(qū)

動(dòng)電流等）精度或測(cè)量電壓、電流的精度會(huì)高于數(shù)字測(cè)試機(jī)。另外，模擬測(cè)試機(jī)廠商也會(huì)

提供一些低速低通道數(shù)的數(shù)字模塊，以滿足某些模擬芯片測(cè)試中對(duì)于數(shù)字控制信號(hào)的需求。

在數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試機(jī)會(huì)為被測(cè)電路的每一個(gè)引腳（Pcr-Pin）分配測(cè)試資源（信號(hào)

源或者測(cè)量單元）。模擬測(cè)試系統(tǒng)一般沒(méi)有這樣的資源，而是采取了矩陣開(kāi)關(guān)（Cross-

PointMatrix）的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)器件與不同測(cè)試機(jī)資源的連接，其功能架構(gòu)如圖2.5所

矩陣開(kāi)關(guān)

每個(gè)交叉點(diǎn)一個(gè)

圖2.5矩陣開(kāi)關(guān)功能架構(gòu)

通過(guò)不同的開(kāi)關(guān)組合，可以使被測(cè)器件引腳與不同的測(cè)試機(jī)資源相連接，即時(shí)分復(fù)用。當(dāng)

然這種方式在節(jié)省測(cè)試機(jī)資源的同時(shí)，也會(huì)相應(yīng)地拉長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間。但在工程世界里，沒(méi)有

“完美”，要考慮的是合理的折中。

2.2數(shù)字IC測(cè)試系統(tǒng)

由數(shù)字電路控制的電子信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)，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，如圖2,6所示。所有有效的數(shù)字電路數(shù)據(jù)都用它們來(lái)表示，每

一個(gè)“0”或者“1”表示數(shù)據(jù)的一個(gè)比特（bit）,任何數(shù)值都可以由按照一定順序排列

的“0”“1”組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來(lái)表示，數(shù)值越大，需要的比特位越多。每8bit構(gòu)成一

個(gè)字節(jié)（Byte）,數(shù)字電路中的數(shù)據(jù)經(jīng)常以字節(jié)為單位進(jìn)行處理。

數(shù)字信號(hào)

理想值

實(shí)際值

圖2.6數(shù)字方波信號(hào)

2.2.1數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)的組成

數(shù)字電路器件通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓測(cè)量電流或者通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量電壓，或者使用功能測(cè)試器件

在特定輸入狀態(tài)下，測(cè)量器件的輸出電壓是否滿足測(cè)試條件，或者器件的輸出是否符合邏

輯，抑或使用功能測(cè)試操作器件內(nèi)部的寄存器讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，這些測(cè)試使用的ATE稱為數(shù)字測(cè)

試系統(tǒng)，圖2.7顯示了數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)中包含的基本模塊。

數(shù)字測(cè)試機(jī)結(jié)構(gòu)

并行與掃描向st

存儲(chǔ)單元格式、時(shí)序

存儲(chǔ)器取元特殊選件

用戶控制接11測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)被測(cè)器件參考外部?jī)x器

控制CPU供電單元電壓源接I」

(VDD.VIL.VIH.

VOL,VOH)

圖2.7數(shù)字測(cè)試機(jī)系統(tǒng)圖

測(cè)量系統(tǒng)控制CPU是系統(tǒng)的控制中心，它主要由控制測(cè)試系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成。測(cè)試系統(tǒng)提

供網(wǎng)絡(luò)接口(NetworkInterface)用以傳輸測(cè)試數(shù)據(jù)；用戶控制接口中，計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)

和內(nèi)存(Memory)用來(lái)存儲(chǔ)本地?cái)?shù)據(jù)，顯示器和鍵盤(pán)提供了測(cè)試操作員和系統(tǒng)接口。

系統(tǒng)供電單元(SystemPowerSupply,SPS),負(fù)責(zé)為測(cè)試系統(tǒng)供電。

被測(cè)器件參考電壓源一方面為被測(cè)器件的電源引腳(VDD或VCC)提供電壓和電流，另一

方面為系統(tǒng)內(nèi)部引腳電路單元的驅(qū)動(dòng)和比較電路提供邏輯電平的參考電壓，其為驅(qū)動(dòng)電路

提供的參考電壓包括輸入低電平(VoltageInputLow,VIL)和輸入高電平(Voltage

InputHigh,VIH),為比較電路提供的參考電壓包括輸出低電平(VoltageOutputLow,

VOL)和輸出高電平(VoltageOutputHigh,VOH)o

引腳電路(PinElectronics,PE,也叫PinCard、PEC(PinElectronicsCard)f或

者I/OCard)通常放置在測(cè)試機(jī)頭中，是測(cè)試系統(tǒng)資源和待測(cè)器件之間的接口，它給待

測(cè)器件提供輸入信號(hào)并接收器件的輸出信號(hào)，詳細(xì)功能將在2.2.3節(jié)中介紹。

外部?jī)x器接口(ExternalInstrumentInterface),用于連接ATE與分選機(jī)，進(jìn)行測(cè)試

通信。

精密測(cè)量單元(PrecisionMeasurementUnit,PMU),用于進(jìn)行精確的DC參數(shù)測(cè)量，它

能驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)入器件并測(cè)量電壓，或者為器件加上電壓，進(jìn)而去測(cè)量產(chǎn)生的電流。在

2.2.2節(jié)中會(huì)詳細(xì)介紹PMU的工作原理和配置方式6

特殊選件(SpecialTesterOption),包含一些選配的特殊功能,比如存儲(chǔ)器測(cè)試、模

擬電路測(cè)試所需要的特殊硬件結(jié)構(gòu)。

并行與掃描向量存儲(chǔ)單元(ParallelandScanVectorMemory),是每個(gè)測(cè)試系統(tǒng)都有

一組高速的存儲(chǔ)器，這組存儲(chǔ)器稱為向量存儲(chǔ)單元，用來(lái)存儲(chǔ)測(cè)試向量(Vector),測(cè)試

向量描述了測(cè)試器件所期望的邏輯輸入輸出狀態(tài)。測(cè)試系統(tǒng)從向量存儲(chǔ)單元中讀取輸入信

號(hào)的輸入狀態(tài)，并通過(guò)測(cè)試機(jī)引腳電路輸出給待測(cè)器件的相應(yīng)引腳；再?gòu)钠骷敵鲆_讀

取相應(yīng)的狀態(tài)，與測(cè)試向量中相應(yīng)的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。這里的輸入信號(hào)也稱為驅(qū)動(dòng)

(Driver)信號(hào)，輸出信號(hào)也稱為期望(Expect)信號(hào)。進(jìn)行功能測(cè)試時(shí)，測(cè)試向量為待

測(cè)器件提供激勵(lì)并監(jiān)測(cè)器件的輸出，如果器件輸出與期望不相符，則說(shuō)明器件沒(méi)有正常工

作，該項(xiàng)測(cè)試沒(méi)有通過(guò)，記錄為一項(xiàng)功能失效(Fail)o有兩種類(lèi)型的測(cè)試向量：并行向

量和掃描向量，大多數(shù)數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)都支持這兩種向量模式。

格式、時(shí)序存儲(chǔ)器單元(Format、TimingStorageUnit),存儲(chǔ)了功能測(cè)試需要用到的

格式和時(shí)序設(shè)置等數(shù)據(jù)和信息，信號(hào)格式和時(shí)間沿標(biāo)識(shí)定義了輸入信號(hào)的格式和輸出信號(hào)

的采樣時(shí)間點(diǎn)。時(shí)序單元從向量存儲(chǔ)單元接收激勵(lì)狀態(tài)(“0”或者“1”)，結(jié)合時(shí)序及

信號(hào)格式等信息、，生成格式化的數(shù)據(jù)送給電路的驅(qū)動(dòng)部分，進(jìn)而輸出給待測(cè)器件。

系統(tǒng)時(shí)鐘(TestSystemClock),為測(cè)試系統(tǒng)提供同步時(shí)鐘信號(hào)，這些時(shí)鐘信號(hào)的頻率

范圍通常比功能測(cè)試頻率高得多；這部分還包括許多測(cè)試系統(tǒng)中都包含的時(shí)鐘校驗(yàn)電路

(ClockCalibrationCircuit)?

2.2.2PMU的原理與參數(shù)設(shè)置

如圖2.8所示,PMU包含驅(qū)動(dòng)線路和感知線路(ForceandSenseLine),,為了提升PMU

的驅(qū)動(dòng)電壓精度，常使用4條線路的結(jié)構(gòu)：兩條驅(qū)動(dòng)線路傳輸電流，兩條感知線路監(jiān)測(cè)

DUT引腳的電壓。由于電流經(jīng)過(guò)線路時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，因此施加到DUT引腳端的電壓會(huì)小于

程序中設(shè)定的值，設(shè)置兩根獨(dú)立的感知線路去檢測(cè)DUT引腳(Pin)端的電壓，反饋給電

壓源，電壓源再將其與理想值進(jìn)行比較，并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償和修正，以消除電流流經(jīng)線路

時(shí)產(chǎn)生的偏差。驅(qū)動(dòng)線路和感知線路的連接點(diǎn)稱作“開(kāi)爾文連接點(diǎn)”o

圖2.8精密測(cè)量單元示意圖

隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試機(jī)頭從開(kāi)始的只能安裝弓!腳電路發(fā)展到可將其他

功能模塊全部集成到內(nèi)部，在測(cè)試機(jī)頭之外只保留用于操作的計(jì)算機(jī)。性能稍遜的或者老

一點(diǎn)的測(cè)試系統(tǒng)只包含有限的參考電壓源(ReferenceVoltageSource,RVS),同一時(shí)

間測(cè)試程序只能提供少量的輸入和輸出電平，因而需要測(cè)試的多個(gè)引腳間共享測(cè)試資源。

當(dāng)測(cè)試機(jī)的多個(gè)TestPin共用某一種資源(如RVS)時(shí)，此資源稱為共享資源(Shared

Resource)。一些測(cè)試系統(tǒng)擁有"PerPin”的RVS結(jié)構(gòu)，即每一個(gè)測(cè)試通道獨(dú)立地設(shè)置

輸入和輸出信號(hào)的電平。

同樣的情況也適用于PMUQ一些低端的測(cè)試機(jī)只有一個(gè)PMU,通過(guò)共享方式被多個(gè)測(cè)試通

道依次使用；中端測(cè)試機(jī)有一組PMU,一個(gè)PMU通道被若干個(gè)數(shù)字通道共享，這樣可以讓

若干個(gè)通道同時(shí)使用PMU施加或測(cè)量直流參數(shù)：高端測(cè)試系統(tǒng)的PMU往往是PerPin結(jié)構(gòu)

的PMU,每個(gè)引腳可以獨(dú)立提供并測(cè)量電壓和電流，我們稱之為PPMU。但PPMU通常不具

備4線開(kāi)爾文連接方式，為了彌補(bǔ)這一不足，目前大多數(shù)ATE還提供了幾組板級(jí)PMU

(BoardPMU,BPMU)，保留了開(kāi)爾文的4線連接方式，供用戶在高精度驅(qū)動(dòng)或測(cè)量時(shí)使

用。

LPMU模式設(shè)置

PMU兼具驅(qū)動(dòng)和測(cè)量?jī)煞N功能?？梢耘渲玫哪Ｊ桨ǎ?/p>

■加壓測(cè)流(ForceVoltageMeasureCurrent)模式(FVMI)

■加流測(cè)壓(ForceCurrentMeasureVoltage)模式(FIMV)

■無(wú)施加(ForceNull)模式(FN)

在使用PMU進(jìn)行編程時(shí)，需要進(jìn)行模式設(shè)置，可以選擇電壓驅(qū)動(dòng)或者電流驅(qū)動(dòng)，當(dāng)選擇電

流驅(qū)動(dòng)時(shí)，測(cè)量模式自動(dòng)被設(shè)置成電壓；反之，如果選擇了電壓驅(qū)動(dòng)，則測(cè)量模式自動(dòng)被

設(shè)置成電流。選擇驅(qū)動(dòng)功能后，需要設(shè)置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓或者電流數(shù)值。

2.PMU量程設(shè)置(RangeSetting)

PMU的驅(qū)動(dòng)和測(cè)量本身是有范圍限制的，在編程時(shí)必須選定合適的驅(qū)動(dòng)和測(cè)量范圍，合適

的量程設(shè)定將保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。比如PMI.最大輸出電壓為4V,而設(shè)定輸出為5V,

因超出了PMU輸出能力而最終只能輸出4V。同理，如果電流測(cè)量的量程被設(shè)定為1mA,則

無(wú)論實(shí)際電路中的電流有多大，能測(cè)到的讀數(shù)不會(huì)超過(guò)1mA。

3.PMU邊界設(shè)置(LimitSetting)

PMU有上限和下限這兩個(gè)可編程的測(cè)量邊界，當(dāng)實(shí)際測(cè)量值超過(guò)限定范圍時(shí)，均會(huì)被系統(tǒng)

判定為不良品。

4.PMU鉗制設(shè)置(ClampSetting)

PMU會(huì)被程序設(shè)置鉗制電壓或電流，鉗制裝置是在測(cè)試期間控制PMU輸出電壓與電流的上

限以保護(hù)測(cè)試操作人員、測(cè)試系統(tǒng)及被測(cè)器件的電路(見(jiàn)圖2.9)o當(dāng)PMU輸出電壓時(shí)，

必須設(shè)置最大輸出電流鉗制。驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，PMU會(huì)給予足夠的電流以維持相應(yīng)的電壓，相

當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)壓源。對(duì)DUT的某個(gè)引腳，ATE的驅(qū)動(dòng)單元會(huì)不斷增加電流以驅(qū)動(dòng)它達(dá)到程序

中設(shè)定的電壓值。如果此引腳上出現(xiàn)短路，而沒(méi)有設(shè)置電流鉗制，則通過(guò)該引腳的電流會(huì)

一直增大，直到相關(guān)的電路，如探針、探針卡、相鄰DUT,甚至測(cè)試儀的通道全部燒毀。

圖2.9顯示了PMU驅(qū)動(dòng)5.0V電壓施加到250Q負(fù)載電阻RL的情況。在測(cè)試中，該DUT是

阻性負(fù)載。由歐姆定律

U

Jw-(2.1)

R

nJ知，在額定工作電壓下，通過(guò)負(fù)載的電流應(yīng)為20mA。器件可接受的最大電流（記錄在

器件規(guī)格書(shū)中）會(huì)大于工作電流，如Imax二22mA。此時(shí)電流上限邊界可設(shè)置為22mA,鉗制

電流可設(shè)置為25mA。假如某一有缺陷的器件的阻抗性負(fù)載只有10。，在沒(méi)有設(shè)置電流鉗

制的情況下，通過(guò)的電流將達(dá)到500mA,這么大的電流已經(jīng)足以對(duì)測(cè)試系統(tǒng)、硬件接口和

器件本身造成損害。而鉗制電流設(shè)置在25mA,則電流會(huì)被鉗制電路限定在安全的范圍內(nèi),

不會(huì)超過(guò)25mA,從而避免損壞。

施加5V電尿.電流判斷上網(wǎng)為20mA；電流鉗制設(shè)置為25mA

4=250￡1/0n=20mA

&W2OOQ.限產(chǎn)25mA（鉗制電流）

圖2.9電流鉗制測(cè)試示意圖

電流鉗制邊界（Clamp）必須大于測(cè)試邊界（Limit）上限，這樣有缺陷的器件才能被程序

正確識(shí)別（判斷為Fail）,否則程序中只會(huì)提示“邊界電流過(guò)大”，而不會(huì)出現(xiàn)Fail。

當(dāng)PMU輸出電流時(shí)，測(cè)試器件則相應(yīng)地需耍進(jìn)行電壓鉗制。電壓鉗制和電流鉗制在原則上

大同小異，如圖2.10所示，這里不再贅述。

幗加10.0mA電流

/?L=25OC.J&L5.OV

均開(kāi)路.@正鉗制電壓

圖2.10電壓鉗制

2.2.3引腳電路的組成和原理

引腳電路（PE）的結(jié)構(gòu)圖如圖2.11所示。

圖2.11PE結(jié)構(gòu)圖

1.驅(qū)動(dòng)單元（輸入）

驅(qū)動(dòng)單元為DUT提供輸入信號(hào)。PE驅(qū)動(dòng)從向量存儲(chǔ)單元獲取格式化信號(hào)FDATA

（FormattedVectorData）,格式信號(hào)為邏輯“0”或者“1”,從參考電壓源RVS獲取

VIL/VIH參考電平被施加到格式化數(shù)據(jù)上。

如果FDATA驅(qū)動(dòng)邏輯0,則驅(qū)動(dòng)單元會(huì)施加VIL到DUT的輸入引腳，也就是能被DUT內(nèi)部

電路識(shí)別為邏輯0的最大電壓。若FDATA命令驅(qū)動(dòng)邏輯1,則驅(qū)動(dòng)單元會(huì)施加VIH參考電

壓到DUT的輸入引腳，即能被DUT內(nèi)部電路識(shí)別為邏輯1的最低電壓。

驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)F1用于隔離驅(qū)動(dòng)電路和待測(cè)器件，在進(jìn)行輸入-輸出切換時(shí)充當(dāng)快速開(kāi)關(guān)的角色。

當(dāng)測(cè)試通道被程序定義為輸入時(shí)，F(xiàn)1導(dǎo)通，控制開(kāi)關(guān)（通常為繼電器）K1閉合，使信號(hào)

由驅(qū)動(dòng)單元輸送至DUT；當(dāng)測(cè)試通道被程序定義成輸出或者不關(guān)心狀態(tài)（Don'tCare）時(shí),

Fl截止，這樣可以保證驅(qū)動(dòng)單元和待測(cè)器件同時(shí)向一個(gè)測(cè)試通道輸送電壓信號(hào)的輸入輸

出（Input/0utput?I/O）沖突狀態(tài)不會(huì)出現(xiàn)。

2.動(dòng)態(tài)負(fù)載單元

動(dòng)態(tài)負(fù)載（ActiveLoad,也叫電流負(fù)載）在功能測(cè)試時(shí)連接到待測(cè)器件的輸出端充當(dāng)負(fù)

載的角色，由測(cè)試程序控制，提供從測(cè)試系統(tǒng)到待測(cè)器件的正向電流或從待測(cè)器件到測(cè)試

系統(tǒng)的負(fù)向電流,即拉電流（CurrentOutputHigh,表示為I0H）和灌電流（Current

OutputLow,表示為I0L）；

'1011指當(dāng)待測(cè)器件輸出邏輯1時(shí)其輸出引腳必須提供的電流。

-I0L則相反，指當(dāng)待測(cè)器件輸出邏輯0時(shí)其輸出引腳必須接納的電流。

參考電壓（VoltageReference,表示為Vref）決定是I0H起作用還是I0L起作用;當(dāng)待

測(cè)器件的輸出電壓高于Vref時(shí)，ATE從被測(cè)器件引腳拉取電流I0H；當(dāng)待測(cè)器件的輸出電

壓低于Vref時(shí)，ATE向被測(cè)器件引腳灌入電流I0Lo

電流負(fù)載開(kāi)關(guān)F2作為高速開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)切換輸入、輸出測(cè)試電路。當(dāng)程序定義測(cè)試通道為輸

出時(shí)，F(xiàn)2導(dǎo)通，允許PE電路向待測(cè)引腳輸出IOL或抽取IOHo當(dāng)定義測(cè)試通道為輸入時(shí),

F2截止，將負(fù)載電路和待測(cè)器件隔離。

動(dòng)態(tài)負(fù)載可■用于測(cè)試引腳輸出電平(見(jiàn)3.6,4節(jié))，也可用于三態(tài)測(cè)試(見(jiàn)3.2.2節(jié))和

開(kāi)短路測(cè)試(見(jiàn)4.4節(jié))、

3.電壓接收單兀(輸出)

電壓接收單元用于功能測(cè)試時(shí)比較待測(cè)器件的輸出電壓和RVS提供的參考電壓：邏輯1

(VOH)和邏輯0(VOL)o當(dāng)器件的輸出電壓小于等于VOL,則認(rèn)為它是邏輯0,當(dāng)器件

的輸出電壓大于等于VOH,則認(rèn)為它是邏輯1；當(dāng)輸出電壓大于VOL而小于VOH時(shí)，則認(rèn)

為它是三態(tài)電平或無(wú)效輸出。

4.PMU

PMU通常用于DUT直流測(cè)試。當(dāng)PMU需要連接到器件引腳時(shí)，K1先斷開(kāi)，然后K2閉合。

這樣可以達(dá)到PMU與PE的驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)負(fù)載隔離，從而避免DUT輸出被干擾。

5,PPMU

一些系統(tǒng)提供PPMU(Per-PinPMU)的電路結(jié)構(gòu)，以支持對(duì)DUT每個(gè)引腳同步地進(jìn)行電壓

或電流測(cè)試。與PMU一樣，PPMU可以驅(qū)動(dòng)電壓測(cè)量電流或驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量電壓，但是可能

不具備標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)的PMU的其他功能，如PPMU通常不具備開(kāi)爾文連接的結(jié)構(gòu)，不具備

高壓大電流的量程等。

2,3混合IC測(cè)試系統(tǒng)

混合信號(hào)集成電路，即把模擬電路和數(shù)字電路集成到同一顆電路芯片里。隨著集成電路技

術(shù)和半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，以及電子市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品小型化、高性能和低成本的追求，必然要求

把復(fù)雜的數(shù)字電路和模擬電路集成在一顆芯片里。隨之要求ATE設(shè)備也必須能同時(shí)滿足數(shù)

字電路和模擬電路測(cè)試的需求。最典型的混合信號(hào)集成電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analogto

DigitalConverter,ADC或A/D)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DigitaltoAnalogConverter,DAC

或D/A)。這類(lèi)混合器件測(cè)試使用的ATE稱為混合信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)。應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理

(DigitalSignalProcess,DSP)的混合信號(hào)測(cè)試機(jī)稱為現(xiàn)代混合信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)。

DSP技術(shù)使得現(xiàn)代混合信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)比傳統(tǒng)的混合信號(hào)測(cè)試技術(shù)有更多的優(yōu)點(diǎn)；

'可以高度并行地進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，減少測(cè)試時(shí)間，降低測(cè)試成本。

■可以把各個(gè)頻率的信號(hào)分量區(qū)分開(kāi)來(lái)，也就是可以把噪聲和諧波分量從測(cè)試頻率中分

離出來(lái)，提高了產(chǎn)品的可測(cè)試性。

-可以使用不同的函數(shù)處理數(shù)據(jù)，滿足混合信號(hào)測(cè)試中的不同需求。

我們的周?chē)性S多信號(hào)，比如聲波、光束、溫度