半導體自動測試中的硬體設計

02-15

一、半導體市場

半導體市場的劃分有很多種說法，一種普遍的說法是可以分為分立器件、光電子、感測器和集成電路四大領域。

1.1分立元件通常有各種類型的二極體，BJT，MOSFET，IGBT（電力電子里的重要原件，大公司比如Fairchild，infineon，Toshiba）等；

1.2光電子主要是與光學相關的元器件（Opticalchip），其測試方法，條件與普通IC有較大差異，所以一般分開介紹，與之相關的半導體公司有Canon，Nikon等；

1.3新型的感測器通常包含敏感元件以及信號放大濾波，AD轉換等調理電路，各種類型的感測器感應的物理變化不同，所以存在較大差異。以Fingerprint IC為例，需要在對「指紋」施加一定的壓力條件下測試，這與常用的溫度感測器18B20有著明顯不同的測試條件和方法；

1.4集成電路，即通常所說的IC，在半導體行業所佔的份額最為龐大。功能上，包含microcontroller,memory, PMIC, automotive electronics, wireless等；封裝上，包含DIP，BGA，QFN等；測試條件上，有室溫測試和高低溫測試。

二、半導體自動測試

在ATE行業，測試分為wafertest和finaltest，其區分就是晶元package前後的測試，package前是通過頂針連接到wafer上的die進行測試，package後就是帶有引腳有封裝的chip。

參考《TheFundamentals Of Digital Semiconductor Testing》，可以看到IC測試主要包含三部分：DC test，Functionaltest，ACtest。

2.1 DC test

簡單說就是電壓電流測試，由此引出許多測試項。

continuity test即open/short test
leakage test避免漏電流過大造成影響
High Z leakage test
Idd test在不同工作模式下power pin的電流測試：gross test, dynamictest, static test
Ios輸出引腳短路（output short）時的電流
fan-out電流的source和sink條件下的扇入數和扇出數
VOH VOL VIH VIL邏輯0/1條件下輸入輸出電平的worstcase值，注意TTL與CMOS的不同

2.2 AC test

就是測試與時序相關的參數

rise time/fall time
setup time/ hold time
propagation delay
minimum pulse width
maximum frequency
output enable time
output disable time

2.3 Functional test

就是輸入一定的時序，查看輸出的矢量是否與預期結果一致，輸入信號的格式有很多種：SBL,RL,STAY等。也會有openshort測試等，不同的是有一個pattern生成器，將相關信息存儲在memory中，加上時間信息組合成waveform，以此驅動相關引腳，最後和相關引腳返回的輸出值做對比，檢測晶元是否正常。

三、硬體設計

簡單總結了IC測試中HW的設計工作。與板卡測試不同，IC測試需要通過一個電路板來連接機台和待測晶元。PCBdesign可以分為4個階段：原理圖設計，布局，layout和Gerber。常用的開發軟體是CadenceHDL，OrCAD，Allegro。

3.1 原理圖

電源設計；
信號調理電路設計；
EEPROM電路；
信號切換；
器件選型，BOM；

3.2 布局

3.2.1 基本要求

確認好板子的限高區和禁放區；
確認關鍵器件的location和sideview，比如待測晶元，crystal，connector；

3.2.2 特殊要求

由於一些重要信號有配等長，差分對等要求，布局是需著重考慮。

確認好器件的priority；
特定器件的一致性和對稱性；
大功率的應用場合，考慮器件間的間隔以及散熱。

3.3 Layout

Stack up疊層合理對稱；
Constraint manger設置，特殊規則設置：total etch length,X-net, pin pair等；
特殊via設置：blind via，back drill，filled via等；
特殊走線：弧形線，微帶線和帶狀線要求；
特殊信號要求：low parasitic capacitance， lowparasitic inductance, 50歐姆阻抗匹配等；
特殊參數要求：SI，PI，EMC要求；
絲印要求

3.4 Gerber

3.4.1 DFX

DFM 孔徑比要求，板厚與疊層，pinpitch，線與via的gap等；
DFA 波峰焊，迴流焊，人工焊等要求；
DFT 增加測試點便於調試

3.4.2 檢查

Valor 檢查layout；
GC-prevue 檢查Gerber。