晶元ATE測試介紹
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先來介紹半導體的測試。
廣義上的IC測試設備我們都稱為ATE(AutomaticTest Equipment),一般由大量的測試機能集合在一起,由電腦控制來測試半導體晶元的功能性,這裡面包含了軟體和硬體的結合。
這要先從半導體設計和製造的流程開始講起。
一個半導體產品要從硅原料變成晶圓再到封裝好的晶元,大概經過三個行業流程:IC設計,晶圓製造,封裝。所有的晶元產品需要兩個最關鍵的測試節點:
- 晶圓探針測試(Chip probing簡稱CP):ATE在這個階段被稱為探針台Prober
- 終測(Final Test 簡稱FT): 晶元封裝完畢後進行測試
而不同的晶元類型則有不同的測試方法和要求。
晶元類型: 模擬晶元 (Analog):模擬是一個可以拉開來慢慢說的概念。簡單來說,就是感知物理世界的介面。信號的特徵上來說,模擬信號是連續的數字晶元 (Digital): 使用數字信號來傳遞數據信息,代表如微處理器。信號特徵來說,它是離散型的。如下圖
混合信號晶元 (Mixed Signal) : 自然是兩種信號都有,各種功能集成化。比如像DSP和SoC晶元。
存儲/高速匯流排類晶元:這類晶元的測試項目相對更加複雜,有著自身產品特徵上的特別測試需求。
測試一套晶元的系統是什麼樣的呢?
測試的機台(tester),loadboard (DIB)/ Probe Card (探針測試所用的PCB板卡),Handler (該設備負責抓取放置在測試槽上的被測晶元),測試軟體 (根據機台類別不同有不同的語言還有模塊方便工程師進行開發)
Wafer Probing
探針連接晶圓上的電路
按照測試程序層層甄別晶元內部的電路
畫個Mapping圖
封裝晶元測試
由handler將晶元一粒粒裝上不同的Loadboard,放置到測試機台上
那麼測試系統一般情況是如何工作呢?
首先測試機台按照測試程序的要求生成一組信號,一般是很簡單的這一組信號共同組成了一個Test Pattern
Pattern輸入到被測試的晶元中,晶元按照輸入和自身的功能發射輸出數值到ATE機台,機台按照預先編入的測試標準同晶元輸出值進行比對。
符合則通過(Pass),反之為失敗(Fail)。當然了,標準是有容差值的,不然fail一堆堆,這麼嚴苛的通過率設計工程師估計要抓狂。不過在這個差值區間內,還可以繼續做binnings測試來對產品進行分級。
最終,測試程序是通過變換不同的電壓、電流和時序(timings)來測試我們的晶元,接著再進行debugging和特徵(characterization)的工作。
以Memory IC為例,測試項目一般都是由DC到AC參數測試再加上功能測試(Functional Test)
DC參數測試包含了Signal Pin的Open/Short、VCC Pin Open/Short、Standby 和運行中ICC電流以及漏電等測試。
AC參數測試則主要來自TCAC (Column Access Time)Test
針對的是時序測試:Setup Time、Hold Time、Propagation Delay和時序校準
接著來看Functional Test部分
- Read Cycle
- Wrtie Cycle
- Fast Page Mode/ EDO Mode Check
- March Column/ March Row
在基礎上,還可以加入專門功能測試項
- Checkboard
- Butterfly
- Diagonais
- Moving Inversion
Memory的測試有其一定的特殊性,但和其他類型晶元的測試在組成上並無二致。無外乎Contact/ Continuity Test (open/short)、DC參數測試、AC Timing Test、數字功能測試和混合信號測試。
如果繼續討論下去,就是測試程序的設計概念和Debugging的各種工具了(Datalog、Shmoo Plotting、Pattern Debugger還有各種波形工具)。光是Shmoo Plotting就可以寫上10幾頁了吧。
測試機台通常的應用範圍(歡迎討論和幫助添加):
Memory IC
- Advantest T55xx 系列
- Advantest T53xx 系列
- NextTest Magnum 系列
- Credence Kalos 系列
- Verigy V4000 系列
- Verigy V5000 系列
- Verigy V93000 HSM 系列
- KingTiger KT2/ KT3
數字、混合信號或SoC晶元
- Teradyne Tiger 系列
- Teradyne Flex/ Ultra Flex 系列
- Teradyne J750 系列
- Teradyne Catalyst 系列
- Credence Sapphire 系列
- Credence Quartet/ Duo 系列
- Credence Sapphire D 系列
- Credence SC 系列
- Schlumberger EXA 2x00 系列
- Verigy V93000 SOC 系列
- Agilent 94000 系列
- LTX Fusion 系列
- Advantest T77xx 系列
- Advantest T2000 系列
- Advantest T65xx/ T67xx 系列
- LCD Driver
- Yokokawa TS67xx 系列
- Advantest T63xx 系列
- Spea C3320
RF射頻晶元
- Credence ASL-3000 系列
- LTX Fusion-CX 系列
- Agilent 84000 系列
- Advatest T7611
- Roos Instrument 7100A
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