VLSI測試及可測性設(shè)計方法1

1、VLSIVLSI測試技術(shù)測試技術(shù) 教教 學(xué)學(xué) 參參 考考 書書超大規(guī)模集成電路測試超大規(guī)模集成電路測試- -數(shù)字、存儲器和混合信號系統(tǒng)，數(shù)字、存儲器和混合信號系統(tǒng)， 電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社， 蔣安平、馮建華、王新安譯蔣安平、馮建華、王新安譯數(shù)字系統(tǒng)測試與可測性設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)測試與可測性設(shè)計， 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社， 李華偉、魯巍譯李華偉、魯巍譯超大規(guī)模集成電路測試超大規(guī)模集成電路測試（VLSIVLSI測試方法學(xué)和可測性設(shè)計），測試方法學(xué)和可測性設(shè)計）， 電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社， 雷紹充、邵志標(biāo)、梁峰著雷紹充、邵志標(biāo)、梁峰著最新集成電路測試技術(shù)最新集成電路測試技術(shù)， 國防

2、工業(yè)出版社，國防工業(yè)出版社， 高成、張棟、王香芬編著高成、張棟、王香芬編著The Fundamentals of Digital Semiconductor TestingThe Fundamentals of Digital Semiconductor TestingSOFT TEST INCSOFT TEST INC， Guy PerryGuy Perry 本本 課課 程程 內(nèi)內(nèi) 容容 緒論緒論 測試的一般介紹測試的一般介紹1 1）被測器件：）被測器件： A. Data SheetA. Data Sheet B. DUT B. DUT管腳管腳 C. DUTC. DUT直流參數(shù)直流參數(shù) D.

3、 D. 舉例：舉例：256X4 RAM256X4 RAM E. E. 測試工程的基本規(guī)則測試工程的基本規(guī)則 2 2）測試系統(tǒng)一般介紹：）測試系統(tǒng)一般介紹： A. A. 測試系統(tǒng)一般介紹測試系統(tǒng)一般介紹 B. B. 應(yīng)用于測試系統(tǒng)的項目應(yīng)用于測試系統(tǒng)的項目 C. C. 精密測量單元精密測量單元PMUPMU D. D. 管腳電子部件管腳電子部件 3 3）如何測試：）如何測試： A. A. 概述概述 B. B. 開路與短路測試開路與短路測試 C. C. 檢測直流參數(shù)檢測直流參數(shù) D. D. 功能測試功能測試 E. E. 交流參數(shù)測試交流參數(shù)測試 自動測試設(shè)備（自動測試設(shè)備（ATE） 如何使用如何使用

4、Agilent 93000進(jìn)行數(shù)字進(jìn)行數(shù)字ic測試測試 可測性設(shè)計方法：可測性設(shè)計方法： A A）特定測試法（）特定測試法（Ad HocAd Hoc） B B）可控性與可測性的度量）可控性與可測性的度量 C C）結(jié)構(gòu)可測性設(shè)計法）結(jié)構(gòu)可測性設(shè)計法 D D）掃描測試（）掃描測試（Scan TestScan Test） E E）內(nèi)建自測試技術(shù)（）內(nèi)建自測試技術(shù)（BISTBIST） F F）邊界掃描可測性設(shè)計）邊界掃描可測性設(shè)計 （Boundary ScanBoundary Scan） 緒緒 論論什么是什么是ICIC？ IC:集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。

5、采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。什么是什么是ICIC測試？測試？IC測試就是用相關(guān)的電子儀器（如萬用表、示波器、直流電源，ATE等）將IC所具備的電路功能、電氣性能參數(shù)測試出來。測試的項目一般有：直流參數(shù)（電壓、電流）、交流參數(shù)（THD、頻率）、功能測試等。ICIC測試的分類測試的分類1、量產(chǎn)測試（晶圓測試、成品測試） 應(yīng)用測試機(jī)、probe、handler、loadboard等設(shè)備及硬件，對IC的主要性能參數(shù)進(jìn)行大批量的生產(chǎn)測試，其目的主要

6、是將好壞IC分開。晶圓測試：在wafer加工完成后，送至中測車間用探針卡、探針臺（probe）、測試機(jī)（ATE:Automatic Test Equipment ）wafer中的每顆裸芯片進(jìn)行電氣參數(shù)的測試，并按照一定的規(guī)范進(jìn)行篩選，分出好壞裸片的過程。ICIC測試的分類測試的分類 成品測試：經(jīng)過晶圓測試之后，wafer經(jīng)過切割、粘片、焊線、塑封等一系列封裝工藝將其中的每顆裸片用環(huán)氧樹脂或其他材料分別包裝起來，成為單獨的IC，然后用測試機(jī)（ATE）Loadboard、機(jī)械手（handler）對每顆IC進(jìn)行電氣參數(shù)的測試，并按照一定的規(guī)范進(jìn)行篩選，分出好壞IC的過程。ICIC測試的分類（續(xù)）測試

7、的分類（續(xù)）2、評估測試（功能測試、參數(shù)測試）使用特定測試評估板（demo），對幾顆或幾十顆IC進(jìn)行全面的電氣性能評價測試，其目的主要是為了驗證IC是否滿足設(shè)計指標(biāo)，以及是否存在缺陷，為設(shè)計優(yōu)化提供依據(jù)，其測試數(shù)據(jù)是編寫芯片手冊的主要依據(jù)。3、老化測試使用極限的測試條件，極限的溫度等惡劣環(huán)境下，考察IC可用性及可靠性的測試。4、失效分析測試針對已經(jīng)失效的芯片，通過各種的測試工具，測試方法，測試條件，查出失效原因的測試。為什么要進(jìn)行為什么要進(jìn)行ICIC測試？測試？ IC測試是為了檢測IC在設(shè)計和制造過程中，由于設(shè)計不完善、制造工藝偏差、晶圓質(zhì)量、環(huán)境污染等因素，造成IC功能失效、性能降低等缺陷

8、通過分析測試數(shù)據(jù)，找出失效原因，并改進(jìn)設(shè)計及工藝，以提高良率及產(chǎn)品質(zhì)量，是IC產(chǎn)業(yè)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。 一個正確的設(shè)計并不能保證制造出無故障的芯片，保證交付給用戶的芯片質(zhì)量。如何進(jìn)行如何進(jìn)行ICIC測試？測試？ATE：自動測試設(shè)備，也稱測試機(jī)，是由計算機(jī)、硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)三部分組成，其實際功能就是一組可以用程序控制的電壓、電流源、信號源、示波器、萬用表等測試儀器。如何進(jìn)行如何進(jìn)行ICIC測試？（續(xù)）測試？（續(xù)） Probe:探針臺，用來承載并固定wafer，并且可以做高精度上下左右移動的設(shè)備，有手動、半自動和全自動之分。如何進(jìn)行如何進(jìn)行ICIC測試？（續(xù)）測試？（續(xù)） Probe card：探

9、針卡，具有精細(xì)且良好導(dǎo)電性的探針，能實現(xiàn)ATE與wafer PAD之間的電氣連接的PCB組件。如何進(jìn)行如何進(jìn)行ICIC測試？（續(xù)）測試？（續(xù)） Handler：機(jī)械手，能夠夾持、傳送并歸類IC的高精度機(jī)械設(shè)備。如何進(jìn)行如何進(jìn)行ICIC測試？（續(xù)）測試？（續(xù)） Socket：轉(zhuǎn)接插座，實現(xiàn)IC管腳和測試板之間的電氣連接。 Loadboard，DUT板、測試板：用于實現(xiàn)ATE資源和socket之間的電氣連接的PCB板。如何進(jìn)行如何進(jìn)行ICIC測試？（續(xù)）測試？（續(xù)） Test plan ： 測試方案，描述IC具體電氣參數(shù)的測試方法，以及測試規(guī)范的文件。 Test program：測試程序，是一系列

10、可以控制、調(diào)用ATE資源的代碼。如何進(jìn)行如何進(jìn)行ICIC測試？（續(xù)）測試？（續(xù)） IC測試開發(fā)流程集成電路的三大產(chǎn)業(yè)集成電路的三大產(chǎn)業(yè)設(shè)計業(yè)設(shè)計業(yè) 制造業(yè)制造業(yè) 封測業(yè)封測業(yè)1 1）電路種類）電路種類 1 1）工藝類型、線寬）工藝類型、線寬 1 1）封裝材料）封裝材料2 2）規(guī)模）規(guī)模 2 2）器件模型參數(shù)）器件模型參數(shù) 2 2）封裝模型）封裝模型3 3）指標(biāo)（頻率）指標(biāo)（頻率） 3 3）IPIP庫庫 3 3）多層封裝）多層封裝4 4）可制造性）可制造性 4 4）檢測圖形與軟件）檢測圖形與軟件 4 4）專用測試儀器）專用測試儀器5 5）系統(tǒng)）系統(tǒng) 設(shè)計流程： 模擬集成電路晶體管級設(shè)計流程模擬集

11、成電路晶體管級設(shè)計流程 性能指標(biāo)要求明細(xì)表性能指標(biāo)要求明細(xì)表 選擇合適的電路結(jié)構(gòu)選擇合適的電路結(jié)構(gòu) 得到電路器件模型參數(shù)得到電路器件模型參數(shù) 電路圖編輯與修改電路圖編輯與修改 電路仿真電路仿真 滿足指標(biāo)要求？滿足指標(biāo)要求？ 版圖設(shè)計和驗證版圖設(shè)計和驗證 滿足設(shè)計要求？滿足設(shè)計要求？ ！ 版圖寄生參數(shù)提?。òǚ庋b的寄生參數(shù)）版圖寄生參數(shù)提?。òǚ庋b的寄生參數(shù)） ！后仿真！后仿真 滿足指標(biāo)要求？滿足指標(biāo)要求？ 流片和封裝測試流片和封裝測試集成電路測試的方法集成電路測試的方法 對集成電路或模塊進(jìn)行檢測，是對集成電路或模塊進(jìn)行檢測，是通過在集成電路或模塊原始輸入端加通過在集成電路或模塊原始輸入端加

12、一信號，然后檢測集成電路的輸出響一信號，然后檢測集成電路的輸出響應(yīng)和預(yù)期輸出進(jìn)行比較，以確定或評應(yīng)和預(yù)期輸出進(jìn)行比較，以確定或評估集成電路器件功能和性能的過程，估集成電路器件功能和性能的過程，是驗證設(shè)計、監(jiān)控生產(chǎn)、保證質(zhì)量、是驗證設(shè)計、監(jiān)控生產(chǎn)、保證質(zhì)量、分析失效以及指導(dǎo)應(yīng)用的重要手段。分析失效以及指導(dǎo)應(yīng)用的重要手段。集成電路測試的基本原理集成電路測試的基本原理測試程序和測試器要完成以下四項工作：測試程序和測試器要完成以下四項工作：向被測對象送出測試的激勵信號（測試失向被測對象送出測試的激勵信號（測試失量）。量）。接收被測對象在相應(yīng)激勵下的響應(yīng)信息。接收被測對象在相應(yīng)激勵下的響應(yīng)信息。根據(jù)激勵

13、與響應(yīng)之間的關(guān)系分析并根據(jù)激勵與響應(yīng)之間的關(guān)系分析并“決策決策”下一個激勵矢量。下一個激勵矢量。根據(jù)激勵序列與響應(yīng)序列來確定故障的類根據(jù)激勵序列與響應(yīng)序列來確定故障的類型和地點。型和地點。集成電路的故障與測試集成電路的故障與測試缺陷缺陷：由于設(shè)計考慮不周全或制造過程中的：由于設(shè)計考慮不周全或制造過程中的 一些物理、化學(xué)因素，使集成電路不符合一些物理、化學(xué)因素，使集成電路不符合技術(shù)條件或不能工作，稱集成電路存在缺技術(shù)條件或不能工作，稱集成電路存在缺陷。陷。故障故障：集成電路的缺陷導(dǎo)致它的功能發(fā)生變：集成電路的缺陷導(dǎo)致它的功能發(fā)生變 化，稱為故障。化，稱為故障。失效失效：故障可使集成電路失效，也可

14、能不失：故障可使集成電路失效，也可能不失效，集成電路喪失了實施其特定規(guī)范要求效，集成電路喪失了實施其特定規(guī)范要求的功能，稱集成電路失效。的功能，稱集成電路失效。測試中經(jīng)常碰到的幾個定義測試中經(jīng)常碰到的幾個定義測試向量（測試向量（VectorVector）指以并行方式施加于被測器件原始輸入端的邏輯指以并行方式施加于被測器件原始輸入端的邏輯0 0和邏輯和邏輯1 1信號的組合。信號的組合。測試圖形（測試圖形（PatternPattern）測試向量測試向量+ +無故障時的輸出響應(yīng)。無故障時的輸出響應(yīng)。測試碼（測試碼（CodeCode）能檢測出電路中某個故障的輸入激勵（測試向量），稱該故障的測試碼。能檢

15、測出電路中某個故障的輸入激勵（測試向量），稱該故障的測試碼。測試集（測試集（SetSet）測試碼測試碼+ +測試圖形。測試圖形。故障檢測（故障檢測（Fault DetectionFault Detection）若測試一個集成電路是否有故障，則稱：故障檢測。若測試一個集成電路是否有故障，則稱：故障檢測。故障定位（故障定位（Fault LocationFault Location）不僅要檢測集成電路是否有故障，而且還要指出故障位置，則稱：故障定位。不僅要檢測集成電路是否有故障，而且還要指出故障位置，則稱：故障定位。故障診斷（故障診斷（Fault DiagnosisFault Diagnosis）故

16、障檢測故障檢測+ +故障定位。故障定位。 故障覆蓋率（故障覆蓋率（Fault CoverageFault Coverage）處理故障的兩種基本策略處理故障的兩種基本策略（均可用硬件和軟件結(jié)合起來實現(xiàn)）（均可用硬件和軟件結(jié)合起來實現(xiàn)） 采用冗余技術(shù)，將故障的影響掩蓋起來。采用冗余技術(shù)，將故障的影響掩蓋起來。 及時診斷，及時修理，系統(tǒng)需停止工作。及時診斷，及時修理，系統(tǒng)需停止工作。集成電路測試過程集成電路測試過程 四個要素：四個要素： 1 1）測試設(shè)備）測試設(shè)備 2 2）測試接口）測試接口 3 3）測試程序）測試程序 4 4）數(shù)據(jù)分析）數(shù)據(jù)分析集成電路測試分類集成電路測試分類1 1）驗證測試）驗證

17、測試2 2）生產(chǎn)測試）生產(chǎn)測試3 3）驗收測試）驗收測試4 4）使用測試）使用測試測試內(nèi)容分類測試內(nèi)容分類1 1）參數(shù)測試）參數(shù)測試2 2）功能測試）功能測試3 3）結(jié)構(gòu)測試）結(jié)構(gòu)測試被測器件的類型分類被測器件的類型分類1 1）數(shù)字電路）數(shù)字電路2 2）模擬電路）模擬電路3 3）存儲器）存儲器4 4）混合信號電路）混合信號電路5 5）射頻電路（高頻、超高頻）射頻電路（高頻、超高頻）6 6）SoCSoC模擬集成電路的測試模擬集成電路的測試 直流工作點測試直流工作點測試 .DC.DC分析分析 交流特性測試交流特性測試 .AC.AC分析分析 瞬態(tài)特性測試瞬態(tài)特性測試 .Tran.Tran分析分析 頻

18、譜與噪聲測試頻譜與噪聲測試 .FOUR.FOUR分析分析 混合集成電路的可測性設(shè)計混合集成電路的可測性設(shè)計 （IEEE1149.4IEEE1149.4標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)）基于基于DSPDSP結(jié)構(gòu)的交流參數(shù)測試結(jié)構(gòu)的交流參數(shù)測試最最 大大 輸輸 出出 幅幅 度度 測測 量量半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展對測試的影響半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展對測試的影響1 1）芯片時鐘速度提升（射頻電）芯片時鐘速度提升（射頻電路）路）2 2）晶體管密度增長）晶體管密度增長3 3）封裝形式的發(fā)展）封裝形式的發(fā)展4 4）混合信號集成電路廣泛應(yīng)用）混合信號集成電路廣泛應(yīng)用組組 合合 電電 路路 測測 試試 方方 法法 比較法比較法 一維通路敏化法一維通路

19、敏化法 D D算法（非冗余的組合電路，單故障）算法（非冗余的組合電路，單故障） 因果函數(shù)（單故障和多故障，最小測試集）因果函數(shù)（單故障和多故障，最小測試集） 主通路敏化法，圖論法主通路敏化法，圖論法 專用測試方法專用測試方法 偽窮舉法偽窮舉法時序電路測試?yán)щy的主要原因時序電路測試?yán)щy的主要原因 存存 在在 反反 饋饋 線線 存存 在在 存存 儲儲 元元 件件 時時 序序 元元 件件解決時序電路測試的基本方法解決時序電路測試的基本方法沿用組合電路的算法沿用組合電路的算法邏輯函數(shù)的多值模擬法邏輯函數(shù)的多值模擬法 （三值，六值和九值布爾模擬）（三值，六值和九值布爾模擬）可測性設(shè)計可測性設(shè)計可控性可控

20、性 和和 可觀性可觀性 可控性：系統(tǒng)中各節(jié)點的值越易控可控性：系統(tǒng)中各節(jié)點的值越易控制（容易使故障得到激活）。制（容易使故障得到激活）。 可觀性：故障信號越易觀察或測量可觀性：故障信號越易觀察或測量（容易使故障信號傳輸至可及輸出（容易使故障信號傳輸至可及輸出端）端）第第 一一 章章集集 成成 電電 路路 測測 試試 一一 般般 介介 紹紹第第 一一 節(jié)節(jié) 被被 測測 器器 件件DUT DUT 管腳管腳 輸入管腳輸入管腳 a a）后加輸入緩沖器（整形，驅(qū)動）后加輸入緩沖器（整形，驅(qū)動） b b）ESDESD保護(hù)保護(hù) 輸出管腳輸出管腳 前加輸出緩沖器（驅(qū)動，隔離）前加輸出緩沖器（驅(qū)動，隔離）DUT

21、 I/ODUT I/O管腳管腳Data SheetData Sheet一般包括：一般包括： 功能描述功能描述 邏輯框圖邏輯框圖 管腳排列圖管腳排列圖 操作條件操作條件 功能表或真值表功能表或真值表 直流參數(shù)表直流參數(shù)表 交流參數(shù)表交流參數(shù)表 電容表電容表 波形圖波形圖 測試條件測試條件測測 試試 注注 意意 事事 項項（供參考）（供參考） 電源，地設(shè)置要正確。電源，地設(shè)置要正確。 時序，采樣，負(fù)載設(shè)置要正確。時序，采樣，負(fù)載設(shè)置要正確。 設(shè)置正確的施加電壓（嵌位電流）或施加電流（嵌位電設(shè)置正確的施加電壓（嵌位電流）或施加電流（嵌位電壓）。壓）。 輸入端不要懸空。（輸入端不要懸空。（Latch

22、upLatch up） 不要施加大于不要施加大于VDDVDD或小于或小于GNDGND的電壓到輸入端。（的電壓到輸入端。（Latch upLatch up） 輸出端不是三態(tài)（或懸空）時，不能輸出端不是三態(tài)（或懸空）時，不能“或或”連接。連接。 測試時要用最嚴(yán)格的測試條件。測試時要用最嚴(yán)格的測試條件。 連線要盡量短。連線要盡量短。 電源，地線要盡量粗；數(shù)字，模擬電源和地要分開；模擬電源，地線要盡量粗；數(shù)字，模擬電源和地要分開；模擬地要一點接地。（數(shù)?；旌想娐罚┑匾稽c接地。（數(shù)模混合電路） 要充分考慮到測試儀表對要充分考慮到測試儀表對DUTDUT的影響。的影響。 測試儀必須定期檢測。測試儀必須定期

23、檢測。第第 二二 節(jié)節(jié)測測 試試 系系 統(tǒng)統(tǒng) 一一 般般 介介 紹紹 測測 試試 系系 統(tǒng)統(tǒng) 一一 般般 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) CPU CPU 控控 制制 器器 直直 流流 子子 系系 統(tǒng)統(tǒng) 圖圖 形形 存存 儲儲 器器 時時 序序 子子 系系 統(tǒng)統(tǒng) 測測 試試 頭頭 測測 試試 盒盒和測試系統(tǒng)相關(guān)的專有名詞和測試系統(tǒng)相關(guān)的專有名詞 管腳電子部件管腳電子部件 驅(qū)動器（驅(qū)動器（PEPE） 比較器比較器 信號格式信號格式 輸出采樣輸出采樣 輸出屏蔽輸出屏蔽 動態(tài)負(fù)載動態(tài)負(fù)載 參數(shù)電壓參數(shù)電壓 精密測量單元（精密測量單元（PMUPMU） 鉗位（鉗位（ClampClamp） 正電流正電流 負(fù)電流負(fù)電流 沉（沉（SinkSink） 源源和測試系統(tǒng)相關(guān)的專有名詞（續(xù)）和測試系統(tǒng)相關(guān)的專有名詞（續(xù)） DPSDPS RVSRVS 測試周期測試周期 測試矢量測試矢量 矢量存儲器矢量存儲器 被格式化矢量數(shù)據(jù)被格式化矢量數(shù)據(jù) 測試通道測試通道 每一管腳測試頭每一管腳測試頭 共享源共享源第第 三三 節(jié)節(jié) 如如 何何 測測 試試功功 能能 測測 試試 時時 必必 須須 考考 慮慮： VDDVDD（Min/MaxMin/Max） -DUT-DUT電源供給電壓電源供給電壓 VIL