教你認識半導體與測試設備

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Maping圖來劃分）。在全部的die都被探測（Probed）以后，晶圓被切割成獨立的dice，這就是常說的晶圓鋸解，全部被標示為無效的die都報廢（拋棄）。圖2顯示的是一個從晶圓上鋸解下來沒有被標黑點的die，它馬上被封裝成我們往常看到的芯片形式。注：本標題系列連載內容及圖片均出自《TheFundamentalsOfDigitalSemiconductorTesting》第一章.認識半導體和測試設施(2)在一個Die封裝以后，需要經過生產流程中的再次測試。此次測試稱為“Finaltest”(即我們常說的FT測試)或“Packagetest”。在電路的特征要求界線方面，F(xiàn)T測試通常履行比CP測試更加嚴格的標準。芯片或許會在多組溫度條件下進行多次測試以保證那些對溫度敏感的特點參數(shù)。商業(yè)用途(民品)芯片往常會經過 0°C、25°C和75°C條件下的測試，而軍事用途(軍品)芯片則需要經過 -55°C、25C和125°C。芯片能夠封裝成不同的封裝形式，圖4顯示了此中的一些樣例。一些常用的封裝形式以下表：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(quadindicatesthepacKagehaspinsonfoursides)TQFP：ThinversionoftheQFPMQFP：MetricQuadFlatPackMCM：MultiChipModules(packageswithmorethan1die(formerlycalledhybrids)第一章.認識半導體和測試設施(3)二、自動測試設施跟著集成電路復雜度的提升，其測試的復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多數(shù)。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好正確。要實現(xiàn)這樣復雜的測試，靠手工是沒法達成的，所以要用到自動測試設施(ATE，AutomatedTestEquipment)。ATE是一種由高性能計算機控制的測試儀器的會合體，是由測試儀和計算機組合而成的測試系統(tǒng)，計算機經過運轉測試程序的指令來控制測試硬件。測試系統(tǒng)最基本的要求是能夠迅速且靠譜地重復一致的測試結果，即速度、靠譜性和穩(wěn)固性。為保持正確性和一致性，測試系統(tǒng)需要進行按期校驗，用以保證信號源和丈量單元的精度。當一個測試系統(tǒng)用來考證一片晶圓上的某個獨立的Die的正確與否，需要用ProbeCard來實現(xiàn)測試系統(tǒng)和Die之間物理的和電氣的連結，而ProbeCard和測試系統(tǒng)內部的測試儀之間的連結則經過一種叫做“Loadboard”或“Performanceboard”的接口電路板來實現(xiàn)。在CP測試中，Performanceboard和Probecard一同使用構成回路使電信號得以在測試系統(tǒng)和Die之間傳輸。當Die封裝出來后，它們還要經過FT測試，這種封裝后的測試需要手工將一個個這些獨立的電路放入負載板(Loadboard)上的插座(SocKet)里，這叫手工測試(handtest)。一種迅速進行FT測試的方法是使用自動化的機械手( Handler)，機械手上有一種接觸裝置實現(xiàn)封裝引腳到負載板的連結，這能夠在測試機和封裝內的 Die之間供給完好的電路。機械手可以迅速的抓起待測的芯片放入測試點(插座)，而后拿走測試過的芯片并依據(jù)測試 pass/fail的結果放入早先定義好的相應的Bin區(qū)。三、半導體技術有一系列的方法被用來生產和制造數(shù)字半導體電路，這些方法稱為半導體技術或工藝，常用的技術或工藝包含：TTL(Transistor-TransistorLogica.k.a.bipolarlogic),ECL(EmitterCoupledLogic),SOS(SilicononSapphire),andCMOS(ComplimentaryMetal-OxideSemiconductor)。不論什么技術或工藝，出來的產品都要經過測試，這里我們關注數(shù)字TTL和CMOS電路。第一章.認識半導體和測試設施(4)四、數(shù)字和模擬電路過去，在模擬和數(shù)字電路設計之間，有著明顯的不同。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別的電壓重量，全部有效的數(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)值都能夠由依據(jù)必定次序擺列的“0”“1”比特位構成的二進制數(shù)據(jù)來表示，數(shù)值越大，需要的比特位越多。每8個比特一組構成一個Byte,數(shù)字電路中的數(shù)據(jù)常常以Byte為單位進行辦理。不同于數(shù)字信號的“0”“1”界線分明(失散)，模擬電路時連續(xù)的——在任何兩個信號電平之間有著無量的數(shù)值。模擬電路能夠使用電壓或電流來表示數(shù)值，我們常有的也是最常用的模擬電路實例就是運算放大器，簡稱運放。為幫助理解模擬和數(shù)字電路數(shù)值的基本差異，我們能夠拿時鐘來比方?！澳M”時鐘上的指針連續(xù)地挪動，所以全部的任一時間值能夠被察看者直接讀出，可是所得數(shù)值的正確度或許說精度取決于察看者認知的程度。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沒法顯示。假如有更高的精度需求，則需要增添數(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變換器(ADC)將模擬信號變換成數(shù)字信號，DA變換器(DAC)則相反，我們稱之為“混淆信號電路”(MixedSignalDevices)另一種描繪這種混淆電路的方法例鑒于數(shù)字部分和模擬部分占到電路的多少：數(shù)字部分占大多數(shù)而模擬部分所占比率較少歸于數(shù)字電路，反之則歸于模擬電路。第一章.認識半導體和測試設施(5)五、測試系統(tǒng)的種類一般以為測試系統(tǒng)都是通用的，其實大多數(shù)測試系統(tǒng)的設計都是面向特意種類的集成電路，這些特意的電路包含：儲存器、數(shù)字電路、模擬電路和混淆信號電路；每種種類下還能夠細分紅更多種類，我們這里只考慮這四種種類。5.1儲存器件類我們一般以為儲存器是數(shù)字的，并且好多DC測試參數(shù)關于儲存類和非儲存類的數(shù)字器件是通用的，固然這樣，儲存器的測試仍是用到了一些獨到的功能測試過程。帶內存的自動測試系統(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雜的功能測試序列成為可能，這樣我們就不用把它們看作測試向量來保留。儲存器測試的一些典型模型包含：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，而不帶內存的測試系統(tǒng)將早先生成的模型保留到向量儲存區(qū)，而后每次測試時從中拿出數(shù)據(jù)。儲存器測試往常需要很長的測試時間去運轉所要求的測試模型，為了減少測試成本，測試儀往常同時并行測試多顆器件。5.2模擬或線形器件類模擬器件測試需要精準地生成與丈量電信號，常常會要求生成和丈量微伏級的電壓和納安級的電流。對比于數(shù)字電路，模擬電路對很小的信號顛簸都很敏感，DC測試參數(shù)的要求也和數(shù)字電路不同樣，需要更專業(yè)的測試儀器設施，往常會依據(jù)客戶的選擇在設計中使用特別的測試儀器甚至機架。模擬器件需要測試的一些參數(shù)或特征包含：增益、輸入偏移量的電壓和電流、線性度、通用模式、供電、動向響應、頻次響應、成即刻間、過沖、諧波失真、信噪比、響應時間、竄擾、周邊通道擾亂、精度和噪聲。5.3混淆信號器件類混淆信號器件包含數(shù)字電路和模擬電路，所以需要測試系統(tǒng)包含這兩部分的測試儀器或構造?；煜盘枩y試系統(tǒng)發(fā)展為兩個系列：大多數(shù)數(shù)字電路測試構造、少許模擬測試構造的系列，被設計成用于測試以數(shù)字電路為主的混淆信號器件，它能有效地進行DC參數(shù)測試和功能測試，可是僅支持少許的模擬測試；大多數(shù)模擬電路測試構造、少許數(shù)字測試構造的系列，相反，能夠精準地測試模擬參數(shù)而在功能測試上稍遜風騷。5.4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)來達成測試，這些測試系統(tǒng)之間在價錢、性能、尺寸、可選項上有著顯然的不同。低端的測試機被用來測試廉價錢或許低性能的低端產品，往常是些管腳少、復雜度低的器件；一般運轉于低于20MHz的時鐘頻次，且只好儲存少許的測試向量；用于小規(guī)模（SSI）或中規(guī)模（MSI）集成電路的測試。高端的測試機則是速度特別快（時鐘頻次高）、測試通道特別多的測試系統(tǒng)；時鐘頻次往常會達到400MHz，并能供給1024個測試通道；擁有高精度的時鐘源和百萬bit位的向量儲存器。它們被用于考證新的超大規(guī)模（VLSI）集成電路，可是昂貴的成本阻擋了他們用于生產測試。而半導體測試工業(yè)廣泛使用的是中高端的測試設施，它們擁有較好的性價比，在對測試成本特別敏感的半導體測試行業(yè)，這無疑是特別重要的。這種測試設施多運轉在50100MHz，供給256個測試通道，往常帶有一些可選的配置。為了控制測試成本，慎重地選擇能知足器件測試需求的測試設施是特別重要的，選擇功能相關于我們器件的測試要求過于強盛的測試系統(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；找到設施功能和成本之間的均衡是測試成本控制實質的要求。第一章.認識半導體和測試設施（6）六．測試負載板（LoadBoard）測試負載板是一種連結測試設施的測試頭和被測器件物理和電路接口， 被固定在針測臺（Probe）、機械手（HanDLer）或許其余測試硬件上，其上的布線連結測試機臺內部信號測試卡的探針和被測器件的管腳。在CP測試中，負載板連結ProbeCard；在手工測試中，我們將Socket固定在負載板上；而在FT的生產測試中，我們將其連結到Handler?由于測試機在物理和電氣上需要與多種種類的設施連結、鎖定，因此Loadboard的種類和樣式也是多種多樣。測試高