集成电路测试技术讲座

集成电路测试技术讲座清华大学微电子学研究所[e-mail]2004-9-162SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity讲座提纲•集成电路测试技术概念和测试经济学•ATE自动测试系统简介•集成电路测试方法简况2004-9-163SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversityVLSI实现过程确定需要的目标编写设计说明书(Spec)设计综合和设计验证制造制造测试发送芯片到用户用户需求测试开发(测试矢量和测试策略)2004-9-164SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity测试与产品形成的关系测试工程质量控制用户要求生产控制成品测试测试仪程序设计数据处理测试系统器件应用芯片测试生产计划工程测试产品市场工艺控制设计工程质量保证2004-9-165SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity测试是过滤过程已制造好芯片合格芯片有缺陷芯片Prob(good)=yProb(bad)=1-yProb(P/PQ)=highProb(F/FQ)=high多数合格的芯片多数失效的芯片PQ:合格质量；FQ:失效质量；F:失效测试；P:通过测试2004-9-166SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity0510152025300102030405060708090100FaultCoverageDefectLevel成品率和故障覆盖率2004-9-167SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity实际测试-缺陷覆盖率YDLd11DL-DefectLevel;Y-Yield;d–Defectcoverage.2004-9-168SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity集成电路测试技术现状和发展2004-9-169SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity测试的代价•可测性设计(Designfortestability–DFT)–芯片面积额外开销和成品损失；–性能的开销损失；•软件测试处理–测试产生和故障模拟；–测试编程和调试；•制造测试–自动测试设备(ATE)首次投入成本；–测试中心的运行成本。2004-9-1610SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity公元2000年测试成本代价•0.5-1.0GHz,模拟仪器,1,024数字引脚:ATE购买价格–=$1.2M+1,024x$3,000=$4.272M•运行成本(五年线性折旧-depreciation)–=折旧+维护+操作–=$0.854M+$0.085M+$0.5M–=$1.439M/年•测试成本(24小时ATE操作)–=$1.439M/(365x24x3,600)–=4.5美分/秒2004-9-1611SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity测试成本代价-折旧问题2004-9-1612SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversityATE自动测试系统简介SOC解码器测试访问机制控制器TAMCPUI/O控制器AS-DSP内核存储器内嵌SRAM专用IPUDL测试头ATE通道存储器2004-9-1613SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversityATE自动测试系统硬件结构2004-9-1614SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversityATE自动测试系统管脚驱动2004-9-1615SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversityATE自动测试系统管脚驱动2004-9-1616SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversityATE自动测试系统管脚驱动2004-9-1617SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversityATE自动测试系统软件构成2004-9-1618SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity直流参数测试四象限2004-9-1619SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity集成电路测试方法简况•测试的方法综述•确定自动测试产生器•数字VLSI测试集及测试概念•测试生成发展历史和算法–D-算法–PODEM–FAN•微处理器测试、验证2004-9-1620SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity测试的方法综述（1）2004-9-1621SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity测试矢量生成及其算法组合电路ATPG的算法•基本定义•D-算法(Roth)–1966(DiagnosisofAutomataFailures:ACalculusandaMethod)–D-立方–桥接故障（Bridgingfaults）–逻辑门功能改变故障•PODEM(Goel)--1981–X-通路（Path）-检查回朔或回退（backtracing)•FAN–面向煽出算法、多重回朔（MultipleBacktrace(1983)）•测试生成流程2004-9-1622SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity微处理器测试、验证问题和难点•微处理器内部结构复杂–它是一个智能器件，不仅可以较快的担当数据处理的主角，而且还可以充当进行实时控制灵魂和支柱。它是一个由时序和组合混合组成的信息处理器，而且这样时序和组合混合结构的逻辑组成还相互依存并相互制约；–功能多样、流水线、结构多层次（VLIW、超标量、多发射）等•有限的输入/输出通路，有限的可控制点和可观测点•复杂的故障类型，存在指令灵敏度、指令执行的数据灵敏度问题2004-9-1623SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity微处理器测试、验证方法•微处理器测试方法的综述–通用微处理器测试的S图表示方法–寄存器（RTL）级描述的微处理器功能测试方法–面向寄存器的流水线处理器建模及测试验证方法•基于指令编码矩阵分组测试方法–微处理器结构和功能简介–指令编码矩阵分组测试矢量生成方法•指令分组编码测试方法•指令操作数优化和指令数据灵敏度测试•微处理器数据灵敏度可靠性测试•内嵌测试的处理器测试方法应用和设计2004-9-1624SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversityPentiumPro处理器可测性设计特点概要PentiumPro处理器的可测性设计的特点概要ADRIAN1998ADRIAN1998可测性设计的特点设计成本调试受益产品测试受益芯片面积1设计时间2测试系统系统JTAG特设指令3004是是是扫描设计52004是是是DFT控制寄存器770012是是是阵列(Freeze/Dump冷缺/卸载)19002是是-内部断点设置机制4002是是-调试方法模式设置25012-是-性能计数（最新分支记录等）1008-是-物理DFT（Iddq测试等）03是是-内嵌自测试（LFSRBIST）12002--是微代码内嵌自测试8004--是其他CPU测试和调试逻辑45009是是是L2cachePOST,PBIST,SMULREL1800036是是是注：1）单位是每平方密耳；2）单位是每人月。ADRIAN1998AdraianCarbine,DerekFeltham.PentiumProProcessorDesignforTestandDebug.IEEEDesign&TestofComputer.JULY–SEPTEMBER1998.pp77-922004-9-1625SunYihe,InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity结论•微处理器测试方法（测试和验证两个方面）–指令灵敏度和指令的数据灵敏度–功能复概率•特定处理器的测试方法•嵌入测试是发展微处理器测试方法的重要方向–嵌入测试的方法有两类•BIST•嵌入硬件，利用处理器自身的智能功能发展测试方法–硬件：自诊断和自调试–软件：微程序测试