集成电路测试

第一章集成电路的测试1.集成电路测试的定义集成电路测试是对集成电路或模块进行检测，通过测量对于集成电路的输出回应和预期输出比较，以确定或评估集成电路元器件功能和性能的过程，是验证设计、监控生产、保证质量、分析失效以及指导应用的重要手段。.2.集成电路测试的基本原理输入X输出回应Y被测电路DUT（DeviceUnderTest）可作为一个已知功能的实体，测试依据原始输入x和网络功能集F（x），确定原始输出回应y，并分析y是否表达了电路网络的实际输出。因此，测试的基本任务是生成测试输入，而测试系统的基本任务则是将测试输人应用于被测器件，并分析其输出的正确性。测试过程中，测试系统首先生成输入定时波形信号施加到被测器件的原始输入管脚，第二步是从被测器件的原始输出管脚采样输出回应，最后经过分析处理得到测试结果。3.集成电路故障与测试集成电路的不正常状态有缺陷（defect）、故障（fault）和失效（failure）等。由于设计考虑不周全或制造过程中的一些物理、化学因素，使集成电路不符合技术条件而不能正常工作，称为集成电路存在缺陷。集成电路的缺陷导致它的功能发生变化，称为故障。故障可能使集成电路失效，也可能不失效，集成电路丧失了实施其特定规范要求的功能，称为集成电路失效。故障和缺陷等效，但两者有一定区别，缺陷会引发故障，故障是表象，相对稳定，并且易于测试；缺陷相对隐蔽和微观，缺陷的查找与定位较难。4.集成电路测试的过程1.测试设备测试仪：通常被叫做自动测试设备，是用来向被测试器件施加输入，并观察输出。测试是要考虑DUT的技术指标和规范，包括：器件最高时钟频率、定时精度要求、输入\输出引脚的数目等。要考虑的因素：费用、可靠性、服务能力、软件编程难易程度等。1.测试界面测试界面主要根据DUT的封装形式、最高时钟频率、ATE的资源配置和界面板卡形等合理地选择测试插座和设计制作测试负载板。被测电路DUTF(x)3.测试程序测试程序软件包含着控制测试设备的指令序列，要考虑到：器件的类型、物理特征、工艺、功能参数、环境特性、可靠性等5.集成电路测试的分类按测试目的分类：检验测试（验证IC功能的正确性）、生产测试、验收测试（在进行系统集成之前对所购电路器件进行入厂测试）、使用测试。按测试内容分类：参数测试（DC测试、AC测试、DDQI测试、三态测试），功能测试（芯片内部数字或模拟电路的行为测试），结构测试（？）按测试器件的类型分类：数字电路测试，模拟电路测试，混合信号电路测试，存储器测试，SOC测试。第二章数字集成电路测试技术输入输出测试矢量输出矢量测试波形10100X...HLXLH......10X10...HHLLX...测试波形n..........测试集（1）测试矢量：以并行方式施加于DUT初始输入端的逻辑0和1信号组合。（2）测试波形：测试输入矢量和集成电路对输入测试矢量的无故障输出回应合在一起称为集成电路的测试波形。（3）测试码：能够检测出电路中某个故障的输入激励（测试矢量），也称为故障测试码。（4）测试集：测试码或测试图形的集合。可以是穷举的、小于穷举的、最小数，这取决于测试图形的算法。对数字集成电路来说，最主要的是测试其功能、时序关系和逻辑关系等。故障检测（测试是否有故障）和故障诊断（不仅测试是否有故障，还要指出故障的位置）统称为测试。对数字集成电路的故障模型可以分为逻辑门层次的故障模型、晶体管层次的故障模型和功能模块层次的故障模型（更适合大规模集成电路的测试）。数字集成电路采用穷举是不现实的。一般测试输出回应有两种办法：比较法（与好的器件作比较，一般是对比较简单的中小规模集成电路），存储法。存储法：在计算机控制下，通过程序生成所需的测试集并存储于测试仪的高数缓冲存储器（图形发生器）。测试时，随测试主频率逐个读出，将测试矢量施加于输出端，已测试集的输出图形为标准，逐拍与被测输出的回应进行比较。（可以在确保一定的前提下，将很长的测试集压缩，或设计一个小的测试集节约测试存储容量，加快测试数度）被测器件（DUT）被测器件于金器件比较被测器件与预期输出图形比较1.典型的数字集成电路测试顺序1.接触测试在DUT的每一个管脚上都施加一电流，随后测量其相应电压，如果所得电压值超出了特定的电压范围，则可认为管脚与测试仪的接触是断开的，即开路。2.功能测试只有逻辑功能正确的电路，才有必要进行随后的测试。3.直流参数测试在DUT管脚进行电压或电流测试。4.交流参数测试大多数自动数字测试系统都有可以选择的数字测量分辨率，通过逐次逼近或线性递归的测量方法即可准确测出传输延迟及上升沿、下降沿时间等。2.数字集成电路测试的特殊要求（1）数字集成电路静态和动态参数测试的一般要求除另有规定外，测试的电源电压或电流应在规定的1%以内。除另有规定外，被测器件的环境温度应在规定值的3%以内。除另有规定外，器件应在“推荐工作条件”范围内的一组条件下工作。输出矢量集DUT金器件比较输出结果自动测试系统DUT比较结果输出输入激励被测输出期望输出开始接触是测试功能测试直流（CD)参数测试交流（CD）参数测试结束1)直流参数测试（1）开路/短路测试（输入箝位电压IKV的测试）目的：保证在测试中被测试器件的所有管脚正确连接，保证管脚和电源、地或相互之间没有被短路。首先将被测器件所有的引线包括电源和地强制连接到地，然后连接PMU到一个器件引脚，在器件输入端输入或抽取规定的电流IKI(100uA~500uA)时检测此时该引脚的电压IKV。DDV=0，0SSV由于PMU向被测器件施加一强制电流，应该设置一电压箝位保护电路，典型箝位电压设置为3V，如果测试开路，测量结果将被箝位在3V。要点：所有管接地，设置箝位电压3V，使用PMU，加电流，测试结果大于1.5V为开路，小于0.2V为短路。优点：当故障发生时，能检测到确切的值，可以明确指出是开路还是短路的问题缺点：每个引线需要单个测量，测试时间相对较长。（2）输出高/低电平（OLOHVV/）测试目的：检查器件在指定电压条件下输出电流的能力。实际测量的是输出管脚在输出逻辑1/0时的电阻。（确保输出电抗满足设计要求，并保证在严格的OLOHVV/条件下提供所定义的OLOHII/电流）。（3）输入高/低电平（ILIHII/）测试目的：检查DUT的输入负载特性。是输入端在施加规定的高电平电压（低电平电压）时流入（流出）器件的电流。测试方法1：串行测试，被测输入端分别加上规定的输入高电平电压IHV（低电平电压ILV）,其余输入端加规定电平，输出端开端，测量输入高电平电流IHI(低电平电流ILI)原理图如下：测试方法2：并行测试，（进行多引脚大规模集成电路测试时）每个管脚施加规定高电平，设置PMU延迟1ms~5ms，测量输入电流，然后和器件规范IHI进行比较判断是否存在失效，重复同样的步骤每个输入管脚施加规范规定的低电平，测量输入电流，和器件的规范IHI进行比较判断是否存在失效。（优点：提高测试效率，缺点：不能检测出输入管脚之间的电流泄漏）测试方法3：集总测试，将所有的输入端连在一起进行测试，器件电源电压加规范最大值，使用PMU，施加所有输入管脚施加规范规定高电平（低电平）。设置PMU延迟1ms~5ms，测量所有输入管脚的电流，与器件的规范的单个IHI（ILI）进行比较判断是否超出规范规定的范围，若超出，需要用方法1重测。（4）输入漏电流II测试II是输入端在施加规定的最大输入电压时流入电压器件的电流。原理与输入高/低电平（ILIHII/）测试相同，只是加压合测流值不同。被测输入端施加的是最大输入电压，其余输入端施加的是规定电压，输出端开路。（5）输出短路电路OSI测试主要测试输出管脚为高电平时的电阻，保证器件输出满足设计要求的最坏负载情况和保证输出短路时能提供的一个预置的电流量。OSI是将被测器件的输入端施加规定的电平，是输出为逻辑高电平时输出端对地短路的电流。原理图如下：利用PMU，通常ccV加规定的最大值，DUT各输入端施加规定的电平使被测输出端呈现逻辑高电平，设置PMU的箝位电流，然后将PMU设置为0V，其余输出端开路，并测量该输出端的输出短路电流OSI。（注意热开关，应首先PMU编程为0电流，设置为电压测量模式，连接PMU和被测管脚，测量管脚输出电压，然后断开PMU，将PMU设置为加压测流模式，设置的电压为刚刚测量到的电压值；再将PMU同被测管脚连接，然后将PMU电压设置为0V，此时测得的电流值就是OSI）（6）输出高阻电流（OZHI/OZLI）OZHI指的是当一个低电平（L）施加在一个处于高阻态（Z）的输出管脚（O）上，管脚上产生是漏电流（I）；OZLI指的是当一个高电平（H）施加在一个处于高阻态（Z）的输出管脚（O）上，管脚上产生是漏电流（I）目的：确保器件输出管脚被预置为高阻态，其输出阻抗足够高，或者说管脚能处在“关闭”状态。OZLI测量的是输出管脚到DDV的阻抗，OZHI测量的是输出管脚到GND的阻抗。测量方法1：串行/静态测量法，测试时，施加DDV最大值，运行程序将器件某待测输出管脚预处理到高阻态的向量。PMU依次驱动高电平（DDV）和低电平（SSV）到该管脚，测量驱动电平对应的电流值，然后将测量值和参数说明书中的边界值相比较，并判断测试是否通过。原理如下图测试方法2：并行测试法，一些测试系统拥有并行DC测试能力，如PIN/PREPMU结构的测试系统，可以施加DDV，运行预处理向量，先向所有待测器件管脚同时施加高(或低)电平,测量电流值，并将测量值与参数手册中定义的测试边界相比较，判断测试是否通过，在同时施加高（或地）电平，重复上一操作。优点：节省测试时间，缺点：测试系统本身成本高。（7）电源电流测试DDI总电流测试定义：DDI测试分动态和静态两种电流，动态DDI是器件在正常工作时漏极对地的漏电流，静态DDI是器件在静态时漏极对地的漏电流。DDI总电流测试方法：它测量的是流入DDV管脚的电流。首先，预置器件或将待测器件所有的输入管脚设置为固定的状态（低或者高电平）ILV设置为0V，IHV设置为DDV；所有的输出管脚与负载断开，其次尽可能简单的预处理相应的功能，使器件进入稳定的状态，接着测量进入器件的总电流，电流超出界限则表示功耗过大、器件失效。DDI静态电流测试DDI静态电流指的是器件静态时Drain到GND消耗的漏电流，目的是为了去报器件低功耗条件下的电流消耗在器件参数数据手册中定义的范围内。测试方法：与DDI总电流不同，它是在运行一定的测试向量将器件预处理为已知的状态后进行。测试时，器件保持在低功耗状态下，去测量流入DDV的电流，再将测试值与器件数据手册中定义的参数对比，判断测试通过与否。DDQI测试DDQI是指当CMOS集成电路中的所有管子都处于静态状态时的电源总电流。DDQI测试目的是测量逻辑状态验证时的静止（稳定不变）的电流，并与标准静态静态电流相比较以提升测试覆盖率。DDQI测试运行一组静态DDI测试的功能序列，在功能序列内部的各个独立的断点，进行6次~12次独立的电流测量。动态DDI测试动态DDI也是测量流入DDV管脚的总电流，通常由PMU或DPS在器件于最高频率下运行一段连续的测试向量时实施，测量结果与数据手册中定义的参数对比，判断测试是否通过。4.交流参数测试交流参数测试的目的主要是测量器件晶体管转换状态时的时序关系，保证器件在正确的时间发生状态装换，输入端输入指定的输入边沿，特定的时间后在输出端检测预期的状态转换。最常测的交流参数有上升和下降时间、传输延迟、建立和保持时间及存取时间等。测试原理图如下：(1)输入脉冲上升时间的rt测试rt定义：时序逻辑器件中输出逻辑电平按规定临界转换前，在触发输入端施加脉冲电压上升沿上两规定参考电平间的最大时间。被测触发输入端施加脉冲电压，其余输入端施加规定电平，输出端接负载。调节输入脉冲电压上升/下降时间，使输出逻辑电平按规定临界转换，测量输入脉冲电压上升沿/下降沿上两规定的参考电平（REFLV、REFHV）间的最大时间，改时间即为输入脉冲上升/下降时间