畢威

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

簡述IC測試的意義和作用

畢威

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

IC測試技術(shù)是有著四十多年歷史的一項應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，其適應(yīng)整個IC產(chǎn)業(yè)的需求在神州大地悄然興起，展望未來必將促進集成電路測試業(yè)的形成和發(fā)展，集成電路設(shè)計、制造、封裝和測試四業(yè)并舉，使我國集成電路產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，為信息產(chǎn)業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。IC測試技術(shù)伴隨著集成電路的飛速發(fā)展而發(fā)展，對促進集成電路的進步和廣泛應(yīng)用作出了巨大貢獻，各個軍工行業(yè)的研究院、所、廠都有自己的元器件檢測中心，并引進先進的國產(chǎn)、進口各類高性能集成電路測試設(shè)備，負(fù)責(zé)集成電路在軍工行業(yè)應(yīng)用的質(zhì)量把關(guān)。隨著IC測試成本的不斷提高，驗證測試成為集成電路制造中的必要環(huán)節(jié)。

IC測試；集成電路；計量測試；驗證測試；半導(dǎo)體；可靠性

1 引言

IC測試技術(shù)，是根據(jù)應(yīng)用電子產(chǎn)品設(shè)計和制造需求而產(chǎn)生和發(fā)展起來的、有著四十多年歷史的一項應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，電子產(chǎn)品從質(zhì)量和經(jīng)濟兩個方面受益于測試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，這兩方面的屬性是不可分割的[1]。

良好的測試過程，可以在次品到達用戶手中之前就把它們淘汰出來。這對于提高產(chǎn)品質(zhì)量，建立生產(chǎn)銷售的良性循環(huán)，都是至關(guān)重要的。而次品的成本又需要在合格產(chǎn)品的售價中得到補償，所以，我們尋求的是質(zhì)量和經(jīng)濟的平衡，是最優(yōu)化的質(zhì)量——以最小的成本來滿足用戶需求。

IC測試技術(shù)伴隨著集成電路的飛速發(fā)展而發(fā)展，對促進集成電路的進步和廣泛應(yīng)用作出了巨大貢獻。在集成電路研制、生產(chǎn)、應(yīng)用等各個階段都要進行反復(fù)多次的檢驗、測試來確保產(chǎn)品質(zhì)量和研制開發(fā)出符合系統(tǒng)要求的電路，尤其對于應(yīng)用在軍工型號上的集成電路，控制質(zhì)量，保障裝備的可靠性，集成電路的檢測、篩選過程至關(guān)重要。各個軍工行業(yè)的研究院、所、廠都有自己的元器件檢測中心，并引進先進的國產(chǎn)、進口各類高性能集成電路測試設(shè)備，負(fù)責(zé)集成電路在軍工行業(yè)應(yīng)用的質(zhì)量把關(guān)，主要的工作就是對國內(nèi)生產(chǎn)及國外進口的元器件按照標(biāo)準(zhǔn)要求進行檢測，是集成電路使用的一個重要檢查站。集成電路測試技術(shù)是所有這些工作的技術(shù)基礎(chǔ)[2]。

集成電路測試的基本意義和作用是檢驗產(chǎn)品是否存在問題。好的測試過程可以將所有不合格的產(chǎn)品擋在到達用戶手中之前。

測試失敗的可能原因：

（1）測試本身存在錯誤；

（2）加工過程存在問題；

（3）設(shè)計不正確；

（4）產(chǎn)品規(guī)范有問題。

2 集成電路測試

2.1 集成電路測試概述

集成電路產(chǎn)業(yè)是由設(shè)計業(yè)、制造業(yè)、封裝業(yè)和測試業(yè)等組成。集成電路測試，包括集成電路設(shè)計驗證測試、集成電路的中測（晶圓測試）和成測（成品測試）、測試程序的研發(fā)、測試技術(shù)研究交流、測試系統(tǒng)研發(fā)和測試人員的技術(shù)培訓(xùn)等服務(wù)項目（具體見圖1）。測試經(jīng)驗的積累對于設(shè)計具有指導(dǎo)意義，測試的中立化、專業(yè)化對于我國封裝產(chǎn)業(yè)的規(guī)模發(fā)展具有促進作用。測試企業(yè)直接為設(shè)計公司、制造公司服務(wù)，便于及時掌握集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動向，從而指導(dǎo)本地集成電路產(chǎn)業(yè)鏈對于市場變化的預(yù)見能力和反應(yīng)能力，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展[3]。

集成電路測試是對集成電路或模塊進行檢測，通過測量集成電路的輸出響應(yīng)和預(yù)期輸出比較，以確定或評估集成電路元器件的功能和性能，是驗證設(shè)計、監(jiān)控生產(chǎn)、保證質(zhì)量、分析實效以及指導(dǎo)應(yīng)用的重要手段[4]。

圖1 集成電路測試介紹

集成電路的計量測試工作是近年來隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展而形成一個新的分支,對這項工作我們從實際需要出發(fā),通過調(diào)研實踐,得到以下一些體會。集成電路,尤其是大規(guī)模超大規(guī)模集成電路具有體積小重量輕性能穩(wěn)定可靠，在成品率很高的基礎(chǔ)上具有成本低價格便宜的優(yōu)點。由此促進了電子工業(yè)發(fā)生革命性的飛躍,同時也促進了各行各業(yè)的技術(shù)發(fā)展,特別是電子計算機的發(fā)展。目前技術(shù)先進國家大規(guī)模集成電路的成品率已達80%左右，我國至今尚未形成大生產(chǎn)的能力，遠遠不能滿足現(xiàn)代化的需要。這涉及問題很多,從當(dāng)前情況來說,計量測試的標(biāo)準(zhǔn)及方法不完備,無法全面檢測質(zhì)量的好壞是主要原因之一。急需迅速加強集成電路計量測試標(biāo)準(zhǔn)的建立,以滿足集成電路工業(yè)目前發(fā)展的需要[5]。

2.2 集成電路計量測試的特點

（1）集成電路的計量測試是多學(xué)科、微區(qū)、微量、微電子學(xué)的計量測試[6]。

（2）集成電路自六十年代初期,從小規(guī)模,中規(guī)模,大規(guī)模,超大規(guī)模直線上升。

（3）集成度高的產(chǎn)品目前美、日等國近幾年256K已有商品出售。

（4）廣泛應(yīng)用在國防與國民經(jīng)濟生活領(lǐng)城。

（5）大規(guī)模集成電路的集成度雖增加，但管芯所占面積并不增加，一般只在2至6毫米左右見方的面積。

2.3 集成電路測試帶動的測試服務(wù)業(yè)

測試服務(wù)業(yè)的興起是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。集成電路產(chǎn)業(yè)是由設(shè)計業(yè)、制造業(yè)、封裝業(yè)和測試業(yè)等組成。測試業(yè)作為IC產(chǎn)業(yè)的重要一環(huán)，其生存和發(fā)展與IC產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)。集成電路測試服務(wù)業(yè)是測試業(yè)的重要組成部分，從1999年開始，為了適應(yīng)我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在興起。集成電路測試服務(wù)業(yè)大致包括集成電路設(shè)計驗證測試、集成電路的中測（圓片測試）和成測、測試程序的研發(fā)、測試技術(shù)研究交流、測試系統(tǒng)研發(fā)和測試人員的技術(shù)培訓(xùn)等服務(wù)項目。

（1）集成電路設(shè)計業(yè)飛速發(fā)展帶來了設(shè)計驗證的大量需求

在2003年中國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)中，以設(shè)計業(yè)的增長最為引人注目。而且，集成電路設(shè)計業(yè)的行業(yè)規(guī)模和設(shè)計水平也有了大幅度提升。2000年，中國集成電路設(shè)計企事業(yè)單位總數(shù)只有98家，2003年則達到463家。集成電路設(shè)計業(yè)的興旺帶來大量的設(shè)計驗證測試需求，以400家設(shè)計公司計算，每年設(shè)計出的芯片將達到上千種需要進行設(shè)計驗證，可見設(shè)計驗證測試需求量之巨大。

（2）中立的測試服務(wù)業(yè)適應(yīng)了技術(shù)發(fā)展的需要

測試業(yè)要完成集成電路設(shè)計的驗證測試、制訂集成電路產(chǎn)品規(guī)范的相關(guān)測試，大批量芯片中測和成品測試、用戶的入庫測試和科研單位產(chǎn)品研發(fā)檢測等一系列檢測任務(wù)，中立的檢測服務(wù)業(yè)適應(yīng)了技術(shù)發(fā)展的需要。

（3）國外專業(yè)測試公司進入必將引起競爭的新局面

集成電路測試業(yè)相對于晶圓制造而言，進入的門檻較低，因此擁有先進技術(shù)和經(jīng)驗的海外企業(yè)大量進入，將促進國內(nèi)測試服務(wù)業(yè)的形成和發(fā)展。不少海外公司正加緊在中國增資或新建封裝測試線、專業(yè)測試公司已有10多家，我國集成電路測試服務(wù)業(yè)已逐步形成。

3 集成電路測試的意義和作用

1970年，集成電路測試技術(shù)在我國興起，歷經(jīng)30多年的進步，我國已經(jīng)擁有百兆赫茲測試平臺，但隨著高性能的CPU、GPU、DSP的不斷涌現(xiàn)。目前，較為廣泛的測試方法為基于掃描設(shè)計的電路測試方法，該方法存在著測試生成時間長、故障復(fù)蓋率低的弊端。測試業(yè)的發(fā)展速度遠遠落后于設(shè)計、制造與封裝行業(yè)，在一定程度上制約了我國集成電路行業(yè)的發(fā)展。

在現(xiàn)代集成電路制造工藝中，芯片加工需要經(jīng)歷一系列化學(xué)、光學(xué)、冶金、熱加工等工藝環(huán)節(jié)，每道工藝都可能引入各種各樣的缺陷。與此同時由于特征尺寸的不斷縮小，各類加工設(shè)施成本也急劇上升。例如有人估計90nm器件的一套掩模成本可能超過130萬美元，因此器件缺陷造成的損失代價極為高昂。在這種條件下，通過驗證測試，分析失效原因，減少器件缺陷就成為集成電路制造中不可少的環(huán)節(jié)。

驗證測試（Verification Test,Design Debug）是實現(xiàn)“從設(shè)計到測試無縫連接”的關(guān)鍵。在0.18微米以下的制造工藝下，芯片驗證測試變得更加至關(guān)重要。它的主要任務(wù)是驗證設(shè)計和測試程序（Test Programs）的正確性，確定芯片是否符合所有的設(shè)計規(guī)范。它通過合理的失效分析（Failure Analysis）不僅為探求設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)所決定的特性空間奠定基礎(chǔ)，還為設(shè)計人員改進設(shè)計及時反饋有效的數(shù)據(jù)，并為優(yōu)化整體測試流程、減小測試開銷以及優(yōu)化后期的生產(chǎn)測試（Production Test）開拓便利途徑[7]。

對芯片最顯著的改進不僅僅在設(shè)計流程中產(chǎn)生，而且在芯片調(diào)試和驗證流程中反復(fù)進行，尤其是在高性能芯片的研制過程中。隨著芯片復(fù)雜度的提高，對驗證測試的要求更加嚴(yán)格，與設(shè)計流程的交互更加頻繁，因此，從某種意義上說，“設(shè)計”與“驗證測試”是一個非常密切的“交互過程”。對于設(shè)計工程師而言，關(guān)于芯片功能和性能方面的綜合數(shù)據(jù)是關(guān)鍵信息。他們通常根據(jù)設(shè)計規(guī)范預(yù)先假設(shè)出關(guān)于芯片各項性能大致的參數(shù)范圍，提交給驗證測試人員，通過驗證測試分析后，得出比較真實的性能參數(shù)范圍或者特定值。設(shè)計工程師再根據(jù)這些值進行分析并調(diào)整設(shè)計，使芯片的性能參數(shù)符合設(shè)計規(guī)范。往往這樣的交互過程不只一次，通常一個健全的驗證測試策略包含很多詳細(xì)信息。它一般以數(shù)據(jù)文件的形式（Data Sheet）為設(shè)計人員和測試人員在修復(fù)或者完善設(shè)計的交互過程中提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)，主要包括芯片的CMOS工藝等的特征描述、工作機理描述、電氣特征（DC參數(shù)，AC參數(shù)，上拉電阻，電容，漏電，溫度等測試條件，等等）、時序關(guān)系圖、應(yīng)用信息、特征數(shù)值、芯片電路圖、布局圖等等。芯片在驗證測試流程中經(jīng)過參數(shù)測試、功能性測試、結(jié)構(gòu)性測試后得出的測試結(jié)果與上述數(shù)據(jù)信息比較，就會有針對性地反映芯片性能方面存在的種種問題。依據(jù)這些問題，設(shè)計工程師可以對設(shè)計做出相應(yīng)的改進[8]。

隨著芯片速度與功能的不斷提高，超大規(guī)模集成電路尤其是集成多核的芯片系統(tǒng)（SOC）的出現(xiàn)使得芯片迅速投入量產(chǎn)過程難度增加，由此驗證測試變得更加必要。目前，開發(fā)低成本高效率的全面驗證測試策略成為芯片制造商的關(guān)注點。能夠在早期（如初次樣片測試階段）全面獲取芯片品質(zhì)鑒定的信息變得至關(guān)重要。

4 結(jié)束語

集成電路測試適應(yīng)整個IC產(chǎn)業(yè)的需求在神州大地悄然興起，展望未來必將促進集成電路測試業(yè)的形成和發(fā)展、集成電路設(shè)計、制造、封裝和測試四業(yè)并舉，使我國集成電路產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，為信息產(chǎn)業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]陳新軍.基于ATE的LVDS芯片測試技術(shù)[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2012,30（S1）:207-210. Chen Xing－Jun.Based on the ATE an LVDSchip testing technolgy[J].Electronic product reliability and environmental test,2012,30（S1）:207-210.

[2]李旭剛.集成電路測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計及實現(xiàn)[J].電子測試,2010（9）:104-119. Li Xu－Gang.Design and realization of the integrated circuit test system sofeware[J].Electronic test,2010（9）:104-119.

[3]胡敏明.幾種典型的數(shù)字電路測試技術(shù)[J].硅谷,2009（7）: 121-145. Hu Min－Ming.Several kinds of typical digital circuit testing technology[J].Silicon valley,2009（7）:121-145.

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[5]時萬春.現(xiàn)代集成電路測試技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006:345-427. Shi Wan－Chun.Modern integrated circuit testing technology[M].Beijing:Chemical industry press,2006:345-427.

[6]王芳,徐振.集成電路芯片測試[M].浙江：浙江大學(xué)出版社,2014:56-98. Wang Fang,Xu Zhen.ICchip test[M].Zhejiang:Zhejiang university press,2014:56-98.

[7]R.Rajsuman.IDDQ Testing for CMOS Integrated circuit[M]. IEEE Journal of Solid Circuits,1995:82-127.

[8]Michael L.Bushnell,Vishwani D.Agrawal.Essentionals of El-ectronicTestingforDigital,Memory&Mixed-signal Integrated Circuits[M].IEEE JournalofSolidCircuits，2001: 119-238.

Significance and Function of IC Test

Bi Wei
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Shenyang 110032,China)）

IC testing technology,as an application science and technology for forty years,has emerged and will certainly promote the formation and development of integrated circuit testing industry in the future.The four industries which consist of integrated circuit design,manufacture,assembly and test,make the healthy development of the IC industry in our country.With the increasing of IC test costs，the verificutoon test has become a necessary part for integrated circuit manufacturing.

IC testing；Integrated circuit；Metrology testing；Verification test；Semiconductor；Reliability

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.01.002

TN492

A

1002-2279-（2017）01-0006-03

畢威（1982-），女，遼寧沈陽，工程師，主研方向：集成電路測試。

2016-10-18