戴強

摘要：本文首先闡述了雷達用射頻接收芯片對于三溫量產(chǎn)測試迫切需要，接著對三溫量產(chǎn)測試的實現(xiàn)平臺進行了詳細介紹，包括自動測試系統(tǒng)和機械手。闡述了關鍵連接硬件測試板和配套件的設計和實現(xiàn)，自動測試系統(tǒng)的測試程序開發(fā)和機械手的軟件設置。引入多芯片的并行測試，優(yōu)化完善測試程序，有效的提高了測試效率，降低了測試成本，仍需克服帶來的相關影響，提高量產(chǎn)測試技術(shù)。

關鍵詞：自動測試系統(tǒng)；三溫量產(chǎn)；機械手；測試程序；多芯片并行測試

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0110-02

隨著近些年來集成電路在雷達領域的發(fā)展和應用需求，雷達系統(tǒng)中核心的接收和發(fā)射單元逐漸被射頻接收和發(fā)射芯片代替，這就對芯片的量產(chǎn)篩選測試提出了要求，包括測試環(huán)境的能力、穩(wěn)定性和可靠性。芯片的三溫測試就是其中之一，考慮到將來芯片應用場景，保證芯片在一個大的溫度范圍內(nèi)都要保證性能和穩(wěn)定性，必須對芯片進行常溫、低溫和高溫條件下的測試。為了實現(xiàn)芯片量產(chǎn)化三溫測試，通過使用機械手與測試系統(tǒng)搭建量產(chǎn)測試平臺，是業(yè)內(nèi)的主流解決方案，提升量產(chǎn)效率，降低成本則是不斷探索追求的目標[1]。

集成電路的量產(chǎn)測試技術(shù)隨著設計技術(shù)能力的不斷突破而提升，其要求就是高效率的完成對待測芯片的性能參數(shù)篩選，保證芯片在應用中的可靠性。目前業(yè)內(nèi)通用類量產(chǎn)篩選平臺主要包括自動測試系統(tǒng)和機械手，利用GPIB實現(xiàn)軟硬件的協(xié)調(diào)控制。

1 自動測試系統(tǒng)介紹

自動測試系統(tǒng)（Auto Test Equipment，ATE），是一種通過高性能工作站控制的各類測試模塊的集合，工作站通過運行測試程序的指令來控制測試硬件。測試系統(tǒng)最根本的標準是高效且可靠地重復實現(xiàn)的測試結(jié)果，滿足速度、可靠性和穩(wěn)定性[2]。圖1-1是目前芯片量產(chǎn)測試較為成熟完善的測試系統(tǒng)，ADVANTEST V93000是數(shù)?；旌虾蜕漕l信號測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于可擴展、單一平臺構(gòu)建的超大規(guī)模模擬射頻集成電路自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠覆蓋各種射頻芯片的測試要求，為目前所有SoC RF芯片測試提供性能優(yōu)異的解決方案[3]。

2 機械手原理

機械手的主要功能就是對芯片的抓取分揀、摁壓測試和溫度控制，它將整批次的待測芯片分別傳送到測試區(qū)域，通過ATE完成測試后，根據(jù)測試結(jié)果反饋將芯片分類擺放，在這個過程中還可以實現(xiàn)對芯片的加溫和降溫。機械手的主要能力表現(xiàn)為傳輸速度、溫控精度和并行度三個方面。

圖1所示為Castle機械手，溫度控制范圍為-60℃至160℃，最大可支持X8并行測試。

3 量產(chǎn)測試環(huán)境搭建

根據(jù)雷達用射頻芯片的測試要求，我們基于Castle型機械手完成在V93000自動測試系統(tǒng)的量產(chǎn)測試環(huán)境搭建。機械手與測試系統(tǒng)的硬件連接則是通過測試接口硬件來完成，測試接口硬件主要包括測試板、測試配套件（kit）和測試座，以及機械手與測試系統(tǒng)相連接的相關硬件機構(gòu)等。他們相互配合分別在物理以及電性上起到連接機械手與測試系統(tǒng)的作用。

3.1 測試板

根據(jù)待測芯片參數(shù)測試要求，通過使用Cadence、PADS和Protel等工具設計實現(xiàn)測試板，保證各類測試信號在板級上的傳輸質(zhì)量，要進行合理的布局布線、阻抗匹配仿真[4]和材質(zhì)選擇加工。測試板的設計完成不僅僅可以實現(xiàn)與ATE測試資源的連接，還是與機械手物理連接的橋梁。

3.2 測試配套件（kit）

測試配套件是各個型號機械手針對不同封裝類型芯片定制的承載配件，它包括機械吸頭和傳送船。由于配套件要實現(xiàn)對芯片的吸取、拾放和傳送，為了避免對芯片噪聲損傷，對其設計要求極其嚴格，吸頭的材質(zhì)，傳送船的船槽大小在三溫測試環(huán)境下影響明顯。因此我們對傳送船的船槽底部進行“米”字形開槽，減少接觸芯片面積，可防止損傷管腳，還可以盡可能的避免低溫測試時結(jié)霜粘連芯片。

4 量產(chǎn)測試軟件實現(xiàn)

4.1 測試系統(tǒng)程序開發(fā)

基于V93000測試系統(tǒng)進行測試程序開發(fā)，根據(jù)待測芯片的測試項目要求進行編寫，完成各類電特性測試，并將測試結(jié)果通過GPIB/RS232實時反饋給機械手。測試程序中還需要對測試結(jié)果數(shù)據(jù)進行存檔統(tǒng)計，提供給測試工程師和設計工程師進行數(shù)據(jù)分析，用于檢驗測試可靠性和提升量產(chǎn)良品率。V93000的測試程序是基于C++環(huán)境進行開發(fā)的，測試程序的開發(fā)與調(diào)試是一個十分復雜和繁瑣的過程，不僅需要根據(jù)芯片數(shù)據(jù)手冊要求，還要根據(jù)應用環(huán)境對測試條件進行適當科學的調(diào)整，使得在量產(chǎn)中能夠得到一個較高的良品率，這就需要測試工程師不斷實踐積累的經(jīng)驗進行支撐。

在測試程序開發(fā)過程中可以通過Timing Diagram和Signal Analyzer對數(shù)字模擬信號時域頻域輸出進行數(shù)據(jù)分析，如圖所示，對ADC串行輸出數(shù)據(jù)采樣到的數(shù)據(jù)進行FFT變換所得的頻域信息，顯示結(jié)果與測試程序計算吻合，可驗證整個測試過程中對待測芯片的設置測試正常。

4.2 機械手軟件設置

機械手能夠?qū)崿F(xiàn)在高低溫條件下對待測芯片的篩選測試流程，芯片在進出料分類區(qū)、溫度浸泡區(qū)、測壓區(qū)和溫度恢復區(qū)進行流轉(zhuǎn)，如圖2所示。整個流程的控制則需要軟件對各個模塊進行設置完成[5]。

機械手中的主要設置如下：

（1）料盤設置：首先設置料盤Tray的尺寸，需要四個關鍵參數(shù)的尺寸，分別是水平方向上兩個相鄰芯片之間的間距，水平方向上最外側(cè)芯片到Tray盤邊緣的距離，垂直方向上兩個相鄰芯片之間的間距，垂直方向上最外側(cè)芯片到Tray盤邊緣的距離。

（2）取放料坐標設置：設置X、Y、Z三個方向上的坐標設置，其中X、Y軸的坐標主要是準確定位芯片的位置，Z軸的坐標主要是控制芯片壓在測試座內(nèi)的深度。

（3）三溫測試設置：設置高溫、低溫的溫度，設定測試溫度浸泡的時間、恢復溫度和恢復時間，在本項目中待測芯片高溫為120度，低溫為-40度，浸泡時間為30秒。

4.3 并行測試

節(jié)約芯片的測試成本、提高測試效率的重要手段就是進行多芯片的并行測試，根據(jù)ATE測試資源和機械手的最大并行度，進行多芯片的并行測試。

多芯片并行測試技術(shù)雖然可以顯著的降低測試成本，但也帶來相應的不良影響，多芯片的測試板設計難度要遠遠高于單芯片測試板，尤其是射頻信號在板級的相互串擾，使得各個測試位之間的相互影響會愈加明顯，比如各個測試位良品率的不一致問題，有電特性上的影響也有物理機械上的影響，這樣就經(jīng)常會遇到某個或某幾個測試位良品率偏低的情況。并行測試技術(shù)一直是我們不斷探尋完善的研究方向。

5 結(jié)語

本文主要介紹了基于Castle型機械手的芯片量產(chǎn)測試實現(xiàn)，對測試過程中所使用的測試系統(tǒng)、設備和其他硬件做了比較詳細的介紹，通過量產(chǎn)測試平臺的實現(xiàn)，提高了生產(chǎn)效率，降低了測試成本，使得提供用戶的芯片得到了有效保障。

參考文獻

[1]劉紅梅，陳文苑.中國集成電路產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展之路探析[J].當代經(jīng)濟，2017，（4）：69-71.

[2]周萬成.半導體測試設備選型研究[M].蘇州：蘇州大學，2012：25-27.

[3]Verigy.Verigy V93000 SOC RF measurement suite user guide[M].The Federal Republic of Germany，2007，43-77.

[4]陳麗飛.射頻電路PCB的設計技巧[J].電子設計工程，2013，181-183.

[5]Delta Design， Castle Lx CE Handler Setup and Service Manual，2005.