邢軼斌，徐海濱，康 永

（飛思卡爾半導(dǎo)體（中國）有限公司 天津 300385）

在利用半導(dǎo)體自動測試設(shè)備進行硬件測試的過程中，無論在測試系統(tǒng)內(nèi)部還是外部的負載板上都存在許多開關(guān)電路，其中，操縱開關(guān)電路進行工作的主要設(shè)備就是繼電器。當需要對那些測試項目繁多或者多條線路并行測試的硬件進行測試時，半導(dǎo)體自動測試設(shè)備外部的負載板上可能會存在上百個繼電器，而繼電器的工作性能和狀態(tài)會極大地影響測試結(jié)果的準確性和測試過程的高效性，因此選取最科學(xué)合理的性能評估方法尤為重要。

1 半導(dǎo)體自動測試設(shè)備簡介

自動測試設(shè)備（ATE,automatic test equipment）是一類測試儀器集合體的統(tǒng)稱，這種自動測試設(shè)備主要是通過高性能計算機來控制，通過運行事先設(shè)定好的測試程序來對設(shè)備下達指令從而完成對待測試硬件的測試。本文基于半導(dǎo)體自動測試設(shè)備來對自動測試設(shè)備的功能進行簡要的論述，通常來說，半導(dǎo)體自動測試設(shè)備的功能是非常強大的，其可以在極短的時間內(nèi)完成對數(shù)百次的待測試硬件在工作時的電壓、電流及時序的測試，同時還能夠完成上百萬次的功能測試，半導(dǎo)體自動測試設(shè)備的測試效率非常高，測試結(jié)果的準確性也相當高[1]。

從半導(dǎo)體自動測試設(shè)備的通俗設(shè)計圖紙能夠看出，半導(dǎo)體自動測試設(shè)備通常是由主體和測試頭兩個部分組成，測試頭內(nèi)包含了絕大多數(shù)的測試通道，也配置了最大比例的資源，而主體的主要功能是提供電量并與外部數(shù)據(jù)保持聯(lián)通。

2 測試負載板簡介

測試負載板(TLB,test load board)從根本上可以說是一種將被測器件和測試設(shè)備的測試頭相連接的接口電路。通常情況下，測試負載板的一端會被固定在半導(dǎo)體自動測試設(shè)備的測試頭上，與硬件測試所需要的相應(yīng)測試系統(tǒng)的內(nèi)部資源和數(shù)據(jù)相聯(lián)通，而另一端則通過插座或連接板等特定的設(shè)備來與待測硬件相連。由于需要對不工作的電路進行屏蔽以及根據(jù)不同的測試需要來切換不同的測試通道等，測試負載板上往往會采用大量的開關(guān)電路，從而保證了電路轉(zhuǎn)換的靈活性；同時，這些開關(guān)電路中的絕大多數(shù)動作都要通過繼電器來完成。

3 繼電器簡介

繼電器(Relay)是一種普遍使用的自動電路控制裝置，其功能是當電力輸入量的變化值達到相關(guān)規(guī)定時，使被控量發(fā)生規(guī)定變化。繼電器有許多種類和規(guī)格，不同種類及規(guī)格所對應(yīng)的繼電器的作用往往也是不同的?；谖覈斍暗陌雽?dǎo)體生產(chǎn)測試現(xiàn)狀，我國主要在半導(dǎo)體自動測試過程中將電磁繼電器作為開關(guān)電路，因此本文會將這類繼電器作為主要的研究對象來對其進行性能測試。電磁繼電器（electromagnetic relay）的工作原理是輸入電路內(nèi)電磁鐵鐵芯與銜鐵間的吸力作用，其主要組成部分包括電磁鐵鐵芯、線圈、銜鐵、觸點彈簧片等。一般情況下，繼電器的線圈在未通電的條件下是處于斷開狀態(tài)的靜觸點，專業(yè)術(shù)語稱其為“常開觸點”，除此之外還存在一種“常閉觸點”。在線圈的兩端加上一定數(shù)值的電壓，線圈中就會通過一定的電流，在此狀態(tài)下就會產(chǎn)生電磁效應(yīng)，這樣一來電磁效應(yīng)會產(chǎn)生一定的引力，就會對于返回來的彈簧的拉力進行作用，從而會形成抵消，并且銜鐵也會被吸引向鐵芯，從而帶動銜鐵的觸電和斷開狀態(tài)下的靜態(tài)觸電相互吸合。除此之外，在線圈內(nèi)的電流消失之后，電磁的引力也會隨著電流的減少而慢慢減少，所以銜鐵也會因為電流的消失而反彈回原處，在這樣的過程之中就能實現(xiàn)了開通和切斷電線的目的[2]。

4 負載板繼電器的工作狀態(tài)對半導(dǎo)體自動化測試產(chǎn)生的影響

在負載板上的繼電器工作狀態(tài)出現(xiàn)異常的時候，一般表現(xiàn)為短路或者斷路的情況，就會造成沒有辦法正常開關(guān)電路，從而造成其無法開展正常的工作。除此之外，那些在工作之中的正常狀態(tài)的負載板繼電器，半導(dǎo)體測試會對于他們的響應(yīng)時間造成一定的影響，從而在控制端發(fā)布控制信息之后，繼電器會根據(jù)這一信號執(zhí)行指令動作會存在一定的延時，這個延時會對測試的精確度和效率產(chǎn)生十分嚴重的影響。雖然這些待測試的項目類別較少，測試速度比較慢，且他們對于整個的問題產(chǎn)生的影響并不是很大，但是對于一些需要測試很大量的項目的時候，工作速度快且數(shù)量大的產(chǎn)品來講，其響應(yīng)的時間就會變得更加的重要。一般來講機械式的電磁繼電器的響應(yīng)時間為幾百微妙，可是電子繼電器的響應(yīng)時間能夠大大的縮短，最短可以為幾十微秒。當測試負載板被初次投入工作時，其上的各個繼電器還能夠達到相關(guān)的工作標準，設(shè)備并不存在老化或故障的情況，因此響應(yīng)時間所反映出來的問題還處于比較隱性的階段；但是經(jīng)過一段時間的使用后，各個繼電器因使用年限的增長而開始老化，反應(yīng)速度開始下降，并會出現(xiàn)間歇性的響應(yīng)超時等狀況，從而極大地影響了測試的速度和精度，進而導(dǎo)致了生產(chǎn)測試良品率的大幅下降。當這種情況發(fā)生時，傳統(tǒng)的萬用表測量繼電器就顯得更加力不從心，不僅很難產(chǎn)生準確的判斷結(jié)果，而且測試速度非常慢，造成了時間和資源的大量浪費。然而，不經(jīng)過準確的測試和檢查就直接將老化繼電器替換的方式則可能會因為誤判而進一步增加成本[3]。

針對這一問題，相關(guān)的專家專門研究設(shè)計出了一套負載測試板，這類負載測試板具有極強的適應(yīng)能力，能夠與多種繼電器的測試模塊相匹配，同時這類測試版還被配備了最新研究開發(fā)出來的測試程序，能夠?qū)^電器性能做出更加快速、準確、全面的了解，從而能夠極大程度地便利負載板的生產(chǎn)、測試及維護工作。當繼電器的引腳鏈接完成后，需要用特殊的固定工具對其固定。按照一般化標準來說，每一個單刀單擲的繼電器通常包括五個有效的引腳，其中一個接地，剩下的四個引腳每一個按照連接兩個測試通道的標準來進行計算，那么每個繼電器總共需要連接八個測試通道。而一般情況下，在繼電器的響應(yīng)電路中，繼電器和地之間的插座下部都安置了一個規(guī)定型號的溫度傳感器，而測試負載板能夠讓每兩塊測試卡同時測試五個繼電器，這無疑大大提高了測試的效率。

5 測試程序的設(shè)計

通常電壓的變化值是通過電阻來讀取的。為了能夠?qū)^電器在不同溫度條件下的工作狀態(tài)進行更好的監(jiān)測和控制，往往需要采用模塊化的程序設(shè)計方式，這一設(shè)計方式的主要針對對象是不同溫度環(huán)境下設(shè)備的響應(yīng)時間。當條件變化時，只需要在通過OFFICE EXCEL軟件對相應(yīng)表格中的數(shù)值參數(shù)進行調(diào)整和修改即可，操作非常方便，既可以單獨測試繼電器的性能，也可以使其在生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片的相關(guān)測試中發(fā)揮作用。

6 結(jié)論

本文對傳統(tǒng)的測試方法進行一定的解讀和分析，得出這種測試方法無法解決半導(dǎo)體自動測試中常遇到的負載板繼電器反應(yīng)時間過長而導(dǎo)致的測試結(jié)果失真問題這一結(jié)論，并基于現(xiàn)今已有的研究成果提出一種相對來說簡便易操作的解決方法。這種新型的方法不僅可以使繼電器性能得到更加全面的了解，而且實用性也更強，能夠使生產(chǎn)效率大幅提高，對于突發(fā)的意外情況也能進行一定程度的預(yù)測和防控，從而減少資源能源浪費。