陳昆，劉丹

（重慶西南集成電路設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，重慶 401332）

0 引言

電子信息技術(shù)的快速發(fā)展在一定程度上推動(dòng)了集成電路技術(shù)的開發(fā)，電子產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計(jì)越來越多樣化和復(fù)雜化。集成電路測試技術(shù)可以為電子產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)出效率與質(zhì)量提供保障。一個(gè)良好的電子產(chǎn)品必須通過各個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格測試才能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中的缺陷進(jìn)而改進(jìn)缺陷。因此，集成電路測試技術(shù)應(yīng)用研究可以在某種程度上促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。

1 集成電路測試制造中的相關(guān)概念

1.1 缺陷

集成電路中的缺陷主要是它實(shí)現(xiàn)的硬件與預(yù)期期望的差別。集成電路的缺陷主要包括：第一，設(shè)計(jì)上的缺陷。第二，材料上的缺陷。第三，封裝上的缺陷。第四，工藝制造上的缺陷。

1.2 故障

故障和缺陷之間的差別需要進(jìn)行認(rèn)真細(xì)微的區(qū)分，故障和缺陷代表的是功能和硬件上的缺點(diǎn)。集成電路在制造，裝備和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)階段都有可能發(fā)生故障。例如在存儲(chǔ)環(huán)節(jié)上，因?yàn)闈穸?、溫度或者電路老化等原因而發(fā)生的故障被稱為物理故障。物理故障就會(huì)間接的影響電路的邏輯功能，邏輯功能的改變就會(huì)出現(xiàn)邏輯故障。但是，一個(gè)物理故障也會(huì)引起多個(gè)邏輯故障[1]。

故障可以分為間歇故障、瞬時(shí)故障以及永久故障。間歇故障很多情況下是由于參數(shù)變化、容限變化和老化等一些原因引起的。間接故障和永久故障可以分別被叫作軟故障和硬故障。

1.3 失效

電路因?yàn)榇嬖诠收隙惓９ぷ?，叫做失效。集成電路的失效可以分為間歇性失效和永久性失效。間歇性失效主要表現(xiàn)為電路時(shí)而正常工作、時(shí)而異常工作，或者是在某種特定的條件下異常工作，而永久性失效是指電路在任何時(shí)候都表現(xiàn)出異常工作的狀態(tài)。

2 集成電路測試的目的與分類

2.1 集成電路測試的目的

集成電路制造技術(shù)復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中就會(huì)潛藏一些問題影響電路發(fā)揮其正常作用。在加工中會(huì)出現(xiàn)因?yàn)樵O(shè)備，材料使用不當(dāng)、質(zhì)量不過關(guān)等原因引發(fā)故障。因此，在生產(chǎn)制造電子產(chǎn)品過程中，集成電路測試技術(shù)顯得尤為重要。集成電路測試主要是為了清查電路存在的故障。診斷故障主要從檢測和定位兩個(gè)方面出發(fā)，每個(gè)芯片出現(xiàn)故障的原因不同，可能是因?yàn)榍岸嗽O(shè)計(jì)考慮不足出現(xiàn)的原因，也可能是因?yàn)樵谥圃爝^程中出現(xiàn)的原因。如果只是為了檢驗(yàn)故障是否存在，那就屬于故障檢測，如果想對故障進(jìn)行定位，那就屬于故障診斷[2]。

2.2 集成電路測試的分類

2.2.1 集成電路測試按技術(shù)分類主要包括直流測試，交流測試和功能測試

（1）直流測試。直流測試是集成電路最基礎(chǔ)的測試，是為了測試電路直流參數(shù)的穩(wěn)定性。主要測試電路的漏電流、偏置電流、偏置電壓、拉偏電流等幾個(gè)參數(shù)。漏電流的測試主要是為了檢測器件是否存在漏電缺陷，剔除參數(shù)正常但存在漏電風(fēng)險(xiǎn)的電路。偏置電流測試主要是測試在給定電壓下器件正常工作的電流功耗。拉偏電流的測試主要是為了檢測電路在電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)情況下電流的變化情況。直流測試的主要目的在于確定集成電路內(nèi)部晶體管的直流工作點(diǎn)是否正常，電路的直流工作狀態(tài)是否滿足仿真要求，為交流測試奠定基礎(chǔ)。所以在集成電路的測試工作中，直流測試是放在交流測試前面的，當(dāng)直流測試都出現(xiàn)較大偏差時(shí)，交流參數(shù)是肯定會(huì)存在問題的[3]。

（2）交流測試。交流測試主要是檢測電路內(nèi)部晶體管處理交流信號(hào)的能力，它主要測試電路的頻率、速率、幅度、相位、延時(shí)、噪聲系數(shù)、功率等參數(shù)。交流測試的參數(shù)是用來評(píng)估電路傳輸、處理交流信號(hào)的能力，它主要受設(shè)計(jì)能力、晶體管特性、集成電路加工能力等因素的影響。交流參數(shù)的測試需要借助一些專用的儀器設(shè)備，這類儀器的功能是輸出特定要求的交流信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過被測電路后發(fā)生不同程度的變化，再對信號(hào)進(jìn)行測試分析，得出信號(hào)的變化規(guī)律，計(jì)算出相應(yīng)的交流參數(shù)。由于絕大多數(shù)集成電路都會(huì)應(yīng)用到交流信號(hào)的處理中，所以交流參數(shù)的測試在整個(gè)集成電路測試中占據(jù)了非常重要的地位，也是集成電路測試關(guān)鍵。

（3）功能測試。功能測試是對集成電路在實(shí)際使用環(huán)境中是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的一種系統(tǒng)性測試。在設(shè)計(jì)集成電路之初就會(huì)設(shè)定一個(gè)預(yù)期的方向，即該電路的作用是什么，能夠到達(dá)什么指標(biāo)，完成什么功能。功能測試主要就是檢測制造出來的集成電路是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)要求。該測試一般會(huì)在直流和交流測試合格后進(jìn)行，它是根據(jù)電路應(yīng)用層面的要求，結(jié)合電路本身的特性，模擬實(shí)際使用條件對被測件進(jìn)行測試。該測試主要通過兩種手段來完成：①通過對應(yīng)用環(huán)境的分析，模仿出真實(shí)的輸入信號(hào)，將信號(hào)通過輸入端進(jìn)入被測件，在規(guī)定的條件下檢測輸出信號(hào)是否達(dá)到預(yù)期值。②在實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)中將原先同款電路取下，安裝上被測電路，檢測該系統(tǒng)能否正常工作，能否滿足原先的運(yùn)行條件。以上兩種方式在實(shí)際的工程應(yīng)用中經(jīng)常被用到，也成為評(píng)價(jià)集成電路能否滿足系統(tǒng)需要的常規(guī)手段。

2.2.2 集成電路測試按種類分類主要包括研發(fā)測試、功能測試、驗(yàn)證測試、生產(chǎn)測試

（1）研發(fā)測試。研發(fā)測試主要是驗(yàn)證設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性和符合性，這類測試往往對測試的準(zhǔn)確性和參數(shù)的覆蓋性提出很高的要求，意在驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否到達(dá)要求，該測試結(jié)果會(huì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員對電路進(jìn)行優(yōu)化。該測試通常包含直流參數(shù)和交流參數(shù)的測試，相較于生產(chǎn)測試來說該測試更復(fù)雜、更全面、費(fèi)用也更高。

（2）功能測試。功能測試在驗(yàn)證設(shè)計(jì)過程是非常重要的環(huán)節(jié)，一般會(huì)安排研發(fā)測試完成后進(jìn)行，主要針對的是電路實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行監(jiān)測，這項(xiàng)測試需要工程師對應(yīng)用條件非常熟悉，需要大量的應(yīng)用測試向量，以便檢測出更多的故障。

（3）驗(yàn)證測試。驗(yàn)證測試是在研發(fā)測試完成，產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期后進(jìn)行的。該測試的主要目的是進(jìn)行參數(shù)及可靠性的小批量驗(yàn)證，考察電路的一致性和可靠性能否達(dá)到批量供貨的要求。在實(shí)際工程應(yīng)用中通常需要進(jìn)行3個(gè)不連續(xù)的生產(chǎn)批進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證的主要內(nèi)容是電參數(shù)測試及相關(guān)可靠性試驗(yàn)，其中可靠性試驗(yàn)的要求是根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境的質(zhì)量等級(jí)來確定的，通常的試驗(yàn)有高溫存貯、溫度循環(huán)（TC）、HAST、UHAST等等，試驗(yàn)完成后會(huì)對產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)測試，以評(píng)估產(chǎn)品的可靠性是否達(dá)標(biāo)。驗(yàn)證測試對于集成電路的批量供應(yīng)有著極其重要的作用，它可以有效避免產(chǎn)品在批量生產(chǎn)及使用過程中出現(xiàn)大比例失效，是產(chǎn)品工程化、量產(chǎn)化前不可缺少的一部分[4]。

（4）生產(chǎn)測試。一般情況下，集成電路在完成設(shè)計(jì)、研發(fā)測試、驗(yàn)證測試后會(huì)投入生產(chǎn)，生產(chǎn)過程就會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)測試，生產(chǎn)測試通常包含晶圓探針測試（CP）和成品終測（FT）兩個(gè)部分，晶圓測試主要目的是在封裝前剔除不合格的電路，以降低生產(chǎn)成本，同時(shí)相對于成品終測來說，晶圓測試更容易實(shí)現(xiàn)高低溫測試，能夠有效剔除高低溫失效的產(chǎn)品。成品終測是集成電路生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，它的主要目的剔除生產(chǎn)過程中的所有不良品，以保證產(chǎn)品的出貨質(zhì)量。一般來說該環(huán)節(jié)測試是以常溫參數(shù)測試為主，在特殊情況下會(huì)加入高低溫測試及功能測試，但同時(shí)會(huì)帶來測試成本的大幅度提高。另外考慮到生產(chǎn)成本、產(chǎn)出效率、量產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)性等因素，生產(chǎn)測試相對于研發(fā)和驗(yàn)證測試來說測試參數(shù)會(huì)有一定刪減，它的主要目的是完成產(chǎn)品的有效檢出。在實(shí)際工程應(yīng)用中通常會(huì)對參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，找出關(guān)鍵參數(shù)作為判據(jù)，在保證有效性的情況下提高測試效率。

3 集成電路測試流程

集成電路的測試流程一般為：測試需求、測試準(zhǔn)備、測試過程、測試結(jié)論。測試需求階段，需要提前確定好產(chǎn)品的測試內(nèi)容，一般情況下包括產(chǎn)品的功能介紹、測試參數(shù)、質(zhì)量等級(jí)等。測試準(zhǔn)備階段，主要是了解、消化測試需求，制定測試方案，并根據(jù)測試參數(shù)確定測試平臺(tái)，搭建測試系統(tǒng)等。測試過程階段，主要是根據(jù)測試方案在選定的測試平臺(tái)上開展測試工作，在測試過程中隨著測試的深入、問題的暴露可能會(huì)涉及到方案更改、平臺(tái)更換等工作。測試結(jié)論階段，主要是根據(jù)測試結(jié)果對被測件進(jìn)行評(píng)估，找出被測件測試結(jié)果與設(shè)計(jì)值不符合的原因，診斷出故障點(diǎn)，與設(shè)計(jì)人員配合改進(jìn)。

4 集成電路測試平臺(tái)

4.1 分立式儀表測試平臺(tái)

集成電路測試中的分立式儀表測試平臺(tái)主要是指用臺(tái)式分立儀器搭建的測試系統(tǒng)，它主要用于電路的研發(fā)測試和功能測試，其作用是驗(yàn)證電路的性能指標(biāo)。它的特點(diǎn)為：（1）高精度及高穩(wěn)定性。高精度的測量能力能夠全面真實(shí)的反映出電路性能，高穩(wěn)定性的測量能力能夠?qū)崿F(xiàn)測試結(jié)果的重復(fù)性。（2）測量功能覆蓋面廣。每臺(tái)分立式儀器都是根據(jù)某一方面的指標(biāo)來做測試分析的，它們能夠非常全面的測量某一方面的所有參數(shù)。例如：頻譜儀就是針對電路的頻域參數(shù)進(jìn)行測試，它的參數(shù)覆蓋性非常好。當(dāng)幾臺(tái)不同功能的設(shè)備搭建成一套完整的測試平臺(tái)后，該電路的所有技術(shù)指標(biāo)都能進(jìn)行完整的評(píng)測。（3）平臺(tái)架構(gòu)靈活。正是因?yàn)槭欠至⑹絻x表，這種平臺(tái)的搭建非常靈活，任意設(shè)備都可以相互組合，實(shí)現(xiàn)不同需求的測試分析。

以上特點(diǎn)主要針對研發(fā)測試，如果作為量產(chǎn)測試，其最大弊端就是測試效率低。在滿足一定高精度的測量要求下，響應(yīng)速度較慢，再加上分立設(shè)備的傳輸協(xié)議屬于異構(gòu)平臺(tái)，只能采用較低速率的傳輸協(xié)議，無法滿足高效率批量生產(chǎn)的需要。同時(shí)，由于設(shè)備精度高功能覆蓋面廣，售價(jià)都非常昂貴，生產(chǎn)成本無法接受。

4.2 ATE測試平臺(tái)

集成電路的ATE測試平臺(tái)是指專用的自動(dòng)化測試設(shè)備，它主要用于集成電路的批量化、大規(guī)模生產(chǎn)，其作用是在保證一定測試精度的情況下快速的完成電路的測試，傳統(tǒng)的測試平臺(tái)依靠機(jī)架堆疊臺(tái)式儀器大量的手動(dòng)測試程序，但對于大批量生產(chǎn)測試來說，使用整套昂貴的測試設(shè)備來完成ATE，其測試效率及測試成本是它最大的缺點(diǎn)。在構(gòu)建測試平臺(tái)時(shí)，不僅考慮只針對單一產(chǎn)品測試，還需考慮測試平臺(tái)覆蓋其他類型的產(chǎn)品，從而構(gòu)建一個(gè)通用的、高復(fù)用度的測試平臺(tái)。因此最佳的系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)透過通用統(tǒng)一測試平臺(tái)，可快速部署到生產(chǎn)的測試系統(tǒng)，同時(shí)密切監(jiān)測測試吞吐量和產(chǎn)量，更快的測試速度意味著產(chǎn)量的提高[5]。

測試軟件需要采用一款可立即執(zhí)行的測試管理軟件，更快地開發(fā)自動(dòng)測試和驗(yàn)證系統(tǒng)，測試序列可以指定執(zhí)行流、生成測試報(bào)告、進(jìn)行數(shù)據(jù)庫記錄，并可借助易用的操作界面，在生產(chǎn)中部署測試系統(tǒng)。

根據(jù)以上依據(jù)，考慮測量準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、效率以及測試成本等多方面，目前業(yè)內(nèi)PXI測試平臺(tái)是基于模塊化的硬件平臺(tái)，通過軟件來定義硬件的功能，保證系統(tǒng)的擴(kuò)展性和升級(jí)要求，從而保證測試成本的節(jié)約。該平臺(tái)包括矢量信號(hào)收發(fā)儀VST，基于向量的數(shù)字儀器，高精度SMU源測量單元等高精度儀器等。可覆蓋從插入損耗、隔離度到諧波、IP3、開關(guān)時(shí)間等多種指標(biāo)測試，極大提升了測試覆蓋率，同時(shí)，提高了測試速度，保證了測試產(chǎn)量。運(yùn)用LabVIEW軟件對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)控和控制，并可根據(jù)批量測試數(shù)據(jù)進(jìn)行問題分析。此測試平臺(tái)構(gòu)建一個(gè)通用的、高復(fù)用度的測試平臺(tái)，提高了測試設(shè)備的利用率和使用率。

5 結(jié)論

由于現(xiàn)在電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，作為產(chǎn)業(yè)鏈上下游的技術(shù)支持，也會(huì)推動(dòng)集成電路測試技術(shù)的發(fā)展。集成電路主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通信、電力電子、個(gè)人身份識(shí)別和互聯(lián)網(wǎng)等各個(gè)領(lǐng)域。集成電路測試技術(shù)作為一個(gè)前端的技術(shù)。對于其他的科技具有影響，能夠推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展。

由于集成電路的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，專業(yè)和多樣化，制作工藝也非常的繁瑣復(fù)雜。這就會(huì)導(dǎo)致集成電路會(huì)存在某些缺陷，從而隨時(shí)都有可能出現(xiàn)故障。所以在集成電路的設(shè)計(jì)制造階段，應(yīng)該運(yùn)用集成電路的測試技術(shù)。通過集成電路的測試把那些殘次品淘汰，推動(dòng)電子產(chǎn)品的高質(zhì)量發(fā)展。