付 裕 ，徐永琪

（1.江西省機(jī)械高級(jí)技工學(xué)校（江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院），江西 南昌 330013；2.南昌縣中等專業(yè)學(xué)校，江西 南昌 330052）

0 引言

集成電路是國家的支柱性產(chǎn)業(yè)，是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量，不僅對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)生活至關(guān)重要，而且對(duì)保障國家信息安全與提升綜合國力具有戰(zhàn)略性意義[1-3]。

集成電路核心產(chǎn)業(yè)鏈主要包括IC 設(shè)計(jì)、IC 制造、IC 封裝測(cè)試三大領(lǐng)域，其中，測(cè)試是保證產(chǎn)品良率和成本管理的重要環(huán)節(jié)[4-5]。隨著半導(dǎo)體制造工藝要求的提升，測(cè)試環(huán)節(jié)在半導(dǎo)體制造過程中的地位也進(jìn)一步提升。從產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)來看，集成電路測(cè)試主要包括設(shè)計(jì)驗(yàn)證、晶圓檢測(cè)和成品測(cè)試[6-8]。本文所指的測(cè)試是成品測(cè)試，成品測(cè)試是在芯片封裝后按照測(cè)試規(guī)范對(duì)電路成品進(jìn)行全面的電路性能檢測(cè)，目的是挑選出合格的成品芯片，保障芯片在任何環(huán)境下都可以維持設(shè)計(jì)規(guī)格書上所預(yù)期的功能及性能，避免不合格的芯片流入市場(chǎng)[9-10]。對(duì)于數(shù)字芯片來說，在投入市場(chǎng)前對(duì)芯片性能進(jìn)行測(cè)試是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文以74HC138 為例，詳細(xì)描述了基于LK8820 平臺(tái)的芯片開短路測(cè)試和輸入高低電平電流測(cè)試的方案設(shè)計(jì)。

1 LK8820測(cè)試平臺(tái)介紹

LK8820 集成電路開發(fā)教學(xué)平臺(tái)由控制系統(tǒng)、接口與通信模塊、參考電壓與電壓測(cè)量模塊、四象限電源模塊、數(shù)字功能管腳模塊、模擬功能模塊、模擬開關(guān)與時(shí)間測(cè)量模塊組成，可實(shí)現(xiàn)集成電路芯片測(cè)試、板級(jí)電路測(cè)試、電子技術(shù)學(xué)習(xí)與電路輔助設(shè)計(jì)。平臺(tái)的工控系統(tǒng)通過USB3.0 接口與通信模塊（CM 板）連接，CM 板通過數(shù)據(jù)總線與其他五個(gè)模塊連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。用戶可依據(jù)測(cè)試需求，設(shè)計(jì)測(cè)試電路，編寫測(cè)試程序來實(shí)現(xiàn)測(cè)試目的。

2 待測(cè)芯片介紹

74HC138 是一款高速CMOS 器件，74HC138 引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138譯碼器可接受三位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（C、B 和A），并提供8 個(gè)互斥的低有效輸出（Y0 至Y7）。74HC138芯片引腳圖如圖1所示。

圖1 74HC138芯片引腳圖

3 74HC138芯片測(cè)試電路設(shè)計(jì)與搭建

3.1 74HC138芯片連接圖

根據(jù)測(cè)試任務(wù)要求和LK8820 測(cè)試機(jī)硬件資源，74HC138 測(cè)試電路需能滿足開短路測(cè)試、輸入高低電平電流測(cè)試要求，74HC138 引腳與LK8820 測(cè)試接口的連接如圖2所示。

圖2 74HC138引腳與LK8820測(cè)試接口的連接圖

3.2 測(cè)試電路搭建

根據(jù)上述的芯片測(cè)試電路連接圖，完成測(cè)試板電路的連接。測(cè)試板焊接裝配完成后和測(cè)試機(jī)掛盒連接，如圖3所示。

圖3 測(cè)試電路搭建圖

4 基于LK8820 平臺(tái)的74HC138 芯片測(cè)試程序設(shè)計(jì)

4.1 開短路測(cè)試工作原理

開短路測(cè)試是對(duì)芯片管腳內(nèi)部對(duì)地或?qū)CC 是否出現(xiàn)開路或短路的一種測(cè)試方法，是基于產(chǎn)品本身管腳的ESD防靜電保護(hù)二極管的正向?qū)▔航翟磉M(jìn)行的測(cè)試。通常，可以進(jìn)行開短路測(cè)試的器件管腳對(duì)地或者對(duì)電源端都有ESD保護(hù)二極管，利用二極管正向?qū)ǖ奶匦跃涂梢耘袆e該管腳的通斷情況。

74HC138 芯片對(duì)地開短路測(cè)試通過在芯片被測(cè)引腳施加-100 μA 電流，測(cè)量被測(cè)引腳的電壓值。若測(cè)量得出的被測(cè)引腳電壓在-1.2 V~-0.3 V之間，則表示74HC138芯片是良品；若測(cè)量得出的被測(cè)引腳電壓值為0 V，則說明74HC138被測(cè)引腳與地之間有短路；若測(cè)量電壓為一個(gè)比較大的負(fù)值，則表示74HC138芯片內(nèi)部電路有開路，一般是在被測(cè)引腳附近。

4.1.1 開短路測(cè)試流程

74HC138芯片的開短路測(cè)試流程如下：

1）通過_reset()函數(shù)對(duì)LK8820 集成電路測(cè)試機(jī)的測(cè)試接口進(jìn)行復(fù)位；

2）通過_wait()函數(shù)延時(shí)等待一段時(shí)間，通常延時(shí)5 ms；

3）通過_on_vpt()函數(shù)選擇電源通道和電流擋位，并設(shè)置電壓。這里是通過電源通道1 向VCC 引腳施加0 V電壓；

4）通過_pmu_test_iv()函數(shù)向被測(cè)引腳提供-100 μA電流，測(cè)量被測(cè)引腳的電壓值；

5）通過para.Format()函數(shù)將存放在緩存區(qū)中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示到輸出界面參數(shù)行對(duì)應(yīng)的結(jié)果欄中。

4.1.2 開短路測(cè)試程序設(shè)計(jì)

LK8820 測(cè)試機(jī)提供測(cè)試專用函數(shù)，根據(jù)測(cè)試機(jī)提供的程序包和庫函數(shù)，在自動(dòng)生成的74HC138 測(cè)試程序中，添加引腳定義、編寫74HC138 開短路測(cè)試程序。

4.2 輸入高低電平電流工作原理

在芯片開短路測(cè)試之后，需對(duì)芯片的輸入引腳進(jìn)行漏電流測(cè)試，這樣可以盡早發(fā)現(xiàn)輸入引腳是否存在結(jié)構(gòu)問題，這可以為后面芯片的功能測(cè)試做好準(zhǔn)備。

輸入低電平電流IIL 測(cè)試是指在驅(qū)動(dòng)電壓為低電平VIL 時(shí)流入器件的電流。在進(jìn)行輸入低電平電流IIL 測(cè)試時(shí)，首先給74HC138 電源端口VCC 提供電源，然后向輸入引腳施加低電平電壓，測(cè)試此時(shí)輸入引腳對(duì)應(yīng)的電流。同理，對(duì)輸入高電平IIH 測(cè)試時(shí)，也需先對(duì)電源引腳供電，然后測(cè)試輸入引腳在施加高電平電壓時(shí)的電流。

4.2.1 輸入低電平電流測(cè)試流程

74HC138 芯片輸入低電平電流的測(cè)試流程如下：

1）通過_on_vpt( )函數(shù)選擇電源通道和電流擋位，并設(shè)置電壓。這里是通過電源通道1 向VCC 引腳施加5 V 電壓，電流擋位選擇1；

2）通過_pmu_test_vi( )函數(shù)向輸入引腳提供電壓測(cè)試引腳電流值；這里使用電源通道2 對(duì)PIN 腳施加0 V 電壓，使用10 μA 擋測(cè)量流過輸入PIN 腳的電流，并將返回值賦給參數(shù)IIL。

3）通過para.Format()函數(shù)將存放在緩存區(qū)中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在輸出界面參數(shù)行對(duì)應(yīng)的結(jié)果欄中。

4.2.2 輸入高電平電流測(cè)試流程

74HC138 芯片輸入高電平電流的測(cè)試流程如下：

1）通過_on_vpt( )函數(shù)選擇電源通道和電流擋位，并設(shè)置電壓。這里是通過電源通道1 向VCC 引腳施加5 V 電壓，電流擋位選擇1。

2）通過_pmu_test_vi( )函數(shù)向輸入引腳提供電壓測(cè)試引腳電流值；這里使用電源通道2 對(duì)PIN 腳施加5 V 電壓，使用10 μA 擋測(cè)量流過輸入PIN 腳的電流，并將返回值賦給參數(shù)IIH。

3）通過para.Format( )函數(shù)將存放在緩存區(qū)中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在輸出界面參數(shù)行對(duì)應(yīng)的結(jié)果欄中。

4.2.3 輸入高低電平電流測(cè)試程序設(shè)計(jì)

根據(jù)前面的測(cè)試流程分析，編寫74HC138 輸入高低電平電流測(cè)試程序，如下所示。

4.3 修改Parameter List.xlsx文件

根據(jù)測(cè)試要求，對(duì)Parameter List.xlsx 文件進(jìn)行修改，參數(shù)名稱要和程序中的一致。74HC138 芯片開短路測(cè)試程序?qū)?yīng)的Parameter List.xlsx 文件如表1 所示。

表1 74HC138芯片開短路測(cè)試程序?qū)?yīng)的Parameter List.xlsx文件

5 測(cè)試結(jié)果

74HC138 開短路測(cè)試程序編寫完后，需進(jìn)行編譯。若編譯發(fā)生錯(cuò)誤，要進(jìn)行分析檢查，直至編譯成功為止。編譯成功后，在測(cè)試機(jī)外掛盒上插入測(cè)試板卡，進(jìn)入上位機(jī)軟件載入測(cè)試程序運(yùn)行結(jié)果，待測(cè)的引腳開短路測(cè)試結(jié)果都在允許范圍內(nèi)，結(jié)果如表2所示。

表2 引腳開短路測(cè)試結(jié)果

6 小結(jié)

本文提供了一種數(shù)字芯片對(duì)地開短路測(cè)試、輸入高低電平測(cè)試方法，利用LK8820 測(cè)試平臺(tái)對(duì)74HC138 芯片引腳進(jìn)行開短路測(cè)試和輸入高低電平測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果來看，14 個(gè)引腳的對(duì)地開短路測(cè)試結(jié)果都在允許的范圍內(nèi)，異常數(shù)為0；6 個(gè)輸入引腳的輸入高電平測(cè)試結(jié)果和輸入低電平測(cè)試結(jié)果均在有效值范圍內(nèi)，異常數(shù)為0，驗(yàn)證了本文所研究的數(shù)字芯片開短路測(cè)試和輸入高低電平測(cè)試方案的有效性。此外，該方法也適用于其他數(shù)字芯片的開短路測(cè)試和輸入高低電平測(cè)試。