王兵，王美娟，汪芳

（無(wú)錫力芯微電子股份有限公司，江蘇無(wú)錫，214028）

0 引言

集成電路測(cè)試是集成電路產(chǎn)業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，測(cè)試的本質(zhì)是篩選參數(shù)合格的電路，在當(dāng)今電路更新?lián)Q代速度越來(lái)越快的前提下，測(cè)試中的數(shù)據(jù)的保存、分析就顯得越發(fā)重要[1]，在電路研發(fā)前期，為了節(jié)約成本，通常會(huì)采用多項(xiàng)目晶圓(Multi Project Wafer，MPW) 和 工程批(Engineering Lot)來(lái)流片。在這些項(xiàng)目中，早期的測(cè)試數(shù)據(jù)能直觀反映出電路潛在的問(wèn)題，可以得出電路的指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)是否留有足夠工藝裕量、工藝窗口選擇是否最合適，是改版或優(yōu)化的必要一環(huán)。

在集成電路量產(chǎn)過(guò)程中，測(cè)試數(shù)據(jù)同樣重要，流片工藝參數(shù)的微小波動(dòng)，封裝工藝的細(xì)微改變等諸多環(huán)節(jié)都會(huì)影響到成品率，進(jìn)而影響電路的品質(zhì)，此時(shí)通過(guò)早期的測(cè)試數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)出SBL(Statistical Bin Limit，統(tǒng)計(jì)分類限度)[2]，CTQ(Critical-to-quality，品質(zhì)關(guān)鍵點(diǎn)，集成電路測(cè)試中也叫關(guān)鍵失效項(xiàng))、CPK(Complex Process Capability Index，制程能力指數(shù))[3]等參數(shù)，可以提前發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的環(huán)節(jié)，從而采取相應(yīng)的改善措施，避免再出現(xiàn)大批量的失效和潛在的質(zhì)量事故。

隨著集成電路應(yīng)用的日益廣泛，其類別及需求量也與日俱增，通用的測(cè)試機(jī)往往不能滿足特定芯片充分測(cè)試功能及參數(shù)的需求，另外也有測(cè)試工廠由于擴(kuò)產(chǎn)需求而自行開發(fā)測(cè)試機(jī)，基于這些需求，很多以MCU 和FPGA 等嵌入式系統(tǒng)為核心的測(cè)試方案在測(cè)試中得到應(yīng)用[4]。與商用ATE 不同，定制的嵌入式的測(cè)試系統(tǒng)一般不能保存測(cè)試數(shù)據(jù)。所以本文以LabVIEW 為平臺(tái)開發(fā)了用于嵌入式測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳顯示以及保存程序，解決了嵌入式測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸和保存問(wèn)題，方便了后續(xù)對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。

1 硬件設(shè)計(jì)方案

由于目前常用的計(jì)算機(jī)（PC）基本取消了RS232 接口，取而代之的都是USB 接口，USB 接口支持熱插拔，提高了使用便利性，所以這里使用USB 虛擬串口[5]芯片F(xiàn)T232RL[6]，將RS232 的信號(hào)轉(zhuǎn)換成USB 信號(hào)，通過(guò)USB線纜來(lái)傳輸測(cè)試數(shù)據(jù)。FT232RL 為FTDI 生產(chǎn)的專用接口轉(zhuǎn)換芯片，可以實(shí)現(xiàn)USB 到串行UART 接口的雙向轉(zhuǎn)換，利用USB 接口具有的即插即用和熱插拔的能力可以給RS232設(shè)備提供非常容易使用的環(huán)境，另外FT232RL 通訊波特率(Baud Rate)在RS232 模式下高達(dá)3Mbps 的傳輸速率，完全符合測(cè)試數(shù)據(jù)的上傳需求。

在本設(shè)計(jì)中， 嵌入式測(cè)試板的主控器MCU 為ATMEGA2560，使用其USART0 接口作為數(shù)據(jù)傳輸接口，綜合考慮長(zhǎng)線纜情況下的數(shù)據(jù)傳輸速度以及傳輸誤碼率，將數(shù)據(jù)波特率設(shè)定為115200bps，同時(shí)MCU 主時(shí)鐘為7.3728MHz的晶振，是傳輸波特率115200bps 的64 倍，為整數(shù)分頻，能進(jìn)一步減少波特率誤差，從而減少數(shù)據(jù)傳輸誤碼率[7]。

FT232RL 接口芯片的連接見(jiàn)圖1 即本設(shè)計(jì)的硬件線路圖。 其 中VCC 由USB 中5V 電 源 供 電，USBDM 和USBDP為USB 差分信號(hào)管腳。FT232RL 的TXD 發(fā)送端連接MCU的RXD 接 收 端，F(xiàn)T232RL 的RXD 接 收 端 連 接MCU 的TXD發(fā)送端。

圖1 硬件線路圖

FT232RL 運(yùn)行需要安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，安裝好驅(qū)動(dòng)后，當(dāng)FT232RL 連接到PC 后，PC 會(huì)顯示相應(yīng)的串口號(hào)如COM4。

2 軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

對(duì)于集成電路測(cè)試系統(tǒng)而言，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)有兩個(gè)關(guān)鍵需求：一是要能實(shí)時(shí)顯示各項(xiàng)測(cè)試參數(shù)、良率以及失效分布統(tǒng)計(jì)。二是要能按照一定數(shù)據(jù)格式保存測(cè)試數(shù)據(jù)，以便后續(xù)詳細(xì)分析。根據(jù)以上兩點(diǎn)需求，本文設(shè)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)上傳和保存程序，總體上可以分為兩部分：即數(shù)據(jù)顯示用戶界面(User Interface，UI)和后臺(tái)數(shù)據(jù)處理程序。圖2 為本項(xiàng)目的整體程序框圖。

圖2 整體程序框圖

■2.1 VISA 串口相關(guān)函數(shù)設(shè)置

本設(shè)計(jì)中使用的LabVIEW 中的VISA 串口[8]函數(shù)包括：VISA 串口配置函數(shù)、VISA 串口讀取函數(shù)和VISA 串口關(guān)閉函數(shù)。這里初始化設(shè)置串口參數(shù)：串口資源選擇、波特率為115200bps，啟用終止符(即接收到“ ”就停止接收串口數(shù)據(jù))，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，串口超時(shí)設(shè)置為10 秒鐘，VISA 讀取函數(shù)的緩沖區(qū)設(shè)置為3000Bytes.這里需要注意的是當(dāng)PC端運(yùn)行程序前，需要選擇FT232RL 安裝驅(qū)動(dòng)后所對(duì)應(yīng)的串口號(hào)。圖3 為VISA 串口配置。

圖3 VISA 串口配置

■2.2 數(shù)據(jù)保存路徑設(shè)置

在集成電路測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試數(shù)據(jù)的保存路徑尤為重要，需要存放到指定服務(wù)器的特定文件夾中，以方便有權(quán)限的測(cè)試人員、質(zhì)量人員調(diào)閱和分析，這時(shí)就對(duì)數(shù)據(jù)存放路徑有一定要求。圖4 中，path 控件中可以輸入數(shù)據(jù)存放路徑，舉例來(lái)說(shuō)，按照存放路徑，在當(dāng)前文件夾下存放名稱為ET6282_ET6280 DATA LOG20230508090947_001.xls，其中包含的年月日時(shí)分秒信息獲取自操作系統(tǒng)，這樣就可以追溯這批電路的測(cè)試的具體時(shí)間，測(cè)試數(shù)據(jù)保存為EXCEL 能打開的.xls 格式。

圖4 數(shù)據(jù)存放路徑設(shè)置

■2.3 數(shù)據(jù)解析模塊

數(shù)據(jù)解析的核心模塊為L(zhǎng)abVIEW 中的字符串匹配函數(shù)，可以取出字符串?dāng)?shù)據(jù)流中字符串前后等特定位置的字符串片段。

圖5 為數(shù)據(jù)解析模塊以及解析后的效果圖，圖中字符串輸入控件為字符串?dāng)?shù)據(jù)流輸入，項(xiàng)目控件為測(cè)試項(xiàng)匹配輸入，字符串?dāng)?shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)字符串匹配1 函數(shù)后，取出項(xiàng)目關(guān)鍵字后的字符串，“=”號(hào)為等于號(hào)匹配，經(jīng)過(guò)字符串匹配2 函數(shù)后，進(jìn)一步取出等于號(hào)后的字符串。單位控件為測(cè)試項(xiàng)單位匹配，經(jīng)過(guò)字符串匹配3 函數(shù)后，最終取出測(cè)試項(xiàng)單位前的字符串，也就是數(shù)值所對(duì)應(yīng)的字符串。而圖中的項(xiàng)目名稱輸入控件為將要保存到EXCEL 文檔的項(xiàng)目名稱。

圖5 數(shù)據(jù)解析模塊及其解析效果圖

圖5 中的實(shí)際數(shù)據(jù)解析模塊運(yùn)行效果圖，可以看到該程序成功從字符串?dāng)?shù)據(jù)流中解析出具體測(cè)試項(xiàng)目的數(shù)據(jù)字符串后，利用字符串/數(shù)值轉(zhuǎn)換函數(shù)將字符串轉(zhuǎn)換為具體數(shù)值。

關(guān)于測(cè)試中不同失效BIN 的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)超出規(guī)范上下限后，輸出帶有ERROR 關(guān)鍵字的錯(cuò)誤信息，如：ERROE:IDD = 10.596μA，解析程序首先匹配ERROR 的關(guān)鍵字，再匹配到后面的失效項(xiàng)IDD，同時(shí)IDD 所在的BIN號(hào)會(huì)增加一，這樣就完成了BIN 的分類和統(tǒng)計(jì)，同時(shí)FAIL的統(tǒng)計(jì)也會(huì)加一。當(dāng)測(cè)試完成后，會(huì)自動(dòng)顯示各個(gè)BIN 的失效數(shù)以及成品率數(shù)據(jù)。

■2.4 數(shù)據(jù)保存程序

數(shù)據(jù)保存程序也是本設(shè)計(jì)的重要功能，如圖6 所示，這里使用LabVIEW 中VI 函數(shù)寫入測(cè)量文件作為核心，將測(cè)試數(shù)據(jù)寫入如EXCEL文件。合并信號(hào)函數(shù)的作用是將不同的測(cè)試參數(shù)合并后按照順序傳遞到寫入測(cè)量函數(shù)，然后按照項(xiàng)目、測(cè)試序號(hào)寫入文件中。而注釋輸入根據(jù)測(cè)試結(jié)果寫入PASS或者FAIL。圖6 為實(shí)際的數(shù)據(jù)保存效果圖，截取了測(cè)試數(shù)據(jù)的一部分。實(shí)際測(cè)試為了節(jié)省測(cè)試時(shí)間，測(cè)試模式為FAILSTOP 模式，即有一項(xiàng)失效就停止測(cè)試，輸出FAIL 信號(hào)，后續(xù)保存的數(shù)據(jù)都為零。

圖6 數(shù)據(jù)保存相關(guān)程序

3 系統(tǒng)運(yùn)行效果

軟件實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果見(jiàn)圖7 和圖8所示，圖7 為程序?qū)嶋H執(zhí)行后的數(shù)據(jù)顯示界面。顯示界面用于實(shí)時(shí)顯示電路各個(gè)測(cè)試項(xiàng)的具體值，方便調(diào)試以及監(jiān)控測(cè)試數(shù)據(jù)，包括測(cè)試數(shù)據(jù)存放路徑設(shè)置以及存放路徑顯示、VISA 串口資源選擇、PASS/FAIL 結(jié)果顯示、測(cè)試良率統(tǒng)計(jì)、失效BIN 統(tǒng)計(jì)，以及各測(cè)試項(xiàng)的實(shí)際測(cè)試數(shù)值顯示。

圖7 數(shù)據(jù)顯示界面實(shí)際效果圖

圖8 實(shí)際數(shù)據(jù)保存效果

圖8 則為EXCEL 數(shù)據(jù)保存的結(jié)果，可以看到數(shù)據(jù)按照各項(xiàng)參數(shù)分類保存，同時(shí)失效的顯示相應(yīng)的失效BIN 號(hào)以及標(biāo)注了PASS 和FAIL 的測(cè)試結(jié)果，達(dá)到了測(cè)試數(shù)據(jù)保存的要求。

4 總結(jié)

本文介紹了一種基于LabVIEW 的集成電路測(cè)試數(shù)據(jù)上傳與保存方法，并開發(fā)了數(shù)據(jù)保存及上傳系統(tǒng)，已經(jīng)用于多種點(diǎn)陣LED 驅(qū)動(dòng)電路的批量測(cè)試。 該系統(tǒng)極大方便了收集上傳和保存數(shù)據(jù)，有助于工程師分析測(cè)試數(shù)據(jù)。尤其是一些關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化了測(cè)試中各項(xiàng)參數(shù)中的上下限的設(shè)定，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，并將偏離中心值的電路批次，首先反饋到設(shè)計(jì)工程師，設(shè)計(jì)工程師在更新改版時(shí)，詳細(xì)考慮設(shè)計(jì)裕量，或者優(yōu)化電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使相關(guān)參數(shù)指標(biāo)收斂到更小的范圍，提高產(chǎn)品性能。同時(shí)可以將異常數(shù)據(jù)批次反饋到流片工廠和封裝廠，促進(jìn)流片工廠完善PCM 參數(shù)的監(jiān)控、促進(jìn)封裝廠改進(jìn)封裝工藝，全面提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低客戶端的失效率，提高了客戶滿意度。同時(shí)，這款軟件與嵌入式測(cè)試系統(tǒng)一起批量使用，很好的替代了測(cè)試費(fèi)用昂貴的ATE 測(cè)試系統(tǒng)，降低了集成電路測(cè)試成本的同時(shí)也極大的方便了測(cè)試數(shù)據(jù)的保存與分析。