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芯片測(cè)試科普

    給大家說(shuō)說(shuō)芯片測(cè)試相關(guān)。1測(cè)試在芯片產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上的位置如下面這個(gè)圖表，一顆芯片最終做到終端產(chǎn)品上，一般需要經(jīng)過(guò)芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、晶圓測(cè)試、封裝、成品測(cè)試、板級(jí)封裝等這些環(huán)節(jié)。在整個(gè)價(jià)值鏈中，芯片公司需要主導(dǎo)的環(huán)節(jié)主要是芯片設(shè)計(jì)和測(cè)試，其余的環(huán)節(jié)都可以由相應(yīng)的partner來(lái)主導(dǎo)或者完成。 圖（1）2測(cè)試如何體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中 下圖表示的是設(shè)計(jì)公司在進(jìn)行一個(gè)新的項(xiàng)目的時(shí)候的一般流程，從市場(chǎng)需求出發(fā)，到產(chǎn)品tape out進(jìn)行制造，包含了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)，到最后開始投入制造。最下面一欄標(biāo)注了各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中對(duì)于測(cè)試的相關(guān)考慮，從測(cè)試架構(gòu)、測(cè)試邏輯設(shè)計(jì)、測(cè)試模式產(chǎn)生、到各種噪聲/延遲/失效模式綜合、進(jìn)而產(chǎn)生測(cè)試pattern，最后在制造完成后進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而分析失效模式，驗(yàn)證研發(fā)。所以，測(cè)試本身就是設(shè)計(jì)，這個(gè)是需要在最初就設(shè)計(jì)好了的，對(duì)于設(shè)計(jì)公司來(lái)說(shuō)，測(cè)試至關(guān)重要，不亞于電路設(shè)計(jì)本身。 圖（2）設(shè)計(jì)公司主要目標(biāo)是根據(jù)市場(chǎng)需求來(lái)進(jìn)行芯片研發(fā)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要一直考慮測(cè)試相關(guān)的問(wèn)題，主要有下面幾個(gè)原因：1） 隨著芯片的復(fù)雜度越來(lái)越高，芯片內(nèi)部的模塊越來(lái)越多，制造工藝也是越來(lái)越先進(jìn)，對(duì)應(yīng)的失效模式越來(lái)越多，而如何能完整有效地測(cè)試整個(gè)芯片，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要被考慮的比重越來(lái)越多。2） 設(shè)計(jì)、制造、甚至測(cè)試本身，都會(huì)帶來(lái)一定的失效，如何保證設(shè)計(jì)處理的芯片達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，如何保證制造出來(lái)的芯片達(dá)到要求的良率，如何確保測(cè)試本身的質(zhì)量和有效，從而提供給客戶符合產(chǎn)品規(guī)范的、質(zhì)量合格的產(chǎn)品，這些都要求必須在設(shè)計(jì)開始的第一時(shí)間就要考慮測(cè)試方案。3） 成本的考量。越早發(fā)現(xiàn)失效，越能減少無(wú)謂的浪費(fèi)；設(shè)計(jì)和制造的冗余度越高，越能提供最終產(chǎn)品的良率；同時(shí)，如果能得到更多的有意義的測(cè)試數(shù)據(jù)，也能反過(guò)來(lái)提供給設(shè)計(jì)和制造端有用的信息，從而使得后者有效地分析失效模式，改善設(shè)計(jì)和制造良率。 3測(cè)試的各種

對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)，有兩種類型的測(cè)試，抽樣測(cè)試和生產(chǎn)全測(cè)。抽樣測(cè)試，比如設(shè)計(jì)過(guò)程中的驗(yàn)證測(cè)試，芯片可靠性測(cè)試，芯片特性測(cè)試等等，這些都是抽測(cè)，主要目的是為了驗(yàn)證芯片是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，比如驗(yàn)證測(cè)試就是從功能方面來(lái)驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，可靠性測(cè)試是確認(rèn)最終芯片的壽命以及是否對(duì)環(huán)境有一定的魯棒性，而特性測(cè)試測(cè)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)的冗余度。這里我們主要想跟大家分享一下生產(chǎn)全測(cè)的測(cè)試，這種是需要100%全測(cè)的，這種測(cè)試就是把缺陷挑出來(lái)，分離壞品和好品的過(guò)程。這種測(cè)試在芯片的價(jià)值鏈中按照不同階段又分成晶圓測(cè)試和最終測(cè)試（FT，也叫封裝測(cè)試或者成品測(cè)試），就是上面圖（1）中的紅色部分。 測(cè)試相關(guān)的各種名詞：ATE-----------Automatic Test Equipment,自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，是一個(gè)高性能計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備的集合，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的測(cè)試。Tester---------測(cè)試機(jī)，是由電子系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)產(chǎn)生信號(hào)，建立適當(dāng)?shù)臏y(cè)試模式，正確地按順序設(shè)置，然后使用它們來(lái)驅(qū)動(dòng)芯片本身，并抓取芯片的輸出反饋，或者進(jìn)行記錄，或者和測(cè)試機(jī)中預(yù)期的反饋進(jìn)行比較，從而判斷好品和壞品。Test Program---測(cè)試程序，測(cè)試機(jī)通過(guò)執(zhí)行一組稱為測(cè)試程序的指令來(lái)控制測(cè)試硬件DUT-----------Device Under Test,等待測(cè)試的器件，我們統(tǒng)稱已經(jīng)放在測(cè)試系統(tǒng)中，等待測(cè)試的器件為DUT。 晶圓、單顆die和封裝的芯片----如下面圖（3）所示圖（3）Wafer就是晶圓，這個(gè)由Fab進(jìn)行生產(chǎn)，上面規(guī)則地放著芯片（die），根據(jù)die的具體面積，一張晶圓上可以放數(shù)百數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)顆芯片（die）。Package Device就是封裝好的芯片，根據(jù)最終應(yīng)用的需求，有很多種形式，這個(gè)部分由芯片產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的封裝工廠進(jìn)行完成。 測(cè)試系統(tǒng)的基本工作機(jī)制：圖（4） 對(duì)測(cè)試機(jī)進(jìn)行編寫程序，從而使得測(cè)試機(jī)產(chǎn)生任何類型的信號(hào)，多個(gè)信號(hào)一起組成測(cè)試模式或測(cè)試向量，在時(shí)間軸的某一點(diǎn)上向DUT施加一個(gè)測(cè)試向量，將DUT產(chǎn)生的輸出反饋輸入測(cè)試機(jī)的儀器中測(cè)量其參數(shù)，把測(cè)量結(jié)果與存儲(chǔ)在測(cè)試機(jī)中的“編程值”進(jìn)行比較，如果測(cè)量結(jié)果在可接受公差范圍內(nèi)匹配測(cè)試機(jī)中的“編程值”，那么這顆DUT就會(huì)被認(rèn)為是好品，反之則是壞品，按照其失效的種類進(jìn)行記錄。 晶圓測(cè)試(wafer test,或者CP-chip probering)：就是在圖（3）中的晶圓上直接進(jìn)行測(cè)試，下面圖中就是一個(gè)完整的晶圓測(cè)試自動(dòng)化系統(tǒng)。Prober--- 與Tester分離的一種機(jī)械設(shè)備，主要的作用是承載wafer，并且讓wafer內(nèi)的一顆die的每個(gè)bond pads都能連接到probe card的探針上，并且在測(cè)試后，移開之前的接觸，同時(shí)移動(dòng)wafer，換另外的die再一次連接到probe card的探針上，并記錄每顆die的測(cè)試結(jié)果。 圖（４）Probe Card---乃是Tester與wafer上的DUT之間其中一個(gè)連接介面，目的在連接Tester Channel 與待測(cè)DUT。大部分為鎢銅或鈹銅，也有鈀等其他材質(zhì)；材質(zhì)的選擇需要高強(qiáng)度、導(dǎo)電性及不易氧化等特性，樣子如下面圖（5）所示。 圖（5） 當(dāng) probe card 的探針正確接觸wafer內(nèi)一顆 die的每個(gè)bond pads后, 送出start信號(hào)通過(guò)Interface給tester開始測(cè)試, tester完成測(cè)試送回分類訊號(hào) ( End of test) 給Prober, 量產(chǎn)時(shí)必須 tester 與 prober 做連接(docking) 才能測(cè)試。 最終測(cè)試(FT,或者封裝測(cè)試)：就是在圖（3）中的Package Device上進(jìn)行測(cè)試.下圖就是一個(gè)完整的FT的測(cè)試系統(tǒng)。對(duì)比wafer test，其中硬件部分，prober換成了handler，其作用是一樣的，handler的主要作用是機(jī)械手臂，抓取DUT，放在測(cè)試區(qū)域，由tester對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，然后handler再根據(jù)tester的測(cè)試結(jié)果，抓取DUT放到相應(yīng)的區(qū)域，比如好品區(qū)，比如壞品1類區(qū)，壞品2類區(qū)等。 圖（6） 而probe card則換成了load board,其作用是類似的，但是需要注意的是load board上需要加上一個(gè)器件—Socket,這個(gè)是放置package device用的，每個(gè)不同的package種類都需要不同的socket，如下面圖（7）所示，load board上的四個(gè)白色的器件就是socket。 圖（7）Handler 必須與 tester 相結(jié)合(此動(dòng)作叫 mount 機(jī))及接上interface才能測(cè)試, 動(dòng)作為handler的手臂將DUT放入socket，然后 contact pusher下壓, 使 DUT的腳正確與 socket 接觸后, 送出start 訊號(hào), 透過(guò) interface 給 tester, 測(cè)試完后, tester 送回 binning 及EOT 訊號(hào); handler做分類動(dòng)作。4如何進(jìn)行一個(gè)產(chǎn)品的測(cè)試開發(fā)各種規(guī)格書：通常有三種規(guī)格書，設(shè)計(jì)規(guī)格書、測(cè)試規(guī)格書、產(chǎn)品規(guī)格書。設(shè)計(jì)規(guī)格書，是一種包含新電路設(shè)計(jì)的預(yù)期功能和性能特性的定義的文檔，這個(gè)需要在設(shè)計(jì)項(xiàng)目啟動(dòng)階段就要完成，通常由市場(chǎng)和設(shè)計(jì)人員共同完成，最終設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品的實(shí)際功能和性能需要和設(shè)計(jì)規(guī)格書的規(guī)定進(jìn)行比較，以確認(rèn)本次設(shè)計(jì)項(xiàng)目的完成度。測(cè)試規(guī)格書，其中包含詳細(xì)的逐步測(cè)試程序、條件、方法，以充分測(cè)試電路，通常由設(shè)計(jì)人員和產(chǎn)品驗(yàn)證工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中完成。產(chǎn)品規(guī)格書，通常就是叫做datasheet，由設(shè)計(jì)公司對(duì)外發(fā)布的，包含了各種詳細(xì)的規(guī)格、電壓、電流、時(shí)序等信息。 測(cè)試計(jì)劃書：就是test plan,需要仔細(xì)研究產(chǎn)品規(guī)格書，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書來(lái)書寫測(cè)試計(jì)劃書，具體的需要包含下面這些信息：a)DUT的信息，具體的每個(gè)pad或者pin的信息，CP測(cè)試需要明確每個(gè)bond pads的坐標(biāo)及類型信息，F(xiàn)T測(cè)試需要明確封裝類型及每個(gè)pin的類型信息。b)測(cè)試機(jī)要求，測(cè)試機(jī)的資源需求，比如電源數(shù)量需求、程序的編寫環(huán)境、各種信號(hào)資源數(shù)量、精度如何這些，還需要了解對(duì)應(yīng)的測(cè)試工廠中這種測(cè)試機(jī)的數(shù)量及產(chǎn)能，測(cè)試機(jī)費(fèi)用這些。c)各種硬件信息，比如CP中的probe card, FT中的load board的設(shè)計(jì)要求，跟測(cè)試機(jī)的各種信號(hào)資源的接口。d)芯片參數(shù)測(cè)試規(guī)范，具體的測(cè)試參數(shù)，每個(gè)測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試條件及參數(shù)規(guī)格，這個(gè)主要根據(jù)datasheet中的規(guī)范來(lái)確認(rèn)。類型與下面圖（8）這樣 圖（8） e)測(cè)試項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃，規(guī)定了具體的細(xì)節(jié)以及預(yù)期完成日期，做到整個(gè)項(xiàng)目的可控制性和效率。 測(cè)試項(xiàng)目流程：桃芯科技目前量產(chǎn)的是BLE的SOC產(chǎn)品，里面包含了eflash、AD/DA、 LDO/BUCK、RF等很多模塊，為了提供給客戶高品質(zhì)的產(chǎn)品，我們針對(duì)每個(gè)模塊都有詳細(xì)的測(cè)試，下面圖（9）是我們的大概的項(xiàng)目測(cè)試流程：

Open/Short Test: 檢查芯片引腳中是否有開路或短路。

DC TEST: 驗(yàn)證器件直流電流和電壓參數(shù)

Eflash TEST: 測(cè)試內(nèi)嵌flash的功能及性能，包含讀寫擦除動(dòng)作及功耗和速度等各種參數(shù)。

Function TEST: 測(cè)試芯片的邏輯功能。

AC Test: 驗(yàn)證交流規(guī)格，包括交流輸出信號(hào)的質(zhì)量和信號(hào)時(shí)序參數(shù)。

Mixed Signal Test: 驗(yàn)證DUT數(shù)模混合電路的功能及性能參數(shù)。

RF Test: 測(cè)試芯片里面RF模塊的功能及性能參數(shù)。