基于電力網通信芯片的量產測試研究

引言

集成電路測試財是對集成電路或模塊進行檢測，通過測量對于集成電路的輸出響應和預期輸出進行比較，以確定或評估集成電路元器件功能和性能的過程。它是驗證設計、監(jiān)控生產、保證質量、分析失效以及指導應用的重要手段。按測試的目的不同，可將測試分為三類:驗證測試、生產測試和使用測試。本文主要討論的內容是生產測試。生產測試的基本目的是識別有缺陷的芯片，并防止它們流出制造片進入下一級生產過程，以節(jié)約整體成本。

由于集成電路的集成度不斷提高,測試的難度和復雜度也越來越高，當前大規(guī)模集成電路生產測試已經完全依賴于自動測試設備E(AutomaticTestEquipment,ATE)o測試工程師的任務就是根據被測器件(DeviceUnderTest,DUT)的產品規(guī)范(Specification)要求制定測試方案(TestPlan)，并利用ATE的軟、硬件資源對DUT施加激勵信號、收集響應,最后將輸出響應與預期要得到的信號進行對比或計算得出測試結果，最終判斷芯片能否符合最初設計要求以決定出廠或丟棄。測試失效的芯片可收集返回給生產廠家，分析失效原因以提高良率。按照測試方案，將芯片測試分為晶圓測試(中測，也叫CP測試)和封裝測試(成測，也叫FT測試)。其中FT測試也是就芯片成品的最后一次測試，用來保證芯片的出廠品質；而CP測試主要是在芯片量產初期，晶圓良率不高時，為了減少對失效芯片進行封裝的費用而進行的測試，同時CP測試的結果還可以反饋給晶圓廠家進行工藝調整，以提高良率。其ATE的測試程序流程圖如圖1所示。

圖中CP測試程序的三部分Contact.Scan,BIST都與FT測試程序中此三部分一致，不同的是錯誤處理(Faildeal)部分的處理不同。CP測試中DUT是整個晶圓,未通過測試的芯片可以通過打墨點或是機器記錄位置的方式標記出，待晶圓劃片時，把錯誤芯片分類挑出，稱為分BIN。在FT測試中，因為是已經封裝完成的芯片，所以當芯片未通過測試時，直接通過機械手(Handler)將錯誤芯片丟棄或分類。FT測試為了充分利用ATE測試資源，采用了四同測的方式;而CP測試是量產初期過渡項目，為了節(jié)約探針卡制作成本，采用單測方式。

1  項目測試描述

1.1  Contact測試

利用被測管腳與地之間的二極管進行連接性測試。施加電流使二極管導通，正常連接時管腳上的電壓值應為二極管管壓降。如圖2所示互。其管腳與電源之間的連接性測試原理與此相同。

為了防止二極管電壓偏差和電壓測量時的誤差等影響引入不必要的量產損失,在實際測試中的判決電壓值為：對地連接性一I?0.IV,對電源連接性0.1~1V。

1.2  BIST,Scan測試

BIST與Scan的測試方式基本相同，都是對芯片輸入一測試向量然后比對輸出向量的檢測。測試向量(pattern)由后端仿真得出的波形產生(WGL,WaveGenerationLanguage)文件轉換而來。BIST作為普通功能測試，施加激勵，對輸出進行判斷。雖然Scan測試是結構性測試,但對于ATE而言，其測試方法與功能測試并無區(qū)別，只是Scan測試可以較少的測試向量達到較高的測試覆蓋率。ATE功能測試原理如圖3所示。

圖3    ATE功能測試原理

1.3  ADC測試

根據測試方案，使用ATE的模擬波形發(fā)生單元(HLFG)產生一頻率約為132kHz的正弦信號作為DUT的模擬輸入，芯片的數字碼輸出由ATE的DCAP模塊釆樣并保存在內存中。測試程序再對DCAP保存的數據進行FFT分析，計算得到SNR參數，并由SNR的值判斷DUT是否通過A/D測試。A/D測試原理如圖4所示。

圖4    A/D測試原理圖

DCAP在ADC測試中對芯片數字輸出進行采樣時需要一測試向量文件來控制其釆樣時間，主要為了等待HLFG模塊穩(wěn)定工作，以免DUT的輸入不正確導致ADC測試故障。

1.4  D/A測試方法

測試開發(fā)時用程序編寫生成一數字序列作為DAC測試時的輸入向量。按照測試方案該數字序列為2.5MHz采樣132kHz信號，8比特量化。ATE按照此向量文件產生8位數字信號作為待測DAC的輸入,DUT的模擬輸出被ATE的模擬波形采樣模塊(HLFD)釆樣。測試程序對HLFD采樣結果進行FFT運算得到SNR參數，并由SNR的值判斷DUT是否通過DAC測試。其D/A功能測試原理如圖5

所示。

圖5    D/A測試原理圖

2  程序調試及使用中的問題及解決方法

2.1  ADC測試中的時鐘問題

在現(xiàn)場調試ADC測試程序時，程序運行完畢發(fā)現(xiàn)SNR為負值，用ATE的Systemview發(fā)現(xiàn)DCAP已經采樣得到數據，且其頻譜為一單頻點(正弦信號)。

原因分析：從DCAP中數據的頻譜來看，ADC輸入信號為正弦，且采樣得出了正弦序列。同時由于測試程序中是按132kHz處的為信號來計算SNR的,所以可能的結果是計算程序的問題，或者HLFG模塊產生的正弦信號不為132kHz。

使用示波器再次調試后發(fā)現(xiàn)-HLFG模塊的實際輸出頻率為205kHz,而時鐘模塊的輸出時鐘為3.9MHz,并不是預期的2.5MHz。在重新確認時鐘模塊連接、程序配置后，時鐘恢復正常，ADC測試程序通過調試。

2.2  DAC測試的采樣問題

DAC程序調試初期，ATE數字序列產生正確，DAC輸出132kHz模擬信號，但HLFD模塊一直未能成功采樣，采樣結果全部為0。

通過査看手冊和與ADVANTEST的工程師溝通，發(fā)現(xiàn)有兩個問題：

（1）ATE測試程序一般是順序執(zhí)行，程序中是Pattern產生在前、HLFD采樣在后，所以當HLFD開始采樣時，數字序列已經不再產生-DAC也不會有輸出；

（2）HLFD模塊需要的采樣時間較長，因為HLFD模塊的數據并不是直接采樣得到，而是反復采樣后，計算恢復得到。

針對這兩個問題，對測試程序做出修改:程序中強制讓HLFD模塊與Pattern發(fā)送并行進行，并將Pattern文件重復發(fā)送4次，以確保HLFD模塊能完成采樣。

修改后，HLFD模塊正確采樣,DAC測試程序通過調試。

2.3  四同測程序調試中的時鐘模塊問題

在四同測時，當芯片1測試失敗，則其余芯片2、3、4的ADC.DAC測試均無法通過。

原因分析：如果芯片1測試失敗進行錯誤處理時,ATE會給機械手(Handler)信息將芯片1分類至故障芯片，并在后續(xù)的測試項目中不對芯片1給出電源或信號。對于ATE而言，時鐘模塊的控制信號線與芯片的數字是無區(qū)別的，所以在芯片1測試失敗后,ATE斷開對時鐘模塊的控制信號，則時鐘模塊工作異常并導致ADC.DAC測試故障。

此問題有兩種解決方法:一是在程序中先測芯片2、3、4,再測芯片1。這樣的問題是會把四同測的測試時間增加一倍，實際上成為了二同測。方法二是ATE上引出四組時鐘模擬控制信號，與進行或，這樣只要有芯片還在進行測試，該組控制信號就可實現(xiàn)對時鐘模塊的正確配置，且無需增加測試時間，只需在時鐘模塊上加一部分或門電路即可。

2.4  生產測試過程中DAC的采樣問題

程序調試完成后正式投入使用，一直工作穩(wěn)定，在測試到第三批芯片時，DAC測試項目出現(xiàn)大范圍的測試不通過?，F(xiàn)象是大部分芯片的SNR都略低于通過門限，現(xiàn)象穩(wěn)定。

原因分析:考慮到前兩批芯片(約20000片)一直測試正常，且此次測試未通過的芯片都是處于臨界不通過的狀態(tài)，所以初步猜想可能是在HLFD采樣時DUT尚未完全穩(wěn)定工作。通過分析DAC測試程序，在pattern發(fā)生開始后HLFD立即開始釆樣，可能此批芯片的穩(wěn)定時間與前兩批有異，所以導致DAC測試失敗。在HLFD模塊采樣前加入10ms延時保證DUT穩(wěn)定工作，重新測試，故障問題解決。

3  測試成本壓縮

成本的因素從頭至尾影響著測試的開發(fā)。在制定測試方案時就考慮到測試成本的降低，當CP測試良率很高，以至于CP測試費用大于失效芯片的封裝費用時，即可考慮取消CP測試,但在量產初期CP測試還起到給予晶圓廠信息反饋的目的。從芯片應用的反饋發(fā)現(xiàn)USER_ADC和USER_DAC幾乎從未被使用，所以經過與系統(tǒng)集成商的溝通，在FT測試中取消了對USER_ADC和USER_DAC的測試，以降低測試成本。

進一步降低測試成本的方法還有對SCAN的測試故障結果進行分類，如果pattern的某些部分從未出錯，在不影響測試結果的條件下，可考慮將部分pattern取消。

4  結論

隨著集成電路的發(fā)展，芯片特征尺寸的降低與復雜度的提高對測試方法學產生了巨大影響，同時高速、數模混合的趨勢對高性能ATE的需求帶來了成本壓力。本文首先討論了數模混合芯片的常用測試方法，然后實現(xiàn)了基于愛德萬T6575的測試開發(fā)及調試，并最終保證了該電力網通信芯片的順利量產。本測試程序已在南通富士通封測廠實際測試出廠芯片逾百萬片，保證了芯片品質，達到了預期設計要求。

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