跨平台转换ic测试系统的研究与实践硕士论文.pdf

t l a n j 工程硕士学位司 领域 作者姓名 指导教师 企业导师 电子与通信工 陶立峰 王林斗 于万铭 天津大学研究生院 2 0 0 6 年6 月 中文摘要 集成电路测试成本在i c 的最终出售的产品中是没有体现附加值的 但综观整个 封装和测试成本 其中测试成本要占到整个成本的6 0 0 所以各家半导体公司为提高 竞争力 降低成本狠抓设备利用率和降低测试时间 其中提高利用率的有效方法之一 就是要保证订单要满产能 然而每个产品的生命周期是不一样的 少则一年两年 多则 十年八年 甚至二十年 这就造成了待测i c 和测试系统不能平衡 某些测试系统产能不 够 而另外一些测试系统不能充分利用 所以我们要转换产品的测试系统来达到平衡 测试机产能 从而提高测试机利用率 通过对l t x 7 7 t s 8 0 和l t x 硬件和软件的分析 并对f r e e s c a l e 现有的测试 系统进行评估 最终选定t e r a d y n e 公司的a 5 8 5 和i f l e x 测试系统作为目标测试系 统 进行了两个芯片m c 3 4 11 8 和p c u 0 3 a b s 的跨平台转换i c 测试系统 m c 3 4 11 8 从 l t x 7 7 转到a 5 8 5 测试平台和p c u 0 3 从l t x 转到i f l e x 测试平台 包括硬件和软件的 转换 设计测试板 使用p r o t e l 重新设计原理图和p c b 编写测试程序 使用i m a g e 语言 和i g x l 编写测试程序 成功的对各种测试平台进行评估 分析与研究 完成了 m c 3 4 11 8 从l t x 7 7 转到a 5 8 5 测试平台和p c u 0 3 从l t x 转到i f l e x 测试平台 如果 最终能得到客户和总部的批准 可为公司节约3 4 台l t x 测试机 为公司节省2 0 0 万美 元 充分显示了跨平台转换l c 测试系统在半导体测试行业的巨大实用价值 关键字 测试机 模数转换器 i g x l 软件 i m a g et e s t 语言 a b s t r a c t t h ec o s to fi ct e s th a v en o ta d da d d i t i o n a lv a l u ei nt h ef i n a lp r o d u c t b u ti t s w i l lb e6 0 o f o v e r a l lp a c k a g i n ga n dt e s tc o s t m o s to fs e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t u r e r t r yt h e i rb e s tt oi m p r o v et h et e s t e ru t i l i z a t i o na n dm i n i m i z et h et e s tt i m ei no r d e rt o s a v et h ec o s ta n db e a tt h ec o m p e t i t o r s t h em o s te f f e c t i v em e t h o dt o i m p r o v et h e u t i l i z a t i o ni st om a k es a l et h eo r d e rc a nm e e tt h et e s t e ru t i l i z a t i o n b u tt h el i f ec y c l eo f e a c hi ci sd i f f e r e n t f r o m1t o1 0y e a r e v e n2 0y e a r s t h i sk n i do fu n b a l a n c e do r d e r w i l li n d u c es o m et e s t e r si d l eo ro v e rc a p a c i t y s os o m ep r o d u c t s n e e dt ob e c o n v e r t e dt e s t p l a t f o r mt ob a l a n c et h et e s t e rc a p a c i t ya n di m p r o v et h et e s t e r u t i l i z a t i o n b a s eo nt h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ea n a l y s i so fl t x 7 7a n dl t xt e s t e rs y s t e m a n de v a l u a t i o no ff r e e s c a l ec u r r e n tt e s t e rp l a t f o r m s t e r a d y n ea 5 8 5a n di f l e xt e s t e r p l a t f o r m sa l ec h o s e da st h et a r g e tt e s t e rp l a t f o r m s a l s o2d e v i c e s p c u 0 3 l t x 7 7 a 5 8 5 m c 3 4 1 1 8 l t x i f l e x a l ec h o s e d 勰t a r g e td e v i c e sf o rc o n v e r s i o n t h i s p a p e ri s f o c u so nt h ec o n v e r s i o no ft e s t e rh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t e s tl o a db o a r d r e d e s i g n 1 e d e s i g nt h es c h e m a t i c sa n dp c bb yp r o t e l a n dt e s tp r o g r a mr e d e s i g n w e h a v es u c c e s s f u l l yf i n i s h e de v a l u a t i o n a n a l y s i sa n ds t u d ya n dc o n v e r2d e v i c e st on e w t e s t e rp l a t f o r m i ft h en e wt e s ts o l u t i o nc a ng e ta p p r o v a lf r o mc u s t o m e ra n dm a r k e t b u s i n e s sg r o u p 3 4l t xt e s t e r sa n d2m i l l i o nu sd o l l a rc a nb es a v e d t h et e s t p l a t f o r mc o n v e r s i o nh a v eg r e a tv a l u ei ns e m i c o n d u c t o rt e s ti n d u s t r y k e y w o r d s t e s t e r a n a l o gt od i g i t a lc o n v e r t i g x l i t l i m a g et e s tl a n g u a g e 独创性声明 本人声明所盛交的学位论文是零人在导师指导下进彳亍的研究工作和取得的 磺突残暴 除了文中褥爨热驳标注窝致滗之怒终 论文孛苓趣禽鏊镶久已经发袭 或撰霹过的研究成梁 也不包含为获得叁凌熬雯或其他教育机构的学位或诞 书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 终了暌臻懿诞瞬势袭示了瀣意 学往论文终耆签名 解签字慨力饵菇月刀甚 学位论文版权使用授权书 率学位论文俸者完全丁瓣鑫鲞焘堂暂关傈蜜 镁糟学佼论文豹规定 特授投墨鎏盘鲎霹娃将学位论文既全部或黼分蠹容缡入商关数据库进行援 索 磐采瘸影窜 缨印藏翔攒等复笨l 学段徐存 汇编竣供套溺秘僭瀚 同意学梭 向国家商关部门或机构送交论文的复印件和磁擞 像密的学位论文在解密后适用本投权说竣 学位论文作者签名 槲挪繇例 签字瓣鬻 珠g 舞堙基 签字舄葫 脚筝善胃堙咽 第一章绪论 第一章绪论 闯鼷的提出 豢成毫臻溅试堑嚣黪露经戒是集成电路产数链孛越来邈渍灏戆一令穗条 鞋蘩 它被含井在制造韭或封装娥巾 但随着人们辩黎戒电路的品质越来髋獯视 再加上 技术 成本和知识产权保护蒋诸多因素 测试此目前正逐步成为集成电路产业中一 个不可或缺的独立行业 集成电路产业是一个商投入和高产出的行业 如何提高设 冬的缓 食弱蘑率是半导体公嗣巍翻鲍关键 天津举导体厂测试部扶 9 9 3 年开始援 量生产叛来 辱l 迸了总共8 耪类墼戆测试系统 它稻分囊是d t s 1 9 9 3 年 l t x 1 9 9 4 年 a 5 7 5 1 9 9 5 年 a 5 8 0 1 9 9 6 年 l t xs y n c h r o 1 9 9 6 年 c a t a l y s tr f b b 2 0 0 0 年 m s t 5 2 0 0 1 年 和i f l e x 2 0 0 5 随着这几 种型号的测试系统的引进 使得天津半导体测试的器l 牛从简单的p d i p 双列直插封 装 ls o i c q f p 窭l 瑗在黪8 g a q f n 这蠖愆灭津 广或秀f r e e s c a l e 甚至藿 赛上糖有最先进的模数混合测试机的工厂之 猩国际上通常是从i c 设计到制造和测试 一个新产品在试生产时已经将测试 系统定型 并根据相应的测试系统开发测试程序和测试板 这是一个一成不变的过程 直到这个产赫最终停产 然丽每个产品的生命周期是不一样的 这就滚成了待溅l c 蓐l 溪l 斌系统不麓警鬻 菜臻测试系统产戆不够 褥努拜一些溅试系统不笺充分嚣躅 如何解决上述问题 传统上就需要根攒订单预测购买或卖掉 魑测试机 但 是需螫追加大量投资 公司遮行成本上升 我们可不可以另辟溪径 根据需要转换某 些产晶的测试平台从而如何瓣决上述问题呢 答案是肯定的 本文就m c 3 4 1 1 8 和 p c u 0 3 a 8 s 芯冀走秘来滋鹈秘秘跨乎台转换l g 测试系统 1 2 本谍题酶在务与毯标 本文的目的就足研究a 5 8 5 和i f l e x 测试机的硬件组成 i m a g e i g x l 软件编 辑平台 v b t 编程语言和d c a d c 的测试原蠼殿测试方法的基础上 主要完成芯 片的d c 测试在a 5 8 5 测试机转换郛a d c 模数转换器 在最新犁懿f l e x 测试极 鹣静态测试稃痔 因为a d e 是拳导 奉襄裁审瓣一个最基疆戆磅旋摸块 宅葫藐 的好坏将直接影响到芯片的性能 所以本谍题夜半导体测试行业肖锻f 泛的实用 性 第一章绪论 a 5 8 5 和i f l e x 都是美国t e r a d y n e 公司的主流测试机 t e r a d y n e 公司是 全世界最大的的自动测试设备制造商 它在混合 线性和逻辑存储方面一直保持世 界领先并连续三年在半导体测试业保持市场份额第一 t e r a d y n e 满足了数字混合 信号测试的需求 它实现了真正的混合信号专门技术 精确的同步 先进的v l s i 级 数字 极其高的模拟性能以及支持快速测试开发软件的综合功能测试 第一二章半导体芯片的封装与测试 第二章半导体芯片的封装与测试 2 1 芯片封装形式概述 m o t o r o l a 半导体事业部的制造厂分为两种 一种是半导体前工序制造厂 即晶圆 厂 前工序制造厂的最终产品是晶圆 w a f e r 另一种是半导体后工序制造厂 即 封装 测试厂 后工序制造厂的最终产品是我们在日常生活经常看到的集成电路 器件 i c 如图2 1 图2 1 半导体生产厂后工序图 芯片封装是连接半导体芯片和电子系统的一道桥梁 随着微电子技术的飞速 发展及其向各行业的迅速渗透 芯片封装也在近二 三十年内获得了巨大的发展 并已经取得了长足的进步 以下介绍几种常见的芯片封装形式 d i p 双列直插式封装 d i p d u a ll n 一1i n ep a c k a g e 是指采用双列直插式封装的集成电路芯片 绝大 多数中小规模集成电路 i c 均采用这种封装形式 其引脚数一般不超过1 0 0 个 具 有适合p c b 的穿孔安装 易于对p c b 布线等优点 o f p 塑料方形扁平封装 q f p p l a s t i cq u a df l a tp a c k a g e 封装的芯片引脚之 h j 距离很小 管脚很细 一般大规模或超大规模集成电路都采用这种封装形式 其引脚数一般在1 0 0 个以 上 用这种形式封装的芯片必须采用s m d 表面安装元件技术 将芯片与主板焊接 起来 采用s m d 安装不必在主板卜穿孔 一般在主板表面卜 有设计好的相应管脚的 第二章半导体芯片的封装与测试 焊点 将芯片各脚对准相应的焊点 即可实现与主板的焊接 q f p 封装具有适于s m d 表面安装技术在p c b 电路板上安装布线 适合高频使用 操作方便 可靠性高 芯 片面积与封装面积之间的比值较小的特点 b g a 球栅阵列封装 随着集成电路技术的发展 封装要求更加严格 封装技术关系到产品的性能 当i c 的频率超过100mhz 时 传统封装方式会产生所谓的 c r o s s t a l k 现象 而且当i c 的管脚数大于2 0 8 p i n 时 传统的封装难度加大 因此 除使用q f p 封装外 现今大多数的高脚数芯片 如图形芯片与芯片组等 皆转而使用b g a b a l lg r i d a r r a y p a c k a g e 封装技术 如图2 所示的g e f o r c ef x 图形芯片体现了当前工程技术 的最高成就 相信看到芯片照片上那11 5 2 个焊脚的人都会惊叹不已 b g a 一出现 便成为c p u 主板上南 北桥芯片等高密度 高性能 多引脚封装的最佳选择 b g a 封装的优点在于管脚间距相对于q f p 大 有利于提高成品率 其信号传输延迟小使 得适应频率大大高 组装可用共面焊接 可靠性大大提高 总之 由于c p u 和其他超大规模集成电路在不断发展 集成电路的封装形式也 不断作出相应的调整变化 而封装形式的进步又反过来促进了芯片技术向前发展 1 2 芯片测试综述 集成电路可以分为数字电路 模拟电路和数字模拟混合电路 与之相对应 对芯片的测试可以通过输出输入信号分为数字信号测试 模拟信号测试和混合信 号测试 也可以按照设计和生产目的分为设计测试和生产测试 前者主要关注测 试程序开发和纠错 后者主要关注芯片测试结果 用于区分合格产品与失效产品 传统电路特指由孤立元件设计的模拟电路 这些元件被安装在印制电路板上 用 针床 测试仪测试 保证可以测试到所有元件输出输入点的电压 由于电路系 统中的元件町以被独立测试 所以诊断出错误原因的速度是一个非常重要的问题 这个时期的测试研究集中在快速诊断出元件错误以及封装错误的方法上 应用范 围包括武器 航海和通讯系统 集成电路的发展以及晶体管尺寸的缩小使设计更 大规模电路系统成为可能 数字设计手段占主导地位 因为其具有高可靠性和低 功耗的的特点 虽然电路系统可以几乎伞部由数字技术构成 但足许多系统仍然 包括模拟元件 这是因为发射信号的存储器件 传输器件以及物理传感器还是基 本由模拟器件构成 而且 数字系统可能必须输出模拟信号到激励装置 显示器 4 第二章半导体芯片的封装与测试 和传输介质 显而易见 在这些系统内部由于模拟界面功能的需要而包括诸如滤波器 模数转 换器 锁相环等等 具有这种模拟界面功能的集成电路设计可以减少芯片的尺寸 和成本 但是在随后的测试过程中 只能对主要输出输入结点进行测试 在电路 设计规格没有被满足时 将很难确定问题器件的位置 但是 针对电路板上的器 件错误的诊断算法可以应用于发现这些模拟集成电路的器件问题上 实际上 针 对模拟集成电路的内部结点接触有限性的问题上 大量的错误诊断和测试信号选 择的算法以及理论发现在7 0 8 0 年代被提出 最近 由于电信市场及其消费者的扩大 以及汽车电子市场的发展 越来越多的 混合信号器件被设计出来 这种芯片为了提高性能和降低尺寸及成本 把数字和 模拟元件集成在一个芯片中 在混合信号电路的生产过程中 测试是生产成本的 一个限制因素 测试混合芯片的典型方法包括 先测试数字和模拟元件 接着进 行一些系统测试以检验在正常工作速度下元件间的工作状况 在这种情况下 数字部分在自动测试向量生成软件 扫描链和嵌入自动测试 的辅助下 用标准测试方法进行测试 这种方法已经发展得非常成熟和高效 相 比之下 混合部分及混合系统的测试就很难理解了 通常测试组的建立与测试者 的经验以及电路功能的描述有很大关系 l 数字信 号输入 图2 2 混合信号器件的测试生成 图2 2 显示了一个典型的模拟器件测试建立过程 这个测试包括向数字模块 输入数字信号 向混合信号电路输入直流 正弦曲线 方波或一些随机佶号来激 第二章半导体芯片的封装与测试 励模拟部分 这些模拟输入信号具有抑制的概率分布功能 最后在一个狭窄和可 调的波段中用蹦s 功率仪来测量反映 正弦波信号通常用来测量诸如放大器 数 据转换器和滤波器等线性模拟电路 输出信号的数量和相位是输入频率的方程 因此 减少生产成本的测试方法十分必要 在生产测试中 目的是在最小成 本的情况下区分正常和失效芯片 这里成本受测试时间 产量和测试设备的价格 影响 不同于设计过程 判断错误位置是一个十分重要的目的 生产测试中不需 要修理和更换那些失效器件 在电路性能的设计中 如果电路出错 找出错误原 因和确定其位置是非常必要的 这个问题包括选择输入信号和测量信号 以及决 定算法 综上所述 混合信号芯片测试是测试中最复杂和难于理解的部分 对其研究 的重点主要集中在测试程序建立 降低生产测试成本 外围电路设计 第三章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 第三章l r 9 7 7 f 佟8 0 l r x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 t s 8 0 是l t x 7 7 集成测试系统中的智能测试平台 它运行在来自于中央处 理单元的的程序命令以实现高速 线性和模拟 数字的测试以达到客户的不同需 求 并且可以根据设计要求对测试后的器件进行自动分类 t s 8 0 最多可以支持 两个测试头 且可为客户不同应用提供多样化的扩展 l t x 7 7 系统是一个全模块化 基于计算机 面向使用者的自动测试系统 它能以可靠 高速 精确的在工程 制造和质量控制等环境下对半导体器件进 行测试 由于其模块化设计和软件控制的测试程序 使得该测试系统能在硬件 配置和软件上更加灵活 以满足不同的测试要求 在最小配置条件下 l t x 7 7 可由单个c p 8 0 或c p 7 0 中央处理器单元 一 个t s 8 0 测试平台 一个包含c r t 显示器 键盘和m c 7 8 手动控制箱的操作平 台以及一个线性打印机 在最大配置下可以包含两个c p 8 0 计算机 多个t s s 0 或t s 7 0 测试平台以及额外的操作平台 1 3 进行测试时 由测试平台上的硬件组件提供测试信号并测量与测试程序相 对虑的模拟 数字和时序信号 不同的测试程序能住所有的测试平台上同时运 行 测试程序由一系列的测试序列组成 每个测试序列根据测试程序定义的参 数对待测器件的进行判定 测试程序的最终目的是为器件返回一个 b i n 的 分类 分 b i n 的方式 测试参数 数据收集形式这些均由l t x 软件控制 系统为软件校准 所有的校准项口被划分为电压 电阻和频率 对于每个 项目的校准均遵循一定的标准进行 该标准被问化存一个温度稳定性很高的校 准器内 该校准器没六个月将被校准一次 校准时校准器将使用一个校准器数 据文件 该文什包含校准时的测鼍值列表 当校准器被安装以后 校准器数据 文件被保存在系统磁盘中 常驻系统的校准器数据文件作为一个标准的测量值 在系统运行l t x 校准程序校准系统的时候将被使1 j 该系统具有町靠 在意外发生时能在最短时间内自动停机 长驻磁盘的操 作系统软件还包括诊断程序 可用于对系统运行状况进行及对单个模块的局部 或 组模块进行榆验 第i 章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 中央处理单元 t s s 0 系统由一个c p s 0 或c p 7 0 中央处理单元控制 c p s 0 包含一个或两个 通用n o v a3 d 数字计算机 个磁带驱动器和一个8 0 m 的磁盘驱动器 以及 一个校准器 c p 7 0 只包含一个n o v a 3 d 计算机 磁带驱动器 一个1 0 m 的磁 盘驱动器和一个系统校准器 1 3 n o v a3 d 计算机的内存能升级到5 1 2 k l t x 系统要求内存应不少于1 2 8 k 以达到一些校准和诊断程序的最低要求 计算机包含浮点硬件和乘除法硬件以 提高运行速度和效率 计算机也包含了一个存储管理单元对l t x 的内存进行分 配 计算机可以支持最多两个c r t 显示器 键盘终端 一个双通道计算机系统因 此可以外接最多四个终端 手动控制箱 手动控制箱用于启动测试程序 控制测试器件并对器件进行分类 使用手 动控制箱 操作员可以对器件进行测试 对结果有问题的器件复测 分b i n 打印部分或全部测试结果 u 7 7 多路分时性能 t s 8 0 可以外接多个测试头 多测试头工作在取料时间等于或大于器件测试 时间的情况下 因为在机械手取一颗芯片送到其中一个测试头的过程中另一个 测试头可以对另一颗芯片器件进行测试 这样可以提高测试系统的使用效率 所以在单个测试平台上的多个测试头上测试的器件必须以一定的顺序进行测 试 在一个时间只能有一个测试头在测试 其他的测试头则只能排队进行测试 单c p u 的计算机能使用分时技术扩展最多达到四个多路测试平台 图1 2 展示 了两个多路测试平台的分时应用 测试程序能使这四个测试头中的其中两个同 时运行 分时测试平台通过在不同测试头同时运行测试程序能够优化计算机工作 效率并提高器件测试速度 当某个测试头的测试程序停止时 计算机仍系统中 的其他测试平台并在其它测试平台上的测试头继续运行测试程序 图1 3 展示 了一个非多路分时系统的配置 它允许四个不同的测试头同时对器件进行测试 单计算机c p u 的分时应用最多能扩展8 个非多路测试平台 3 2l t x 7 7 的驱动与测量模块 第 三章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 电压和电流源 v 1 电压和电流源 v d 提供正反向电压与电流 每个v i 能被独立的编成以产 生如下范围的电压或电流 当电流为2 0 0 毫安的时候为0 到 3 0 v 当电流为 1 0 0 毫安的时候为 3 0 v 到6 0 v 当电流为4 0 毫安的时候为 6 0 v 到1 0 0 v 有两种工作模式 驱动电压模式和驱动电流模式 电路 电路由两个板级模块组成 其中 数字板包含读 写解码器 运行模 块控制 电子开关驱动 最大纠 电压钳位值和电流钳位值等参数的逻辑状态 信息 这些寄存器输出被反馈到数字板卡上的d a 转换器 数字板卡包含一 个报警寄存器 该报警寄存器可对系统的三种状况进行报警 钳位报警 k e l v i n 报警 或l o o p 报警 驱动电压模式 在驱动电压模式下 被编程设定的驱动电压通过一个输入电阻被用于输 入放大器 输入电阻的值用于设置放大器的增益 它可以被f e t 开关选择以 对应输入电压范围 电压范围的选择是通过f e t 开关来实现的 电压要从一个范围转到另 一个范围需要将一个f e t 关闭同时将另一个f e t 打开 为了阻止在开关过程 中对输入放大器引入噪音 v i 内制了一个采样和保持电路 当一个新的程序 设定值被用于v l 时 旧的设定值被保持做为输入 在保持期间 f e t 开关选 择一个合适的输入电阻对应于新设定的电压范围 这样可以确保电压能从一 个范围顺利的转到另一个范围 驱动电流模式 大功率电压源与大功率电流源 p v i 大功率电压源与大功率电流源能为大功率器件提供电压 电流源 例如电 压源校准器 汽车电路 功率放大器等 最多可在测试平台上安装两块p v i 每块可最大提供3 0 0 w 的功率 p v i 与v l 在电路配置与工作方式上十分类似 它有一个脉冲模式在对电雎源进行校准时十分有利 脉冲模式允许使用者设 置 个预期的激励并能在由于温度的影响而造成失真之前对响应信号进行测 量 由于p v i 应用在高电上e 下 它将直接被连接到待测器件 9 第三章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 音频信号源 音频信号源模块用于生成0 1 2 5 h z 2 0 0 k h z 的正弦波以及0 1 2 5 h z 5 0 k h z 的方波 该模块在生成l k h z 的低频信号时有极低的失真 音频信号源模块 图3 1 7 包含频率控制电路 振幅控制电路和滤波网 络 频率控制电路由一个1 6 比特的寄存器组成 该寄存器存贮生成的波形信 号的频率及其范围 d a 转换器 记数器等信息 频率值和频率范围寄存器 接收一个1 6 比特的信息用于表示被编程设定频率的信号信息 该1 6 比特信 息的其中四位代表频率范围并被用来控制频率计数器和输出频率滤波器 另 外1 2 比特信息利用大致的频率范围定义其信号的频率并利用d a 转换器将其 转化成模拟信号输入到v c o 幅度控制电路由一个1 6 位的寄存器和一个幅度 范围寄存器及一个d a 转化器和一个幅度计数器组成 1 6 位寄存器及幅度范 围寄存器接收一个1 6 位的二进制信息用以代表幅度被编程设定的生成信号 1 6 位中的其中4 位用以定义幅度范围 其它1 2 位根据幅度范围定义幅度并将 信号输入至d a 转换器 3 3l r x 测试系统的硬件组成 测试板 测试时除了t e s t e r 以外 为了满足测试要求通常还要存一砦外接电路 如 晶振 r e l a y 开关 放大器 电源滤波电路 它们都做住测试板卜 f i n a l 测试的 测试板叫i o a d b o a r d 或d u t b o a r d w a f e r 测试的测试板叫w p l w a f e rp r o b e r i n t e r f a c e 设计i o a d b o a r d 时 除了p c b 设i 通常委注意的外 还要考虑测试 板本身的 螳特性 i 耍考虑与测试机年 测试手臂的接l l d o c k i n gi s s u e 2 避免板子上器f l c o m p o n e n t 的0 脚与测试目l 和测试予翳接触 造成钾路 3 婴容易d e b u g 芯片荚键引脚 v d d a n a l o gp i n 等i 姿容易j l j 外部仪器测试 4 设t f 时要板f 卜要堪肇用比较少的外部器件 而 l 要i l 芯 卜缚个引脚到测 试机通道塔带短 通道越短 通道越简单 测试越稳定 5 要留一些空的接线点以备d e b u g 时跳线用 6 柯磐t e s t e r 的d p s 足彳j f o r c el i n e s e n s el i n e 存测试板设汁时也夔留好f o r c e l i n e s e n s el i n e 以及它们之 b j 的g u a r dl i n e 第三章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 7 a n a l o gg r o u n d 和d i g i t a lg r o u n d 受分丌处理 测试座 s o c k e t 测试座 s o c k e t 是f i n a lt e s t 时测试机和被测芯片的接口 它一般还带一 个用于于测的盖子 1 i d 测试座对前期测试程序开发的影响比较小 通常都能保 证其良好的接触效果 但对后期量产时是j l 常重要的 由丁 其直接与芯片接触 其接触效果将直接影响产品的良品率 对b g a 越装的芯片 不好的接触 还有 可能导致球压伤 测试手臂 h a n d l e ra n dp r o b e r 测试手臂 它是用来移动和定位芯片或晶圆的 用于晶圆测试的 w a f e r t e s t u qp r o b e r 用于f i n a lt e s t 的h qh a n d l e r 测试手臂在量产的时候非常熏要 量产 中最常出现的接触性问题 c o n t a c ti s s u e 通常和测试手臂及测试座或探针有关 在前期测试开发过程中 设计i o a d b o r d 时也要考虑和测试手臂的接口 测试机 t e s t e r 溯试机 可以比做人腑 它能分判断如芯片千牛能的好环 测试仪器 简单 来说万用表 示波器等都能做芯片部分功能的测试 l 这里所说的t e s t e r 是指 a t e a u t o m a t i c e t e s t e r e q u i p e m e n t 现在丰姜的a t e 供应商白t e r a d y n e 泰瑞达1 a g i l e n t 安捷伦 a d v a n t e s t 爱德万 c r e d e n c e l t x s p e a 等 引对不同的测试 芯片 测试机通常分不同的系列 有 f 对测试内存的 测试l c dd r i v e r 的 铡试 s o c 西片的等 它f j 构架都小一样 同一系列埋 也分高端 低端 其测试最岛 频率 v e c t o r 内存大小等都刁 一样 一台赢端的测试机台是非常昂贵的 下面介绍一下测试机台擎常她的测试器件 p i ne l e c t r o n i c s i o 通道电路 h 1 于d r i v e r 输入信0 和接受输m 信写的通道 义叫 0c a r d d r i v e r s 给 芯片提供逻车j 0 逻辑i 电越的电路 c o m p a r a t o r s 接受和划斯蝓j 信弓的逻辑0 和逻辑l 的电路 d y n a m i cl o a d s 能够提供j 反向l 乜流的电路 通常用与测试时i o l 和i o h 的电流供给 舀些 地疗也叫p r o g r a m m a b l e c u r r e n tl o a d s v r e f 第三章l t x 7 7 t s s o l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 d y n a m i cl o a d s 上的提供参考电丛的电路 用来控制d y n a m i cl o a d s 输出i o l 和i o h 之m 的转换 p m u 参数测量单7 9 p a r a m e t r i cm e a s u r e m e n tu n i t 提供猫确的电压电流测试 通常町 以有两种i 作方式 给电压测电流 和给电流测电 d p s 芯片电源供给单元 d e v i c ep o w e rs u p p l y 通常用丁i 芯片电源v d d 电压活电流 供给 通常也町以有两种 作方式 给电压测电流 和给电流测电压 v e c t o rm e m e r y 又叫p a t t e r nm e m e r y 用于存放要激励的测试矢量和要比较的测试矢量的 d i g i t i z e r 数字转换器 d a c 测试中对输出波形进行采样 数字转化和比较 a w g 模拟信号产生器 a n a l o g yw a v e f o r mg e n e r a t o r a d c 测试中用于模拟信号的发生 3 4 l t x 测试系统 l t x 测试机如图3 1 所示 图3 1u x 测试机 l t x 测试头俯视图如图3 2 所示 罔3 2l t x 测试头俯视图 第三章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 公司拥有的l t x 测试机是一款比较老的测试机 由于测试机老化以及器件 的更换维修等原因 现在该测试机的稳定性是比较差的 而且测试速度也比较 慢 资源相对f l e x 也比较少 由于p c u 0 3 a b s 芯片管脚也比较多 测试项也 比较复杂 所以在测试该芯片的测试板上只能放置一个测试插座 也就是说测 试机一次只能测试一颗p c u 0 3 a b s 芯片 测试效率是比较低的 3 5f l e x 测试系统 随着测试技术的不断发展 新型测试机的不断涌现 公司购进了f l e x 测 试机来提高测试速度 从而减小 醛片的测试成本 f l e x 测试机是由泰瑞达 t e r a d y n e 公司生产的目前芯片测试机中最为先进的一款 它的软件编辑平 台是基与e x c e l 表格开发的 编程语言使用的是v b t 与熟知的v b 语言相似 简单易懂 完善的编辑界面 使得f l e x 编程更系统 更清晰 3 f l e x 的p a r e m 除了具有其它测试机都有的数字信号控制功能外 还加入 了模拟信号控制 如果测试要对多个仪器同时上电 数字信号由于受时序的控 制 显然是不能满足要求的 而模拟信号由于不受时序的影响 就能对多个仪 器进行同步上电 对电平来说 如果用数字信号来实现 速度耍比模拟信号慢 可见 模拟信号控制对于提高测试速度是很有用的 f l e x 测试机的资源也比较充足 对于p c u 0 3 a b s 芯片的测试板可以安放 两个测试插座 也就是说 一次可以同时测试两颗芯片 从而很大程度上 节省 了测试时间和测试成本 f l e x 测试机还可以通过i g x l 软件进行界面化的控 制 比如在调试程序过程中 可以直接控制加在芯片某个管脚上的电压和电流 同时还可以读取测试结果 能够很直观地观察到芯片的运行情况 为程序的调 试带来了很大的方便 3 6f l e x 系统软件编辑平台i g x l i g x l 软件采用e x c e l 表格的形式展现出测试系统与用户所需交瓦的信 息 使得用户界面非常友好 很容易进行相关数据的修改 这个测试系统是当 今世界上比较先进的测试系统 曾获得过2 0 0 3 年度t e s t m e a s u r e m e n t 世界杂 志颁发的最佳测试系统奖 一个i g o x l 测试程序就是一个e x c e l 工作表格 它由许多町以输入数据的 工作表格组成 x l 就是e x c e l 表格的意思 t e r a d y n e 公司定义i g 为数据处理 工具 它是一套完整的图形化处理界面 i g x l 使用测试模板来编辑硬件设备 而v b t v i s u a lb a s i cf o rt e s t 就是建立测试模板的编程语言 笙三兰坚 尘 坚 坚塑 竺翌鎏至竺塑坌 i g x l 的数据工具 测试模板就是一个预先定义的测试方法的库 它是在e x c e l 中用v b 编写 的 易于使用的电源调试器 改变代码不需要重编译和重下载 测试程序是用户为测试创建的 在程序编辑环境下编写 用于对芯片进行 特定的测试 v b t 是v b a v i s u a lb a s i cf o r a p p l i c a t i o n s 的一部分 使用命令行来编写 用户可使用函数和程序设计测试 调试环境用于测试程序的编辑和调试 具有监视和改变硬件设置的能力 是1 g x l 里主要的调试工具 i g o x l 数据工具之间的关系如图3 3 所示 图3 3i g x l 数据工具 完整的测试体系 一个完整测试的组成部分如图3 4 所示 图3 4f l e x 测试体系 1 4 第三章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 p i n m a p 定义了芯片的管脚和管脚类型 p i ng r o u p s 是把相同类型的测试以组的形式定义 这样能使编程更加方便 c h a n n e lm a p 定义了测试机资源与芯片管脚的对应关系 s p e es h e e t 定义了多种不同的测试条件和参数 l e v e ls h e e t 定义了数字0 和l 的电压判决门限 t i m i n gs h e e t 定义了测试的时钟周期和频率 p a t t e r n 定义了能够直接对芯片进行控制的数字或模拟信号 主要用于功能测试和混合 信号测试 t e s ti n a n t e s 定义了基于预定义测试模板或者自定义测试模板 通过测试程序生成 或者是 代码 v a t c 等等 t e ai n s t a n c e s 主要是把测试数据和测试算法捆绑在一 起 f l o wt a b l e 定义了芯片测试程序的测试顺序 它能够指定执行某些测试项 使得测试程序 的调试很方便 测试程序流程图 i g x l 测试流程图如图3 5 所示 3 7a 5 8 0 测试系统简介 a 5 8 0 测试系统是t e r a d y n e 公司的第二代高速测试系统 i c 子系统 d c 子系统由d c 信号源 矩阵和非矩阵 一个d c 表有两个输入端 可以测量来自任何信号源的电压或电流 d e l t a 信号源提供为各d c 信号源提供一个共同的o f f s e t 可编程电流源 4 一个d c 信号源能由一个转换曲线所描述 该曲线由三个变量定义 电 压值 电流源限定值 回流电流限定值 电流驱动由在电流限定模式下运行电流源来完成 希望得到的电流值及 电流范围能被设置 电压值也可被通过使电流通过一个适当的电阻进行设 置 信号源通常工作在电压和电流值处于不断变化的动态条件下 电流限值 1 5 第 章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 功能用于检测通过驱动电流线路的输出电流值 输出电流被限制在正向和反 向 正向电流被定义为从电流源流出的电流 反向电流被定义为电流流向的 方向 图3 5 测试程序流捍图 第三章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 d c 矩阵 d c 矩阵由8 条通道和4 8 个交叉点组成 基本配置 前5 条线连接到矩阵信 号源 第七和第八条线分别接伏特表l 和2 第六条线为地线 使用d c 矩阵连接 可以通过r d c 4 8 直接连接到配置板 向外输出到d i b 和d u t 亦可通过电缆连 接到通道卡 被称为交叉点 每个通道卡插槽有两个交叉点 使用者可以使用这个路径将矩阵信号源或电 压表连接到通道卡 两个交叉点中的任意一个能被通道卡使用或直接连接到d i b 这将有利于连续性测试或测量一个管脚的电压 d c 测量 信号处理 d c 子系统对模拟信号进行缓冲 等级判断 滤波然后用a d 转换器或比较 器对其进行测量 模拟是一个电压信号 通常由以下部分产生 待测器件 d c 信号源中的电压表或电流表 系统的板卡 输入信号由增益可调的放大器进行不同级别的增益调节 提供一系列的可被 测量范围 之后由低通滤波器进行过滤 信号经处理过以后 它被送入d c 测量 子体统的采样和量化 然后信号经过一个转换 比较器模块 在这里信号将被一个1 4 比特的a d 转换 器进行数字化处理 输出结果将被测试计算机读取并通过软件校准 或者信号也 可能与两个1 2 比特的d a 转换器的输出相比较 这是转换器的输出相当于限值 比较器的输出能被测试计算机读取或被硬件使用 这个转换产生两个信号 第一个是6 0 微秒的a d 繁忙信号 这个信号被发送到 r t p 区域 用来暂停在a d 转换期间r t p 板上电路的t 作 第二个信号在转换期间开 始发出 它是一个报警信号用以警告输入信号超过a d 转换器的转换极限 如果a d 转换器在它的输入超出转换能力且当测量系统报警被选通 测量系统将发出报警 在a d 转换器被重新选通或测蛩系统的报警被重置之前报警将小会被清除 高电流单元 功能描述 高电流单元 hcu 用于为待测器件提供驱动和测量能力 其内部的信号 第 章l t x 7 7 t s 8 0 l t x f l e x 和a 5 8 0 测试系统简介 源可以在四个分区内提供3 0 v 2a 的电压 电流 hcu 提高了dc 子系统的电 流供给能力可为对电流要求超过20om a 的器件提供电流 h c u 能提供独市的电压和电流的驱动和测量且电压和电流可由系统调节总 线进行调节 在p0 wer 供给区域 v l 和一v 一i hcu 能在3 0v 的电压下提供最大为2a 的电流 1 2 工作原理 一个h c u 是一个可编程的电压源和电流源 h c u 的工作由三个变量决定 电压 源 v 驱动电流 i s r c 回流电流 i s i n k 这三个变量为h c u 可编程的 输入变量 变量v 控制h c u 的输出电压 v s 变量i s r c 和i s i n k 分别控制正向和反向钳 位电流 i s r c 正向钳位电流由h c u 流出并流入待测器件的管脚 i s i n k 反向钳位 电流由待测器件的管脚流出并流入h c u v l 转变曲线 由编程设定的v i s r c a n di s i n k 值决定h c u 输出的v i 转换曲线 图3 4 展 示了当v 2 v i s r c 2 0 m a i s i n k 2 0 m a 时的转换曲线 最终的v s 和i s 值将必 然位于曲线上的任意一点 v b 转换曲线有三个不同的区域 在曲线的两个水平区域 l s 被i s r c 顶部 或i s i n k 底部 钳位电流所限制 这时v s 最终的值将被确定 这就是所谓的v i 转换曲线的f o r c e 区域 因为h c u 的驱动电流被它自身的电流钳位所限制 在曲线的垂直区域 v s 已经达到了h c u 的电压源的值且不会变化 这就是所谓 的v i 转换曲线的f o r c e 矿区域 因为h c u 输出一个特定的电压 工作模式 h c u 有两种工作模