VLSI测试及可测性设计方法1.ppt

VLSI测试技术,教学参考书,超大规模集成电路测试-数字、存储器和混合信号系统，电子工业出版社，蒋安平、冯建华、王新安译数字系统测试与可测性设计，机械工业出版社，李华伟、鲁巍译超大规模集成电路测试（VLSI测试方法学和可测性设计），电子工业出版社，雷绍充、邵志标、梁峰著最新集成电路测试技术，国防工业出版社，高成、张栋、王香芬编著TheFundamentalsofDigitalSemiconductorTestingSOFTTESTINC，GuyPerry,本课程内容,绪论测试的一般介绍1）被测器件：A.DataSheetB.DUT管脚C.DUT直流参数D.举例：256X4RAME.测试工程的基本规则2）测试系统一般介绍：A.测试系统一般介绍B.应用于测试系统的项目C.精密测量单元PMUD.管脚电子部件3）如何测试：A.概述B.开路与短路测试C.检测直流参数D.功能测试E.交流参数测试,自动测试设备（ATE）如何使用Agilent93000进行数字ic测试可测性设计方法：A）特定测试法（AdHoc）B）可控性与可测性的度量C）结构可测性设计法D）扫描测试（ScanTest）E）内建自测试技术（BIST）F）边界扫描可测性设计（BoundaryScan）,绪论,什么是IC？IC:集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。,什么是IC测试？IC测试就是用相关的电子仪器（如万用表、示波器、直流电源，ATE等）将IC所具备的电路功能、电气性能参数测试出来。测试的项目一般有：直流参数（电压、电流）、交流参数（THD、频率）、功能测试等。,IC测试的分类1、量产测试（晶圆测试、成品测试）应用测试机、probe、handler、loadboard等设备及硬件，对IC的主要性能参数进行大批量的生产测试，其目的主要是将好坏IC分开。晶圆测试：在wafer加工完成后，送至中测车间用探针卡、探针台（probe）、测试机（ATE:AutomaticTestEquipment）wafer中的每颗裸芯片进行电气参数的测试，并按照一定的规范进行筛选，分出好坏裸片的过程。,IC测试的分类成品测试：经过晶圆测试之后，wafer经过切割、粘片、焊线、塑封等一系列封装工艺将其中的每颗裸片用环氧树脂或其他材料分别包装起来，成为单独的IC，然后用测试机（ATE）Loadboard、机械手（handler）对每颗IC进行电气参数的测试，并按照一定的规范进行筛选，分出好坏IC的过程。,IC测试的分类（续）2、评估测试（功能测试、参数测试）使用特定测试评估板（demo），对几颗或几十颗IC进行全面的电气性能评价测试，其目的主要是为了验证IC是否满足设计指标，以及是否存在缺陷，为设计优化提供依据，其测试数据是编写芯片手册的主要依据。3、老化测试使用极限的测试条件，极限的温度等恶劣环境下，考察IC可用性及可靠性的测试。4、失效分析测试针对已经失效的芯片，通过各种的测试工具，测试方法，测试条件，查出失效原因的测试。,为什么要进行IC测试？IC测试是为了检测IC在设计和制造过程中，由于设计不完善、制造工艺偏差、晶圆质量、环境污染等因素，造成IC功能失效、性能降低等缺陷通过分析测试数据，找出失效原因，并改进设计及工艺，以提高良率及产品质量，是IC产业中至关重要的环节。一个正确的设计并不能保证制造出无故障的芯片，保证交付给用户的芯片质量。,如何进行IC测试？ATE：自动测试设备，也称测试机，是由计算机、硬件系统和软件系统三部分组成，其实际功能就是一组可以用程序控制的电压、电流源、信号源、示波器、万用表等测试仪器。,如何进行IC测试？（续）Probe:探针台，用来承载并固定wafer，并且可以做高精度上下左右移动的设备，有手动、半自动和全自动之分。,如何进行IC测试？（续）Probecard：探针卡，具有精细且良好导电性的探针，能实现ATE与waferPAD之间的电气连接的PCB组件。,如何进行IC测试？（续）Handler：机械手，能够夹持、传送并归类IC的高精度机械设备。,如何进行IC测试？（续）Socket：转接插座，实现IC管脚和测试板之间的电气连接。Loadboard，DUT板、测试板：用于实现ATE资源和socket之间的电气连接的PCB板。,如何进行IC测试？（续）Testplan：测试方案，描述IC具体电气参数的测试方法，以及测试规范的文件。Testprogram：测试程序，是一系列可以控制、调用ATE资源的代码。,如何进行IC测试？（续）IC测试开发流程,集成电路的三大产业,设计业制造业封测业1）电路种类1）工艺类型、线宽1）封装材料2）规模2）器件模型参数2）封装模型3）指标（频率）3）IP库3）多层封装4）可制造性4）检测图形与软件4）专用测试仪器5）系统,设计流程：,模拟集成电路晶体管级设计流程,性能指标要求明细表选择合适的电路结构得到电路器件模型参数电路图编辑与修改电路仿真满足指标要求？版图设计和验证满足设计要求？！版图寄生参数提取（包括封装的寄生参数）！后仿真满足指标要求？流片和封装测试,集成电路测试的方法,对集成电路或模块进行检测，是通过在集成电路或模块原始输入端加一信号，然后检测集成电路的输出响应和预期输出进行比较，以确定或评估集成电路器件功能和性能的过程，是验证设计、监控生产、保证质量、分析失效以及指导应用的重要手段。,集成电路测试的基本原理,测试程序和测试器要完成以下四项工作：,向被测对象送出测试的激励信号（测试失量）。接收被测对象在相应激励下的响应信息。根据激励与响应之间的关系分析并“决策”下一个激励矢量。根据激励序列与响应序列来确定故障的类型和地点。,集成电路的故障与测试,缺陷：由于设计考虑不周全或制造过程中的一些物理、化学因素，使集成电路不符合技术条件或不能工作，称集成电路存在缺陷。故障：集成电路的缺陷导致它的功能发生变化，称为故障。失效：故障可使集成电路失效，也可能不失效，集成电路丧失了实施其特定规范要求的功能，称集成电路失效。,测试中经常碰到的几个定义,测试向量（Vector）指以并行方式施加于被测器件原始输入端的逻辑0和逻辑1信号的组合。测试图形（Pattern）测试向量+无故障时的输出响应。测试码（Code）能检测出电路中某个故障的输入激励（测试向量），称该故障的测试码。测试集（Set）测试码+测试图形。故障检测（FaultDetection）若测试一个集成电路是否有故障，则称：故障检测。故障定位（FaultLocation）不仅要检测集成电路是否有故障，而且还要指出故障位置，则称：故障定位。故障诊断（FaultDiagnosis）故障检测+故障定位。故障覆盖率（FaultCoverage）,处理故障的两种基本策略,（均可用硬件和软件结合起来实现）采用冗余技术，将故障的影响掩盖起来。及时诊断，及时修理，系统需停止工作。,集成电路测试过程,四个要素：1）测试设备2）测试接口3）测试程序4）数据分析,集成电路测试分类,1）验证测试2）生产测试3）验收测试4）使用测试,测试内容分类,1）参数测试2）功能测试3）结构测试,被测器件的类型分类,1）数字电路2）模拟电路3）存储器4）混合信号电路5）射频电路（高频、超高频）6）SoC,模拟集成电路的测试,直流工作点测试.DC分析交流特性测试.AC分析瞬态特性测试.Tran分析频谱与噪声测试.FOUR分析混合集成电路的可测性设计（IEEE1149.4标准）,基于DSP结构的交流参数测试,最大输出幅度测量,半导体技术发展对测试的影响,1）芯片时钟速度提升（射频电路）2）晶体管密度增长3）封装形式的发展4）混合信号集成电路广泛应用,组合电路测试方法,比较法一维通路敏化法D算法（非冗余的组合电路，单故障）因果函数（单故障和多故障，最小测试集）主通路敏化法，图论法专用测试方法伪穷举法,时序电路测试困难的主要原因,存在反馈线存在存储元件时序元件,解决时序电路测试的基本方法,沿用组合电路的算法逻辑函数的多值模拟法（三值，六值和九值布尔模拟）可测性设计,可控性和可观性,可控性：系统中各节点的值越易控制（容易使故障得到激活）。可观性：故障信号越易观察或测量（容易使故障信号传输至可及输出端）,第一章,集成电路测试一般介绍,第一节,被测器件,DUT管脚,输入管脚a）后加输入缓冲器（整形，驱动）b）ESD保护输出管脚前加输出缓冲器（驱动，隔离）,DUTI/O管脚,DataSheet一般包括：,功能描述逻辑框图管脚排列图操作条件功能表或真值表直流参数表交流参数表电容表波形图测试条件,测试注意事项（供参考）,电源，地设置要正确。时序，采样，负载设置要正确。设置正确的施加电压（嵌位电流）或施加电流（嵌位电压）。输入端不要悬空。（Latchup）不要施加大于VDD或小于GND的电压到输入端。（Latchup）输出端不是三态（或悬空）时，不能“或”连接。测试时要用最严格的测试条件。连线要尽量短。电源，地线要尽量粗；数字，模拟电源和地要分开；模拟地要一点接地。（数模混合电路）要充分考虑到测试仪表对DUT的影响。测试仪必须定期检测。,第二节,测试系统一般介绍,测试系统一般结构,CPU控制器直流子系统图形存储器时序子系统测试头测试盒,和测试系统相关的专有名词,管脚电子部件驱动器（PE）比较器信号格式输出采样输出屏蔽动态负载,参数电压精密测量单元（PMU）钳位（Clamp）正电流负电流沉（Sink）源,和测试系统相关的专有名词（续）,DPSRVS测试周期测试矢量矢量存储器,被格式化矢量数据测试通道每一管脚测试头共享源,第三节,如何测试,功能测试时必须考虑：,VDD（Min/Max）-DUT电源供给电压VIL/VIH-输入电平VOL/VOH-输出电平IOL/IOH-输出负载电流TestFrequency-测试频率或测试周期InputSignalTimings-输入信号时序InputSignalFormats-输入信号形状OutputTimings-一周期内输出被采样处Vector