集成电路测试概述.ppt

集成电路测试概述任课教师：屈艾文集成电路测试的定义 n集成电路测试是对集成电路或模块进行检测，通过测量对于集成电路的输出响应和预期输出比较，以确定或评估集成电路元器件功能和性能的过程，是验证设计、监控生产、保证质量、分析实效以及指导应用的重要手段。n集成电路测试的基本原理n集成电路故障与测试n集成电路测试过程n集成电路测试分类n集成电路测试的意义与作用n半导体技术的发展对测试的影响集成电路测试的基本模型测试系统的基本任务：将测试输入应用于被测器件，并分析其输出的正确性。测试过程：测试系统生成输入定时波形信号施加到被测器件的原始输入管脚，然后从被测器件的原始输出管脚采样输出响应，最后经过分析处理得到测试结果。n集成电路测试的基本原理n集成电路故障与测试n集成电路测试过程n集成电路测试分类n集成电路测试的意义与作用n半导体技术的发展对测试的影响集成电路的不正常状态 n缺陷(defect)n故障(fault)n失效(failure)集成电路的不正常状态 n缺陷(defect)n故障(fault)n失效(failure)VLSI芯片的一些典型缺陷有：u工艺缺陷缺少接触窗口、寄生晶体管、氧化层崩溃等。u材料缺陷大面积缺陷（裂纹、晶体不完整）、表面杂质等。u寿命缺陷电介质崩溃、电迁移等。u封装缺陷触点退化、密封泄露等。集成电路的不正常状态 n缺陷(defect)n故障(fault)n失效(failure)集成电路的缺陷导致它的功能发生变化 集成电路的不正常状态 n缺陷(defect)n故障(fault)n失效(failure)集成电路丧失了实施其特定规范要求的功能 故障和缺陷区别 n缺陷会引发故障，故障是表象，相对稳定，并易于测试；n缺陷相对隐蔽和微观，缺陷的查找与定位较难n集成电路使用者一般不直接研究缺陷，仅研究故障。n集成电路的开发和生产者肯定不能满足只研究故障，还需要找到具体的缺陷（设计、物理或化学等），予以改进，排除故障。故障的分类根据故障性质 n逻辑故障n非逻辑故障 根据故障性质 n逻辑故障n非逻辑故障 元件输出短路、输入端开路、元件损坏以及竞态故障 根据故障性质 n逻辑故障n非逻辑故障 同步时序电路中的时钟故障和电源的失效 根据故障的时间间隔 n永久性故障n间歇性故障 故障产生的错误逻辑值n固定值故障n可变值故障 根据模拟系统的故障概念 n硬故障：永久性的损坏故障 n软故障：器件参数的变化。n故障检测的基本任务：根据输入激励量和输出响应量来判断集成电路状态的故障情况。故障检测和故障诊断的首要问题n测试图形的生成n测试生成过程要能迅速准确地得到测试码，并且能判断测试码的有效性，还要保证测试码尽量简单，必须讨论测试码与测试图形的各种生成方法和集成电路的各类故障模型。n集成电路测试的基本原理n集成电路故障与测试n集成电路测试过程n集成电路测试分类n集成电路测试的意义与作用n半导体技术的发展对测试的影响集成电路测试的过程集成电路测试的过程n测试设备n测试接口n测试程序n数据分析集成电路测试的过程集成电路测试的过程n测试设备n测试接口n测试程序n数据分析考虑被测器件的技术指标和规范，费用（美分/美秒、可靠性、服务能力、软件编程难易程度等 集成电路测试的过程集成电路测试的过程n测试设备n测试接口n测试程序n数据分析合理地选择测试插座(Socket)和设计制作测试负载板(Loadboard)集成电路测试的过程集成电路测试的过程n测试设备n测试接口n测试程序n数据分析测试程序软件包含着控制测试设备的指令序列，如上电、向输入引脚施加时钟和向量、检测输出引脚、将输出信号与预先存储好的预期响应进行比较等 集成电路测试的过程集成电路测试的过程n测试设备n测试接口n测试程序n数据分析测试程序的编制要考虑因素：器件的类型物理特性工艺功能、参数环境特性可靠性集成电路测试的过程集成电路测试的过程n测试设备n测试接口n测试程序n数据分析有助于判断被测器件是否合格可以提供制造过程的有用信息可以提供有关设计方案薄弱环节的信息测试工程师主要任务n根据被测器件的产品规范要求，利用ATE的软硬件资源对DUT施加激励信号、收集响应信号，最后将输出响应信号与预期要得到的信号进行对比，得出DUT功能和电参数的详细电性能测试报告 n集成电路测试的基本原理n集成电路故障与测试n集成电路测试过程n集成电路测试分类n集成电路测试的意义与作用n半导体技术的发展对测试的影响按测试目的分类n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试）n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测）n使用测试使用测试按测试目的分类n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试）n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测）n使用测试使用测试功能测试和全面的AC/DC测试。这类测试在器件进入量产之前进行，目的是验证设计的正确性，并且器件要满足所有的需求规范 验证测试作用n对设计进行修正n可确定器件工作的确切边界参数以制定最终的器件数据手册n 为生产测试开发出合适的测试程序按测试目的分类n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试）n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测）n使用测试使用测试包括晶片测试（中间测试）和封装芯片测试（即成品测试和老化测试）。考虑到成本，测试时间（测试费用）必须最小 老化n高温能够加速暴露器件的潜在失效。n两种类型的失效可以通过老化暴露出来：先天缺陷和异常故障。生产测试结果和器件好坏分四种组合生产测试结果和器件好坏分四种组合n实际好-测试好：表示产量或良率n实际好-测试坏：表示产量损失，需要改进测试方法或通过产品分级继续使用，以减少这类损失n实际坏-测试好：表示“漏网”的坏芯片，用每百万芯片失效数DPM(Defects Per Million)度量。提高测试的故障覆盖率可降低DPM.n实际坏-测试坏：真正的产量损失。按测试目的分类n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试）n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测）n使用测试使用测试目标就是避免将有缺陷的器件放入系统中，否则诊断成本会远远超过成品检测的成本。成品检测进行随机抽样，对样品做入厂测试。按测试目的分类n验证测试（特性测试）验证测试（特性测试）n生产测试生产测试 n验收测试（成品检测）验收测试（成品检测）n使用测试使用测试系统RMS(Reliability,Maintainability,Serviceability)技术的需要。使用测试是在器件使用期间进行的测试，包括对器件进行各类可靠性试验后的评价测试，系统使用过程出现故障进行故障芯片检测和定位所进行的测试等按测试内容n参数测试n功能测试（行为测试）n 结构测试（以故障模型为核心）nDC测试、AC测试、IDDQ测试等n数字电路包括功能测试、门级结构测试、延迟测试；模拟电路基于器件规范的测试。按测试器件 n数字电路测试n模拟电路测试n混合信号电路测试n存储器测试nSOC测试n集成电路测试的基本原理n集成电路故障与测试n集成电路测试过程n集成电路测试分类n集成电路测试的意义与作用n半导体技术的发展对测试的影响集成电路测试的作用 n检测:确定被测器件DUT是否具有或者不具有某些故障n诊断：识别表现于DUT的特性故障n器件特性的描述：确定和校正设计和/或者测试中的错误n失效模式分析(FMA)：确定引起DUT缺陷制造中的错误。测试框架结构测试框架结构在研制开发过程中，为了验证逻辑设计、电路设计、版图设计和工艺设计是否正确，是否达到要求，需要多次改变条件，反复测试 测试框架结构在生产阶段，管芯制成后和封装后都要进行电性能和参数测试，包括性能鉴定、可靠性试验和失效分析等测试。作用：对产品进行挑选和分级；剔除失效的芯片；通过测试数据可控制、修正工艺流程测试框架结构测试的费用往往会随器件级、板级、系统级和现场故障寻迹维修测试，按每级10倍的递增量而逐级递增，遵循十倍法则。n集成电路测试的基本原理n集成电路故障与测试n集成电路测试过程n集成电路测试分类n集成电路测试的意义与作用n半导体技术的发展对测试的影响VLSI技术的发展趋势技术的发展趋势相应的对测试的影响相应的对测试的影响芯片时钟频率的提升芯片时钟频率的提升（现在VLSI技术的复杂度可在单芯片上集成1亿个晶体管以上，同时工作频率可以达到1GHz以上。）1、即时测试；2、ATE(自动测试设备）的成本大增（时钟频率为1GHz的ATE的价格高达每管脚3000美元）；3、EMI（工作在GHz级频率范围的芯片必须进行电磁干扰EMI测试；晶体管密度的增长晶体管密度的增长（VLSI芯片上晶体管的特征尺寸每年以大约10.5%的速度减小，导致晶体管密度以每年大约22.1%的速度增长。）1、测试复杂性；2、功率密度增加导致在验证测试时必须检查由于过量电流引起的电源总线超载；3、特征尺寸的缩小客观上要求按降低的阈值电压进行晶体管的设计，这些器件具有较大的漏电流，将降低IDDQ测试的有效性；芯片封装技芯片封装技术术向高密度、高速度向高密度、高速度的的发发展展 封装后的成品测试如何与测试系统进行硬件接口的问题，包括测试夹具、测试负载板的设计等也面临新的难题 单芯片上数字和模拟器件的集成单芯片上数字和模拟器件的集成（降低成本和提高速度）带来了在一个芯片上测试混合信号的新问题