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ASIC测试简介(3)

时间:2008-02-24 10:19来源:www.ictest8.com 作者:ictest8 点击:

6、晶圆测试和老化(WaferlevelTestandburn-in)

晶圆测试和老化(简称WLTBI)指对半导体器件在未包装之前进行电气测试和老化。老化是指通过加压加热对半导体器件进行老化从而分辨可靠性较差的器件。

WLTBI通常要使用晶圆探针台以连接晶圆上细小的引脚,而探针台也提供了测试和老化所需要的温度。

WLTBI不仅可以提供早期测试,也适用于
1、裸片器件(KGD,knowgooddie)
2、晶元级封装器件

最理想的情况就是所有的测试都能在晶圆级完成,这样就不需要最终测试,可以节省大量成本。不过,目前的WLTBI只不过是传统晶圆制造的后端延伸。

WLTBI基本的原理和普通的半导体器件终测没什么区别,都是通过对DUT加激励并观察其输出功能来判别器件的好坏,区别在于如何对器件进行激励。在终测时,电流和电压是通过ATE连接器件引脚而进入器件内部。在老化时,器件被放置于烤箱中并由老化板提供所需的电压电流。

而在WLTBI中,电流和电压是通过器件接触脚直接输入到电路内部。

来自WLTBI的挑战之一是如何取得可靠的探针和引脚接触。如果在测试和老化过程中出现不良的接触则会引起很多问题:低良品率,老化不彻底,电压过载(EOS)等。


7、Boundary-Scan测试/JTAG标准
Boundary-Scan测试,也就是JTAG标准指的是IEEE1149.1号规范。这个规范规定了一系列的设计规范,用于定义半导体器件在器件级,电路级和系统级的测试,编程和调试。JTAG是“JointTestActionGroup”的缩写,该组织联合也为世界上大部分电子厂商所支持。

在过去的20年发展而来的眼花缭乱的半导体表面贴装技术(SMT)形成了复杂而高密度的电路板,对电路板上的元件进行调试变得非常困难,主要原因是由于缺乏对每个元件的单独访问的可能性。

现代半导体器件的引脚数和封装形式使得传统的单独测试变得几乎不可能。为了解决这个问题,1985年JTAG成立,并定义了Boundary-Scan测试的标准。

Boundary-Scan测试主要采用了在器件电路中加入了特殊测试电路,通过这个电路可以在电路板级测试中同时测试器件和电路板。这个特殊电路允许输入信号从器件的输入脚进入并从输出脚串行导出,使得对该器件的测试可以由仅仅4个引脚完成。这项技术已经成为当今最流行的DFT技术之一。

这样做的好处是显而易见的:
1、显著地减少板上的物理引脚数
2、提高器件的密度
3、减少测试设备成本
4、缩短测试时间
5、提高测试效率

一个标准JTAG器件具备:
1、在每个输入输出脚都有一个BoundaryCell
2、传输路径(或传输链)用于连接BoundaryCell
3、4到5个引脚用于控制JTAG信号
4、TestAccessPort(TAP)用于在测试过程中的控制信号
5、16态TAP控制器或StateMachine用于控制测试状态

在正常工作状态下,BoundaryCell没有什么作用。在测试模式下,这些Cell将被激活并捕捉在每个输入输出脚的信号流,绕过正常模式下的输入输出脚。Boundary
Cells基本上是由Multiplexer和移位寄存器构成。

TAP只是一个简单的接触口,它的标准由IEEE1449.1所定义:至少由4或5个脚组成,这些引脚被用于实现JTAG串行协议:
1、TCK:时钟信号,用于同步内部TAP控制和StateMachine工作状态
2、TMS:模式选择,在时钟上升沿触发并决定StateMachine的下一个状态
3、TDI:数据输入
4、TDO:数据输出
5、TRST:(可选)异步重置
JTAG标准器件的BoundaryScanLogic的属性和容量是由一个外部文件定义的,名叫“Boundary-Scan
DescriptionLanguage”(BSDL)。BSDL文件由器件生产商提供,通过它来提供该器件进行Boundary
Scan所需的算法机制。

在用BoundaryScan对器件测试时,必须遵循下面步骤:
1、外部测试设备提供调试输入信号给DUT的输入脚
2、该输入脚的BoundaryCell捕捉输入信号
3、输入数据通过TDI脚串行输入到Core中
4、输出数据由TDO脚串行输出
5、外部测试设备接受输出数据并比较结果

电路板上的故障如断路,器件缺失,器件反向等都可以由此检测。


8、内建自测(Built-inSelfTest)

Built-inSelfTest简称BIST是在设计时在电路中植入相关功能电路用于提供自我测试功能的技术,以此降低器件测试对自动测试设备(ATE)的依赖程度。

BIST是一种DFT(DesignforTestability)技术,它可以应用于几乎所有电路,因此在半导体工业被广泛应用。举例来说,在DRAM中普遍使用的BIST技术包括在电路中植入测试图形发生电路,时序电路,模式选择电路和调试测试电路。

BIST技术的快速发展很大的原因是由于居高不下的ATE成本和电路的高复杂度。现在,高度集成的电路被广泛应用,测试这些电路需要高速的混合信号测试设备。BIST技术可以通过实现自我测试从而减少对ATE的需求。

BIST技术也可以解决很多电路无法直接测试的问题,因为他们没有直接的外部引脚,比如嵌闪。可以预见,在不久的将来即使最先进的ATE也无法完全测试最快的电路,这也是采用BIST的原因之一。

采用BIST技术的优点在于:
1、降低测试成本
2、提高错误覆盖率
3、缩短测试所需时间
4、方便客户服务
5、独立测试的能力

缺点
1、额外的电路占用宝贵面积
2、额外的引脚
3、可能存在的测试盲点

采用BIST所存在的问题:
1、哪些测试需要BIST完成?
2、最多允许多少额外的面积?
3、需要什么样的外部激励?
4、测试所需时间和效率?
5、BIST是固定的还是可编程的?
6、采用BIST将对现有工序产生什么影响?

BIST技术大致可以分两类:LogicBIST(LBIST)和MemoryBIST(MBIST)

LBIST通常用于测试随机逻辑电路,一般采用一个伪随机测试图形生成器来产生输入测试图形,应用于器件内部机制;而采用多输入寄存器(MISR)作为获得输出信号产生器。

MBIST只用于存储器测试,典型的MBIST包含测试电路用于加载,读取和比较测试图形。目前存在几种业界通用的MBIST算法,比如“March”算法。Checkerboard算法等等。

另一种比较少见的BIST称为ArrayBIST,它是MBIST的一种,专门用于嵌入式存储器的自我测试。AnalogBIST,则用于模拟电路的自我测试。

BIST技术正成为高价ATE的替代方案,但是BIST技术目前还无法完全取代ATE,他们将在未来很长一段时间内共存。


9、自动测试图形向量生成(ATPG)

AutomaticTestPatternGeneration(ATPG)是在半导体电气测试中使用的测试图形向量由程序自动生成的过程。测试向量按顺序地加载与器件的输入脚上,输出的信号被收集并与预算好的测试向量相比较从而判断测试的结果。ATPG的有效性是衡量测试错误覆盖率的重要指标。

一个ATPG的周期可以分为两个阶段:
1、测试的生成
2、测试的应用

在测试的生成过程中,针对电路的设计的测试模型在Gate或TransistorLevel产生,以使错误的电路能够被该模型所侦测。这个过程基本上是个数学过程,可以通过以下几个方法获得:

1、手工方法
2、算法产生
3、伪随机产生–软件通过复杂的ATPG程序产生测试图形向量。

在创建一个测试时,我们的目标应该是在有限存储空间内执行高效的测试图形向量。由此可见,ATPG必须在满足一定错误覆盖率的情况下,产生尽可能少的测试向量。主要考虑到下述因素:

1、建立最小测试组所需的时间
2、测试图形向量的大小,软件,硬件的需求
3、测试过程的长度
4、加载测试图形向量所需的时间
5、外部设备?

现在被广泛使用的ATPG算法包括:D算法,PODEM算法和FAN算法。任何算法都需要一种叫“pathsensitization”的技术,它指的是在电路中寻找一条路径以使得路径中的错误能都表现在路径的输出端。

最广泛应用的算法是D算法,D代表1而D’代表0,D和D’互补,具体的方法在此不再累述。

ATPG产生过程包含以下步骤:
1、错误选择,选择需要测试的错误
2、初始,寻找合适的输入向量集
3、传输向量集
4、比较结果

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