一、DFT的本质与价值1. 核心定义在当今数字化时代,芯片作为现代科技的核心,其复杂度和重要性都在不断攀升。从智能手机到AI,从汽车电子到IOT,芯片无处不在,而其质量的优劣直接决定了产品的性能和可靠性。然而,随着芯片制程的不断缩小(如今已达到18A甚至更小),芯片的规模和复杂度急剧增加,测试难度也呈指数级增长。测试作为芯片尤为重要的一个环节,是不能忽略的。DFT(Design For Test,可测性设计)技术应运而生,成为芯片设计中不可或缺的关键环节。 DFT是在芯片设计阶段植入专用电路结构,使芯片具备自我检测能力的设计方法论。在芯片设计过程中引入测试逻辑,并利用这部分测试逻辑完成测试向量的自动生产,从而达到快速有效的芯片测试的目的。其目标是在流片后快速定位硅片缺陷,确保出厂芯片功能可靠。 ![]() 2. DFT的目标和作用![]() 1)目标1. 提高测试覆盖率:通过插入测试逻辑,确保芯片中的每个逻辑单元和存储单元都能被测试到,从而提高测试覆盖率。 2. 降低测试成本:通过优化测试流程,减少测试时间和测试设备的依赖,从而降低测试成本。 3. 提高测试效率:通过自动化测试逻辑,提高测试效率,减少手动测试的工作量。 4. 确保芯片质量:通过检测和定位芯片中的潜在故障,确保芯片的质量和可靠性。 2)作用1. 早期发现缺陷:在设计阶段引入测试逻辑,能够在制造完成后快速发现制造和封装过程中的缺陷,减少返工和修复成本。2. 提高生产效率:通过优化测试流程,减少测试时间,提高生产效率。 3. 满足行业标准:在某些行业(如汽车电子、航空航天等),DFT是满足行业标准(如ISO-26262/AEC-Q100)的必要条件。 3. Function Test与DFT Test的异同
二、DFT技术体系全景图![]() 扫描链(Scan Chain): 扫描链是DFT中最常用的技术之一,通过将寄存器连接成一条链,方便测试信号的加载和读取。扫描链技术能够有效检测寄存器和组合逻辑中的故障。 内建自测(BIST): BIST技术允许芯片在不需要外部测试设备的情况下进行自我测试。BIST模块能够自主生成测试向量、施加测试激励,并捕获和分析响应信号,从而判断电路是否存在故障。 边界扫描(Boundary Scan): 边界扫描技术通过在芯片的输入/输出端口处插入测试逻辑,能够检测和修复芯片与外部电路之间的连接问题。边界扫描技术广泛应用于系统级测试中。 IP Test & Other: 硬核IP/软核IP-BIST and SCAN, 某些高速芯片的Loopback测试技术等。 ![]() 三、核心DFT技术详解
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技术 | 面积占比 | 成本增加 |
扫描链 | 5-10% | <3% |
MBIST | 3-8% | <2% |
边界扫描 | 1-2% | <0.5% |
2. DFT质量评价
测试覆盖率(Test/Fault Coverage):
测试覆盖率是衡量DFT质量的核心指标之一,它表示测试向量能够检测到的故障数量占总故障数量的比例。高测试覆盖率意味着更多的故障能够被检测到,从而提高芯片的可靠性。
测试成本:
测试成本包括测试设备的购置成本、DFT Pattern测试时间成本以及测试向量生成成本等。DFT设计应尽量降低测试成本,提高测试效率。
六、DFT工具介绍
市场上的三大DFT工具:
西门子的Tessent、新思的DFTC&TestMax以及Cadence的Genus& Modus Test Solution。
Tessent的EDT压缩架构在技术上的先进性,TestMax的设计与测试集成优势,以及Modus Test Solution的全面性,都是选择时的重要考量。此外,Tessent的用户友好GUI界面和简便的MBIST工具也是其显著的优势,使其在用户体验上占据了一定的优势。
用户反馈与案例研究:
Tessent的用户反馈:许多用户称赞Tessent的EDT压缩架构在处理大型设计时的高效性。案例研究表明,Tessent能够帮助用户显著降低测试成本和时间。此外,其直观的GUI界面和简便的MBIST工具也得到了广泛好评。
TestMax的用户反馈:用户普遍认为TestMax的设计与测试集成是其最大的优势。这种集成方法不仅提高了设计效率,还减少了设计周期。然而,在用户界面方面,TestMax略显不足,且MBIST工具未与TestMax集成,增加了使用的复杂性。
Modus Test Solution的用户反馈:Modus Test Solution的用户通常赞赏其与Cadence工具的无缝集成。尽管市场占有率较低,但Modus Test Solution在Cadence生态系统中提供了一致的用户体验。
总结与展望:
DFT作为芯片设计中的关键环节,通过引入扫描链、内建自测试(MBIST)、边界扫描等创新技术,显著提升了芯片的可测试性,将故障覆盖率提升至99%以上,同时将测试成本降低30%-50%。这种技术突破不仅加速了产品上市周期——据统计,DFT可使芯片开发周期缩短20%-30%,还通过早期故障检测减少了后期返工成本。
DFT技术的发展与芯片制造技术的进步紧密相连。随着芯片制程的不断缩小和复杂度的增加,DFT技术将不断演进,以满足更高的测试需求。未来,DFT技术可能会更加智能化、自动化,借助AI和大数据技术,实现更高效的故障诊断和测试优化。同时,随着量子计算等新兴技术的兴起,DFT技术也将面临新的机遇和挑战。