芯片測試程序

老虎說芯|Tiger Chip|

2024-11-12 12:31:43 966

一、測試程序的基本概念

測試程序，即被ATE（Automatic Test Equipment，自動測試設(shè)備）識別和執(zhí)行的指令集，是集成電路測試的核心。測試程序的主要功能是指引ATE在測試中如何與被測器件（DUT）交互，具體包括如何對DUT施加不同的輸入激勵(lì)，如何測量其響應(yīng)信號，以及將測量結(jié)果與設(shè)定的門限值（Limit）進(jìn)行比較，最終判定測試結(jié)果為“通過”（Pass）還是“失效”（Fail）。此外，測試程序還可以根據(jù)DUT在測試過程中的表現(xiàn)對其進(jìn)行分類（分Bin），并將這些測試結(jié)果輸出給工程師，以用于進(jìn)一步的分析和優(yōu)化。

二、測試程序的分類

測試程序通常根據(jù)應(yīng)用場景的不同，分為以下幾類：

特性化分析程序：此類程序主要在芯片設(shè)計(jì)完成后的分析階段使用，目的是通過*測試各種參數(shù)（如電壓、電流、頻率等）的組合變化，來確定產(chǎn)品的工作邊界條件。特性化分析程序有助于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在極端條件下的表現(xiàn)，為產(chǎn)品手冊提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，也為后續(xù)的設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)提供參考依據(jù)。

量產(chǎn)程序：量產(chǎn)測試程序的主要目的是迅速、準(zhǔn)確地篩選出合格的產(chǎn)品。它要求在覆蓋所有關(guān)鍵測試項(xiàng)的前提下，盡可能地簡化流程，以縮短測試時(shí)間，降低成本。因此，量產(chǎn)程序通常只測試關(guān)鍵參數(shù)，并依據(jù)這些參數(shù)快速判斷產(chǎn)品的合格性。

三、量產(chǎn)測試程序的流程設(shè)計(jì)

在量產(chǎn)測試中，如何安排測試項(xiàng)目的執(zhí)行順序是非常重要的，合理的測試順序可以提升測試效率，減少不必要的資源浪費(fèi)。以下是一些常用的優(yōu)化策略：

開短路測試優(yōu)先：將開短路測試放在首位，可以快速篩除在封裝或生產(chǎn)中出現(xiàn)的嚴(yán)重缺陷產(chǎn)品，避免不合格的產(chǎn)品進(jìn)入后續(xù)測試階段，浪費(fèi)測試時(shí)間和資源。

優(yōu)先測試高失效率項(xiàng)目：對于失效率較高的測試項(xiàng)目，應(yīng)盡早安排執(zhí)行。這可以盡早檢測出可能的失效器件，減少浪費(fèi)的測試資源和時(shí)間。

定義不同速度等級或多個(gè)通過等級：根據(jù)應(yīng)用需求，定義不同的速度等級。例如，Xilinx的FPGA產(chǎn)品可能分為-1、-2、-3等級，以表明不同的最高運(yùn)行頻率。這樣可以通過測試結(jié)果直接分類，實(shí)現(xiàn)多等級的篩選。

測試數(shù)據(jù)的定期檢測與流程優(yōu)化：通過對測試數(shù)據(jù)的持續(xù)監(jiān)控，工程師可以識別測試流程中的瓶頸和不足，逐步優(yōu)化測試順序和內(nèi)容，以提高測試效率和良率。

四、分Bin及分類篩選

測試程序在執(zhí)行測試后，會對DUT的測試結(jié)果進(jìn)行分類篩選，這個(gè)過程被稱為“分Bin”。分Bin可以進(jìn)一步細(xì)化測試結(jié)果，提供多種標(biāo)準(zhǔn)以應(yīng)對不同的生產(chǎn)和市場需求。分Bin主要分為硬件Bin和軟件Bin兩種：

硬件Bin：硬件Bin主要在物理層面對產(chǎn)品進(jìn)行分類，將不同的Bin產(chǎn)品分裝至不同的料管或料盤中。這種分Bin方式通常由ATE連接的分選機(jī)或探針臺來執(zhí)行，物理上的分料以便于生產(chǎn)流程中的自動化處理和裝配。

軟件Bin：軟件Bin主要是基于測試結(jié)果進(jìn)行邏輯分類，由ATE系統(tǒng)軟件完成。軟件Bin的數(shù)量一般較多，可以更詳細(xì)地描述測試失效的原因。例如，某個(gè)軟件Bin可能專門用于記錄高溫測試失效的器件，而另一個(gè)則標(biāo)識在功能測試中表現(xiàn)不佳的器件。通過軟件Bin的設(shè)置，測試數(shù)據(jù)能為生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供精確的指導(dǎo)。

五、測試程序的核心內(nèi)容

在量產(chǎn)測試程序的設(shè)計(jì)中，測試工程師需要根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和良率要求選擇并優(yōu)化測試項(xiàng)目。以下是一些關(guān)鍵的測試項(xiàng)和它們在測試流程中的位置：

開短路測試：開短路測試用于檢測電路是否存在短路或斷路的情況，通常在測試流程的首位。開短路故障可能源于封裝缺陷或焊接不良，迅速篩出此類產(chǎn)品可以避免后續(xù)不必要的測試資源消耗。

直流參數(shù)測試：在開短路測試之后，通常會進(jìn)行直流參數(shù)測試，包括電壓、電流等靜態(tài)指標(biāo)的測量。這些參數(shù)是芯片正常工作的基礎(chǔ)，如果器件在靜態(tài)條件下的直流參數(shù)未達(dá)標(biāo)，則往往意味著器件存在根本性的失效。

電源功耗測試：電源功耗測試評估器件在靜態(tài)或動態(tài)條件下的耗電量，功耗往往是芯片性能的重要指標(biāo)之一。在低功耗產(chǎn)品的測試中，功耗測試尤其重要，因?yàn)檫@直接關(guān)系到器件的能效和市場需求。

功能測試：功能測試驗(yàn)證芯片的基本功能是否正常，確保器件在實(shí)際應(yīng)用中能正常運(yùn)作。功能測試項(xiàng)較多，覆蓋的功能面較廣，通常通過施加特定輸入信號并檢測其輸出來判斷是否符合設(shè)計(jì)要求。

交流參數(shù)測試：交流參數(shù)測試包括延遲時(shí)間、轉(zhuǎn)換速率等動態(tài)性能測試，主要用于高性能或高頻應(yīng)用中，檢測芯片在高速操作下的表現(xiàn)。交流參數(shù)測試的結(jié)果對產(chǎn)品的速度等級分類有直接影響，是高速器件測試的重要步驟之一。

六、測試程序的數(shù)據(jù)收集與分析

測試程序會實(shí)時(shí)收集DUT的測試數(shù)據(jù)，并將其反饋給測試工程師。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，工程師可以掌握良率情況，并對產(chǎn)品質(zhì)量和工藝狀況進(jìn)行評估。常見的數(shù)據(jù)分析方法包括以下幾個(gè)方面：

良率分析：通過收集和分析良率數(shù)據(jù)，可以幫助工程師識別出生產(chǎn)過程中存在的問題。若良率持續(xù)下降，可能意味著生產(chǎn)線或工藝環(huán)節(jié)存在異常。

失效模式分析：將不同的失效產(chǎn)品分類并分析失效模式，可以為生產(chǎn)線改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。例如，若某一測試項(xiàng)的失效率較高，則可能說明工藝或材料存在問題，需要進(jìn)一步調(diào)查。

測試優(yōu)化：基于測試數(shù)據(jù)的分析，工程師可以逐步優(yōu)化測試流程。比如，將失效率高的測試項(xiàng)提前執(zhí)行，調(diào)整不同測試項(xiàng)的門限等，以提升測試效率并降低測試成本。

七、總結(jié)與建議

作為一名集成電路測試工程師，理解并掌握測試程序的構(gòu)建和優(yōu)化是提升測試效率、確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。具體建議如下：

熟悉測試程序的每個(gè)環(huán)節(jié)：了解每個(gè)測試項(xiàng)的具體目的和其在流程中的位置，確保測試流程設(shè)計(jì)合理且高效。

善于分析測試數(shù)據(jù)：通過良率分析和失效模式分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決生產(chǎn)中的潛在問題，不斷改進(jìn)測試程序。

不斷優(yōu)化測試流程：根據(jù)測試數(shù)據(jù)的變化，不斷調(diào)整測試順序、更新測試項(xiàng)的門限值，以提高測試效率和生產(chǎn)良率。

掌握測試程序的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，不僅能提高測試產(chǎn)出，也有助于公司整體的生產(chǎn)效率和市場競爭力。希望這次的詳細(xì)解讀能幫助您在未來的工作中更高效地完成任務(wù)并持續(xù)提升測試技能。

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