大規(guī)模集成電路中開閉路測(cè)試的優(yōu)化與改進(jìn)

顧 晨

（上海交通大學(xué)通信電子系，上海 200030）

1 引言

在典型的直流測(cè)試中，應(yīng)用PMU（Precision Measurement Unit）對(duì)被測(cè)芯片進(jìn)行直流測(cè)試，雖然原理簡(jiǎn)單，但是也存在著弊端，那是由于直流測(cè)試時(shí)，PMU需要測(cè)量出每個(gè)引腳的精確值，從而導(dǎo)致測(cè)試時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，我們可以從兩方面來解決：

（1）對(duì)開閉路測(cè)試流程進(jìn)行優(yōu)化；

（2）對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行改進(jìn)，在大規(guī)模生產(chǎn)中，運(yùn)用功能測(cè)試的方法（動(dòng)態(tài)電流負(fù)載測(cè)試和VTT終端電阻測(cè)試），將測(cè)試結(jié)果直接與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，即可判斷出功能測(cè)試在時(shí)間以及效率上有了顯著的提高。

2 開閉路測(cè)試的優(yōu)化

2.1 流程優(yōu)化

典型的開閉路測(cè)試流程是將開路和閉路測(cè)試完全分開，共分為4個(gè)步驟：上半保護(hù)二極管的開路和閉路，下半保護(hù)二極管的開路和閉路。

考慮到在對(duì)閉路進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試狀態(tài)與保護(hù)二極管無關(guān)，由此對(duì)典型的開閉路測(cè)試流程優(yōu)化改進(jìn)，在測(cè)試下半保護(hù)二極管開路的同時(shí)，將閉路測(cè)試一并進(jìn)行，如圖1。

動(dòng)態(tài)電流負(fù)載測(cè)試分為兩部分：第一部分是專門負(fù)責(zé)測(cè)試被測(cè)芯片的短路以及與地面連接的保護(hù)二極管的工作狀態(tài)，在測(cè)試與地面連接的保護(hù)二極管同時(shí)，其實(shí)也就進(jìn)行了一半的開路測(cè)試。第二部分專門負(fù)責(zé)與電源連接的保護(hù)二極管的工作狀態(tài)，其實(shí)也就完成了剩余一半的開路測(cè)試。這個(gè)新流程通過將原有的三部分開閉路測(cè)試（閉路測(cè)試、上半開路測(cè)試、下半開路測(cè)試）優(yōu)化為兩部分從而降低了測(cè)試時(shí)間。

在測(cè)量下半二極管開路的時(shí)候，對(duì)于各個(gè)引腳是必須分開測(cè)試的，其原因在于除了要測(cè)是否開路的同時(shí)，我們還要測(cè)量每根引腳之間是否與地或者相互短路。一旦通過第一部分的測(cè)試后，第二部分就簡(jiǎn)單了，只需要將所有的引腳同時(shí)進(jìn)行上半二極管的開路測(cè)試，無需再重復(fù)地測(cè)量短路狀態(tài)，這相對(duì)于傳統(tǒng)靜態(tài)直流測(cè)試而言，節(jié)約了相當(dāng)可觀的測(cè)試時(shí)間。改進(jìn)后的測(cè)試簡(jiǎn)易流程如圖1。

2.2 測(cè)試方法

典型的靜態(tài)直流測(cè)試主要通過PMU向被測(cè)芯片灌入IOL（output low current）和IOH（output high current）電流，測(cè)量VOL（output low voltage）和VOH（output high voltage）的值，將其精確結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。

由于現(xiàn)有的Schlumberger測(cè)試機(jī)內(nèi)部都具有PEC3或者PEC4板卡，根據(jù)不同的PEC卡的構(gòu)造，我們可以考慮將其運(yùn)用在測(cè)試方面，從而替代原有的靜態(tài)直流測(cè)試方法。PEC3卡具有動(dòng)態(tài)電流負(fù)載電路，而PEC4具有一個(gè)VTT的50 Ω終端電阻電路。

PEC3卡中的動(dòng)態(tài)電流負(fù)載功能測(cè)試方法是運(yùn)用測(cè)試設(shè)備內(nèi)部自帶的負(fù)載電路作為可編程的電流來源，再通過電壓功能比較器將測(cè)量出來的電壓與VOL或者VOH進(jìn)行比較，從而輸出“通過”或者故障的結(jié)果。

在測(cè)試時(shí)，在程序的pattern中將VDD以及所有不參與測(cè)試的引腳全部設(shè)置為邏輯0的狀態(tài)，將待測(cè)引腳與動(dòng)態(tài)電流電路接上，同時(shí)打開動(dòng)態(tài)電流繼電器，當(dāng)測(cè)試動(dòng)態(tài)閉路以及下半二極管開路的時(shí)候，在測(cè)試程序中將Vref設(shè)在-3V，正常情況下，動(dòng)態(tài)電路會(huì)從被測(cè)芯片中引出IOH電流，大約在-1mA左右，同時(shí)將該引腳的電壓值通過比較器進(jìn)行比較，比較的上下限在測(cè)試程序中分別設(shè)在-1.5V和-0.25V。當(dāng)測(cè)試動(dòng)態(tài)閉路上半二極管開路的時(shí)候，在測(cè)試程序中將Vref設(shè)在3V，正常情況下，動(dòng)態(tài)電路會(huì)向被測(cè)芯片灌入IOL電流，大約在1mA左右，同時(shí)將該引腳的電壓值直接和比較器中事先設(shè)置好的上下限進(jìn)行比較，上下限分別設(shè)在0.25V和1.5V。在運(yùn)行該功能測(cè)試的時(shí)候，需要將測(cè)試設(shè)備設(shè)置為表1和表2的狀態(tài)，同時(shí)運(yùn)行所需要的patterns，測(cè)試結(jié)果是直接由patterns中的通過/故障設(shè)置比較得出的。

表1和表2的關(guān)鍵在于對(duì)芯片引腳初始狀態(tài)的設(shè)定，在測(cè)試閉路的時(shí)候，需要將所有未測(cè)引腳接為邏輯0，這樣才能有效地檢查出引腳對(duì)地或者引腳之間是否有短路的現(xiàn)象。在稍后的開路測(cè)試中，就可以將所有引腳直接接在測(cè)試電路中進(jìn)行并行測(cè)試，無需擔(dān)心是否有短路產(chǎn)生。

PEC4和PEC3的相同之處在于在電路中都有輸出比較器，區(qū)別在于PEC3是通過電流負(fù)載電路實(shí)現(xiàn)電流的灌入和吸出，PEC4則通過一個(gè)50 Ω的終端電阻和VTT相連的電路實(shí)現(xiàn)。如圖2，在VTT的終端點(diǎn)用測(cè)試程序設(shè)置為-450mV，并在程序的pattern里面將所有不測(cè)的引腳都設(shè)置為邏輯0狀態(tài)，這樣對(duì)于下半個(gè)保護(hù)二極管來說就是正向偏置，功能比較器的輸入所測(cè)到的電壓是通過保護(hù)二極管以及I/O口的降壓而得到的，所測(cè)量到的電壓值與測(cè)試程序中設(shè)置的上下限做比較，在測(cè)試下半二極管的時(shí)候，上下限分別設(shè)為VOH=-375mV，VOL=-435mV，當(dāng)測(cè)試上半二極管的時(shí)候，VTT的終端點(diǎn)用測(cè)試程序設(shè)為450mV，上下限分別設(shè)為VOH=435mV，VOL=100mV。

動(dòng)態(tài)電流負(fù)載電路和VTT終端電路的優(yōu)勢(shì)在于巧妙地運(yùn)用了測(cè)試機(jī)內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)對(duì)被測(cè)芯片進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)無需測(cè)量精確直流電壓值，從而大大節(jié)約了測(cè)試時(shí)間。

2.3 測(cè)試數(shù)據(jù)比較

為了驗(yàn)證改進(jìn)后的開閉路測(cè)試的測(cè)試時(shí)間是否有了明顯的變化，我們對(duì)同一個(gè)被測(cè)芯片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用原先直流測(cè)試方法得出的開閉路測(cè)試時(shí)間大約在1s左右，而運(yùn)用動(dòng)態(tài)功能測(cè)試方法所得出的開閉路測(cè)試時(shí)間大約在190ms，僅一塊被測(cè)芯片的測(cè)試時(shí)間就比原先縮短了800ms，一般來說一個(gè)批次大約有3 000顆芯片，那么節(jié)約的測(cè)試時(shí)間將達(dá)到2 400s，將近40min，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)而言，這是相當(dāng)可觀的。

3 結(jié)論

這一測(cè)試方法的改變對(duì)整體測(cè)試時(shí)間的改進(jìn)是顯而易見的。另外，這兩種動(dòng)態(tài)測(cè)試方法還能普及到其他靜態(tài)直流測(cè)試項(xiàng)目中，例如VOL/VOH等測(cè)試單元中，同樣可以取代傳統(tǒng)的靜態(tài)直流測(cè)試方法對(duì)測(cè)試本身進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，其測(cè)試結(jié)果無疑對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)的半導(dǎo)體工廠來說是一個(gè)顯著降本增效的方法。

［1］陳光禹，潘中良.可測(cè)試設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1997.