T2000 SiP測試方案介紹

過海夏

(愛德萬測試（蘇州）有限公司上海分公司，上海201102)

1 SiP技術(shù)的簡介

系統(tǒng)集成封裝SiP(System-In-Package)是指將一個(gè)電子功能系統(tǒng)，或其子系統(tǒng)中的大部分內(nèi)容，甚至全部都安置在一個(gè)封裝內(nèi)。SiP系統(tǒng)通常是功能比較完整的系統(tǒng)，或子系統(tǒng)。

相對于SoC，SiP由于可以靈活地采用已有的封裝進(jìn)行集成，甚至可以進(jìn)行3D堆疊，大大簡化了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，增加了設(shè)計(jì)的靈活性，同時(shí)設(shè)計(jì)周期可以大大縮短，功能器件也可以有了選擇的余地。由于信號傳輸距離縮短，電磁干擾亦可有效地屏蔽掉，所以系統(tǒng)性能顯著提高。

總括起來SiP系統(tǒng)封裝的優(yōu)勢在于：

●功能更多；

●功耗更低；

●性能更優(yōu)良；

●成本價(jià)格更低；

●體積更小重量更輕。

因此SiP系統(tǒng)集成封裝越來受到市場的青睞，應(yīng)用越來越廣泛(圖1)，在醫(yī)療電子、汽車電子、功率模塊、圖像感應(yīng)器、手機(jī)、全球定位系統(tǒng)、藍(lán)牙等方面應(yīng)用越來越多。

圖1 SiP的發(fā)展趨勢

2 SiP的測試要求

隨著國內(nèi)諸如搭載CMMB等功能多媒體手機(jī)、MP4/5等移動手持消費(fèi)類電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，加入了無源器件、射頻器件、MEM、以及多個(gè)子系統(tǒng)高度集成的SiP產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展迅猛，對IC設(shè)計(jì)、封裝、以及測試都提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

在測試領(lǐng)域，針對SiP的特點(diǎn)，需要確保以下三個(gè)方面(圖2)：

●裝配之前，確保各個(gè)die/chip的功能和性能的完整性。

●裝配之后，確保芯片的連接性(包括外部引腳以及內(nèi)部各個(gè)die之間)

●裝配之后，確保芯片整體上的功能和性能。

圖2 SiP的測試重點(diǎn)

結(jié)合實(shí)際ATE的測試，SiP就需要測試機(jī)臺能支持/滿足芯片內(nèi)部各種die的測試要求。也就是我們所謂的測試資源完整性。由于SiP芯片的功能與應(yīng)用有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性和多變性，因此對ATE所能提供的資源也就有了較高的要求。ATE本身必須要具備測試各種不同功能模塊的能力，包含對邏輯、模擬、MEM，高速/高頻的測試能力，以便能對SiP芯片的不同測試需求。

圖3為某款W－CDMA芯片的示意圖。在一塊芯片上集成了數(shù)字處理die、數(shù)/模轉(zhuǎn)換die、儲存單元(MEM)die以及一些接口IF等，在測試此類芯片時(shí)候就要求測試機(jī)具備能測試邏輯，模擬(A/D)、memory以及高速信號的資源。

圖3 某款W－CDMA芯片示意圖(SiP)

與此同時(shí)測試系統(tǒng)的每個(gè)測試通道最好有自己的獨(dú)立作業(yè)能力，以便能夠靈活運(yùn)用在各種不同的測試功能上，為客戶提供多種測試方案。

其次測試成本也是一個(gè)不可忽略的因素?，F(xiàn)今市場競爭激烈，芯片開發(fā)商對成本與市場價(jià)格相當(dāng)敏感，更好的成本控制無疑能提高芯片的競爭力。隨著芯片技術(shù)的日趨完善，采用更大尺寸的wafer以及制作更小尺寸的芯片，是芯片的必然趨勢。但同時(shí)測試所占的成本比例卻在不斷提高(圖4)。因此降低測試成本也越來越成為芯片開發(fā)商關(guān)注的焦點(diǎn)之一。對于選擇ATE測試機(jī)臺而言，在資源滿足要求的前提下，更高的同測數(shù)，更高的資源密度以及更高的性價(jià)比，無疑將是最佳的選擇。

圖4 測試成本的比率

再次，測試的開發(fā)周期以及準(zhǔn)確的調(diào)試反饋(也就是測試機(jī)臺的軟件環(huán)境)也是需要考慮的因素。在保證測試質(zhì)量的前提下，迅速的測試方案制定，快速的測試程序編寫，迅捷的online調(diào)試以及及時(shí)準(zhǔn)確的測試反饋，到最終的量產(chǎn)測試。更短的測試開發(fā)周期，就意味著更多的市場份額。準(zhǔn)確的芯片功能信息，良率分析，Scan定位。。。。更多的測試反饋信息，能幫助設(shè)計(jì)/測試人員在更短的時(shí)間內(nèi)找出設(shè)計(jì)/線路上的問題。

3 基于T2000的SiP測試方案介紹

T2000是愛德萬測試(ADVANTEST)基于開放式模塊化的一種全新概念的Soc芯片測試平臺。它采用了世界首創(chuàng)的完全開放的構(gòu)架,從真正意義上實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展性、靈活性以及經(jīng)濟(jì)性。

T2000測試系統(tǒng)由各種不同功能的軟硬件模塊(Module)組成，也就是所謂的模塊化架構(gòu)。這種構(gòu)架的優(yōu)點(diǎn)在于：

●系統(tǒng)靈活，擁有持續(xù)升級的可能性。

●方便硬件更換和升級，測試系統(tǒng)升級配置時(shí)的投資達(dá)到最小化。

●減少人力成本，升級后沿用同一平臺/環(huán)境，測試人員可以很快熟悉新(配置)系統(tǒng)。

這種針對多樣化的產(chǎn)品群體，具有可以靈活應(yīng)用的模塊化結(jié)構(gòu)的測試系統(tǒng)可以利用相同的技術(shù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)方面的高性能化及批量生產(chǎn)方面的低成本化。通過不同級別模塊的開發(fā)，擴(kuò)大技術(shù)解決能力，同時(shí)有效地縮短開發(fā)時(shí)間。

針對SiP的芯片級互連技術(shù)特點(diǎn)，T2000提供了不同的模塊來對應(yīng)SiP中各個(gè)die/芯片的測試以及最終SiP整體的測試要求，提供了在一個(gè)測試平臺上完成各種測試的高效低成本整體解決方案。

目前來看，我們把SiP內(nèi)部的die分大致為(圖5)：數(shù)字部分 (比如DPS)，存儲部分 (比如內(nèi)嵌Flash)，模擬部分(比如 video，audio，ADC)，射頻部分(比如RF tuner)以及高速部分(主要為高速IO接口)。針對以上 SiP內(nèi)部集成芯片/die，ADVANTEST的T2000提供了以下相對應(yīng)的測試模塊。

圖5 SiP內(nèi)部功能die一種分類方式

3.1 數(shù)字測試模塊（Digital Test Modules）

――針對SiP的數(shù)字、高速接口、MEM部分

數(shù)字模塊主要包括800MDM和250MDMA以及6.5GDM。從250Mbps～6.5 Gbps全面覆蓋數(shù)字信號低中高測試需要。

●800MDM模塊：頻率最大可達(dá)800Mbps，提供了多達(dá)128 Pin/模塊的業(yè)界最高pin密度，能為內(nèi)嵌Flash測試提供高電壓輸出。涵蓋從低速數(shù)字信號到DDR2 I/F的應(yīng)用。

●250MDMA模塊：同樣為128 Pin/模塊，能為內(nèi)嵌Flash測試提供高電壓輸出，并具有內(nèi)嵌的Histogram硬件引擎。主要面向一般(<250Mbps)數(shù)字應(yīng)用。為對于數(shù)字頻率要求不高的芯片測試提供更高的性價(jià)比。

●6.5GDM模塊：專門針對高速接口，提供8對差分輸入pin+輸出pin，最大測試頻率可達(dá)6.5Gbps,能完全覆蓋目前高速數(shù)字接口的測試需求。

3.2 混合/模擬模塊(M ixed/Analog Modules)

――針對SiP的混合信號部分

混合/模擬模塊主要包括BBWGD模塊，AAWGD模塊以及PMU32模塊。從提供24bit的高精度分辨率(AAWGD模塊)到400Mbps的發(fā)生率(BBWGD模塊)(圖6)，這些模擬模塊的測試指標(biāo)覆蓋了目前主流混合信號的測試要求,例如HDTV，3G-BaseBand。

●BBWGD模塊：提供8CH AWG(任意波形發(fā)生器)＋8CH DGT(波形采樣器)，發(fā)生/采樣精度為16bit，AWG 發(fā)生率為 400Mbps(Max)，DGT 采樣率256Mbps(Max)。采樣帶寬最高可達(dá)300MHz。并內(nèi)置FFT硬件引擎。主要面向視頻、基帶、數(shù)字電視等高速應(yīng)用領(lǐng)域的測試。

●AAWGD模塊：提供8CH AWG(任意波形發(fā)生器)＋8CH DGT(波形采樣器)，AWG 精度為 24bit。采用過采樣以及數(shù)字濾波技術(shù)，DGT的精度可以達(dá)20bit。主要面向高精度音頻應(yīng)用領(lǐng)域的測試。

●PMU32模塊：每模塊提供32CH，采樣率為16bit/200ksps，能提供40V的電壓范圍和200mA的電流范圍，可用于AD/DA的線性度測試，模擬信號的參考電壓以及電源供應(yīng)等多種用途。

圖6 模擬模塊的應(yīng)用領(lǐng)域

3.3 射頻測試模塊（RF Modules）

――針對SiP的射頻部分

T2000射頻模塊為12GWSGA模塊，可以為目前主流的RFIC提供高效低成本的測試解決方案。

●12GWSGA模塊：每個(gè)模塊有獨(dú)立的四路測試通道，每路通道提供一個(gè)矢量信號發(fā)生器(VSG)，一個(gè)矢量信號分析儀(VSA)，及一個(gè)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)，并且通過高精度的電子開關(guān)復(fù)用成4個(gè)IO射頻端口和4個(gè)O射頻端口，整個(gè)模塊共有32個(gè)射頻端口，VSA最高測試頻率為12 GHz,測試帶寬為40MHz,T2000最多可以插入4塊12GWSGA模塊，可升級到128個(gè)射頻端口。

T2000的射頻測試模塊-12GWSGA是為多頻帶，M IMO及復(fù)雜的RFIC的測試開發(fā)的，完全滿足了802.11n以及LTEM IMO芯片的測試。

3.4 電源模塊（Power Supply Modules）

――針對SiP的電源供給

電源模塊主要包括DPS500mA，HCDPSModule以及LCDPSModule以及模塊。為不同類型die/芯片的電源提供電壓供給。

●DPS500mA模塊：每個(gè)模塊提供了32個(gè)獨(dú)立的電源通道，每個(gè)通道可以提供500mA(8 V)的電流供給。適合于高同測數(shù)的應(yīng)用場合。

●HCDPS模塊：每塊Module提供4個(gè)通道，每通道可以提供16A(1.8V)的電流供給。適合于低電壓，大電流的場合。

●LCDPS模塊：每塊Module提供4個(gè)通道，每通道可以提供4A的電流供給。

3.5 其他模塊（Other Modules）

――針對一些特殊測試需求以及控制需求

除了以上介紹的Module外，T2000系統(tǒng)還具有JitterMeasurementModule和RelayControl5VModule。

●JitterMeasurement模塊：用來測試CLOCK/PLL的jitter。每模塊具有8個(gè)通道，測試頻率的范圍為：10MHz至500MHz。模塊的抖動底噪為6pS(RMS)。

●Relay Control 5V模塊：用來控制relay的切換，具有192獨(dú)立通道。

3.6 調(diào)試分析工具/環(huán)境

此外在上文的第二節(jié)中，也提到調(diào)試分析工具對整個(gè)project的提升功能。ADVANTEST的T2000測試系統(tǒng)具有強(qiáng)大的調(diào)試分析工具，為測試工程師、設(shè)計(jì)人員提供了更為直觀便捷的分析數(shù)據(jù)以及波形。例如通過wavescope tool可以很方便的觀測到各種信號的真實(shí)波形(圖7)。

而Statistical Analysis Tool可以提供量產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)(CP，CPK，6Sigma等)，為產(chǎn)品工程師的良率分析提供了便捷(圖8)。

圖7 wavescope tool的界面

圖8 Statistical Analysis Tool的界面

4 總結(jié)

SiP已經(jīng)發(fā)展到多種不同類型的Die實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。SiP在ATE上的測試面臨的主要挑戰(zhàn)是多種不同類型的Die/Chip在不同的階段需要使用不同的ATE平臺。

搭載了支持?jǐn)?shù)字測試、模擬測試、電源測試、射頻測試、Memory測試、多時(shí)域測試等不同測試功能測試模塊的開放式架構(gòu)T2000測試系統(tǒng)，可以根據(jù)SiP的不同測試要求，整合及調(diào)配測試資源，在一個(gè)測試平臺上完成SiP的完整測試。

同時(shí)由于在一個(gè)平臺上完成針對SoC，Memory，RF等不同功能的測試，優(yōu)化了擁有不同測試功能的測試資源，大幅縮短了原來復(fù)雜流程的測試時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了測試成本的大幅降低。

此外強(qiáng)大的軟件環(huán)境和豐富的調(diào)試/分析工具，使設(shè)計(jì)人員和測試工程人員對SiPCP測試階段獲得的大量、復(fù)雜的測試結(jié)果數(shù)據(jù)，能夠直觀、系統(tǒng)的進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了SiP測試的良率提高。

愛德萬測試的全新SiP測試方案，必將能助力國內(nèi)的SiP產(chǎn)業(yè)更好更快地發(fā)展。