圖形測試:多工位模擬和混合信號器件并行測試效率的關(guān)鍵

Jack Weimer

(泰瑞達(dá)，Eagle 業(yè)務(wù)部)

1 并行測試效率

并行測試效率(Parallel Test Efficiency ：PTE)是一個關(guān)于多工位器件測試工作效率的計量。

用百分?jǐn)?shù)表示，PTE 是一個測試系統(tǒng)的品質(zhì)和是否適合高產(chǎn)量測試的指示器。PTE 用以下公式計算：

綜觀歷史，最好的有效率的并行測試范例是在DRAM測試領(lǐng)域。由于這個市場極高的產(chǎn)量和無邊的價格壓力，獨(dú)特的測試系統(tǒng)和器件分選機(jī)被開發(fā)提供最高的量產(chǎn)效率。這些測試單元可同時測試多達(dá)256個器件，而且同測工位數(shù)還在不停增長。這些具有巨大測試工位數(shù)的測試系統(tǒng)要達(dá)到其測試成本(COT)目標(biāo)，最終產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益，PTE必須盡量接近100%(見圖1)。

圖1 PTE Chart

為了生成如圖1所示的PTE 圖表，必須作一些有關(guān)測試單元成本和每工位增加成本的假設(shè)。不同的成本假設(shè)圖表結(jié)果會有些不同。盡管如此，該圖表提供了一個生產(chǎn)管理者經(jīng)常會面對的產(chǎn)量權(quán)衡的可信的例子。雖然該模型中沒涉及，但值得注意的是由于測試機(jī)臺和/或分選機(jī)擴(kuò)展的不連續(xù)，測試單元的成本可能會隨著同測數(shù)的提高而非線性改變。

通過分析，該圖表顯示32個工位同測一般要求PTE 到99%以上。成功的16個工位同測要求PTE 大于97%，8個工位同測要求PTE 至少在85%。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)突顯了一個測試系統(tǒng)高并行測試效率的重要性。PTE的提高是走向更高工位同測數(shù)，達(dá)到更低的測試成本的先決條件。

2 圖形測試

給模擬和混合信號器件測試帶來更高的并行測試效率。

很久以來，ATE 產(chǎn)業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到多工位測試是有效率的測試成本(COT)模式。和單工位測試比較，多工位測試所節(jié)省的成本是可觀的。多工位測試可以大大縮減完成一定產(chǎn)能所需的測試單元數(shù)量(測試機(jī)和分選機(jī)或探針臺，機(jī)械手，接口連接硬件的組合)，占地面積及操作工。高并行測試效率是最大化這種模式效率，降低整個測試成本的基本要素。

為了理解這些限制多工位模擬和混合信號器件測試并行測試效率的因素，有必要把典型的模擬測試方法和傳統(tǒng)的數(shù)字測試方法進(jìn)行對比。由于數(shù)字器件測試通常不需要詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)果，數(shù)字器件測試一般按pass-fail 模式操作。而在模擬測試中，多數(shù)測試設(shè)計為輸出詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)果，可用于統(tǒng)計分析。數(shù)字測試是利用硬件激勵(無軟件介入)帶有預(yù)定控制時序的激勵響應(yīng)數(shù)據(jù)，自然是圖形測試。

數(shù)字器件的響應(yīng)通常是隨著圖形的運(yùn)行而實(shí)時地進(jìn)行on-the-fly 評估。模擬測試常常是在低端設(shè)備上，不采用圖形或硬件激勵的方法來完成。為了把模擬測試匹配到數(shù)字測試模型，需要硬件技術(shù)使模擬和混合信號測試在多工位測試中真正同時進(jìn)行。

由于詳細(xì)的數(shù)據(jù)結(jié)果對統(tǒng)計過程控制(SPC：Statistical Process Control)和模擬器件生產(chǎn)是必需的，模擬圖形測試必須合并數(shù)字圖形技術(shù)的速度和并行性同時能提供詳細(xì)的測試結(jié)果作數(shù)據(jù)記錄。模擬圖形測試的方法因此必須采用硬件激勵預(yù)定的測試條件。為了和數(shù)字并行測試模式完全一致，模擬的測試也需要實(shí)時的on-the-fly 評估測試結(jié)果。

今天的現(xiàn)實(shí)是大多數(shù)的半導(dǎo)體生產(chǎn)商沒有用和存儲器測試中常見的的并行測試效率來測模擬和混合信號器件。典型的DRAM并行測試效率大于99.9%，而許多模擬和混合信號器件并行測試效率在80%到98%之間，取決于應(yīng)用程序和測試系統(tǒng)。

3 有效并行測試的測試機(jī)架構(gòu)

影響并行測試效率的一個關(guān)鍵因素是每一工位必須具有獨(dú)立的資源。有效率的多工位測試平臺必須提供專門只用于各個工位的資源。工位間共享資源會使測試運(yùn)行成為串行過程。這是一個測試系統(tǒng)沒有很好的設(shè)計有效并行測試的典型問題。測試系統(tǒng)工位間共享資源會限制測試機(jī)的效力,降低可測的最大工位數(shù)導(dǎo)致測試機(jī)效率的降低。

有效率的多工位測試機(jī)架構(gòu)的另一個重要方面是資源的通道密度。測試系統(tǒng)必須提供大量的資源通道來支持足夠多的測試工位數(shù)。從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)，如果PTE 夠大，測試工位數(shù)越多，測試費(fèi)用會越低。以模擬測試為例，每個工位上需要有一定數(shù)量的V/I 通道。

如今，多數(shù)測試機(jī)廠商在測試頭里放置資源來提高測量的精度和性能。因此，測試頭內(nèi)部的資源插槽是很重要的，尤其是考慮到通道密度。有效率的測試系統(tǒng)設(shè)計會最好地利用插槽的空間。通道密度必須和每一資源的覆蓋面和特征相平衡。由于模擬測試要求的多樣性，測試機(jī)廠商需要提供多種通道密度高覆蓋面大的資源。

從混合信號測試系統(tǒng)的數(shù)字部分來看，數(shù)字通道的PSQ 數(shù)量(per pattern sequencer)是影響測試效率的一個重要因素。每一測試工位條件跳轉(zhuǎn)運(yùn)行是佷常見的。條件跳轉(zhuǎn)可能是必須的，或者是縮短測試時間的一種方法。有效率的架構(gòu)會在比較少的通道上提供獨(dú)立的PSQ 控制。

另一個重要的系統(tǒng)設(shè)計是數(shù)字和模擬信號的同步。許多測試情況下要求數(shù)字信號和模擬信號之間緊密聯(lián)系。因此，有效率的測試系統(tǒng)應(yīng)該提供直接精確的同步方法。

圖2 Multisite Mixed-Signal Architecture

圖2 表示一個多工位混合信號測試系統(tǒng)的簡單架構(gòu)。圖中，每一工位都有各自專門的資源，模擬和數(shù)字資源通過主時鐘同步。該架構(gòu)對中等數(shù)量的工位數(shù)是有效率的，但要達(dá)到32 工位以上則需要更加復(fù)雜的方法。

在第二，三部分，我們將介紹模擬圖形測試的硬件，并概述泰瑞達(dá)的SmartPinR技術(shù)。