多管芯并行測(cè)試的熔絲修調(diào)方法探索

張鵬輝

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇 無(wú)錫 214035）

1 引言

隨著多管芯并行測(cè)試技術(shù)的廣泛采用，測(cè)試環(huán)節(jié)中，熔絲修調(diào)的部分占據(jù)了非常重要的地位。熔絲（Fuse）結(jié)構(gòu)在AC-DC、DC-DC、LDO等類型的集成電路（IC）中有廣泛應(yīng)用，一般用來(lái)在圓片測(cè)試階段調(diào)整基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率或其他參數(shù)，修調(diào)的目的是把熔絲斷路，使各修調(diào)點(diǎn)間的電阻盡可能接近理論值。在多管芯并行測(cè)試中，需要盡可能提高熔絲修調(diào)準(zhǔn)確性，提高修調(diào)效率，降低對(duì)測(cè)試系統(tǒng)資源的占用。

2 熔絲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介和常用修調(diào)方式

2.1 熔絲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

熔絲就是在兩個(gè)鍵合點(diǎn)之間用金屬或者多晶硅以最小寬度短接在一起的部分，在鍵合點(diǎn)之間通過(guò)一個(gè)大的電流，就會(huì)引起熔絲材料熔斷或者氣化，熔絲就會(huì)變成斷路，這個(gè)過(guò)程即為修調(diào)。按照制造工藝，熔絲一般可分為金屬（metal）和多晶硅（poly）兩種，圖1為金屬熔絲與多晶硅熔絲示意圖。金屬熔絲與多晶硅熔絲因材料本身的特性有較大區(qū)別，在電阻值上，一般的金屬熔絲阻值接近0 Ω，而多晶硅熔絲的阻值較大，視工藝情況一般在50～200 Ω左右。在溫度特性上，以常用的鋁熔絲為例，鋁的融化溫度在660 ℃左右，沸騰溫度約2 470 ℃左右，而多晶硅的融化溫度（約1 410 ℃）遠(yuǎn)高于鋁，并且多晶硅非常脆弱，在熱力場(chǎng)的作用下容易破裂。因此不同的工藝和結(jié)構(gòu)，選擇的修調(diào)方式也不同。

圖1 金屬熔絲與多晶硅熔絲

2.2 常見(jiàn)的熔絲修調(diào)方式

修調(diào)過(guò)程就是把熔絲從短路狀態(tài)熔斷成斷路狀態(tài)的過(guò)程，通過(guò)在熔絲兩端的修調(diào)點(diǎn)上施加一定的電壓，電流流過(guò)熔絲產(chǎn)生高溫，把熔絲熔斷或者氣化。根據(jù)熔絲的物理特性，選取合適的電壓和電流是成功修調(diào)的關(guān)鍵。

為了提供一個(gè)瞬間的大電流，一般采用電容充放電的方式為修調(diào)提供能量，其典型電路如圖2所示。

圖2 使用電容方式進(jìn)行修調(diào)

修調(diào)時(shí)，繼電器在初始狀態(tài)，先給修調(diào)電源端加電壓，通過(guò)繼電器常閉端給電容C1充電，等待一定時(shí)間后，向繼電器K1端發(fā)送低電平控制信號(hào)，C1的正負(fù)兩端與修調(diào)電源和GND斷開(kāi)，接到FUSE的兩端，C1放電熔斷熔絲。電容修調(diào)有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，修調(diào)時(shí)電路的其他管腳特別是GND和C1是隔離的，修調(diào)對(duì)電路本身的影響較小。

電容方式修調(diào)只能控制電壓，不能控制箝位電流，無(wú)法精確控制修調(diào)過(guò)程中的能量。而且在C1與熔絲間接線過(guò)長(zhǎng)的情況下，在繼電器閉合的瞬間易產(chǎn)生較高的感應(yīng)脈沖電壓，容易損壞電路，因此部分情況下，也使用測(cè)試機(jī)的直流電壓電流源進(jìn)行修調(diào)。當(dāng)使用測(cè)試機(jī)電壓電流源修調(diào)時(shí)，可以精確地控制修調(diào)電壓和箝位電流，不易損壞電路。但是測(cè)試機(jī)電源有恒壓恒流的特性，本身的瞬間放電能力較差，對(duì)于部分集成電路產(chǎn)品修調(diào)效果不夠理想。對(duì)于不同的電路，要具體分析采用哪種方式更為合適。根據(jù)筆者多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)金屬熔絲更適合采用電壓源方式直接修調(diào)，而大部分多晶硅熔絲更適合采用電容方式。

3 多管芯測(cè)試的熔絲修調(diào)方案

3.1 多管芯測(cè)試下熔絲修調(diào)的資源分配

多管芯測(cè)試可以有效減少測(cè)試時(shí)間，提高測(cè)試效率，同一臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)，在4管芯并行測(cè)試的情況下，要比傳統(tǒng)的單管芯測(cè)試提高2倍以上的產(chǎn)出效率，所以多管芯測(cè)試已成為半導(dǎo)體測(cè)試業(yè)的主要潮流和發(fā)展方向。

在傳統(tǒng)多管芯測(cè)試中，大部份參數(shù)都是并行測(cè)試的，但熔絲修調(diào)部分一般采用串行逐個(gè)修調(diào)，這部分較為影響整個(gè)測(cè)試效率。主要有兩個(gè)問(wèn)題影響熔絲修調(diào)效率，測(cè)試系統(tǒng)資源的分配和繼電器動(dòng)作時(shí)間。下面以某AC-DC類型電路（下文簡(jiǎn)稱為AC電路）在某測(cè)試系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱為T(mén)R系統(tǒng)）上的4管芯并行測(cè)試為例，詳述熔絲修調(diào)部分對(duì)測(cè)試機(jī)資源的占用和修調(diào)效率問(wèn)題。

TR系統(tǒng)配置有20路直流電壓電流源，其中4路PV源和16路OV源，32路繼電器控制位，還有時(shí)間測(cè)量單元和固定電源等，詳見(jiàn)表1。

表1 TR測(cè)試系統(tǒng)資源配置表

圖3 某AC-DC電路的PAD圖

圖3為AC電路的PAD圖，該電路VDDH端需要1路PV源，修調(diào)電源需要1路PV源，有4個(gè)大PAD各需要1路OV源，還有11個(gè)小PAD對(duì)應(yīng)11段熔絲，需要11個(gè)繼電器進(jìn)行控制修調(diào)，合計(jì)需要8路PV源、16路OV源、至少44個(gè)繼電器控制位。結(jié)合表1和圖3可以看到，該電路如果在TR系統(tǒng)上采用資源獨(dú)占的方式進(jìn)行4管芯測(cè)試，那么電壓電流源和繼電器控制位都是不夠的，必須采取一些方法對(duì)資源進(jìn)行復(fù)用。

3.2 采取資源復(fù)用的方式設(shè)計(jì)測(cè)試方案

采用資源復(fù)用的方法，給一個(gè)資源多種用途，可以有效降低多管芯測(cè)試對(duì)系統(tǒng)資源的需求。例如PV源既可以做被測(cè)電路的電源，而在熔絲修調(diào)時(shí)，被測(cè)電路不用上電，則可以把這部分切換為修調(diào)電源。同理，繼電器控制位也可以采用復(fù)用的方式。圖4是資源復(fù)用的示意圖，可以看到4路PV源被分配給4顆被測(cè)管芯，通過(guò)繼電器K1～K4切換到VDD或修調(diào)電源，當(dāng)正常測(cè)試時(shí)，4路PV源通過(guò)繼電器常閉端接入4顆被測(cè)管芯的VDD；當(dāng)某一路進(jìn)行修調(diào)動(dòng)作時(shí)，將該路的繼電器閉合，PV源接修調(diào)P提供修調(diào)電壓。而同樣的，4顆被測(cè)管芯共16段熔絲，使用了4個(gè)繼電器控制位進(jìn)行控制，例如每個(gè)管芯的B1段熔絲，都使用K5控制，當(dāng)?shù)谝活w管芯的B1需要修調(diào)時(shí)，PV源加壓，K1閉合，K5閉合，管芯1的B1段熔絲被修調(diào)，而其他3顆管芯的B1段雖然也被接入各自的修調(diào)P，但此時(shí)其他3路修調(diào)P接入PV源，也就不會(huì)被燒斷。

可以看出，通過(guò)這種測(cè)試方案的改進(jìn)，只需要4路PV源和15路繼電器控制位就能滿足基本的參數(shù)測(cè)試和熔絲修調(diào)要求。當(dāng)然，參數(shù)測(cè)試部分還需要一部分繼電器控制位切換外圍元器件，這部分不再詳述。

圖4 測(cè)試機(jī)資源復(fù)用的示意圖

4 多管芯測(cè)試的熔絲修調(diào)程序編寫(xiě)

4.1 通過(guò)查表法修調(diào)熔絲

以某熔絲類電路為例，需要測(cè)試某電壓參數(shù)，其電壓值通過(guò)B0、B6、B7三段熔絲進(jìn)行修調(diào)，具體的對(duì)應(yīng)表格如表2。

在程序中，可以通過(guò)查表法來(lái)控制熔絲修調(diào)，具體程序如下：

int B0[4],B7[4],B6[4];//設(shè)置各個(gè)管芯的3段熔絲是否需要修調(diào)的標(biāo)志位

for（i=0; i

if（0.521<=OCPref[i]&&OCPref[i]<0.529）{B0[i]=0;B 7[i]=1;B6[i]=1;}

//判斷初始值和熔絲對(duì)應(yīng)關(guān)系

else if（0.513<=OCPref[i]&&OCPref[i]<0.521）{B0[i]=0;B7[i]=1;B6[i]=0;}

……//中間部分，在此省略

}

表2 初始電壓與修調(diào)熔絲對(duì)應(yīng)表

以上程序段執(zhí)行后，測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試的初始值查表判斷需要修調(diào)哪些熔絲，并將結(jié)果放在B0[4]、B7[4]、B6[4]這三個(gè)數(shù)組中。判斷完成后，再統(tǒng)一進(jìn)行修調(diào)處理。這種算法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單直接，其判斷部分和實(shí)際修調(diào)的執(zhí)行部分分開(kāi)，是對(duì)傳統(tǒng)算法的一種改進(jìn)，這樣簡(jiǎn)化了程序的行數(shù)，方便閱讀和修改，尤其是在進(jìn)行修調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以很方便地通過(guò)給B0[4]、B7[4]、B6[4]等變量賦值來(lái)強(qiáng)制修調(diào)某些熔絲，以采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是這樣寫(xiě)的缺點(diǎn)是程序較為繁瑣，如果熔絲較多，需要較多的if…else指令來(lái)判斷范圍。有些電路按目標(biāo)值分為不同的版本，如果用這種寫(xiě)法，要修改不同的目標(biāo)值時(shí)，就要修改很多條判斷指令。并且如果遇到一些電路，每段熔絲所能修正的值會(huì)依流片批次的工藝差別而略有波動(dòng)，在各批次測(cè)試時(shí)要不斷修改程序，容易造成質(zhì)量隱患。

4.2 通過(guò)計(jì)算目標(biāo)值為中心法修調(diào)熔絲

一般情況下，大部分電路的每段熔絲能修調(diào)的值是固定的，如果不同批次間有差異，各段熔絲之間的比例也通常能保持一致。還是以表2為例，注意到該電路每根熔絲所能修調(diào)的電壓值呈比例關(guān)系，設(shè)最小一段B6的熔絲能修調(diào)的值為L(zhǎng)SB，要修調(diào)的目標(biāo)值為Vtarget，修調(diào)前的測(cè)試值為Vout。則B7 熔斷后的變化值是B6的2倍，即2×LSB，而B(niǎo)0為-4×LSB。假設(shè)某個(gè)批次的該電路熔絲部分發(fā)生了偏差，B6的熔斷變化值LSB’=n×LSB，則B7的變化值一般為2×LSB’=2×n×LSB，仍然與B6呈2倍關(guān)系。具體的修調(diào)判斷可以通過(guò)下面的算法進(jìn)行：

int B0[4],B7[4],B6[4];//設(shè)置各個(gè)管芯的3段熔絲是否需要修調(diào)的標(biāo)志位

double LSB=0.009;//最小一段熔絲的分辨率

double Vtarget=0.500;//修調(diào)的目標(biāo)值

for（i=0;i

if（Vtarget-Vout[i]<=（LSB/2））{B0[i]=0;B7[i]=0;B6[i]=0;}//判斷需修調(diào)fuse4段

else if（Vtarget-Vout[i]+LSB<=（LSB/2））{B0[i]=0;B7[i]=0;B6[i]=1;}

……//中間部分省略

}

這種算法在需要修改目標(biāo)值或者修正批次間差異的時(shí)候非常方便，只需要更改變量Vtarget或LSB的值，程序更加簡(jiǎn)潔，不易出錯(cuò)，可維護(hù)性更好。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，多管芯測(cè)試技術(shù)日益被廣大的測(cè)試廠商采用，而熔絲修調(diào)部分在測(cè)試環(huán)節(jié)中的重要性越來(lái)越高。在進(jìn)行多管芯測(cè)試的熔絲類電路修調(diào)時(shí)，測(cè)試人員必須謹(jǐn)慎選擇合適的修調(diào)方法，在保證修調(diào)效率的同時(shí)降低對(duì)測(cè)試機(jī)資源的占用，并盡可能使修調(diào)程序簡(jiǎn)潔易讀、維護(hù)方便，充分滿足客戶的穩(wěn)定批量生產(chǎn)的要求，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。

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