基于LabVIEW 的集成電路測試數(shù)據(jù)上傳和保存

王兵，王美娟，汪芳

（無錫力芯微電子股份有限公司，江蘇無錫，214028）

0 引言

集成電路測試是集成電路產(chǎn)業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，測試的本質是篩選參數(shù)合格的電路，在當今電路更新?lián)Q代速度越來越快的前提下，測試中的數(shù)據(jù)的保存、分析就顯得越發(fā)重要[1]，在電路研發(fā)前期，為了節(jié)約成本，通常會采用多項目晶圓(Multi Project Wafer，MPW) 和 工程批(Engineering Lot)來流片。在這些項目中，早期的測試數(shù)據(jù)能直觀反映出電路潛在的問題，可以得出電路的指標是否滿足設計要求、設計是否留有足夠工藝裕量、工藝窗口選擇是否最合適，是改版或優(yōu)化的必要一環(huán)。

在集成電路量產(chǎn)過程中，測試數(shù)據(jù)同樣重要，流片工藝參數(shù)的微小波動，封裝工藝的細微改變等諸多環(huán)節(jié)都會影響到成品率，進而影響電路的品質，此時通過早期的測試數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計出SBL(Statistical Bin Limit，統(tǒng)計分類限度)[2]，CTQ(Critical-to-quality，品質關鍵點，集成電路測試中也叫關鍵失效項)、CPK(Complex Process Capability Index，制程能力指數(shù))[3]等參數(shù)，可以提前發(fā)現(xiàn)有問題的環(huán)節(jié)，從而采取相應的改善措施，避免再出現(xiàn)大批量的失效和潛在的質量事故。

隨著集成電路應用的日益廣泛，其類別及需求量也與日俱增，通用的測試機往往不能滿足特定芯片充分測試功能及參數(shù)的需求，另外也有測試工廠由于擴產(chǎn)需求而自行開發(fā)測試機，基于這些需求，很多以MCU 和FPGA 等嵌入式系統(tǒng)為核心的測試方案在測試中得到應用[4]。與商用ATE 不同，定制的嵌入式的測試系統(tǒng)一般不能保存測試數(shù)據(jù)。所以本文以LabVIEW 為平臺開發(fā)了用于嵌入式測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳顯示以及保存程序，解決了嵌入式測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸和保存問題，方便了后續(xù)對于測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。

1 硬件設計方案

由于目前常用的計算機（PC）基本取消了RS232 接口，取而代之的都是USB 接口，USB 接口支持熱插拔，提高了使用便利性，所以這里使用USB 虛擬串口[5]芯片F(xiàn)T232RL[6]，將RS232 的信號轉換成USB 信號，通過USB線纜來傳輸測試數(shù)據(jù)。FT232RL 為FTDI 生產(chǎn)的專用接口轉換芯片，可以實現(xiàn)USB 到串行UART 接口的雙向轉換，利用USB 接口具有的即插即用和熱插拔的能力可以給RS232設備提供非常容易使用的環(huán)境，另外FT232RL 通訊波特率(Baud Rate)在RS232 模式下高達3Mbps 的傳輸速率，完全符合測試數(shù)據(jù)的上傳需求。

在本設計中， 嵌入式測試板的主控器MCU 為ATMEGA2560，使用其USART0 接口作為數(shù)據(jù)傳輸接口，綜合考慮長線纜情況下的數(shù)據(jù)傳輸速度以及傳輸誤碼率，將數(shù)據(jù)波特率設定為115200bps，同時MCU 主時鐘為7.3728MHz的晶振，是傳輸波特率115200bps 的64 倍，為整數(shù)分頻，能進一步減少波特率誤差，從而減少數(shù)據(jù)傳輸誤碼率[7]。

FT232RL 接口芯片的連接見圖1 即本設計的硬件線路圖。 其 中VCC 由USB 中5V 電 源 供 電，USBDM 和USBDP為USB 差分信號管腳。FT232RL 的TXD 發(fā)送端連接MCU的RXD 接 收 端，F(xiàn)T232RL 的RXD 接 收 端 連 接MCU 的TXD發(fā)送端。

圖1 硬件線路圖

FT232RL 運行需要安裝相應的驅動，安裝好驅動后，當FT232RL 連接到PC 后，PC 會顯示相應的串口號如COM4。

2 軟件設計及實現(xiàn)

對于集成電路測試系統(tǒng)而言，對測試數(shù)據(jù)有兩個關鍵需求：一是要能實時顯示各項測試參數(shù)、良率以及失效分布統(tǒng)計。二是要能按照一定數(shù)據(jù)格式保存測試數(shù)據(jù)，以便后續(xù)詳細分析。根據(jù)以上兩點需求，本文設計的測試數(shù)據(jù)上傳和保存程序，總體上可以分為兩部分：即數(shù)據(jù)顯示用戶界面(User Interface，UI)和后臺數(shù)據(jù)處理程序。圖2 為本項目的整體程序框圖。

圖2 整體程序框圖

■2.1 VISA 串口相關函數(shù)設置

本設計中使用的LabVIEW 中的VISA 串口[8]函數(shù)包括：VISA 串口配置函數(shù)、VISA 串口讀取函數(shù)和VISA 串口關閉函數(shù)。這里初始化設置串口參數(shù)：串口資源選擇、波特率為115200bps，啟用終止符(即接收到“ ”就停止接收串口數(shù)據(jù))，無奇偶校驗位，串口超時設置為10 秒鐘，VISA 讀取函數(shù)的緩沖區(qū)設置為3000Bytes.這里需要注意的是當PC端運行程序前，需要選擇FT232RL 安裝驅動后所對應的串口號。圖3 為VISA 串口配置。

圖3 VISA 串口配置

■2.2 數(shù)據(jù)保存路徑設置

在集成電路測試過程中，測試數(shù)據(jù)的保存路徑尤為重要，需要存放到指定服務器的特定文件夾中，以方便有權限的測試人員、質量人員調(diào)閱和分析，這時就對數(shù)據(jù)存放路徑有一定要求。圖4 中，path 控件中可以輸入數(shù)據(jù)存放路徑，舉例來說，按照存放路徑，在當前文件夾下存放名稱為ET6282_ET6280 DATA LOG20230508090947_001.xls，其中包含的年月日時分秒信息獲取自操作系統(tǒng)，這樣就可以追溯這批電路的測試的具體時間，測試數(shù)據(jù)保存為EXCEL 能打開的.xls 格式。

圖4 數(shù)據(jù)存放路徑設置

■2.3 數(shù)據(jù)解析模塊

數(shù)據(jù)解析的核心模塊為LabVIEW 中的字符串匹配函數(shù)，可以取出字符串數(shù)據(jù)流中字符串前后等特定位置的字符串片段。

圖5 為數(shù)據(jù)解析模塊以及解析后的效果圖，圖中字符串輸入控件為字符串數(shù)據(jù)流輸入，項目控件為測試項匹配輸入，字符串數(shù)據(jù)流經(jīng)過字符串匹配1 函數(shù)后，取出項目關鍵字后的字符串，“=”號為等于號匹配，經(jīng)過字符串匹配2 函數(shù)后，進一步取出等于號后的字符串。單位控件為測試項單位匹配，經(jīng)過字符串匹配3 函數(shù)后，最終取出測試項單位前的字符串，也就是數(shù)值所對應的字符串。而圖中的項目名稱輸入控件為將要保存到EXCEL 文檔的項目名稱。

圖5 數(shù)據(jù)解析模塊及其解析效果圖

圖5 中的實際數(shù)據(jù)解析模塊運行效果圖，可以看到該程序成功從字符串數(shù)據(jù)流中解析出具體測試項目的數(shù)據(jù)字符串后，利用字符串/數(shù)值轉換函數(shù)將字符串轉換為具體數(shù)值。

關于測試中不同失效BIN 的統(tǒng)計，當測試數(shù)據(jù)超出規(guī)范上下限后，輸出帶有ERROR 關鍵字的錯誤信息，如：ERROE:IDD = 10.596μA，解析程序首先匹配ERROR 的關鍵字，再匹配到后面的失效項IDD，同時IDD 所在的BIN號會增加一，這樣就完成了BIN 的分類和統(tǒng)計，同時FAIL的統(tǒng)計也會加一。當測試完成后，會自動顯示各個BIN 的失效數(shù)以及成品率數(shù)據(jù)。

■2.4 數(shù)據(jù)保存程序

數(shù)據(jù)保存程序也是本設計的重要功能，如圖6 所示，這里使用LabVIEW 中VI 函數(shù)寫入測量文件作為核心，將測試數(shù)據(jù)寫入如EXCEL文件。合并信號函數(shù)的作用是將不同的測試參數(shù)合并后按照順序傳遞到寫入測量函數(shù)，然后按照項目、測試序號寫入文件中。而注釋輸入根據(jù)測試結果寫入PASS或者FAIL。圖6 為實際的數(shù)據(jù)保存效果圖，截取了測試數(shù)據(jù)的一部分。實際測試為了節(jié)省測試時間，測試模式為FAILSTOP 模式，即有一項失效就停止測試，輸出FAIL 信號，后續(xù)保存的數(shù)據(jù)都為零。

圖6 數(shù)據(jù)保存相關程序

3 系統(tǒng)運行效果

軟件實際運行的結果見圖7 和圖8所示，圖7 為程序實際執(zhí)行后的數(shù)據(jù)顯示界面。顯示界面用于實時顯示電路各個測試項的具體值，方便調(diào)試以及監(jiān)控測試數(shù)據(jù)，包括測試數(shù)據(jù)存放路徑設置以及存放路徑顯示、VISA 串口資源選擇、PASS/FAIL 結果顯示、測試良率統(tǒng)計、失效BIN 統(tǒng)計，以及各測試項的實際測試數(shù)值顯示。

圖7 數(shù)據(jù)顯示界面實際效果圖

圖8 實際數(shù)據(jù)保存效果

圖8 則為EXCEL 數(shù)據(jù)保存的結果，可以看到數(shù)據(jù)按照各項參數(shù)分類保存，同時失效的顯示相應的失效BIN 號以及標注了PASS 和FAIL 的測試結果，達到了測試數(shù)據(jù)保存的要求。

4 總結

本文介紹了一種基于LabVIEW 的集成電路測試數(shù)據(jù)上傳與保存方法，并開發(fā)了數(shù)據(jù)保存及上傳系統(tǒng)，已經(jīng)用于多種點陣LED 驅動電路的批量測試。 該系統(tǒng)極大方便了收集上傳和保存數(shù)據(jù)，有助于工程師分析測試數(shù)據(jù)。尤其是一些關鍵參數(shù)，優(yōu)化了測試中各項參數(shù)中的上下限的設定，提高了產(chǎn)品的質量，并將偏離中心值的電路批次，首先反饋到設計工程師，設計工程師在更新改版時，詳細考慮設計裕量，或者優(yōu)化電路拓撲結構，使相關參數(shù)指標收斂到更小的范圍，提高產(chǎn)品性能。同時可以將異常數(shù)據(jù)批次反饋到流片工廠和封裝廠，促進流片工廠完善PCM 參數(shù)的監(jiān)控、促進封裝廠改進封裝工藝，全面提升產(chǎn)品質量，降低客戶端的失效率，提高了客戶滿意度。同時，這款軟件與嵌入式測試系統(tǒng)一起批量使用，很好的替代了測試費用昂貴的ATE 測試系統(tǒng)，降低了集成電路測試成本的同時也極大的方便了測試數(shù)據(jù)的保存與分析。