第二章.半导体测试基础

摘要：

本章节包括一下内容：

◆测试目的

◆测试术语

◆测试工程学基本原则

◆基本测试系统组成

◆PMU（精密测量单元）及引脚测试卡

◆样片及测试程序

一、基础术语

描述半导体测试的专业术语很多，这里只例举部分基础的：

1．DUT

需要被实施测试的半导体器件通常叫做DUT（Device Under Test，我们常简称“被测器件”），或者叫UUT（Unit Under Test）。

首先我们来看看关于器件引脚的常识，数字电路期间的引脚分为“信号”、“电源”和“地”三部分。

信号脚，包括输入、输出、三态和双向四类，

输入：在外部信号和器件内部逻辑之间起缓冲作用的信号输入通道；输入管脚感应其上的电压并将它转化为内部逻辑识别的“0”和“1”

电平。

输出：在芯片内部逻辑和外部环境之间起缓冲作用的信号输出通道；输出管脚提供正确的逻辑“0”或“1”的电压，并提供合适的驱动

能力（电流）。

三态：输出的一类，它有关闭的能力（达到高电阻值的状态）。

双向：拥有输入、输出功能并能达到高阻态的管脚。

电源脚，“电源”和“地”统称为电源脚，因为它们组成供电回路，有着与信号引脚不同的电路结构。

VCC：TTL器件的供电输入引脚。

VDD：CMOS器件的供电输入引脚。

VSS：为VCC或VDD提供电流回路的引脚。

GND：地，连接到测试系统的参考电位节点或VSS，为信号引脚或其他电路节点提供参考0电位；对于单一供电的器件，我们称VSS为

GND。

2．测试程序

半导体测试程序的目的是控制测试系统硬件以一定的方式保证被测器件达到或超越它的那些被具体定义在器件规格书里的设计指标。

测试程序通常分为几个部分，如DC测试、功能测试、AC测试等。DC测试验证电压及电流参数；功能测试验证芯片内部一系列逻辑功能操作的正确性；AC测试用以保证芯片能在特定的时间约束内完成逻辑操作。

程序控制测试系统的硬件进行测试，对每个测试项给出pass或fail的结果。Pass指器件达到或者超越了其设计规格；Fail则相反，器件没有达到设计要求，不能用于最终应用。测试程序还会将器件按照它们在测试中表现出的性能进行相应的分类，这个过程叫做“Binning”，也称为“分B in”. 举个例子，一个微处理器，如果可以在150MHz下正确执行指令，会被归为最好的一类，称之为“Bin 1”；

而它的某个兄弟，只能在100MHz下做同样的事情，性能比不上它，但是也不是一无是处应该扔掉，还有可以应用的领域，则也许会被归为“Bin 2”，卖给只要求100MHz的客户。

程序还要有控制外围测试设备比如Handler 和Probe 的能力；还要搜集和提供摘要性质（或格式）的测试结果或数据，这些结果或数据提供有价值的信息给测试或生产工程师，用于良率(Yield)分析和控制。

二、正确的测试方法

经常有人问道：“怎样正确地创建测试程序？”这个问题不好回答，因为对于什么是正确的或者说最好的测试方式，一直没有一个单一明了的界定，某种情形下正确的方式对另一种情况来说不见得最好。很多因素都在影响着测试行为的构建方式，下面我们就来看一些影响力大的因素。

测试程序的用途。

下面的清单例举了测试程序的常用之处，每一项都有其特殊要求也就需要相应的测试程序：

●Wafer Test——测试晶圆（wafer）每一个独立的电路单

元（Die），这是半导体后段区分良品与不良品的第一道

工序，也被称为“Wafer Sort”、CP测试等.

∙∙∙ ●Package Test——晶圆被切割成独立的电路单元，且每

个单元都被封装出来后，需要经历此测试以验证封装过程

的正确性并保证器件仍然能达到它的设计指标，也称为

“Final Test”、FT测试、成品测试等。

●Quality Assurance Test——质量保证测试，以抽样检测

方式确保Package Test执行的正确性，即确保pass的产品

中没有不合格品。

●Device Characterization——器件特性描述，决定器件

工作参数范围的极限值。

●Pre/Post Burn-In ——在器件“Burn-in”之前和之后进

行的测试，用于验证老化过程有没有引起一些参数的漂

移。这一过程有助于清除含有潜在失效（会在使用一段时

间后暴露出来）的芯片。

●Miliary Test——军品测试，执行更为严格的老化测试标

准，如扩大温度范围，并对测试结果进行归档。

●Incoming Inspection ——收货检验，终端客户为保证购买

的芯片质量在应用之前进行的检查或测试。

●Assembly Verification ——封装验证，用于检验芯片经过

了封装过程是否仍然完好并验证封装过程本身的正确性。

这一过程通常在FT测试时一并实施。

●Failure Analysis ——失效分析，分析失效芯片的故障以

确定失效原因，找到影响良率的关键因素，并提高芯片的

可靠性。

测试系统的性能。

测试程序要充分利用测试系统的性能以获得良好的测试覆盖率，一些测试方法会受到测试系统硬件或软件性能的限制。

高端测试机：

●高度精确的时序——精确的高速测试

●大的向量存储器——不需要去重新加载测试向量

●复合PMU（Parametric Measurement Unit）——可进行并

行测试，以减少测试时间

●可编程的电流加载——简化硬件电路，增加灵活性

●PerPin的时序和电平——简化测试开发，减少测试时间

低端测试机：