大规模集成电路应用

《大规模集成电路应用》论文**:**

学号: ******** 学院: 计算机与信息工程学院

专业班级: 自动化3班

大规模集成电路的体会

摘要：信息飞速发展时代，半导体、晶体管等已广泛应用，大规模集成电路也

成为必要性的技术，集成电路诞生以来，经历了小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）的发展过程，目前已进入超大规模（VLSI）和甚大规模集成电路（ULSI）阶段，进入片上系统（SOC)的时代。

关键字：大规模集成；必要性；体会；

1 大规模集成的重要性

集成电路产业是衡量一个国家综合实力的重要重要指标。而这个庞大的产业主要由集成电路的设计、芯片、封装和测试构成。在这个集成电路生产的整个过程中，集成电路测试是惟一一个贯穿集成电路生产和应用全过程的产业。如：集成电路设计原型的验证测试、晶圆片测试、封装成品测试，只有通过了全部测试合格的集成电路才可能作为合格产品出厂，测试是保证产品质量的重要环节。

集成电路测试是伴随着集成电路的发展而发展的，它为集成电路的进步做出了巨大贡献。我国的集成电路自动测试系统起步较晚，虽有一定的发展，但与国外的同类产品相比技术水平上还有很大的差距，特别是在一些关键技术上难以实现突破。国内使用的高端大型自动测试系统，几乎是被国外产品垄断。市场上各种型号国产集成电路测试，中小规模占到80%。大规模集成电路测试系统由于稳定性、实用性、价格等因素导致没有实用化。大规模/超大规模集成电路测试系统主要依靠进口满足国内的科研、生产与应用测试，我国急需自主创新的大规模集成电路测试技术，因此，本文对集成电路测试技术进行了总结和分析。

2 集成电路测试的必要性

随着集成电路应用领域扩大，大量用于各种整机系统中。在系统中集成电路往往作为关键器件使用，其质量和性能的好坏直接影响到了系统稳定性和可靠性。

如何检测故障剔除次品是芯片生产厂商不得不面对的一个问题，良好的测试流程，可以使不良品在投放市场之前就已经被淘汰，这对于提高产品质量，建立生产销售的良性循环，树立企业的良好形象都是至关重要的。次品的损失成本可以在合格产品的售价里得到相应的补偿，所以应寻求的是质量和经济的相互制衡，以最小的成本满足用户的需要。

作为一种电子产品，所有的芯片不可避免的出现各类故障，可能包括：1.固定型故障；2.跳变故障；3.时延故障；4.开路短路故障；5桥接故障，等等。测试的作用是检验芯片是否存在问题，测试工程师进行失效分析，提出修改建议，从工程角度来讲，测试包括了验证测试和生产测试两个主要的阶段。

一款新的集成电路芯片被设计并生产出来，首先必须接受验证测试。在这一阶段，将会进行功能测试、以及全面的交流（AC）参数和直流(DC)参数的测试等，也可能会探测芯片的内部结构。通常会得出一个完整的验证测试信息，如芯片的工艺特征描述、电气特征（DC参数、AC参数、电容、漏电、温度等测试条件）、时序关系图等等。通过验证测试中的参数测试、功能性测试、结构性测试，可以诊断和修改系统设计、逻辑设计和物理设计中的设计错误，为最终规范(产品手册)测量出芯片的各种电气参数，并开发出测试流程。

当芯片的设计方案通过了验证测试，进入生产阶段之后，将利用前一阶段设

计好的测试流程进行生产测试。在这一阶段里，测试的目的就是对被测芯片进行“Pass”或“Fail”判断。由于要每一片芯片进行生产测试，所以测试成本是这一阶段的首要问题。出于此种目的，测试的效率很关键，生产测试生产没有验证测试那么全面，测试通常所采用的测试向量集不会包含过多的测试向量，但是必须有足够高的模型化故障的覆盖率以满足质量上的要求。

3 集成电路测试的分类

依照器件开发和制造阶段、采用的工艺技术、测试项目种类以及待测器件等的不同，测试技术可以分为很多种类。器件开发阶段的测试包括：

1.晶圆测试（Wafer Test）：对裸露的、尚未切割的每颗晶圆进行探针测试。测试过程中，要让测试仪的探针与晶粒上的节电接触，测试晶粒的电气特性不合格的晶粒会被标上记号。探针卡的阻抗匹配和延时问题必须加以考虑，以便于时序调整和矫正。

2.生产测试：晶圆上的芯片经过封装后，对成品进行全面的电性能测试。

3.老化测试：通过生产性测试的产品并不是完全一致的，在实际应用当中，有些会很快失效，而有些会能长时间正常工作。老化测试是通过一个长时间的连续或周期性的测试使不耐用的器件失效，从而确保老化测试后器件的可靠性。老化测试分为静态老化测试和动态老化测试。静态老化测试是在给器件提供供电电压下，提高器件的工作温度，对其寿命进行测试。动态老化测试是在静态老化测试的基础上施加激励。

4 集成电路自动测试面临的挑战

集成电路从小规模到中规模，再到大规模，超大规模集成电路，发展到现在的芯片系统，起码集成百万以上的晶体管，堪称超级超大规模集成电路了。芯片系统往往是模数混合电路。随着集成电路功能实现复杂性，其规模也不断提高，使得集成电路测试系统向开放式、模块化和标准化方向发展，在集成电路测试技术面临更大的挑战，这就需要我们提出相关的测试策略和实现方法。系统芯片可测试性设计的难题很多。

（1）随着集成电路设计规模迅速提升，测试向量数目的急剧增加，迫切需要有效的测试设计，采用什么样的硬件电路和快速的测试算法以较小的硬件开销和分析出所有的故障；

（2）半导体芯片中的晶体管的特征尺寸每年大约减小10.5%，随着电路设计和工艺的革新，晶体管密度几乎成平方级增长。先进的0.15um设计工艺使得设计人员能将大量晶体管放置到集成电路上，这使得引入和新的电子和物理效应，不断涌现出新的失效故障模型，串扰、电迁移和信号完整性问题更为突出；

（3）芯片的工作速度不断提升，数字信号在高速的数字通道上表现出复杂的模拟特性，噪声随之引入，因而对测试系统提出了更高的设计要求。导致高速自动测试系统售价昂贵，一台测试频率为1GHz的自动测试系统每增加一个引脚的费用大约为3000美元。

（4）模数混合自动测试系统往往需要采用一套复杂的数字信号处理系统来实现。基于数字信号处理器测试是以数字化仪器和任意波形发生器代替纯模拟仪器完成模拟信号的参数测试。

（5）随着集成电路工艺技术进步和设计方法的提高，可以把中央处理器、数字信号处理器、内存等模块设计在一块芯片上，这就是SOC。SOC采用IP核设计，供测试的端口少，且IP核提供商为了保护知识产权往往不愿意过多的透漏IP核的具体实现细节，在这种情况下，内部IP核测试需要构建复杂的数学模