02测试基本概念

永久故障 Permanent fault
故障
非永久故障 Non-permanent fault
（逻辑功能的错误实现） 瞬态故障 Transient fault 存储器软故 障 松散的连接 间歇故障 Intermittent fault 老化 时序紧张 阻容变化 噪声
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故障分析
接触点 迁移 龟裂
测试分类
技术方面
模拟电路测试 数字电路测试 混合信号电路测试
测试结果用途
故障检测 故障定位 并发测试 非并发测试
测量的参数方面
逻辑测试 电学测试 • 参数测试
– 直流参数测试 – 交流参数测试
测试施加方法
功能测试 电路内测试
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举例
轮胎漏气导致汽车无法使用——失效 轮胎漏气——轮胎气压处在错误状态
轮胎上有洞——导致气压状态错误的故障所在,好轮胎和
坏轮胎之间有物理差别
注意，故障不一定导致失效；比如轮胎漏气速度极慢的时候。
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故障分类
不正确的连接（开路、短路等） 元器件损坏或其中一部分损坏 芯片制造工艺引入的问题 功能设计错误
1000
100
10
1
元器件
电路板
系统
现场应用
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测试经济学
总费用
开发与上市时间
费 用
制造与维护
测试质量
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测试开发的成本
包括每个部件的成本和因产品开发过程的改变而引起的成 本。 工程成本CE ：为达成所需的故障覆盖率而花费在开发测 试上的时间，包括修改设计的时间 增加的器件和电路的成本CA：为达到所需的故障覆盖率， 需要采用专门的DFT技术，这增加了元器件或部件数量， 降低了成品率，从而增加了产品成本。 制造返工成本CM：故障覆盖率达不到100%，则需要对 有故障的部件或元器件进行定位并替换。 上市时间成本CT:因为测试开发和可能的重设计时间都会 导致测试时上市时间增加，此外，测试会减小返工时间和 成本，又会缩短上市时间。 测试装备（ATE）成本CATE
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失效机制（以半导体为例）
电应力过载 电应力失效 静电释放 栅氧击穿 粒子污染 表面电荷扩散 内在失效机制 失效机制分类 电荷效应 针孔（Piping） 位错 腐蚀 封装 电迁移 金属化 外在失效机制 芯片黏接失效 微粒污染 辐射
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慢俘获 热电子 次级慢 俘
DL 1 Y
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(1 FC )
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缺陷水平
0.1 0.09 0.08 FC=98% 0.07 FC=98.2% FC=98.4% FC=98.6% FC=98.8% FC=99% FC=99.2%
相同成品率要求，故障覆盖率越低，缺陷水平越高； 相同故障覆盖率，成品率越高，缺陷水平越高。
测试基本概念
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目的
介绍基本概念 引入失效率和失效时间概念 测试方法分类 测试经济学
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故障及其表现
失效（failure） 错误（error） 故障（fault） 当系统提供的服务与规定的服务或应该提供的服务不一 致时，就会产生系统失效。换言之，就是系统没有做它该 做的事情。 失效是由错误引起的。 当系统所处的状态与提供特定服务应当处于的状态不同 时，系统就处在错误状态。 错误是由故障引起的。 当一个“好”或者“正确的”系统与当前系统间存在 物理差别时，当前系统就出现了故障。
恶劣环境——提高温度，即所谓的高温老化
Arrhenius方程
T T e
2 1
( E（ /k) a 1/ T1 1/ T2）
失效率和温度呈指数关系 在较高温度中加速老化过程称为高温老Fra Baidu bibliotek，可以 有效暴露80%~90%的元器件缺陷和制造产生的缺 陷，从而显著降低开机坏件率。
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测试收益
减小返工成本 缩短上市时间 减少现场失效数量 缩短停机时间
设计 成 本 制造 维护 26%的收益和50%的 利润由维护带来
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5
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时间（年）
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小结（1）
失效是系统不能正常工作；它是由错误引起的，这意味着 系统处于错误的状态；错误是由于正常系统与故障系统的 差别，即故障引起的。 永久故障一直影响系统的正确工作，非永久故障只在一段 时间影响系统的正常故障。非永久故障可分为瞬态故障和 间歇故障，瞬态故障由环境条件引起，间歇性故障由非环 境因素，例如元件老化引起。 若系统的可靠性为R（t）=e-λt，则其失效率为常数，即z （t）=λ，MTTF=1/λ。
故障产生频率与时间的函数关系 系统生命周期内失效率的行为 串行和并行系统的失效率 失效机制
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故障发生的频率
系统的可靠性
t时刻正常工作的器件数 R（t） 0时刻的器件总数
系统的不可靠性
F（t） 1 - R（t）
平均失效时间 MTTF
MTTF
缺 0.06 陷 水 0.05 平
0.04 0.03 0.02 0.01 0 Y=0.01 Y=0.25 Y=0.5 Y=0.75 Y=0.9 Y=0.99
FC=99.4%
FC=99.6% FC=99.8% FC=100%
成品率
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产品各阶段的修复成本
10倍规则
测试与修复成本
• 动态测试
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故障覆盖率要求
测试要进行到什么程度？ 缺陷水平（defect level，DL）：通过了所有测 试的故障产品的比率，通常用PPM的形式来给出。 工艺成品率（yield，Y）：制造出的产品无缺陷 的比率。 故障覆盖率（fault coverage，FC）：对测试级 别的度量，定义为实际测得的故障数目/总的故障 数目。
R()
R ( 0)
t dR(t)
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浴盆曲线
早期失效
工作寿命
损耗
总体 曲线
失 效 率
随机 失效
早期失效
损耗失效
时间 只有经过早期失效区才可以交付给用户使用，从而降低高昂的现场维修成本
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加速早期失效
通过老化完成早期失效往往需要几个月的时间 加快早期失效的捷径——提高失效率
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Thank you!
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DFT技术
在产品开发阶段充分考虑产品生命周期测试需求，进行可
测试性设计（DFT）以达到：
• 缩短产品调试时间 • 减少漏测，提高测试覆盖面 • 提高测试效率，缩短测试时间
• 降低生产装备开发时间及费用
• 降低测试费用 • 提高产品可生产及可维护性
加快产品开发速度，降低产品生命周期费用
浴盆曲线反映了产品生命周期内的失效率变化。早期失效 阶段可以通过高温老化技术使其缩短。
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小结（2）
测试技术分类的依据有：技术方面，测量的参数方面，测 试结果用途，测试施加方法。 产品开发的阶段采用DFT技术，充分考虑产品的可测试 性，可以加快产品开发速度，降低生命周期费用。 缺陷水平、工艺成品率和故障覆盖率之间存在相互关系。 每一产品阶段的修复成本是按一个数量级逐次增加的。 最佳测试质量是在上市时间成本、制造成本和维护成本之 间的折中。 对用户来说，工业品的终生成本是由维护成本决定的。这 可以通过降低故障数目和/或缩短停机时间来降低。