集成电路测试介绍

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IC测试－芯片测试(2/3)
当制造过程完成，每个die都必须经过 测试。测试一片晶圆称为“Circuit probing”（即我们常说的CP测试，芯 片测试）、“Wafer porbing”或者 “Die sort”。
在这个过程中，每个die都被测试以确 保它能基本满足器件的特征或设计规 格书（Specification），通常包括电压、 电流、时序和功能的验证。如果某个 die不符合规格书，那么它会被测试过 程判为失效（fail），通常会用墨点将 其标示出来（当然现在也可以通过 Maping图来区分）。
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IC测试－成品测试(3/3)
一些常用的封装测试形式如下表：
• • • • • • • • • • • • • • DIP： Dual Inline Package (dual indicates the package has pins on two sides) CerDIP：Ceramic Dual Inline Package PDIP： Plastic Dual Inline Package PGA： Pin Grid Array BGA： Ball Grid Array SOP： Small Outline Package TSOP： Thin Small Outline Package TSSOP：Thin Shrink Small Outline Package (this one is really getting small!) SIP： Single Inline Package SIMM： Single Inline Memory Modules (like the memory inside of a computer) QFP： Quad Flat Pack (quad indicates the package has pins on four sides) TQFP： Thin version of the QFP MQFP： Metric Quad Flat Pack MCM： Multi Chip Modules (packages with more than 1 die (formerly called hybrids)
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IC测试－成品测试(2/3)
• 当Die封装出来后，它们还要经过FT测试，这种封装后的 测试需要手工将一个个这些独立的电路放入负载板（Load board）上的插座（Socket）里，这叫手工测试（hand test）。一种快速进行FT测试的方法是使用自动化的机械 手（Handler），机械手上有一种接触装置实现封装引脚到 负载板的连接，这可以在测试机和封装内的Die之间提供 完整的电路。机械手可以快速的抓起待测的芯片放入测试 点（插座），然后拿走测试过的芯片并根据测试pass/fail 的结果放入事先定义好的相应的Bin区。
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IC测试－芯片测试(2/3)
• 当一个测试系统用来验证一片晶圆上的某个独立 的Die的正确与否，需要用ProbeCard来实现测试 系统和Die之间物理的和电气的连接，而 ProbeCard和测试系统内部的测试仪之间的连接则 通过一种叫做“Load board”或“Performance board” 的接口电路板来实现。在CP测试中，Performance board和Probe card一起使用构成回路使电信号得以 在测试系统和Die之间传输。
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IC测试简述(3/3)
集成电路制造工艺流程图
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IC测试－芯片测试(1/3)
• 晶圆、晶片和封装 • 1947年，第一只晶体管的诞生标志着半导体工业的开始， 从那时起，半导体生产和制造技术变得越来越重要。以前 许多单个的晶体管现在可以互联加工成一种复杂的集成的 电路形式，这就是半导体工业目前正在制造的称之为"超 大规模"（VLSI，Very Large Scale Integration）的集成电路， 通常包含上百万甚至上千万门晶体管。 • 半导体电路最初是以晶圆形式制造出来的。晶圆是一个圆 形的硅片，在这个半导体的基础之上，建立了许多独立的 单个的电路；一片晶圆上这种单个的电路被称为die（我前 面翻译成"晶片"，不一定准确，大家还是称之为die好了）， 它的复数形式是dice.每个die都是一个完整的电路，和其他 的dice没有电路上的联系。
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IC测试－芯片测试(3/3)
在所有的die都被探测（Probed）之后，晶圆被切割成独立的 dice，这就是常说的晶圆锯解，所有被标示为失效的die都报 废（扔掉）。下图显示的是一个从晶圆上锯解下来没有被标 黑点的die，它即将被封装成我们通常看到的芯片形式。
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IC测试－成品测试(1/3)
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IC测试简述(1/3)
• 随着集成电路制造技术的进步，人们已经能制造出电路结构相当复杂、 集成度很高、功能各异的集成电路。但是这些高集成度，多功能的集成 块仅是通过数目有限的引脚完成和外部电路的连接，这就给判定集成电 路的好坏带来不少困难。 • 什么是测试? • 任何一块集成电路都是为完成一定的电特性功能而设计的单片模块，集 成电路的测试就是运用各种方法，检测那些在制造过程中由于物理缺陷 而引起的不符合要求的样品。如果存在无缺陷的工程的话，集成电路的 测试也就不需要了。可是由于实际的制作过程所带来的以及材料本身或 多或少都有的缺陷，因而无论怎样完美的工程都会产生不良的个体，因 而测试也就成为集成电路制造中不可缺少的工程之一。 • 就模拟电路的测试而言，一般分为以下两类测试，第一类是直流特性测 试，主要包括端子电压特性、端子电流特性等；第二类是交流特性测试， 这些交流特性和该电路完成的特定功能密切有关，比如一块音频功放电 路，其增益指标、输出功率、失真指标等都是很重要的参数；色处理电 路中色解码部分的色差信号输出，色相位等参数也是很重要的交流测试 项目。
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IC测试简述(2/3)
• 如从生产流程方面讲，一般分为芯片测试、成品测试和检验测试，除 非特别需要，芯片测试一般只进行直流测试，而成品测试既可以有交 流测试，也可以有直流测试，在更多的情况下，这两种测试都有。在 一条量产的生产线上，检验测试尤为重要，它一般进行和成品测试一 样的内容，它是代表用户对即将入库的成品进行检验，体现了对实物 质量以及制造部门工作质量的监督。 • 产品测试文件的编制思想 • 测试项目和测试条件、测试规范这些通称为测试文件。 • 特定的集成电路服务于特定的用途，因而集成电路的规格均是根据用 户应用的要求而提出来的。通过和用户的讨论，根据设计和生产的能 力尽量去满足用户的需要，比如，用户提出的电源电压范围，输入电 压、负载大小，封装形式，该产品的应用环境等。 • 应该指出的是测试项目、条件和规范并不是一成不变的，在产品设计 和试制阶段的测试文件和最终形成的文件可能会有很大的差异，这是 很容易理解的，主要原因是因为产品的测试项目有一个不断完善的过 程，本来认为有必要测试的项目可能因为制造工艺的稳定而不再需要 测试，而同时很可能会增加一些由于用户在使用过程中提出来的新的 测试项目。
• 在一个Die封装之后，需要经过生产Байду номын сангаас程中 的再次测试。这次测试称为成品测试 “Final test”（即我们常说的FT测试）或 “Package test”。在电路的特性要求界限方 面，FT测试通常执行比CP测试更为严格的 标准。 芯片也许会在多组温度条件下进行 多次测试以确保那些对温度敏感的特征参 数。商业用途（民品）芯片通常会经过0℃、 25℃和75℃条件下的测试，而军事用途 （军品）芯片则需要经过 -55℃、25℃和 125℃。
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集成电路的种类(2/5)
• 过去，在模拟和数字电路设计之间，有着显著的不同。数字电路控制电子 信号，表现为逻辑电平“0”和“1”，它们被分别定义成一种特殊的电压分 量，所有有效的数字电路数据都用它们来表示，每一个“0”或“1”表示数 据的一个比特（bit）位，任何数值都可以由按照一定顺序排列的“0”“1”比 特位组成的二进制数据来表示，数值越大，需要的比特位越多。每8个比特 一组构成一个Byte，数字电路中的数据经常以Byte为单位进行处理。 • 不同于数字信号的“0”“1”界限分明（离散），模拟电路时连续的，在任何 两个信号电平之间有着无穷的数值。模拟电路可以使用电压或电流来表示 数值，我们常见的也是最常用的模拟电路实例就是运算放大器，简称运放。 • 为帮助理解模拟和数字电路数值的基本差别，我们可以拿时钟来比方。 “模拟”时钟上的指针连续地移动，因此所有的任一时间值可以被观察者 直接读出，但是所得数值的准确度或者说精度取决于观察着认知的程度。 而在“数字”时钟上，只有最小增量以上的值才能被显示，而比最小增量 小的值则无法显示。如果有更高的精度需求，则需要增加数据位，每个新 增的数据位表示最小的时间增量。 • 有的电路里既有数字部分也有模拟部分，如AD转换器（ADC）将模拟信号 转换成数字信号，DA转换器（DAC）则相反，我们称之为“混合信号电路” （Mixed Signal Devices）。另一种描述这种混合电路的方法则基于数字部 分和模拟部分占到电路的多少：数字部分占大部分而模拟部分所占比例较 少归于数字电路，反之则归于模拟电路。
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集成电路的种类(5/5)
• 按导电类型不同，分为双极型集成电路和单极型集成电路 两类。 • 前者频率特性好，但功耗较大，而且制作工艺复杂，绝大 多数模拟集成电路以及数字集成电路中的TTL、ECL、 HTL、LSTTL、STTL型属于这一类。后者工作速度低， 但输人阻抗高、功耗小、制作工艺简单、易于大规模集成， 其主要产品为MOS型集成电路。MOS电路又分为NMOS、 PMOS、CMOS型。 NMOS集成电路是在半导体硅片上，以N型沟道MOS器件 构成的集成电路；参加导电的是电子。PMOS型是在半导 体硅片上，以P型沟道MOS器件构成的集成电路；参加导 电的是空穴。CMOS型是由NMOS晶体管和PMOS晶体管 互补构成的集成电路称为互补型MOS集成电路，简写成 CMOS集成电路。 • 集成电路从用途上可区分为模拟类、数字类、存储器类、 混合信号类等。
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集成电路的种类(3/5)
• 集成电路按其制作工艺不同，可分为半导体集成电路、膜 集成电路和混合集成电路三类。 • 半导体集成电路是采用半导体工艺技术，在硅基片上制作 包括电阻、电容、三极管、二极管等元器件并具有某种电 路功能的集成电路；膜集成电路是在玻璃或陶瓷片等绝缘 物体上，以“膜”的形式制作电阻、电容等无源器件。无 源元件的数值范围可以作得很宽，精度可以作得很高。但 目前的技术水平尚无法用“膜”的形式制作晶体二极管、 三极管等有源器件，因而使膜集成电路的应用范围受到很 大的限制。在实际应用中，多半是在无源膜电路上外加半 导体集成电路或分立元件的二极管、三极管等有源器件， 使之构成一个整体，这便是混合集成电路。根据膜的厚薄 不同，膜集成电路又分为厚膜集成电路（膜厚为1μm～ 10μm）和薄膜集成电路（膜厚为1μm以下）两种。在家电 维修和一般性电子制作过程中遇到的主要是半导体集成电 路、厚膜电路及少量的混合集成电路。
IC测试介绍
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集成电路的种类(1/5)
• 集成电路的种类很多，按其功能不同可分为模拟集成电路 和数字集成电路两大类。 • 前者用来产生、放大和处理各种模拟电信号；后者则用来 产生、放大和处理各种数字电信号。所谓模拟信号，是指 幅度随时间连续变化的信号。例如，人对着话筒讲话，话 筒输出的音频电信号就是模拟信号，收音机、收录机、音 响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号，也 是模拟信号。所谓数字信号，是指在时间上和幅度上离散 取值的信号，例如，电报电码信号，按一下电键，产生一 个电信号，而产生的电信号是不连续的。这种不连续的电 信号，一般叫做电脉冲或脉冲信号，计算机中运行的信号 是脉冲信号，但这些脉冲信号均代表着确切的数字，因而 又叫做数字信号。在电子技术中，通常又把模拟信号以外 的非连续变化的信号，统称为数字信号。目前，在家电维 修中或一般性电子制作中，所遇到的主要是模拟信号；那 么，接触最多的将是模拟集成电路。
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集成电路的种类(4/5)
• 按集成度高低不同，可分为小规模、中规模、大规模及超 大规模集成电路四类。 • 对模拟集成电路，由于工艺要求较高、电路又较复杂，所 以一般认为集成50个以下元器件为小规模集成电路，集成 50－100个元器件为中规模集成电路，集成100个以上的元 器件为大规模集成电路；对数字集成电路，一般认为集成 1～10等效门／片或10～100个元件／片为小规模集成电路， 集成10～100个等效门／片或100～1000元件／片为中规模 集成电路，集成100～10,000个等效门／片或1000～ 100,000个元件／片为大规模集成电路，集成10,000以上个 等效门／片或100,000以上个元件／片为超大规模集成电路。