自动测试系统
自动测试系统设备(ATE, Automatic Testing Equipment 或 Automatic Test Machine ATM)
ATE是是一种通过计算机控制进行器件、电路板和子系统等测试的设备。通过计算机
编程取代人工劳动,自动化的完成测试序列
ATE开发 是从简单器件、低管脚数、低速测试系统(10 MHz, 64 pins)到中等
数量管脚、中速测试系统(40 MHz, 256 pins)到高管脚数、高速(超过
100 MHz, 1024 pins)并最终过渡到现在的SoC测试系统(1024 pin, 超过
400MHz,并具备模拟、存储器测试能力)
分为数字测试系统, 模拟测试系统, 存储器测试系统,混合信号测试系统,SOC
测试系统
未来的测试系统测试速度将超过1.6GHz,时序精度在几百纳秒范围内,
并将数字、模拟、存储器和RF测试能力集成于一台测试系统
图1 自动测试设备
图 2 集成电路测试的挑战
测试的瓶颈:
芯片电路结构越来越复杂,集成度越来越高,功能各异( 数字,模拟,混合, 存储,片上系统,微机电,传感器等 )
各种状态及它们的不同组合几乎是无限的
有限数目的引脚
有限的时间
芯片测试:
目的:应用各种方法和手段,检测那些在加工制造过程中由于工艺偏差或材料缺陷
而引起的不符合设计要求的产品
方法:在研制,加工和使用芯片时,对其主要电学特性和逻辑功能进行测量和检验
测试的种类:
晶园接收测试(WAT: Wafer Acceptance Test)
晶园厂针对晶圆上特定位置一些专门的测试结构进行测量,以判断工艺有没出现偏差,
并以此作为向客户可以出货的依据
电路(晶圆)探针测试 (CP: Circuit Probe,也叫 Wafer probe):
是封装前晶圆级别对芯片电路的测试 ,并标记测试不通过的芯片,通过的进入封装
工序, 不通过的废弃。
环境耐受测试 ( 选择性测试 Optional)
热冲击测试,将待测物 (DUT, Devive Under Test)置于高温环境中,然后快速将其移动到塞冷环境中。
机械冲击测试,检验待测物承受物理冲击的能力
压力锅测试,将待测物暴露在高温高压(两个环境因素)下,以确定其封装材料耐受电腐蚀的能力
湿度测试,待测物在加电时处于高温和高湿的环境下。这个测试测量腐蚀对器件的影响。
老化测试 (burn-in test):通过加速老化实验,剔除早期失效的芯片;借助一些统计学知识,可以推导出在正常环境下该器件的使用寿命
终测 (Final test) :产品出货前最后也是最彻底的测试
ATE测试数据的用途:
筛出不良的被测器件,
获取加工制造工艺的信息
解析设计弱点信息
只有在测试覆盖了100%的缺陷的情况下,没有缺陷的器件才是好的
失效模式分析(FMA) 诊断器件失效原因,探索和发现设计和工艺上的弱项 改进逻辑和布局布线设计
图 3 晶圆测试系统
晶圆探针结构
探针卡,探针或薄膜探针
探针卡– 定制的印刷电路板(PCB),被测器件安装在板上的插座中,– 可能包含定制的测量硬件(电流测试)
探针- 压下来并刮擦接触片以输入激励信号/读取反馈
薄膜探针– 用于未封装的晶片– 触点印刷在柔性膜上,用压缩空气下拉到晶片上以进行接触
图4 晶圆探针
图5 晶圆探针卡 ( Probe Card )
图6 晶圆探针原理图
根据测试目标的分类:
数字逻辑测试(Digital Logic Test)
模拟电路测试(Analogue Test)
存储器测试 (Memory Test)
片上系统测试 ( SOC Test)
图7 存储器测试台
T6682 自动测试设备
图 8 ADVANTEST Model T6682 自动测试设备
T6682 自动测试设备规格参数:
1024针通道
速度:250、500或1000 MHz
定时精度:+/- 200 ps
驱动电压:-2.5至6 V
时钟/频闪精度:+/- 870 ps
时钟稳定分辨率:31.25 ps
模式复用:在一个ATE周期内写入2种模式
引脚复用:使用2个引脚控制1个DUT引脚
测试模式生成
顺序码型发生器(SQPG):存储要应用于DUT的16个Mvector码型,矢量宽度由被测器件引脚数确定
算法模式发生器(ALPG):32个独立地址位,36个数据位
用于内存测试 – 具有地址解密器,
具有地址缺陷记忆
扫描模式生成器(SCPG): 支持JTAG边界扫描,大大减少了用于全扫描测试的向量存储器
2G vector或8 G vector 容量
响应检查和帧处理器
响应检查: 脉冲序列匹配 – ATE匹配模式在一个引脚上最多16个周期
图案匹配模式 – 以1个周期匹配多个引脚上的图案
判断被测器件输出是否正确,实时改变模式
帧处理器 – 将码型发生器的被测器件输入激励与被测器件输出波形比较相结合
选通时间 – 采样输出后应用图案后的间隔
探测
引脚外围电路(Peripheral Electronics)– 电气缓冲电路,尽可能靠近被测器件
在测试头上使用弹簧针连接器
测试头接口通过定制的印刷电路板连接到晶圆探针(未封装的芯片测试)或封装底座(封装的芯片测试),通过插座(接触器)接触芯片
采用液冷
可以为每个引脚独立设置如下参量:VIH,VIL,VOH,VOL,IH,IL,VT
参数测量单位(Parameter Measurement Unit, PMU)
T6682 ATE软件:
在UltraSPARC 167 MHz CPU上运行Solaris UNIX以实现非实时功能
在UltraSPARC 200 MHz CPU上运行实时操作系统以进行测试设备控制
外围器件:磁盘,CD-ROM,微型软盘,显示器,键盘,HP GPIB,以太网
提供Viewpoint软件,用于调试,评估和分析VLSI芯片
LTX FUSION HF 自动测试设备
图 9 LTX FUSION HF ATE
规格参数:
旨在进行SOC测试 – 数字,模拟和内存测试–支持基于扫描的测试
模块化– 随着测试需求的变化,可以使用额外的设备进行升级
enVision操作系统
每个测试仪1个或2个测试头,最多1024个数字引脚,最大测试速率1 GHz
最大64 M vectors的存储空间
模拟仪器:基于DSP的合成器,数字化仪,时间测量,功率测试,射频(RF)源和测量能力(4.3 GHz)
多站点测试 – 降低主要成本
一个ATE同时测试多个(通常是相同的)器件
用于探针(未封装)和已封装芯片的测试
DUT接口板具有 > 1个插槽
在ATE中联结更多设备可以同时处理多个器件
通常一次测试2或4个被测器件,通常一次测试32或64个存储芯片
限制:ATE中可以联结仪器的数量,可以处理器件封装的类型
图10 自动测试设备结构
图 11 测试系统操作