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
