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芯片測(cè)試科普

    給大家說說芯片測(cè)試相關(guān)。1測(cè)試在芯片產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上的位置如下面這個(gè)圖表，一顆芯片最終做到終端產(chǎn)品上，一般需要經(jīng)過芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、晶圓測(cè)試、封裝、成品測(cè)試、板級(jí)封裝等這些環(huán)節(jié)。在整個(gè)價(jià)值鏈中，芯片公司需要主導(dǎo)的環(huán)節(jié)主要是芯片設(shè)計(jì)和測(cè)試，其余的環(huán)節(jié)都可以由相應(yīng)的partner來主導(dǎo)或者完成。 圖（1）2測(cè)試如何體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的過程中 下圖表示的是設(shè)計(jì)公司在進(jìn)行一個(gè)新的項(xiàng)目的時(shí)候的一般流程，從市場(chǎng)需求出發(fā)，到產(chǎn)品tape out進(jìn)行制造，包含了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)，到最后開始投入制造。最下面一欄標(biāo)注了各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中對(duì)于測(cè)試的相關(guān)考慮，從測(cè)試架構(gòu)、測(cè)試邏輯設(shè)計(jì)、測(cè)試模式產(chǎn)生、到各種噪聲/延遲/失效模式綜合、進(jìn)而產(chǎn)生測(cè)試pattern，最后在制造完成后進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而分析失效模式，驗(yàn)證研發(fā)。所以，測(cè)試本身就是設(shè)計(jì)，這個(gè)是需要在最初就設(shè)計(jì)好了的，對(duì)于設(shè)計(jì)公司來說，測(cè)試至關(guān)重要，不亞于電路設(shè)計(jì)本身。 圖（2）設(shè)計(jì)公司主要目標(biāo)是根據(jù)市場(chǎng)需求來進(jìn)行芯片研發(fā)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，需要一直考慮測(cè)試相關(guān)的問題，主要有下面幾個(gè)原因：1） 隨著芯片的復(fù)雜度越來越高，芯片內(nèi)部的模塊越來越多，制造工藝也是越來越先進(jìn)，對(duì)應(yīng)的失效模式越來越多，而如何能完整有效地測(cè)試整個(gè)芯片，在設(shè)計(jì)過程中需要被考慮的比重越來越多。2） 設(shè)計(jì)、制造、甚至測(cè)試本身，都會(huì)帶來一定的失效，如何保證設(shè)計(jì)處理的芯片達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，如何保證制造出來的芯片達(dá)到要求的良率，如何確保測(cè)試本身的質(zhì)量和有效，從而提供給客戶符合產(chǎn)品規(guī)范的、質(zhì)量合格的產(chǎn)品，這些都要求必須在設(shè)計(jì)開始的第一時(shí)間就要考慮測(cè)試方案。3） 成本的考量。越早發(fā)現(xiàn)失效，越能減少無謂的浪費(fèi)；設(shè)計(jì)和制造的冗余度越高，越能提供最終產(chǎn)品的良率；同時(shí)，如果能得到更多的有意義的測(cè)試數(shù)據(jù)，也能反過來提供給設(shè)計(jì)和制造端有用的信息，從而使得后者有效地分析失效模式，改善設(shè)計(jì)和制造良率。 3測(cè)試的各種

對(duì)于芯片來說，有兩種類型的測(cè)試，抽樣測(cè)試和生產(chǎn)全測(cè)。抽樣測(cè)試，比如設(shè)計(jì)過程中的驗(yàn)證測(cè)試，芯片可靠性測(cè)試，芯片特性測(cè)試等等，這些都是抽測(cè)，主要目的是為了驗(yàn)證芯片是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，比如驗(yàn)證測(cè)試就是從功能方面來驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，可靠性測(cè)試是確認(rèn)最終芯片的壽命以及是否對(duì)環(huán)境有一定的魯棒性，而特性測(cè)試測(cè)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)的冗余度。這里我們主要想跟大家分享一下生產(chǎn)全測(cè)的測(cè)試，這種是需要100%全測(cè)的，這種測(cè)試就是把缺陷挑出來，分離壞品和好品的過程。這種測(cè)試在芯片的價(jià)值鏈中按照不同階段又分成晶圓測(cè)試和最終測(cè)試（FT，也叫封裝測(cè)試或者成品測(cè)試），就是上面圖（1）中的紅色部分。 測(cè)試相關(guān)的各種名詞：ATE-----------Automatic Test Equipment,自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，是一個(gè)高性能計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備的集合，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的測(cè)試。Tester---------測(cè)試機(jī)，是由電子系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)產(chǎn)生信號(hào)，建立適當(dāng)?shù)臏y(cè)試模式，正確地按順序設(shè)置，然后使用它們來驅(qū)動(dòng)芯片本身，并抓取芯片的輸出反饋，或者進(jìn)行記錄，或者和測(cè)試機(jī)中預(yù)期的反饋進(jìn)行比較，從而判斷好品和壞品。Test Program---測(cè)試程序，測(cè)試機(jī)通過執(zhí)行一組稱為測(cè)試程序的指令來控制測(cè)試硬件DUT-----------Device Under Test,等待測(cè)試的器件，我們統(tǒng)稱已經(jīng)放在測(cè)試系統(tǒng)中，等待測(cè)試的器件為DUT。 晶圓、單顆die和封裝的芯片----如下面圖（3）所示圖（3）Wafer就是晶圓，這個(gè)由Fab進(jìn)行生產(chǎn)，上面規(guī)則地放著芯片（die），根據(jù)die的具體面積，一張晶圓上可以放數(shù)百數(shù)千甚至數(shù)萬顆芯片（die）。Package Device就是封裝好的芯片，根據(jù)最終應(yīng)用的需求，有很多種形式，這個(gè)部分由芯片產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的封裝工廠進(jìn)行完成。 測(cè)試系統(tǒng)的基本工作機(jī)制：圖（4） 對(duì)測(cè)試機(jī)進(jìn)行編寫程序，從而使得測(cè)試機(jī)產(chǎn)生任何類型的信號(hào)，多個(gè)信號(hào)一起組成測(cè)試模式或測(cè)試向量，在時(shí)間軸的某一點(diǎn)上向DUT施加一個(gè)測(cè)試向量，將DUT產(chǎn)生的輸出反饋輸入測(cè)試機(jī)的儀器中測(cè)量其參數(shù)，把測(cè)量結(jié)果與存儲(chǔ)在測(cè)試機(jī)中的“編程值”進(jìn)行比較，如果測(cè)量結(jié)果在可接受公差范圍內(nèi)匹配測(cè)試機(jī)中的“編程值”，那么這顆DUT就會(huì)被認(rèn)為是好品，反之則是壞品，按照其失效的種類進(jìn)行記錄。 晶圓測(cè)試(wafer test,或者CP-chip probering)：就是在圖（3）中的晶圓上直接進(jìn)行測(cè)試，下面圖中就是一個(gè)完整的晶圓測(cè)試自動(dòng)化系統(tǒng)。Prober--- 與Tester分離的一種機(jī)械設(shè)備，主要的作用是承載wafer，并且讓wafer內(nèi)的一顆die的每個(gè)bond pads都能連接到probe card的探針上，并且在測(cè)試后，移開之前的接觸，同時(shí)移動(dòng)wafer，換另外的die再一次連接到probe card的探針上，并記錄每顆die的測(cè)試結(jié)果。