半导体测试ATE介绍

先来介绍半导体的测试。

广义上的IC测试设备我们都称为ATE（AutomaticTest Equipment），一般由大量的测试机能集合在一起，由电脑控制来测试半导体芯片的功能性，这里面包含了软件和硬件的结合。

这要先从半导体设计和制造的流程开始讲起。
一个半导体产品要从硅原料变成晶圆再到封装好的芯片，大概经过三个行业流程：

IC设计，晶圆制造，封装。所有的芯片产品需要两个最关键的测试节点：

而不同的芯片类型则有不同的测试方法和要求。
芯片类型：
模拟芯片（Analog)：模拟是一个可以拉开来慢慢说的概念。简单来说，就是感知物理世界的接口。信号的特征上来说，模拟信号是连续的

数字芯片 (Digital): 使用数字信号来传递数据信息，代表如微处理器。信号特征来说，它是离散型的。如下图

混合信号芯片（Mixed Signal) ：自然是两种信号都有，各种功能集成化。比如像DSP和SoC芯片。

存储/高速总线类芯片：这类芯片的测试项目相对更加复杂，有着自身产品特征上的特别测试需求。

测试一套芯片的系统是什么样的呢?

测试的机台(tester)，loadboard （DIB）/ Probe Card (探针测试所用的PCB板卡），Handler (该设备负责抓取放置在测试槽上的被测芯片），测试软件 （根据机台类别不同有不同的语言还有模块方便工程师进行开发）

Wafer Probing

探针连接晶圆上的电路

按照测试程序层层甄别芯片内部的电路

画个Mapping图

封装芯片测试

由handler将芯片一粒粒装上不同的Loadboard，放置到测试机台上

那么测试系统一般情况是如何工作呢？
首先测试机台按照测试程序的要求生成一组信号,一般是很简单的

这一组信号共同组成了一个Test Pattern

Pattern输入到被测试的芯片中，芯片按照输入和自身的功能发射输出数值到ATE机台，机台按照预先编入的测试标准同芯片输出值进行比对。

符合则通过（Pass），反之为失败（Fail）。当然了，标准是有容差值的，不然fail一堆堆，这么严苛的通过率设计工程师估计要抓狂。不过在这个差值区间内，还可以继续做binnings测试来对产品进行分级。

最终，测试程序是通过变换不同的电压、电流和时序（timings）来测试我们的芯片，接着再进行debugging和特征（characterization）的工作。

以Memory IC为例，测试项目一般都是由DC到AC参数测试再加上功能测试（Functional Test）

DC参数测试包含了Signal Pin的Open/Short、VCC Pin Open/Short、Standby 和运行中ICC电流以及漏电等测试。

AC参数测试则主要来自TCAC （Column Access Time）Test

针对的是时序测试：Setup Time、Hold Time、Propagation Delay和时序校准

接着来看Functional Test部分

在基础上，还可以加入专门功能测试项

Memory的测试有其一定的特殊性，但和其他类型芯片的测试在组成上并无二致。无外乎Contact/ Continuity Test （open/short）、DC参数测试、AC Timing Test、数字功能测试和混合信号测试。

如果继续讨论下去，就是测试程序的设计概念和Debugging的各种工具了（Datalog、Shmoo Plotting、Pattern Debugger还有各种波形工具）。光是Shmoo Plotting就可以写上10几页了吧。

测试机台通常的应用范围（欢迎讨论和帮助添加）：

Memory IC

数字、混合信号或SoC芯片

RF射频芯片

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编辑于 2018-03-27 21:44