集成电路测试技术一

集成电路测试技术雷鑑铭华中科技大学光学与电子信息学院2010年9月雷鑑铭RCVLSI&S课程介绍教材：《超大规模集成电路测试——数字、存储器和混合信号系统》MichaelL.Bushnell等编著电子工业出版社出版参考书：1、《数字系统故障诊断及可靠性设计》杨士元著清华大学出版社2、《数字集成电路与嵌入式核系统可测性设计》AlfredL.Couch等著中国电力出版社出版3、《SOC设计与测试》RochitRajsuman著北京航空航天大学出版社雷鑑铭RCVLSI&S雷鑑铭RCVLSI&S课程讲授内容：第一部分VLSI测试概论第二部分VLSI测试方法第三部分VLSI可测性设计（DFT）技术雷鑑铭RCVLSI&S第一部分VLSI测试概论一、VLSI测试引言二、VLSI测试过程和测试设备三、测试经济学和产品质量四、故障模型雷鑑铭RCVLSI&S第二部分VLSI测试方法一、逻辑与故障模拟二、可测试性度量三、组合电路测试生成四、时序电路的测试矢量生成五、存储器测试六、基于DSP模拟和混合信号测试七、基于模型的模拟和混合信号测试八、延迟测试九、IDDQ测试雷鑑铭RCVLSI&S第三部分VLSI可测性设计技术一、数字电路DFT和扫描设计二、内建自测试BIST三、边界扫描标准四、模拟测试总线标准五、系统测试和基于核的测试六、测试的未来雷鑑铭RCVLSI&S第一部分VLSI测试概论一、VLSI测试引言二、VLSI测试过程和测试设备三、测试经济学和产品质量四、故障模型雷鑑铭RCVLSI&S一、VLSI测试引言VLSI测试前言VLSI测试的作用VLSI的实现过程雷鑑铭RCVLSI&S前言•IC测试业发展必不可少•国内测试“大”而不“强”•专业化测试日益崛起•不同阶段的IC测试•验证和测试的区别雷鑑铭RCVLSI&SIC测试业发展必不可少测试业作为IC产业的一环，其生存与发展与IC有着共同的命运；它们都将集成电路的生产过程简称为“设计、工艺、封装测试”，习惯于将封装测试连在一起；就我国而言，早期的测试只是作为IC生产中的一个工序而存在。随着人们对集成电路品质的重视，再加上技术、成本和知识产权保护等诸多因素，集成电路测试业目前正成为集成电路产业中一个不可或缺的独立行业。设计、制造、封装、测试四业并举是国际上集成电路产业发展的主流趋势。雷鑑铭RCVLSI&S国内测试“大”而不“强”封装测试一直是中国芯片业目前生产规模最大的一块；2002年封装测试产值占国内半导体产值63.6%，2003年中国国内半导体产值为人民币257.9亿元，其中封装测试产值为152.5亿元，占整体半导体产值的59.1%。2004年有所下降，也会在55%左右；国内现有封装测试企业约200余家，重点企业20家，以三资或外资为主。雷鑑铭RCVLSI&S全球最大的封装测试企业Amkor、日月光、矽品科技、金朋等都已在中国落户，从事封装测试的外资及合资企业还有英特尔(上海)、三星(苏州)、超微(苏州)、日立(苏州)、赛意法(深圳)、富士通(南通)、阿法泰克(上海)、三菱四通(北京)等。本土企业则有江阴长电、天水华天、中国华晶（无锡）等。前10大企业的产值占该板块总产值的70%。相对而言，测试业这一板块的扩张速度虽不及制造和设计，但仍继续处在高速增长期；雷鑑铭RCVLSI&S跨国公司来华设立封装测试工厂的热情不减，安森美、AMD、飞兆半导体等公司正在运作，英特尔继上海的封装测试工厂成功后又追加投资，在成都设厂，美国微芯也表示了设厂的意向。本土企业纷纷扩容，江阴长电与新加坡先进公司合资创建江阴长电先进封装公司，项目建成后凸块晶片年产能力将达24万片，倒装晶片10亿个。测试业的发展不能满足众多IC设计公司的验证分析和产业化测试需求，已日益成为我国集成电路产业发展的一个瓶颈。雷鑑铭RCVLSI&S专业化测试日益崛起随着人们对集成电路品质的重视，再加上技术、成本和知识产权保护等诸多因素，集成电路测试业目前正成为集成电路产业中一个不可或缺的独立行业。设计、制造、封装、测试四业并举是国际上集成电路产业发展的主流趋势；近年国内封装测试板块涌现出了一支新军，这就是专业芯片测试企业；华大泰斯特就是北方地区第一家专业的、中立的集成电路测试公司，其宗旨是将集成电路测试服务做专做精，做大做强，立足北京，面向全国，与国际接轨，力争成为国内设备先进、技术领先、全面支持产业化的集成电路测试企业之一。雷鑑铭RCVLSI&S不同阶段的IC测试验证测试：当一个新的芯片第一次设计并加工出来后（样片），就需要验证设计的正确性和测试程序的正确性。这个过程需要设计工程师的参与，测试将在设计室而不是在工厂开展，根据测试结果，修正设计和测试程序，这个测试称为验证测试。雷鑑铭RCVLSI&S生产测试：成功的验证测试通常产生合格的芯片。这些最早的芯片通常被系统设计者使用。一个成功的验证同时标志着生产的开始。生产意味着大规模制造。加工好的芯片将在工厂中测试，这称为生产测试。成片检测或接收测试：当客户收到芯片后，他们可能还会进行测试以确保质量。这个测试称为成片检测或接收测试，通常由用户或者为用户服务的独立测试厂进行测试。雷鑑铭RCVLSI&S验证测试验证设计的不正确性通过仿真、硬件评估或形式验证的方法。执行于产品制造之前确保设计的质量•检查制造后产品的正确性•两步过程:–1.测试产生:设计时软件自动执行–2.测试应用:应用于硬件的电学测试•执行对象是每一个器件•确保器件的质量雷鑑铭RCVLSI&S一、VLSI测试引言VLSI测试前言VLSI测试的作用VLSI的实现过程雷鑑铭RCVLSI&S测试的作用产品没有通过测试，其原因包括：1）测试本身存在错误；2）产品生产加工过程存在问题；3）产品设计不正确；4）产品规范有问题；测试的作用是检验是否存在问题；诊断的作用是确定什么方面出了问题，以及如何修正它。测试的正确性和有效性对产品的品质是最重要的。雷鑑铭RCVLSI&S一、VLSI测试引言VLSI测试前言VLSI测试的作用VLSI的实现过程雷鑑铭RCVLSI&SDeterminerequirementsWritespecificationsDesignsynthesisandVerificationFabrication生产测试ChipstocustomerCustomer’sneed设计测试VLSI的实现过程雷鑑铭RCVLSI&S第一部分VLSI测试概论一、VLSI测试引言二、VLSI测试过程和测试设备三、测试经济学和产品质量四、故障模型雷鑑铭RCVLSI&S二、VLSI测试过程和设备测试种类测试规范和计划测试程序测试数据分析自动测试设备（ATE）参数测试总结雷鑑铭RCVLSI&S测试种类根据测试的具体目的，VLSI测试有如下种类：特性测试：也称设计调试或验证测试。它确定器件工作参数的范围，通常测试最坏情况，因为比平均情况更容易评估，并且通过最坏情况测试的器件将会在任何其他条件下工作。生产测试：每一个芯片都应该进行，它没有特性测试全面，但必须判定芯片是否符合设计的质量与需求。老化测试：是通过一个长时间的连续或周期性的测试使不好的器件失效，从而确保老化测试后器件的可靠性。成品检测：其最重要的目的使避免将有缺陷的器件集成到系统中，否则诊断成本会远远超过检测的成本。雷鑑铭RCVLSI&S测试的子类型参数测试1、DC参数测试：直流参数测试包括短路测试、开路测试、最大电路测试、漏电路测试、输出驱动电流测试和阈值电压测试。2、AC参数测试：交流参数测试包括传输延迟测试、建立和保持时间测试、功能速度测试、访问时间测试、刷新和暂停时间测试、上升和下降时间测试等。3、直流参数（DC）测试和交流参数（AC）测试通常都是与工艺相关的。CMOS输出电压测量不需要负载，而TTL器件则需要电流负载。雷鑑铭RCVLSI&S测试的子类型功能测试1、功能测试由输入矢量与相应的响应构成。是通过测试芯片内部节点来检查一个验证过的设计是否工作正常。2、功能测试对逻辑电路的典型故障（如固定状态故障）有很高的覆盖率。3、功能矢量即验证矢量，是用来验证硬件是否符合需求规范。雷鑑铭RCVLSI&S测试原理雷鑑铭RCVLSI&S测试规范见材料雷鑑铭RCVLSI&S测试计划•测试计划要明确测试的类型和测试设备的类型。•测试仪的选择取决于吞吐率、时钟频率、时间精度、测试序列长度、测试仪的可用性和成本等。•测试的类型包括性能参数测试、功能测试、老化测试、极限测试、速度分级等，同时还需要明确故障覆盖率。雷鑑铭RCVLSI&S测试程序自动测试程序系统（ATPG）要求三种类型的输入：1、测试规范和从测试计划得到的测试类型信息2、由版图获得的器件的物理数据（管脚位置、圆片分布图）3、由模拟器获得的信号的时序信息和测试矢量（输入和期望的响应）雷鑑铭RCVLSI&S测试数据分析ATE测试数据用途1、帮助判定接受或拒绝DUT；2、提供制造过程的有用信息；3、提过设计不足的信息；通过测试的器件只有在测试覆盖率为100%时才认为是好的。失效器件的失效模式分析（FMA）1、诊断失效器件失效原因，找到设计和工艺不足2、对改善逻辑和版图的设计规则有价值。雷鑑铭RCVLSI&S自动测试设备（ATE）ADVANTESTModelT6682ATE雷鑑铭RCVLSI&ST6682VLSI测试系统框图雷鑑铭RCVLSI&S•设备的电子部分由0.35mVLSI芯片构成•最多可配置1024个通道，同时可以独立控制和观察1024管脚•测试速度分别是:250,500,or1000MHz•时间精度为+/-200ps•驱动电压:-2.5to6V•时钟设定的分辨率:31.25ps•测试矢量复用:一个ATE周期写2个测试矢量•管脚复用:用两个管脚控制一个DUT脚T6682ATE规范雷鑑铭RCVLSI&S矢量生成（PatternsGeneration）标准的连续矢量生成器（SQPG）：具有16M的矢量深度，可扩展到64M。矢量与所支持DUT的管脚数具有同样的宽度。可选择的矢量生成算法（ALPG）：能够处理32个独立的地址位和36个独立的数据位。可选择的扫描矢量生成器（SCPG）：支持JTAG边界扫描，大大降低了边界扫描对测试矢量的容量要求，具有2G或8G的矢量容量，工作速度可达40MHz。雷鑑铭RCVLSI&S响应检查及帧处理器响应检查1、脉冲序列匹配：ATE的一个管脚上匹配矢量可达16个周期。2、矢量匹配模式：一个周期内ATE按DUT管脚数匹配一个矢量。3、决定DUT的输出是否与预期的输出匹配，并且结果可以实时改变矢量生成序列。帧处理器：把DUT的输入波形激励与DUT的输出波形比较，并组合成一个事件序列。雷鑑铭RCVLSI&S探针数字管脚电路（PE）：是一个局部缓存电路，它置于尽可能接近DUT的位置。管脚电路与测试头的弹簧管脚连接器相连。测试头通过客户PCB板连接到探针台测试没有划片和封装的圆片。管脚电路采用液体冷却来降低电气噪音和改善可靠性。每个通道可以独立设定VIH,VIL,VOH,VOL,IH,IL,VT。参数测量单元（PMU）：可以在一个管脚上施加电压或电流信号并在同一管脚测试其电学响应（电压或电流）雷鑑铭RCVLSI&SAdcantestT6682ATE的管脚电路雷鑑铭RCVLSI&S探针卡、探针和支架电源：ATE包括24～32个电源软件控制：ATE有硬盘、光驱、软驱、显示器、键盘、一个HP通用接口总线设备接口和一个局域网接口。测试描述语言（TDL）可视化工具雷鑑铭RCVLSI&S电学参数测试典型测试流程：探针测试或圆片分拣测试（中测）接触测试功能和版图相关的测试直流参数测试交流参数测试以上第三项测试是功能测试，其他都是电气测试；雷鑑铭RCVLSI&S电气测试电气故障可以在芯片管脚上观测，它影响器件的输入/输出接口特性，改变管脚的电压/电流/延迟，有两种类型的电气故障：A、部分数据存在