CPU芯片测试技术

1CPU芯片测试技术2目录第一章CPU芯片封装概述1.1集成电路的发展……………………………………………………………41．1．1世界集成电路的发展………………………………………….41．1．2我国集成电路的发展…………………………………….…..51．1．3CPU芯片的发展…………………………………………………61.2CPU构造原理………………………………………………………….101．3.1CPU工作原理……………………………………………….111．3．2CPU的工作流程……………………………………………..121.4CPU性能指标………………………………………………………….12第二章测试2.1可靠性测试………………………………………………………………232.2测试分类………………………………………………………………..242.3测试过程………………………………………………………………..242.4电性能测试……………………………………………………………..252.5电功能测试……………………………………………………………….262.6测试环境条件………………………………………………………26第三章CPU芯片测试设备3.1测试设备介绍…………………………………………………………….283．1．1Handler(传送机)介绍……………………………………….283．1．2Tester(测试机)介绍………………………………………..293．1．3Chiller(温控设备)介绍………………………………….293.2测试系统………………………………………………………………….303．2．1SUMMITATC2.13(温度控制系统)……………………..303．2．2T2000(测试系统)…………………………………………….313．2．3其它相关系统……………………………………………..31第四章测试实例分析4.1等级测试………………………………………………………………….324.2实例分析………………………………………………………………….32致谢…………………………………………………………………………。……..42参考文献…………………………………………………………………………….433摘要为什么要测试？可以通过测试对产品中的带有缺陷的不合格的产品及时筛选出来。可以通过测试对产品的性能作出优良等级的评定。可以通过测试对产品，还在工厂中时，随时监控，及时找出存在的问题，解决问题。可以通过测试对产品，及时监控，把最新动态反馈给工程师，从而不断的改进和完善工艺。关键字：测试可靠性中央处理器传送机测试机AbstractWhyshouldwetest？Canpassthetestproductwithadefectinthestandardfilteroutoftheproductintime.Cantesttheperformanceoftheproducttomakeagoodlevelofassessment.Canpassthetestproduct,isstillatthefactoryatanytimetomonitor,identifyproblemsinatimelymanner,tosolvetheproblem.Canpassthetestproduct,timelymonitoring,thelatestfeedbacktotheengineers,soastocontinuouslyimproveandperfecttheprocessKeywords:Test,reliability,CPU(CentralProcessingUnit),Handler,Tester4第一章CPU芯片封装概述1．1集成电路的发展1．1．1世界集成电路的发展世界集成电路产业结构的变化及其发展历程自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路（IC）后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃，创造了一个前所未有的具有极强渗透力和旺盛生命力的新兴产业集成电路产业。回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自发明集成电路至今40多年以来，从电路集成到系统集成这句话是对IC产品从小规模集成电路（SSI）到今天特大规模集成电路（ULSI）发展过程的最好总结，即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（System-on-board）到片上系统（System-on-a-chip）的过程。在这历史过程中，世界IC产业为适应技术的发展和市场的需求，其产业结构经历了三次变革。第一次变革：以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段。70年代，集成电路的主流产品是微处理器、存储器以及标准通用逻辑电路。这一时期IC制造商（IDM）在IC市场中充当主要角色，IC设计只作为附属部门而存在。这时的IC设计和半导体工艺密切相关。IC设计主要以人工为主，CAD系统仅作为数据处理和图形编程之用。IC产业仅处在以生产为导向的初级阶段。第二次变革：Foundry公司与IC设计公司的崛起。80年代，集成电路的主流产品为微处理器（MPU）、微控制器（MCU）及专用IC（ASIC）。这时，无生产线的IC设计公司（Fabless）与标准工艺加工线（Foundry）相结合的方式开始成为集成电路产业发展的新模式。随着微处理器和PC机的广泛应用和普及（特别是在通信、工业控制、消费电子等领域），IC产业已开始进入以客户为导向的阶段。一方面标准化功能的IC已难以满足整机客户对系统成本、可靠性等要求，同时整机客户则要求不断增加IC的集成度，提高保密性，减小芯片面积使系统的体积缩小，降低成本，提高产品的性能价格比，从而增强产品的竞争力，得到更多的市场份额和更丰厚的利润；另一方面，由于IC微细加工技术的进步，软件的硬件化已成为可能，为了改善系统的速度和简化程序，故各种硬件结构的ASIC如门阵列、可编程逻辑器件（包括FPGA）、标准单元、全定制电路等应运而生，其比例在整个IC销售额中1982年已占12％；其三是随着EDA工具（电子设计自动化工具）的发展，PCB设计方法引入IC设计之中，如库的概念、工艺模拟参数及其仿真概念等，设计开始进入抽象5化阶段，使设计过程可以独立于生产工艺而存在。有远见的整机厂商和创业者包括风险投资基金（VC）看到ASIC的市场和发展前景，纷纷开始成立专业设计公司和IC设计部门，一种无生产线的集成电路设计公司（Fabless）或设计部门纷纷建立起来并得到迅速的发展。同时也带动了标准工艺加工线（Foundry）的崛起。全球第一个Foundry工厂是1987年成立的台湾积体电路公司，它的创始人张忠谋也被誉为晶芯片加工之父。第三次变革：四业分离的IC产业90年代，随着INTERNET的兴起，IC产业跨入以竞争为导向的高级阶段，国际竞争由原来的资源竞争、价格竞争转向人才知识竞争、密集资本竞争。以DRAM为中心来扩大设备投资的竞争方式已成为过去。如1990年，美国以Intel为代表，为抗争日本跃居世界半导体榜首之威胁，主动放弃DRAM市场，大搞CPU，对半导体工业作了重大结构调整，又重新夺回了世界半导体霸主地位。这使人们认识到，越来越庞大的集成电路产业体系并不有利于整个IC产业发展，分才能精，整合才成优势。于是，IC产业结构向高度专业化转化成为一种趋势，开始形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面，近年来，全球IC产业的发展越来越显示出这种结构的优势。如台湾IC业正是由于以中小企业为主，比较好地形成了高度分工的产业结构，故自1996年，受亚洲经济危机的波及，全球半导体产业出现生产过剩、效益下滑，而IC设计业却获得持续的增长。特别是96、97、98年持续三年的DRAM的跌价、MPU的下滑，世界半导体工业的增长速度已远达不到从前17％的增长值，若再依靠高投入提升技术，追求大尺寸硅片、追求微细加工，从大生产中来降低成本，推动其增长，将难以为继。而IC设计企业更接近市场和了解市场，通过创新开发出高附加值的产品，直接推动着电子系统的更新换代；同时，在创新中获取利润，在快速、协调发展的基础上积累资本，带动半导体设备的更新和新的投入；IC设计业作为集成电路产业的龙头，为整个集成电路产业的增长注入了新的动力和活力。1．1．2我国集成电路的发展图1.1.2我国集成电路设计我国集成电路产业诞生于六十年代，共经历了三个发展阶段：61965年-1978年：以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主要产品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件；1978年-1990年：主要引进美国二手设备，改善集成电路装备水平，在“治散治乱”的同时，以消费类整机作为配套重点，较好地解决了彩电集成电路的国产化；1990年-2000年：以908工程、909工程为重点，以CAD为突破口，抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设，为信息产业服务，集成电路行业取得了新的发展。近几年，中国集成电路产业取得了飞速发展。中国集成电路产业已经成为全球半导体产业关注的焦点，即使在全球半导体产业陷入有史以来程度最严重的低迷阶段时，中国集成电路市场仍保持了两位数的年增长率，凭借巨大的市场需求、较低的生产成本、丰富的人力资源，以及经济的稳定发展和宽松的政策环境等众多优势条件，以京津唐地区、长江三角洲地区和珠江三角洲地区为代表的产业基地迅速发展壮大，制造业、设计业和封装业等集成电路产业各环节逐步完善。2006年中国集成电路市场销售额为4862.5亿元，同比增长27.8%。其中IC设计业年销售额为186.2亿元，比2005年增长49.8%。2007年中国集成电路产业规模达到1251.3亿元，同比增长24.3%，集成电路市场销售额为5623.7亿元，同比增长18.6%。而计算机类、消费类、网络通信类三大领域占中国集成电路市场的88.1%。目前，中国集成电路产业已经形成了IC设计、制造、封装测试三业及支撑配套业共同发展的较为完善的产业链格局，随着IC设计和芯片制造行业的迅猛发展，国内集成电路价值链格局继续改变，其总体趋势是设计业和芯片制造业所占比例迅速上升。1．1．3CPU芯片的发展图1．1．3CPU实物图CPU的溯源可以一直去到1971年。在那一年，当时还处在发展阶段的INTEL公司推出了世界上第一台微处理器4004。这不但是第一个用于计7算器的4位微处理器，也是第一款个人有能力买得起的电脑处理器！4004含有2300个晶体管，功能相当有限，而且速度还很慢，被当时的蓝色巨人IBM以及大部分商业用户不屑一顾，但是它毕竟是划时代的产品，从此以后，INTEL便与微处理器结下了不解之缘。可以这么说，CPU的历史发展历程其实也就是INTEL公司X86系列CPU的发展历程，我们就通过它来展开我们的“CPU历史之旅”。1978年，Intel公司再次领导潮流，首次生产出16位的微处理器，并命名为i8086，同时还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，这两种芯片使用相互兼容的指令集，但在i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算指令。由于这些指令集应用于i8086和i8087，所以人们也这些指令集统一称之为X86指令集。虽然以后Intel又陆续生产出第二代、第三代等更先进和更快的新型CPU，但都仍然兼容原来的X86指令，而且Intel在后续CPU的命名上沿用了原先的X86序列，直到后来因商标注册问题，才放弃了继续用阿拉伯数字命名。至于在后来发展壮大的其他公司，例如AMD和Cyrix等，在486以前（包括486）的CPU都是按Intel的命名方式为自己的X86系列CPU命名，但到了586时代，市场竞争越来越厉害了，由于商标注册问题，它们已经无法继续使用与Intel的X86系列相同或相似的命名，只好另外为自己的586、686兼容CPU命名了。1979年，INTEL公司推出了8088芯片，它仍旧是属于16位微