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简述半导体功能测试

2022-04-18 07:17:14

述半导体测试的术语

1. DUT

  需要被实施测试的半导体器件通常叫做DUT(Device Under Test,我们常简称“被测器件”),或者叫UUT(Unit Under Test)。

  首先我们来看看关于器件引脚的常识,数字电路期间的引脚分为“信号”、“电源”和“地”三部分。

  信号脚,包括输入、输出、三态和双向四类,

  输入:在外部信号和器件内部逻辑之间起缓冲作用的信号输入通道;输入管脚感应其上的电压并将它转化为内部逻辑识别的“0”和“1”电平。

  输出:在芯片内部逻辑和外部环境之间起缓冲作用的信号输出通道;输出管脚提供正确的逻辑“0”或“1”的电压,并提供合适的驱动能力(电流)。

  三态:输出的一类,它有关闭的能力(达到高电阻值的状态)。

  双向:拥有输入、输出功能并能达到高阻态的管脚。

  电源脚,“电源”和“地”统称为电源脚,因为它们组成供电回路,有着与信号引脚不同的电路结构。

  VCC:TTL器件的供电输入引脚。

  VDD:CMOS器件的供电输入引脚。

  VSS:为VCC或VDD提供电流回路的引脚。

  GND:地,连接到测试系统的参考电位节点或VSS,为信号引脚或其他电路节点提供参考0电位;对于单一供电的器件,我们称VSS为GND。

  Output Mask :输出屏蔽,一种在功能测试期间让测试通道的输出比较功能打开或关闭的方法,可以针对单独的pin在单独的周期实施。

  Output Sampling: 输出采样,在功能测试中,DUT的输出信号在周期内的某个时间点被评估的过程。PE卡上的比较电路会将输出电压和预先设定的逻辑1(VOH)和逻辑0(VOL)相比较,然后测试系统做出pass或fail的判断。Output Sampling也称为“Strobing”。

  Test Pattern :测试向量(国内很多资料将其译为“测试模式”),是器件一系列所设计的逻辑功能的输入输出状态的描述。输入数据由测试系统提供给DUT,输出数据则用于和DUT的输出响应相比较。在功能测试期间,测试向量施加到DUT并运行,当其中的一个期望输出与器件的实际输出不匹配时,一个failure就产生了。Test pattern也称为“Test Vectors”或“Truth Tables(真值表)”。Test Vectors的说法更强调时序性,指逻辑电平的一系列0、1序列或其他表征。

  Signal Format: 信号格式,PE驱动电路提供的输入信号的波形。

2. 测试程序

  半导体测试程序的目的是控制测试系统硬件以一定的方式保证被测器件达到或超越它的那些被具体定义在器件规格书里的设计指标。

  测试程序通常分为几个部分,如DC测试、功能测试、AC测试等。DC测试验证电压及电流参数;功能测试验证芯片内部一系列逻辑功能操作的正确性;AC测试用以保证芯片能在特定的时间约束内完成逻辑操作。

  程序控制测试系统的硬件进行测试,对每个测试项给出pass或fail的结果。Pass指器件达到或者超越了其设计规格;Fail则相反,器件没有达到设计要求,不能用于终应用。测试程序还会将器件按照它们在测试中表现出的性能进行相应的分类,这个过程叫做“Binning”,也称为“分Bin”。举个例子,一个微处理器,如果可以在150MHz下正确执行指令,会被归为的一类,称之为“Bin1”;而它的某个兄弟,只能在100MHz下做同样的事情,性能比不上它,但是也不是一无是处应该扔掉,还有可以应用的领域,则也许会被归为“Bin2”,卖给只要求100MHz的客户。

  程序还要有控制外围测试设备比如 Handler 和 Probe 的能力;还要搜集和提供摘要性质(或格式)的测试结果或数据,这些结果或数据提供有价值的信息给测试或生产工程师,用于良率(Yield)分析和控制。

  正确的测试方法

  经常有人问道:“怎样正确地创建测试程序?”这个问题不好回答,因为对于什么是正确的或者说的测试方式,一直没有一个单一明了的界定,某种情形下正确的方式对另一种情况来说不见得。很多因素都在影响着测试行为的构建方式,下面我们就来看一些影响力大的因素。

3. 功能测试

  功能测试是验证DUT是否能正确实现所设计的逻辑功能,为此,需生成测试向量或真值表以检测DUT中的错误,真值表检测错误的能力可用故障覆盖率衡量,测试向量和测试时序组成功能测试的。

  当执行功能测试时,必须考虑DUT性能的所有方面,必须仔细检查下列项的准确值:

  · VDD Min/Max DUT                电源电平

  VIL/VIH                                输入电平

  VOL/VOH                             输出电平

  IOL/IOH                                输出电流负载

  VREF IOL/IOH                      切换点

  Test Frequency                     测试频率/周期

  Input Signal Timings              时钟/建立时间/保持时间/控制信号

  Input Signal Formats             输入波形

  Output Timings                     周期内何时采样

  Vector Sequencing                向量文件的起始/终止点

  从上表可以看出,在功能测试中需要利用测试系统的大部分资源,所有的功能测试都有两个不同的部分组成,主测试程序中的测试向量文件和指令集。测试向量文件代表需测试的DUT的输入输出逻辑状态,测试程序包括控制测试硬件产生必需的电压、波形和时序需要的信息。

 

  4. 测试环节的成本

  这也许是决定什么需要被测试以及以何种方式满足这些测试的的重要的因素,测试成本在器件总的制造成本中占了很大的比重,因此许多与测试有关的决定也许仅仅取决于器件的售价与测试成本。例如,某个器件可应用于游戏机,它卖15元;而同样的器件用于人造卫星,则会卖3500元。每种应用有其独特的技术规范,要求两种不同标准的测试程序。3500元的器件能支持昂贵的测试费用,而15元的器件只能支付的测试成本。

  5. 测试开发的理念

  测试理念只一个公司内部测试人员之间关于什么是的测试方法的共同的观念,这却决于他们特殊的要求、芯片产品的售价,并受他们以往经验的影响。在测试程序开发项目启动之前,测试工程师必须全面地上面提到的每一个环节以决定的解决方案。开发测试程序不是一件简单的正确或者错误的事情,它是一个在给定的状况下寻找解决方案的过程。

  6. 测试系统

  测试系统称为ATE,由电子电路和机械硬件组成,是由同一个主控制器指挥下的电源、计量仪器、信号发生器、模式(pattern)生成器和其他硬件项目的集合体,用于模仿被测器件将会在应用中体验到的操作条件,以发现不合格的产品。

  测试系统硬件由运行一组指令(测试程序)的计算机控制,在测试时提供合适的电压、电流、时序和功能状态给DUT并监测DUT的响应,对比每次测试的结果和预先设定的界限,做出pass或fail的判断。



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