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半導體測試ATE介紹

04-23

先來介紹半導體的測試。

廣義上的IC測試設備我們都稱為ATE（AutomaticTest Equipment），一般由大量的測試機能集合在一起，由電腦控制來測試半導體晶元的功能性，這裡面包含了軟體和硬體的結合。

這要先從半導體設計和製造的流程開始講起。

一個半導體產品要從硅原料變成晶圓再到封裝好的晶元，大概經過三個行業流程：

IC設計，晶圓製造，封裝。所有的晶元產品需要兩個最關鍵的測試節點：

  1. 晶圓探針測試（Chip probing簡稱CP）：ATE在這個階段被稱為探針台Prober
  2. 終測（Final Test 簡稱FT)： 晶元封裝完畢後進行測試

而不同的晶元類型則有不同的測試方法和要求。

晶元類型：

模擬晶元 （Analog)：模擬是一個可以拉開來慢慢說的概念。簡單來說，就是感知物理世界的介面。信號的特徵上來說，模擬信號是連續的

數字晶元 (Digital): 使用數字信號來傳遞數據信息，代表如微處理器。信號特徵來說，它是離散型的。如下圖

混合信號晶元 （Mixed Signal) ： 自然是兩種信號都有，各種功能集成化。比如像DSP和SoC晶元。

存儲/高速匯流排類晶元：這類晶元的測試項目相對更加複雜，有著自身產品特徵上的特別測試需求。

測試一套晶元的系統是什麼樣的呢?

測試的機台(tester)，loadboard （DIB）/ Probe Card (探針測試所用的PCB板卡），Handler (該設備負責抓取放置在測試槽上的被測晶元），測試軟體 （根據機台類別不同有不同的語言還有模塊方便工程師進行開發）

Wafer Probing

探針連接晶圓上的電路

按照測試程序層層甄別晶元內部的電路

畫個Mapping圖

封裝晶元測試

由handler將晶元一粒粒裝上不同的Loadboard，放置到測試機台上

那麼測試系統一般情況是如何工作呢？

首先測試機台按照測試程序的要求生成一組信號,一般是很簡單的

這一組信號共同組成了一個Test Pattern

Pattern輸入到被測試的晶元中，晶元按照輸入和自身的功能發射輸出數值到ATE機台，機台按照預先編入的測試標準同晶元輸出值進行比對。

符合則通過（Pass），反之為失敗（Fail）。當然了，標準是有容差值的，不然fail一堆堆，這麼嚴苛的通過率設計工程師估計要抓狂。不過在這個差值區間內，還可以繼續做binnings測試來對產品進行分級。

最終，測試程序是通過變換不同的電壓、電流和時序（timings）來測試我們的晶元，接著再進行debugging和特徵（characterization）的工作。

以Memory IC為例，測試項目一般都是由DC到AC參數測試再加上功能測試（Functional Test）

DC參數測試包含了Signal Pin的Open/Short、VCC Pin Open/Short、Standby 和運行中ICC電流以及漏電等測試。

AC參數測試則主要來自TCAC （Column Access Time）Test

針對的是時序測試：Setup Time、Hold Time、Propagation Delay和時序校準

接著來看Functional Test部分

  • Read Cycle
  • Wrtie Cycle
  • Fast Page Mode/ EDO Mode Check
  • March Column/ March Row

在基礎上，還可以加入專門功能測試項

  • Checkboard
  • Butterfly
  • Diagonais
  • Moving Inversion

Memory的測試有其一定的特殊性，但和其他類型晶元的測試在組成上並無二致。無外乎Contact/ Continuity Test （open/short）、DC參數測試、AC Timing Test、數字功能測試和混合信號測試。

如果繼續討論下去，就是測試程序的設計概念和Debugging的各種工具了（Datalog、Shmoo Plotting、Pattern Debugger還有各種波形工具）。光是Shmoo Plotting就可以寫上10幾頁了吧。

測試機台通常的應用範圍（歡迎討論和幫助添加）：

Memory IC

  • Advantest T55xx 系列
  • Advantest T53xx 系列
  • NextTest Magnum 系列
  • Credence Kalos 系列
  • Verigy V4000 系列
  • Verigy V5000 系列
  • Verigy V93000 HSM 系列
  • KingTiger KT2/ KT3

數字、混合信號或SoC晶元

  • Teradyne Tiger 系列
  • Teradyne Flex/ Ultra Flex 系列
  • Teradyne J750 系列
  • Teradyne Catalyst 系列
  • Credence Sapphire 系列
  • Credence Quartet/ Duo 系列
  • Credence Sapphire D 系列
  • Credence SC 系列

  • Schlumberger EXA 2x00 系列
  • Verigy V93000 SOC 系列
  • Agilent 94000 系列
  • LTX Fusion 系列
  • Advantest T77xx 系列
  • Advantest T2000 系列
  • Advantest T65xx/ T67xx 系列
  • LCD Driver
  • Yokokawa TS67xx 系列
  • Advantest T63xx 系列
  • Spea C3320

RF射頻晶元

  • Credence ASL-3000 系列
  • LTX Fusion-CX 系列
  • Agilent 84000 系列
  • Advatest T7611
  • Roos Instrument 7100A

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