電學(xué)半導(dǎo)體測試技術(shù)實踐

1、半導(dǎo)體測試技術(shù)實踐總結(jié)報告一、實踐目的半導(dǎo)體測試技術(shù)及儀器集中學(xué)習(xí)是在課堂結(jié)束之后在實習(xí)地集中的實踐性教學(xué)，是各項課間的綜合應(yīng)用，是鞏固和深化課堂所學(xué)知識的必要環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件與集成電路性能參數(shù)的測試原理、測試方法，掌握現(xiàn)代測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、操作方法與測試結(jié)果的分析方法，并學(xué)以致用、理論聯(lián)系實際，鞏固和理解所學(xué)的理論知識。同時了解測試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及本專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，把握科技前進脈搏，拓寬專業(yè)知識面，開闊專業(yè)視野，從而鞏固專業(yè)思想，明確努力方向。另外，培養(yǎng)在實際測試過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和獨立工作的能力，增強綜合實踐能力，建立勞動觀念、實踐觀念和創(chuàng)新意識，樹立實事、嚴

2、肅認真的科學(xué)態(tài)度，提高綜合素質(zhì)。二、實踐安排（含時間、地點、容等） 實踐地點：西谷微電子有限責任公司實踐時間：2014年8月5日2014年8月15日實踐容：對分立器件，集成電路等進行性能測試并判定是否失效三、實踐過程和具體容 西谷微電子有限責任公司專業(yè)從事集成電路測試、篩選、測試軟硬件開發(fā)及相關(guān)技術(shù)配套服務(wù)，測試篩選使用標準主要為GJB548、GJB528、GJB360等。1、認識半導(dǎo)體及測試設(shè)備 在一個器件封裝之后，需要經(jīng)過生產(chǎn)流程中的再次測試。這次測試稱為“Final test”（即我們常說的FT測試）或“Package test”。在電路的特性要求界限方面，F(xiàn)T測試通常執(zhí)行比CP測試更為

3、嚴格的標準。 芯片也許會在多組溫度條件下進行多次測試以確保那些對溫度敏感的特征參數(shù)。商業(yè)用途（民品）芯片通常會經(jīng)過0、25和75條件下的測試，而軍事用途（軍品）芯片則需要經(jīng)過-55、25和125。 芯片可以封裝成不同的封裝形式，圖4顯示了其中的一些樣例。一些常用的封裝形式如下表：DIP： Dual Inline Package (dual indicates the package has pins on two sides) 雙列直插式CerDIP：Ceramic Dual Inline Package 瓷PDIP： Plastic Dual Inline Package 塑料PGA： Pi

4、n Grid Array 管腳陣列BGA： Ball Grid Array 球柵陣列SOP： Small Outline Package 小型外殼TSOP： Thin Small Outline Package TSSOP：Thin Shrink Small Outline Package (this one is really getting small!)SIP： Single Inline Package 單列直插SIMM： Single Inline Memory Modules (like the memory inside of a computer) QFP： Quad Flat

5、 Pack (quad indicates the package has pins on four sides) TQFP： Thin version of the QFP MQFP： Metric Quad Flat Pack MCM： Multi Chip Modules (packages with more than 1 die (formerly called hybrids)1.1 自動測試設(shè)備 隨著集成電路復(fù)雜度的提高，其測試的復(fù)雜度也隨之水漲船高，一些器件的測試成本甚至占到了芯片成本的大部分。大規(guī)模集成電路會要求幾百次的電壓、電流和時序的測試，以及百萬次的功能測試步驟以保證器

6、件的完全正確。要實現(xiàn)如此復(fù)雜的測試，靠手工是無法完成的，因此要用到自動測試設(shè)備（ATE，Automated Test Equipment）。 ATE是一種由高性能計算機控制的測試儀器的集合體，是由測試儀和計算機組合而成的測試系統(tǒng)，計算機通過運行測試程序的指令來控制測試硬件。測試系統(tǒng)最基本的要可以快速且可靠地重復(fù)一致的測試結(jié)果，即速度、可靠性和穩(wěn)定性。為保持正確性和一致性，測試系統(tǒng)需要進行定期校驗，用以保證信號源和測量單元的精度。 當一個測試系統(tǒng)用來驗證一片晶圓上的某個獨立的晶片的正確與否，需要用ProbeCard來實現(xiàn)測試系統(tǒng)和晶片之間物理的和電氣的連接，而ProbeCard和測試系統(tǒng)部的測試

7、儀之間的連接則通過一種叫做“Load board”或“Performance board”的接口電路板來實現(xiàn)。在CP測試中，Performance board和Probe card一起使用構(gòu)成回路使電信號得以在測試系統(tǒng)和晶片之間傳輸。 當晶片封裝出來后，它們還要經(jīng)過FT測試，這種封裝后的測試需要手工將一個個這些獨立的電路放入負載板（Load board）上的插座（Socket）里，這叫手工測試（hand test）。一種快速進行FT測試的方法是使用自動化的機械手（Handler），機械手上有一種接觸裝置實現(xiàn)封裝引腳到負載板的連接，這可以在測試機和封裝的晶片之間提供完整的電路。機械手可以快速的抓

8、起待測的芯片放入測試點（插座），然后拿走測試過的芯片并根據(jù)測試pass/fail的結(jié)果放入事先定義好的相應(yīng)的Bin區(qū)。1.2 數(shù)字和模擬電路 過去，在模擬和數(shù)字電路設(shè)計之間，有著顯著的不同。數(shù)字電路控制電子信號，表現(xiàn)為邏輯電平“0”和“1”，它們被分別定義成一種特殊的電壓分量，所有有效的數(shù)字電路數(shù)據(jù)都用它們來表示，每一個“0”或“1”表示數(shù)據(jù)的一個比特（bit）位，任何數(shù)值都可以由按照一定順序排列的“0”“1”比特位組成的二進制數(shù)據(jù)來表示，數(shù)值越大，需要的比特位越多。每8個比特一組構(gòu)成一個Byte，數(shù)字電路中的數(shù)據(jù)經(jīng)常以Byte為單位進行處理。 不同于數(shù)字信號的“0”“1”界限分明（離散），模

9、擬電路時連續(xù)的在任何兩個信號電平之間有著無窮的數(shù)值。模擬電路可以使用電壓或電流來表示數(shù)值，我們常見的也是最常用的模擬電路實例就是運算放大器，簡稱運放。 為幫助理解模擬和數(shù)字電路數(shù)值的基本差別，我們可以拿時鐘來比方。“模擬”時鐘上的指針連續(xù)地移動，因此所有的任一時間值可以被觀察者直接讀出，但是所得數(shù)值的準確度或者說精度取決于觀察者認知的程度。而在“數(shù)字”時鐘上，只有最小增量以上的值才能被顯示，而比最小增量小的值則無法顯示。如果有更高的精度需求，則需要增加數(shù)據(jù)位，每個新增的數(shù)據(jù)位表示最小的時間增量。 有的電路里既有數(shù)字部分也有模擬部分，如AD轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，DA轉(zhuǎn)換器（D

10、AC）則相反，我們稱之為“混合信號電路”（Mixed Signal Devices）。另一種描述這種混合電路的方法則基于數(shù)字部分和模擬部分占到電路的多少：數(shù)字部分占大部分而模擬部分所占比例較少歸于數(shù)字電路，反之則歸于模擬電路。1.3 測試系統(tǒng)的種類 一般認為測試系統(tǒng)都是通用的，其實大部分測試系統(tǒng)的設(shè)計都是面向?qū)ｉT類型的集成電路，這些專門的電路包括：存儲器、數(shù)字電路、模擬電路和混合信號電路；每種類型下還可以細分成更多種類，我們這里只考慮這四種類型。a 存儲器件類 我們一般認為存儲器是數(shù)字的，而且很多DC測試參數(shù)對于存儲類和非存儲類的數(shù)字器件是通用的，雖然如此，存儲器的測試還是用到了一些獨特的功能

11、測試過程。帶存的自動測試系統(tǒng)使用一種算法模式生成器（APG，algorithmic pattern generator）去生成功能測試模型，使得從硬件上生成復(fù)雜的功能測試序列成為可能，這樣我們就不用把它們當作測試向量來保存。存儲器測試的一些典型模型包括：棋盤法、反棋盤法、走0、走1、蝶形法，等等 APG在器件的每次測試時生成測試模型，而不帶存的測試系統(tǒng)將預(yù)先生成的模型保存到向量存儲區(qū)，然后每次測試時從中取出數(shù)據(jù)。存儲器測試通常需要很長的測試時間去運行所要求的測試模型，為了減少測試成本，測試儀通常同時并行測試多顆器件。b 模擬或線形器件類 模擬器件測試需要精確地生成與測量電信號，經(jīng)常會要求生成和

12、測量微伏級的電壓和納安級的電流。相比于數(shù)字電路，模擬電路對很小的信號波動都很敏感，DC測試參數(shù)的要求也和數(shù)字電路不一樣，需要更專業(yè)的測試儀器設(shè)備，通常會按照客戶的選擇在設(shè)計中使用特殊的測試儀器甚至機架。模擬器件需要測試的一些參數(shù)或特性包括：增益、輸入偏移量的電壓和電流、線性度、通用模式、供電、動態(tài)響應(yīng)、頻率響應(yīng)、建立時間、過沖、諧波失真、信噪比、響應(yīng)時間、竄擾、鄰近通道干擾、精度和噪聲。c 混合信號器件類 混合信號器件包括數(shù)字電路和模擬電路，因此需要測試系統(tǒng)包含這兩部分的測試儀器或結(jié)構(gòu)?；旌闲盘枩y試系統(tǒng)發(fā)展為兩個系列：大部分數(shù)字電路測試結(jié)構(gòu)、少量模擬測試結(jié)構(gòu)的系列，被設(shè)計成用于測試以數(shù)字電路為

13、主的混合信號器件，它能有效地進行DC參數(shù)測試和功能測試，但是僅支持少量的模擬測試；大部分模擬電路測試結(jié)構(gòu)、少量數(shù)字測試結(jié)構(gòu)的系列，相反，能夠精確地測試模擬參數(shù)而在功能測試上稍遜風(fēng)騷。d 數(shù)字電路器件類 僅含有數(shù)字邏輯的電路器件可使用數(shù)字電路測試系統(tǒng)來完成測試，這些測試系統(tǒng)之間在價格、性能、尺寸、可選項上有著明顯的不同。 低端的測試機被用來測試低價格或者低性能的低端產(chǎn)品，通常是些管腳少、復(fù)雜度低的器件；一般運行于低于20MHz的時鐘頻率，且只能存儲少量的測試向量；用于小規(guī)模（SSI）或中規(guī)模（MSI）集成電路的測試。 高端的測試機則是速度非?？欤〞r鐘頻率高）、測試通道非常多的測試系統(tǒng)；時鐘頻率通

14、常會達到400MHz，并能提供1024個測試通道；擁有高精度的時鐘源和百萬bit位的向量存儲器。它們被用于驗證新的超大規(guī)模（VLSI）集成電路，但是昂貴的成本阻礙了他們用于生產(chǎn)測試。 而半導(dǎo)體測試工業(yè)普遍使用的是中高端的測試設(shè)備，它們擁有較好的性價比，在對測試成本非常敏感的半導(dǎo)體測試行業(yè)，這無疑是非常重要的。這類測試設(shè)備多運行在50-100MHz，提供256個測試通道，通常帶有一些可選的配置。 為了控制測試成本，謹慎地選擇能滿足器件測試需求的測試設(shè)備是非常重要的，選擇功能相對于我們器件的測試要求過于強大的測試系統(tǒng)會使得我們的測試成本居高不下，而相反的選擇會造成測試覆蓋率不夠；找到設(shè)備功能和成本

15、之間的平衡是測試成本控制本質(zhì)的要求。1.4 測試負載板(LoadBoard) 測試負載板是一種連接測試設(shè)備的測試頭和被測器件物理和電路接口，被固定在針測臺（Probe）、機械手（Handler）或者其他測試硬件上，其上的布線連接測試機臺部信號測試卡的探針和被測器件的管腳。 在CP測試中，負載板連接ProbeCard；在手工測試中，我們將Socket固定在負載板上；而在FT的生產(chǎn)測試中，我們將其連接到Handler. 因為測試機在物理和電氣上需要與多種類型的設(shè)備連接、鎖定，因而Loadboard的類型和款式也是多種多樣。 測試高速或者大功率的器件需要定制的Loadboard，為保證信號完整性，這

16、種高性能的定制電路板必須完成阻抗匹配這對于布局、布線及線長、線寬等都有特殊要求，因此通常需要數(shù)月的時間設(shè)計制作，并且價格非常昂貴。 2 半導(dǎo)體測試基礎(chǔ)2.1測試程序 半導(dǎo)體測試程序的目的是控制測試系統(tǒng)硬件以一定的方式保證被測器件達到或超越它的那些被具體定義在器件規(guī)格書里的設(shè)計指標。測試程序通常分為幾個部分，如DC測試、功能測試、AC測試等。DC測試驗證電壓及電流參數(shù)；功能測試驗證芯片部一系列邏輯功能操作的正確性；AC測試用以保證芯片能在特定的時間約束完成邏輯操作。程序控制測試系統(tǒng)的硬件進行測試，對每個測試項給出pass或fail的結(jié)果。Pass指器件達到或者超越了其設(shè)計規(guī)格；Fail則相反，器

17、件沒有達到設(shè)計要求，不能用于最終應(yīng)用。測試程序還會將器件按照它們在測試中表現(xiàn)出的性能進行相應(yīng)的分類，這個過程叫做“Binning”，也稱為“分Bin”. 舉個例子，一個微處理器，如果可以在150MHz下正確執(zhí)行指令，會被歸為最好的一類，稱之為“Bin 1”；而它的某個兄弟，只能在100MHz下做同樣的事情，性能比不上它，但是也不是一無是處應(yīng)該扔掉，還有可以應(yīng)用的領(lǐng)域，則也許會被歸為“Bin 2”，賣給只要求100MHz的客戶。程序還要有控制外圍測試設(shè)備比如 Handler 和 Probe 的能力；還要搜集和提供摘要性質(zhì)（或格式）的測試結(jié)果或數(shù)據(jù)，這些結(jié)果或數(shù)據(jù)提供有價值的信息給測試或生產(chǎn)工程師

18、，用于良率(Yield)分析和控制。2.2測試方法的選擇 經(jīng)常有人問道：“怎樣正確地創(chuàng)建測試程序？”這個問題不好回答，因為對于什么是正確的或者說最好的測試方式，一直沒有一個單一明了的界定，某種情形下正確的方式對另一種情況來說不見得最好。很多因素都在影響著測試行為的構(gòu)建方式，下面我們就來看一些影響力大的因素。a 測試環(huán)節(jié)的成本 決定什么需要被測試以及以何種方式的因素之一，測試成本在器件總的制造成本中占了很大的比重，因此許多與測試有關(guān)的決定也許僅僅取決于器件的售價與測試成本。例如，某個器件可應(yīng)用于游戲機，它賣15元；而同樣的器件用于人造衛(wèi)星，則會賣3500元。每種應(yīng)用有其獨特的技術(shù)規(guī)，要求兩種不同

19、標準的測試程序。3500元的器件能支持昂貴的測試費用，而15元的器件只能支付最低的測試成本。 b 測試開發(fā)的理念。 測試理念只一個公司部測試人員之間關(guān)于什么是最優(yōu)的測試方法的共同的觀念，這卻決于他們特殊的要求、芯片產(chǎn)品的售價，并受他們以往經(jīng)驗的影響。在測試程序開發(fā)項目啟動之前，測試工程師必須全面地上面提到的每一個環(huán)節(jié)以決定最佳的解決方案。開發(fā)測試程序不是一件簡單的正確或者錯誤的事情，它是一個在給定的狀況下尋找最佳解決方案的過程。 四、實踐體會與心得通過這次實踐，首先我了解到作為一個公司運作首先是制度化，模塊化。一個良好的規(guī)制度約束才能使公司正常的運轉(zhuǎn)下去。每個部門的人各司其職，互相配合，就好像

20、一個個齒輪互相契合共同促使機器的正常運轉(zhuǎn)。在測試實踐的過程中測試流程和方法的選擇也是非常有講究的。選擇都要考慮其科學(xué)性，既不損害芯片又能測試其可靠性。以集成電路LF153J/883，封裝為CERDIP-8為例。測試過程如下：1、 外觀檢查，所用標準為GJB548B-2005方法2009.1該標準為外部目檢，使用放大鏡對其進行觀察，失效判據(jù)分為7點。有一般判據(jù)，外來或錯位的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)缺陷，封裝課題或蓋帽的鍍涂層，引線，有引線器件的封裝殼體或蓋帽和玻璃密封，對照規(guī)定判定是否失效。2、 常溫初測按照器件相應(yīng)規(guī)，測試它的電參數(shù)。3、 溫度循環(huán)在-55-125進行循環(huán)測試，循環(huán)次數(shù)為5次。4、 恒定加速

21、度，所用標準為GJB548B-2001.1試驗條件D，Y1方向5、 PIND，所用標準為GJB548B-2020.1條件A6、 常溫中測1，按照器件相應(yīng)規(guī)7、 高溫動態(tài)老煉在溫度T=125下動態(tài)老煉48h，所加電壓電流不大于額定工作值，該步允許不合格率5%，此批次無不合格產(chǎn)品。8、 常溫中測2按照器件相應(yīng)規(guī)9、 低溫測試，T=-55，t=48h10、 高溫測試，T=125，t=48h11、 細檢漏，所用標準為GJB548B-1014.2 條件A1條件A1為示蹤氣體氦細檢漏，用該條件進行試驗所需設(shè)備包括合適的壓力室，真空室和一臺質(zhì)譜檢漏儀。該質(zhì)譜檢漏儀應(yīng)經(jīng)過適當?shù)念A(yù)制和校準，時期靈敏度達到足以讀

22、出小于或等于10-4（Pacm3）/s的氦漏率。用于測量漏率的工作室體積應(yīng)根據(jù)實際情況保持盡量小，因為該體積過大對靈敏度極限值會產(chǎn)生不利的影響。應(yīng)該在每個工作班次期間，至少用經(jīng)校準的擴散型標準漏孔校準一次檢漏儀的指示器。12、 粗檢漏，所用標準為GJB548B-1014.2 條件C該條件為碳氟化合物粗檢漏，所需設(shè)備為：a) 真空/壓力室，用于抽真空及隨后加壓，能使器件收到516KPa的壓力作用達10h。b) 能保持指示用的液體溫度在125并適于觀察的容器以及一套能把尺寸大于1m的例子從液體中除去的過濾系統(tǒng)。c) 1.5倍30倍的放大鏡。當把器件浸入指示用的液體中時，能用該放大鏡觀察到從器件中冒出的氣泡。d) 表1所列的檢測用1型液體和指示用2型液體。e) 光源：它在空氣中能在