1、第6章ASIC測試技術(shù)概述 6.1常用測試設(shè)備及儀器簡介 6.2芯片測試方法簡介 6.3芯片Debug方法簡介 6.1常用測試設(shè)備及儀器簡介6.1.1探針臺半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中的探測大約分為三大類: (1) 參數(shù)探測: 提供制造期間的裝置特性測量。 (2) 晶圓探測: 當(dāng)制造完成要進(jìn)行封裝前, 在一系列的晶圓上(Wafer Sort)測試裝置功能。 (3) 以探針臺為基礎(chǔ)的晶圓處理探測(Final Test): 在賣給顧客前, 對封裝完成的裝置作最后的測試。 它是保證芯片成品率的重要步驟。 1. 探針臺的整機(jī)結(jié)構(gòu) 探針臺從結(jié)構(gòu)上可分為三大部分: 主機(jī)、 驅(qū)動箱和工作臺。 主機(jī)包括X軸、Y軸、承片臺

2、、探針攀架、 測試探頭、 打標(biāo)記頭、 邏輯控制板、 顯示器、顯微鏡等; 驅(qū)動箱包括主機(jī)電源和電機(jī)驅(qū)動電路等; 工作臺呈一頭沉寫字臺形狀。 探針臺的整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6 1所示。探針臺可分為半自動與全自動兩種。本章以TZ 109型全自動探針測試臺為例, 介紹探針臺的用途、 結(jié)構(gòu)特點、 技術(shù)性能、 指標(biāo)和控制方法。 圖 6 1探針臺的整機(jī)結(jié)構(gòu) 2. 主要組成部分和技術(shù)特點1) 圖像識別自動對準(zhǔn)該機(jī)的自動對準(zhǔn)系統(tǒng)由主計算機(jī)、 圖像采集卡、 CCD攝像頭、 光學(xué)部件及圖像監(jiān)視器組成, 采用了計算機(jī)控制、 CCD攝像頭和圖像處理等關(guān)鍵技術(shù)。 由于被測晶片沒有固定標(biāo)記, 采集的圖像是晶片上的任意圖形, 增加了圖

3、像識別的難度, 因而要求識別算法必須有一定的靈活性、 適應(yīng)性和可靠性。 在自動對準(zhǔn)區(qū)域, CCD攝像頭通過專門設(shè)計的光學(xué)部件, 攝取選好的局部芯片圖像, 并將其轉(zhuǎn)化為視頻圖像信號。 圖像處理系統(tǒng)將采集到的視頻信號數(shù)字化, 并存儲到特定的存儲單元中。 在進(jìn)行自動對準(zhǔn)操作時, 根據(jù)存儲的參考圖形與參考靶面作相關(guān)匹配處理, 再根據(jù)相關(guān)的位置信息控制工作臺進(jìn)行向調(diào)整和X-Y方向位置對準(zhǔn)。 圖像識別的精度可達(dá)到0.5個像素, 滿足了中測臺2.4 m自動對準(zhǔn)精度的要求。 2) 高精度、 高速度X-Y工作臺如圖6 2所示,X-Y工作臺是全自動探針臺能正常、 準(zhǔn)確、 高效實現(xiàn)自動化的保證。我們使用了平面電機(jī)作

4、為TZ 109型的工作臺執(zhí)行元件。 該部件具有精度高、 速度快、 效率高、無磨損、不需潤滑、使用壽命長等特點。 定位精度為4.5 m, 運(yùn)行速度為255 mm/s, X向行程380 mm, Y向行程192 mm, 各項性能指標(biāo)都能滿足使用要求。 圖 6 2X Y工作臺 3) 可編程承片臺如圖6 3所示, 承片臺由接片裝置、Z向升降、向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、調(diào)針臺、步進(jìn)電機(jī)等組成。它是本機(jī)的核心部件, 其主要功能是承接并固定被測晶片。它在平面電機(jī)動子的帶動下可完成Z向升降、向旋轉(zhuǎn)、自動裝片、卸片、晶片自動對準(zhǔn)及自動探測等功能。它由主計算機(jī)直接控制, 根據(jù)系統(tǒng)命令完成Z、向運(yùn)動等全部功能。 圖 6 3承片臺

5、Z向升降和向旋轉(zhuǎn)是承片臺的兩個重要功能。Z向升降功能用于承片臺實現(xiàn)接片、自動對準(zhǔn)、 JP2測試、 卸片等過程。向旋轉(zhuǎn)功能用來帶動吸片盤作正反向轉(zhuǎn)動, 自動對準(zhǔn)時對晶片所處的位置夾角進(jìn)行調(diào)整。 Z向升降采用精密絲杠副結(jié)構(gòu), 向旋轉(zhuǎn)采用三級減速器結(jié)構(gòu), 都由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動, 并設(shè)有光電傳感器作限位檢測。 抬升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、 運(yùn)行靈活可靠、 精度高、 抬升量可任意設(shè)置等特點, 且滿足行程、 分辨率精度、速度等要求。 4) 晶片自動傳輸及預(yù)對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)晶片自動傳輸及預(yù)對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)由收、 發(fā)片盒升降機(jī)構(gòu)、 皮帶傳輸機(jī)構(gòu)、 預(yù)對準(zhǔn)臺、 機(jī)械手等組成。 該機(jī)構(gòu)的設(shè)計是自動探針臺的關(guān)鍵技術(shù)之一, 也是本機(jī)實現(xiàn)自

6、動化的必要條件。 它包括晶片自動發(fā)送、 自動傳輸、 預(yù)對準(zhǔn)及自動回收幾個環(huán)節(jié)。 當(dāng)發(fā)片盒裝有晶片時, 片盒托板下降。 當(dāng)晶片接觸到皮帶導(dǎo)軌時, 它在皮帶的帶動下自動“走出”片盒。 經(jīng)過傳送走到預(yù)對準(zhǔn)臺上, 由定位裝置定位、 預(yù)對準(zhǔn)臺旋轉(zhuǎn)、 檢測傳感器判別晶片切邊來完成晶片的自動預(yù)對準(zhǔn), 然后由機(jī)械手傳送到承片臺上。 當(dāng)晶片測試結(jié)束后, 承片臺在大氣作用下將晶片吹放到皮帶導(dǎo)軌上, 經(jīng)過傳送回收到收片盒中, 完成晶片的自動傳輸、 預(yù)對準(zhǔn)及回收過程。 該機(jī)構(gòu)具有傳片速度快、 平穩(wěn)、 可靠, 對晶片無損傷、 無污染等特點, 預(yù)對準(zhǔn)精度向為2。 5) 探卡盤、 探針盤、 分離式探頭、 探邊器、 打點器探

7、卡盤和探針盤是探針臺的兩個重要附件。 探卡盤用于探針卡測試, 探針盤用于分離式探頭測試。 通過更換盤子可以改變測試臺的測試方式。 它們的裝入不需螺釘固定, 推入臺板三點定位孔內(nèi)即可, 裝卸調(diào)換也特別方便。 分離式探頭在探針盤上為固定方式, 其三維調(diào)節(jié)范圍、 穩(wěn)定性、 可靠性以及微調(diào)性是影響探針臺性能的重要因素。 本機(jī)探頭改變了以往的結(jié)構(gòu)形式, 針座在探針盤上的固定方式采用磁力吸附式。X、Y向的調(diào)節(jié)采取萬向節(jié)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。 三維調(diào)節(jié)范圍分別為X向6 mm、Y向8 mm、 Z向5 mm。 當(dāng)探邊器探測到晶片邊沿時, 由它發(fā)出電信號, 使工作臺拐彎換向。本機(jī)采用光電式結(jié)構(gòu), 通過對光電傳感器的擋光與脫離

8、達(dá)到電氣通斷, 以控制工作臺的運(yùn)行方向。 該探邊器具有靈敏度高、 易調(diào)整等特點。 打點器用于在不合格芯片上打印標(biāo)記, 以方便下道工序分選。 本機(jī)打點器為軟芯打點結(jié)構(gòu), 對晶片撞擊力小, 不易損壞芯片。 6) 氣路控制系統(tǒng)氣路控制系統(tǒng)由大氣和真空兩部分組成。 大氣用于平面電機(jī)動子的氣浮和承片臺卸片的吹氣。 真空用于預(yù)對準(zhǔn)臺、 機(jī)械手、 承片臺吸片。 該系統(tǒng)采用大氣和真空共控方式, 根據(jù)系統(tǒng)命令控制電磁閥的動作順序, 使平面電機(jī)、 承片臺、 預(yù)對準(zhǔn)臺、 傳片臺順利完成工作過程。 該系統(tǒng)的控制方法采取“順序動作控制回路”, 大大簡化了氣路系統(tǒng), 將大氣和真空兩種氣路合理地結(jié)合在一起, 使回路既具有獨

9、立性又具有通用性, 通過相互切換即可滿足系統(tǒng)使用要求。 7) 電器控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)采用計算機(jī)主從式分布結(jié)構(gòu), 即以386 CPU工控機(jī)為核心, 以MCS 51 系列單片機(jī)分布控制的方式。 工控機(jī)主要完成過程管理、 進(jìn)程調(diào)度、 數(shù)值運(yùn)算、 溫度補(bǔ)償、故障診斷、報警、 人機(jī)對話、 自動對準(zhǔn)等。 MCS 51單片機(jī)主要擔(dān)任平面電機(jī)工作臺控制、晶片傳輸及預(yù)對準(zhǔn)控制。 TZ 109中的測試軟件是采用高級語言Turbo C V2.0和Masm V5.0宏匯編語言進(jìn)行混合編程的。 該軟件采用模塊分層結(jié)構(gòu), 在確定了系統(tǒng)總的功能后, 將其劃分成若干具有獨立功能的模塊, 如晶片傳輸、自動對準(zhǔn)、 承片臺升降

10、和旋轉(zhuǎn)、 平面電機(jī)運(yùn)行、 鍵盤掃描等。 主控模塊不僅能對各功能模塊進(jìn)行調(diào)整和管理, 還為使用窗口式菜單技術(shù)提供了良好的人機(jī)界面, 并可完成參數(shù)設(shè)置、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、 文件存儲、 文件顯示和打印等功能, 見圖6 4。 圖 6 4電器控制系統(tǒng)方框圖 6.1.2示波器1. 示波器的結(jié)構(gòu)及注意事項 示波器是一種快速的X-Y描繪器, 可根據(jù)需要描繪出輸入信號對另一信號或者輸入信號對時間的關(guān)系曲線。 在示波器的屏面上, 有一個光點隨著輸入電壓移動, 起類似記錄筆的作用。 一般情況下, Y軸(垂直軸)輸入端接入被測電壓信號, 使光點依電壓的瞬時值上下移動; X軸(水平軸)輸入端接內(nèi)部產(chǎn)生的隨時間作線性變化的鋸齒

11、波電壓, 使光點均勻地從左到右掃描。于是, 在熒光屏上, 光點描繪出輸入電壓隨時間變化的曲線。 示波器除可進(jìn)行電壓測量外, 利用換能器還可以將應(yīng)變、 加速度、 壓力和其他物理量變換成電壓信號進(jìn)行測量。如果被測信號以足夠快的速度重復(fù)出現(xiàn), 并與鋸齒波間保持固定的時間關(guān)系, 則顯示的曲線可保持穩(wěn)定。 因此, 示波器可將多種動態(tài)現(xiàn)象顯示成可見的圖像。 在測試時, 示波器中的信號通常通過探頭進(jìn)行耦合, 分為電壓探頭和電流探頭兩種。 電流探頭將信號耦合到示波器的方法與電壓探頭不同: 在電壓探頭中, 信號經(jīng)探頭直接接至示波器輸入端, 構(gòu)成直接的電連接; 而在電流探頭中, 信號是以電感耦合方式加到示波器的,

12、 不需要直接的電連接。 電流探頭有無源電流探頭和有源電流探頭之分。 按其鐵芯結(jié)構(gòu)形式, 又有閉合鐵芯式和滑合鐵芯式兩種。 下面將對滑合鐵芯式無源電流探頭作一簡要介紹。 圖6 5為滑合鐵芯式無源電流探頭的基本電路。 圖 6 5滑合鐵芯式無源電流探頭的基本電路 這種探頭由三部分構(gòu)成:電流測試裝置即電流變換器、 連接電纜和無源終端。 電流變換器由鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成, 而鐵芯由一個U形塊和一個滑動平塊構(gòu)成。 當(dāng)被測傳輸線位于鐵芯窗口內(nèi)時, 此傳輸線構(gòu)成變換器的初級線圈, 鐵芯上的線圈成為變換器的次級并與電纜相連。 當(dāng)被測傳輸線上有電流通過時, 就會在次級感應(yīng)產(chǎn)生電壓, 此電壓接至示波器后可按正

13、常方式進(jìn)行測量。 無源終端是為了標(biāo)明電流探頭的輸出指標(biāo)而設(shè)計的, 以便和示波器配用。 如果電流探頭的輸出指標(biāo)為1 mA/mV, 示波器偏轉(zhuǎn)靈敏度為1 mV/cm, 則在示波器屏面垂直方向上, 每偏轉(zhuǎn)1 cm, 對應(yīng)的電流值就是1 mA。 閉合鐵芯式無源電流探頭與滑合鐵芯式無源電流探頭的基本原理類似。 其區(qū)別是: 組成閉合鐵芯的U形塊和平塊為一整體, 因此, 使用閉合鐵芯式無源電流探頭時, 必須斷開被測傳輸線的連接; 而滑合鐵芯式無源電流探頭則不需要斷開傳輸線的連接, 就能方便地進(jìn)行測試。 上述電流探頭只適用于交變電流的測量, 要測量直流電流, 必須采用直流電流探頭。 直流電流探頭的基本電路如圖

14、6 6所示。 圖 6 6直流電流探頭的基本電路 在直流電流探頭的鐵芯中裝有一個霍爾效應(yīng)發(fā)生器, 可感應(yīng)直流信號所產(chǎn)生的磁通, 其輸出通過低頻放大器A1和變壓器次級繞組組合接到負(fù)載電阻RL兩端, RL兩端的電壓經(jīng)放大器A2放大后, 通過電纜接到示波器。 探頭的另外一個重要應(yīng)用就是探頭補(bǔ)償。 補(bǔ)償電容器用于補(bǔ)償探頭對高頻信號的衰減, 使探頭對被測信號高頻分量的響應(yīng)與低頻和直流一樣。 補(bǔ)償電容調(diào)節(jié)是否得當(dāng), 可用方波信號來檢查: 先將方波信號直接接至示波器的輸入端, 然后通過探頭接入同樣的信號, 并觀察顯示波形有無變化。 如果探頭調(diào)節(jié)適當(dāng), 則波形除幅度有所減小外不應(yīng)有任何變化。 圖6 7所示為探頭

15、補(bǔ)償適當(dāng)、 欠補(bǔ)償(高頻不足)及過補(bǔ)償(高頻過度)時的方波顯示波形。 圖 6 7探頭頻率補(bǔ)償對方波顯示波形的影響 在使用任何探頭前, 均應(yīng)采用方波信號對探頭進(jìn)行校驗, 否則將產(chǎn)生較大的測量誤差。 另一個與探頭補(bǔ)償有關(guān)的問題是, 示波器的輸入電容會因元器件的老化而發(fā)生變化, 導(dǎo)致示波器的輸入電路失諧。 在這種情況下, 應(yīng)對示波器輸入電路進(jìn)行調(diào)節(jié)后, 再對探頭進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在對探頭進(jìn)行調(diào)節(jié)后, 我們還需要考慮電路負(fù)載。 當(dāng)示波器接至被測電路時, 負(fù)載效應(yīng)將會導(dǎo)致連接點的信號產(chǎn)生失真(包括幅度變化)。 為了減少這種影響, 應(yīng)使被測電路的阻抗大大小于示波器的輸入阻抗。 在使用探頭時, 探頭的輸入阻抗將作

16、為附加負(fù)載接到被測電路兩端。 被測電路阻抗與探頭輸入阻抗之比可表示測量誤差的大約數(shù)值。 例如, 1100就是說誤差約為1%, 110時誤差約為10%。 應(yīng)注意的是, 由于輸入電容的存在, 在不同頻率時, 示波器的輸入阻抗并不相同。高頻時, 輸入阻抗顯著減小。 所以, 在某些測量中, 必須考慮這一問題。 探頭的使用應(yīng)按探頭或示波器說明書的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。 一般應(yīng)注意以下幾點: (1) 探頭的接地線應(yīng)該接至這樣的點: 在該點和信號拾取點之間的接地通路中, 不存在交流或高頻信號分量。 (2) 接入探頭的電壓應(yīng)不大于探頭的額定輸入峰值電壓。 (3) 當(dāng)更換探頭或作精密測量時, 應(yīng)先校驗探頭的補(bǔ)償是否適當(dāng)

17、。 2. 運(yùn)用雙蹤示波器檢測電路參數(shù)鑒于雙蹤示波器具有得天獨厚的優(yōu)勢和特點, 能同時顯示出兩種波形, 因此當(dāng)需要將電路的輸入和輸出情況作對比分析時, 運(yùn)用SR28或SQ212等雙蹤示波器就可實施測試, 并能獲得滿意的效果。 1) 測試電路的最高工作頻率fm能使電路正常工作的最高頻率稱為最高工作頻率, 用符號fm表示。在實際使用中, 要想測得信號頻率確切的fm值, 用雙蹤示波器來監(jiān)視觀測非常方便。 只要用一個可變頻率的脈沖信號源加入被測電路的輸入端, 并在示波器屏上顯示, 同時再看其輸出圖形是否正常輸出該信號的頻率, 在屏幕上作核對即可得到結(jié)果。 具體的測試線路連接參見圖6 8。 圖中的模擬電阻

18、RL和電容CL的數(shù)值因被測電路的不同而不同。 圖 6 8測試電路的最高工作頻率 2) 測試電路的平均延遲時間所謂平均延遲時間, 是指導(dǎo)通延遲時間和截止延遲時間的平均值, 用符號tpd來表示。它反映了電路傳輸信號的速度, 是全面反映門電路開關(guān)時間的主要瞬態(tài)參數(shù)。 由于tpd 是一個交流動態(tài)參數(shù), 反映的是電路的瞬態(tài)過程, 因此測試條件與測量方法的關(guān)系極為密切, 將涉及到測試結(jié)果的精確與否及誤差的程度。 比較好的方法是采用“模擬負(fù)載, 1.5 V讀數(shù)法”, 測試線路及其波形分別見圖6 9(a)和(b)。 圖中模擬負(fù)載電阻RL及電容CL都采用外接分立元件, 具體數(shù)值按不同電路的測試條件而定。 圖 6

19、 9平均延遲時間的測試電路和波形 3) 測試功率電路的特性參數(shù)運(yùn)用雙蹤示波器來監(jiān)視被測電路輸入/輸出的波形情況, 再附加一般實驗室都備有的信號發(fā)生器、高頻毫伏表及失真度儀等, 就可以對一些專用集成電路(如LH2611A功率放大器)的參數(shù)進(jìn)行測量判斷, 如檢測它的輸出功率Po、靈敏度Ui等。 接線參見圖6 10。從表面上看, 使用的儀器相對前面介紹的要多, 連接復(fù)雜程度也顯著增加, 其實并不難掌握具體的操作步驟和原理。 只要按圖6 10那樣正確連接, 檢測過程實際上還是極其簡捷的。 例如測LH2611A的輸出功率Po,只要在電路的輸出端按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)連接上固定阻值的模擬負(fù)載RL, 在輸出不失真的條件

20、下(通過圖形監(jiān)視)測出電路的輸出電流I, 通過計算I2RL就可得出輸出功率Po。 而測試靈敏度時, 只要將電流輸出固定在某一標(biāo)稱的定值上, 通過測量此時它的輸入信號的大小, 就可得到靈敏度Ui。 同理, 諧波失真度、 輸入阻抗、 靜態(tài)電流等參數(shù)也能容易測得。 圖 6 10功率集成電路的測試 6.1.3數(shù)字萬用表 1. 原理結(jié)構(gòu)數(shù)字萬用表的核心部分是直流數(shù)字電壓表(DVM), 如圖6 11中虛線框所示, 它由濾波器、 A/D轉(zhuǎn)換器、 LED液晶顯示器組成。 在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上再增加交流-直流、電流-電壓、 電阻-電壓轉(zhuǎn)換器, 就構(gòu)成了數(shù)字萬用表。 圖 6 11數(shù)字萬用表的原理框圖 2. 主要技

21、術(shù)性能(1) 顯示: 三位半數(shù)字顯示, 含小數(shù)點, 最高位只能顯示1或不顯示數(shù)字, 算半位。 最大顯示數(shù)為1999或-1999。 (2) 調(diào)零和極性: 具有自動調(diào)零和顯示正、 負(fù)極性的功能。 (3) 超量程顯示: 超量程顯示“1”或“ -1”。 (4) 量程范圍等基本技術(shù)性能見表6 1。 (5) 電源: 9 V電池一節(jié)。 圖 6 12數(shù)字萬用表的面板圖 3. 使用方法數(shù)字萬用表的使用方法如下: (1) 開關(guān)機(jī): 按下右上角的“ON OFF”鍵, 將其置“ON”位置。 (2) 測試輸入插座: 將黑色測試表筆插在“COM”(為接地端)的插孔里固定不動, 紅色測試表筆則根據(jù)被測量種類和大小分別插入相

22、應(yīng)的插孔里。 在測電阻、 電壓、 二極管時, 將紅表筆插入“V”插孔里; 當(dāng)測量小于200 mA的電流時, 將紅表筆插入“mA”插孔里; 當(dāng)測量大于200 mA的電流時, 將紅表筆插入“20 A”插孔里。 (3) 根據(jù)被測量的種類、 大小, 將面板上的功能/量程轉(zhuǎn)換開關(guān)置于適當(dāng)?shù)臏y量擋位。當(dāng)不知道被測量的范圍時, 應(yīng)將功能/量程開關(guān)置于高量程擋, 并在測量過程中根據(jù)需要逐步調(diào)低至合適。 (4) 測量電壓時, 將兩表筆并聯(lián)在被測電路兩端, 顯示屏顯示相應(yīng)的電壓讀數(shù), 如果所測為直流電壓, 則同時顯示紅表筆所接端的電路極性。 測量電流時, 將兩表筆串聯(lián)在被測電路中, 讀出顯示值, 如果所測為直流電

23、流, 則同時顯示出流過紅表筆的電流的極性, 正號表示電流由紅表筆流入表內(nèi), 負(fù)號表示電流由紅表筆從表內(nèi)流出。 (5) 測量電容時, 不用測試筆, 將電容直接插在面板上測量電容的插孔里。 (6) 測三極管hFE時, 需注意三極管的類型(NPN或PNP)和表面插孔E、B、C(或e、b、 c)所對應(yīng)的管腳, 直接將三極管插在對應(yīng)的插孔里。 (7) 測試二極管時, 若顯示“0”表示二極管短路, 顯示“1”表示極性接反或管子內(nèi)部已開路, 正常顯示時是二極管的正向?qū)妷骸?(8) 檢查電路通斷時, 若電路通(電阻2 mA, UP-2 V。 按圖6 19所示電路調(diào)試恒流源性能。調(diào)節(jié)輸入電壓, 當(dāng)電壓大于U

24、P時, 場效應(yīng)管進(jìn)入恒流區(qū), 調(diào)節(jié)R使電流表指示為2 mA,當(dāng)輸入電壓從210 V變化時, 若電流表讀數(shù)基本不變, 說明場效應(yīng)管具有良好的恒流特性。 圖 6 19恒流源調(diào)試 圖 6 20晶體管輸出特性 圖 6 21V1、 V2、 V3的調(diào)試 (3) 差分對管及取樣電路調(diào)試。V3、V4為差分對管, 其特性基本一致,RW2(最大值為100 )為可調(diào)電位器, 用以補(bǔ)償V3、V4的UB0不對稱產(chǎn)生的影響。 (4) V1、V2、V7調(diào)整管的調(diào)試。R為電阻箱, 調(diào)節(jié)R使電子負(fù)載電流為2 A, 這時V7的基極電流應(yīng)小于1 mA, 如圖6 21所示。 3. 電子負(fù)載的使用電子負(fù)載整合具有測試設(shè)備的眾多功能,

25、如負(fù)載瞬態(tài)恢復(fù)時間、 電流極限特性分析、效率、 啟動時間、 源效應(yīng)(電源調(diào)整率)、 編程響應(yīng)時間、 PARD(波紋和噪聲)、 功率因子、伏特栓鎖現(xiàn)象、 過壓關(guān)閉、 飄移等。 電子負(fù)載可用幾種方法執(zhí)行電源測試。 它們一般是可編程的, 但大多數(shù)電子負(fù)載需要外部DAC編程器。 這一能力在測試期間能精確控制負(fù)載值, 為測試裝置操作者提供有價值的狀態(tài)信息。 電子負(fù)載通常采用FET設(shè)計, 它比采用繼電器和電阻器的解決方案更可靠, 也更簡易, 還可選擇工作模式: 恒流(CC)、 恒壓(CV)和恒阻(CR)。 較復(fù)雜的電子負(fù)載在一臺產(chǎn)品中都會提供這三種模式, 具有最高的測試靈活性, 并且還提供測量直流電壓和電

26、流這兩種電源的通用解決方案。 電子負(fù)載的最后一項優(yōu)點是可提供通過總線的回讀, 而無需使用一些測試中測量電壓和電流的數(shù)字多用表。 6.2芯片測試方法簡介 6.2.1測試方法的介紹1. 數(shù)字集成電路的測試1) 直流參數(shù)測試直流參數(shù)測試是基于歐姆定律, 用來確定器件電參數(shù)的穩(wěn)態(tài)測試方法。 比如, 漏電流測試就是在輸入管腳施加電壓, 使得輸入管腳與電源或地之間的電阻上有電流通過, 然后測量該管腳電流。 又如, 輸出驅(qū)動電流測試是在輸出管腳上施加一定的電流, 然后測量該管腳與地或電源之間的電壓差。 通常的直流測試包括: (1) 接觸測試(短路-開路)。 這項測試保證測試接口與器件正常連接。 接觸測試通過

27、測量輸入、 輸出管腳上保護(hù)二極管的電壓值來確定連接性。 二極管上如果施加一個適當(dāng)?shù)恼蚱秒娏? 二極管的壓降將是0.7 V左右, 因此接觸測試就可以由以下步驟來完成: 所有管腳設(shè)為0 V。 待測管腳上施加正向偏置電流“I”。 測量由“I”引起的電壓: 如果電壓小于0.1 V, 說明該管腳短路; 如果電壓大于1.0 V, 說明該管腳開路; 如果電壓在0.1 V和1.0 V之間, 說明該管腳正常連接。 (2) 漏電流測試(IIL、 IIH、 IOZ)。 理想條件下, 可以認(rèn)為輸入及三態(tài)輸出管腳和地之間是開路的。 但實際情況下, 它們之間為高電阻狀態(tài)。 它們之間的最大電流就稱為漏電流, 或分別稱為

28、輸入漏電流和輸出三態(tài)漏電流。 漏電流一般是由于器件內(nèi)部和輸入管腳之間的絕緣氧化膜在生產(chǎn)過程中太薄引起的, 它形成一種類似于短路的情形, 導(dǎo)致電流通過。 三態(tài)輸出漏電流(IOZ)是當(dāng)管腳狀態(tài)為輸出高阻狀態(tài)時, 在輸出管腳使用UCC(UDD)或GND(USS) 驅(qū)動時測量得到的電流。 三態(tài)輸出漏電流的測試和輸入漏電流的測試類似, 不同的是待測器件必須被設(shè)置為三態(tài)輸出狀態(tài) 。 (3) 轉(zhuǎn)換電平測量(UIL、 UIH)。 轉(zhuǎn)換電平測量用來決定器件工作時UIL和UIH的實際值 (UIL是器件輸入管腳從高變換到低狀態(tài)時所需的最大電壓值, UIH是輸入管腳從低變換到高的時候所需的最小電壓值)。 這些參數(shù)通常

29、是通過反復(fù)運(yùn)行常用的功能測試, 同時升高(UIL)或降低(UIH)輸入電壓值來決定的。 通常把導(dǎo)致功能測試失效的臨界電壓值稱為轉(zhuǎn)換電平。 這一參數(shù)加上保險量就是UIL和UIH規(guī)格。 其中, 保險量代表了器件的抗噪聲能力。 (4) 輸出驅(qū)動電流(UOL、UOH、IOL、IOH)。 輸出驅(qū)動電流測試保證器件能在一定的電流負(fù)載下保持預(yù)定的輸出電平。 UOL和UOH規(guī)格用來保證在器件允許的噪聲條件下所能驅(qū)動的多個器件輸入管腳的能力。 (5) 電源消耗(ICC、IDD、 IEE)。 該項測試決定器件的電源消耗規(guī)格, 也就是電源管腳在規(guī)定的電壓條件下的最大電流消耗。 電源消耗測試可分為靜態(tài)電源消耗測試和動

30、態(tài)電源消耗測試。 靜態(tài)電源消耗測試決定器件在空閑狀態(tài)時最大的電源消耗, 而動態(tài)電源消耗測試決定器件工作時的最大電源消耗。 2) 功能測試功能測試涉及模擬、 數(shù)字、 存儲器、 RF和電源電路, 通常要用不同的測試策略。 測試包括大量實際的重要功能通路及結(jié)構(gòu)驗證(確定沒有硬件錯誤), 以彌補(bǔ)前面測試過程遺漏的部分。 這需要將大量模擬/數(shù)字激勵不斷加到被測單元上, 同時監(jiān)測同樣多數(shù)量的模擬/數(shù)字響應(yīng), 并完全控制其執(zhí)行過程。 功能測試可在產(chǎn)品制造生命周期的不同階段實施: 首先是工程開發(fā)階段, 在系統(tǒng)生產(chǎn)驗證前確認(rèn)新產(chǎn)品功能; 然后在生產(chǎn)中也是必需的, 作為整個流程的一部分, 通過昂貴的系統(tǒng)測試降低缺

31、陷發(fā)現(xiàn)成本(遺漏成本); 最后在發(fā)貨付運(yùn)階段也是不可缺少的, 它可以減少在應(yīng)用現(xiàn)場維修的費用, 保證功能正常而不會被送回來。 功能測試有多種形式, 這些形式在成本、 時間、 效果和維護(hù)性方面各有優(yōu)缺點, 我們將其分為下面四種基本類型, 并逐一分析它們的特性。 (1) 模型測試系統(tǒng)。 從理論上說檢驗一個設(shè)備(線路板或模塊)功能最簡單的方法就是把它放在像真實環(huán)境一樣的模型系統(tǒng)或子系統(tǒng)中, 然后看它工作是否正常。 如果正常, 我們可以在很大程度上認(rèn)為它是好的; 如果不正常, 技術(shù)人員將進(jìn)行檢測, 希望找出失效的原因以指導(dǎo)維修。 但實際上, 這種插入上電方式有很多缺點而且很少有效, 雖然它有時可作為其

32、他測試方案的補(bǔ)充。 首先, 子系統(tǒng)的成本通常比傳統(tǒng)測試平臺要高, 尤其是后者作為通用設(shè)備可用于多種場合的時候, 而且模型環(huán)境下的子系統(tǒng)維護(hù)非常復(fù)雜、 耗時且成本高。 其次, 集中式維修中心很快就會被不斷出現(xiàn)的模型子系統(tǒng)填滿, 而每個都需要特定的文件和培訓(xùn)、 操作指導(dǎo)與維護(hù)。 同時, 僅僅將被測設(shè)備插在系統(tǒng)中還不夠, 還必須執(zhí)行一系列正確的操作步驟以保證其正常工作, 或檢查它為什么不能正常工作。 這些專門的測試步驟的成本和復(fù)雜性都非常高, 而且很耗時, 在操作中還需要熟練的技術(shù)人員來執(zhí)行。 最后, 即使進(jìn)行了專門的改造, 在系統(tǒng)上進(jìn)行單元調(diào)試也很麻煩且不實際, 操作流程控制上的局限性以及診斷工具

33、的缺乏很快使這種方法在經(jīng)濟(jì)上變得難以接受。 (2) 測試臺。 測試臺是一個常規(guī)的測試環(huán)境, 包括與被測設(shè)備之間的激勵/響應(yīng)接口、 專門測試規(guī)程規(guī)定的測試序列與控制。 激勵與響應(yīng)通常由標(biāo)準(zhǔn)電源、 實驗儀器、 專用開關(guān)、 負(fù)載以及終端自定義電子設(shè)備(如數(shù)字激勵)提供。 在這里, 夾具是非常重要的一個部分, 可提供到被測設(shè)備的正確的信號路徑和連通。 在很多情況下, 夾具基本上是針對每個應(yīng)用而定制的, 需要結(jié)合手工操作進(jìn)行設(shè)置。 測試過程和控制通常手動進(jìn)行, 有時靠PC協(xié)助, 通過書面的協(xié)議或規(guī)程進(jìn)行操作。 測試臺連接到具體的產(chǎn)品, 其優(yōu)點是成本相對較低, 設(shè)備比較簡單, 但在應(yīng)對多種產(chǎn)品時靈活性較差

34、, 即使針對某一個產(chǎn)品的測試, 當(dāng)需要多個激勵/響應(yīng)時, 它也無法滿足要求。測試臺通常用于工程部門, 因為那里有很多儀器可以很快組合起來, 且手頭也有相關(guān)資料, 不用正規(guī)步驟。 基本上, 即使高性能產(chǎn)品的測試臺也不足以應(yīng)對生產(chǎn)測試或發(fā)貨階段的測試。 (3) 專用測試設(shè)備(STE)。 從理論上講, 專用測試設(shè)備就是使測試臺操作自動化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心是一臺電腦, 通過專用總線(采用IEEE、 VXI、 PXI或PCI標(biāo)準(zhǔn))和一些可編程儀器進(jìn)行控制。 速度、性能、 適用情況、 成本及其他因素影響著儀器總線和結(jié)構(gòu)的選擇。 各種儀器和通用設(shè)備堆疊在一個或多個垂直機(jī)箱里(基本型STE通常稱為“機(jī)架系統(tǒng)

35、”), 然后再連到被測設(shè)備上。 連線與接通一般完全自動進(jìn)行并由軟件控制, 不過這會使接收器的內(nèi)部連接非常復(fù)雜。 數(shù)字資源(信道)通常在一個專用機(jī)架上, 然后由另外一個包含開關(guān)陣列的單獨機(jī)架對模擬儀器進(jìn)行連接及分配。如果需要模擬/數(shù)字信道, 夾具可以提供跳線。為使成本、空間和靈活性達(dá)到最優(yōu), 通常還要專門針對某項具體的項目或程序進(jìn)行設(shè)置, 因此新的項目要設(shè)計新的STE。 因為有了自動化處理, 所以設(shè)置時間、 測試時間以及整體操作都比手工測試臺更加快速和容易。 生成測試程序雖然不會太簡單, 但所需文件將大大減少。 STE也可以擴(kuò)展并滿足多種性能的需要。 因此, 它通常用于生產(chǎn)或維修中心。STE也有

36、缺點, 最明顯的是總體成本高。 總體成本包括: 設(shè)備投資成本、 操作成本以及程序開發(fā)成本。 設(shè)備投資成本包括平臺的開發(fā)、 材料、 制造、 測試、 文件系統(tǒng)以及折舊。 操作成本包括夾具成本、 維護(hù)與備件成本、 工具、 間接材料與易耗品、 人工以及管理開銷。對每類設(shè)備測試程序的開發(fā)與調(diào)試費用也要算在成本里。 除非要重復(fù)制作大量STE, 否則系統(tǒng)開發(fā)與文件制作的非經(jīng)常性工程(NRE)費用將是成本的主要部分。 硬件結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn), 而這將會對靈活性、 體積、 信號連通與接口都有不利的影響。 打開STE的前蓋, 就能觀察到系統(tǒng)信號源及接收器之間的線路數(shù)量與復(fù)雜性, 夾具也非常復(fù)雜, 如果是包括數(shù)十

37、個模塊用于整個項目的夾具, 其成本會迅速占到主要部分。 而且有些STE需要的測試源可能很難在市面上找到, 一方面可能很少, 另外也可能太貴, 例如在需要大量數(shù)字激勵/響應(yīng)信道時就會出現(xiàn)這種情況。 在可接受成本范圍內(nèi)(每通道10100歐元), 性能和靈活性方面的選擇可能非常少, 性能有可能達(dá)到要求, 但成本要1000歐元每通道。 如果在硬件上進(jìn)行折中, 成本將轉(zhuǎn)向軟件開發(fā), 測試工程師必須面對STE在性能上的局限。 測試開發(fā)成本不僅因為STE性能不夠而增加, 而且由于缺乏用于測試的語言、 用戶接口以及調(diào)試工具受限等, 簡單軟件結(jié)構(gòu)對測試開發(fā)的時間和成本都將產(chǎn)生不利的影響。 (4) 自動測試設(shè)備(

38、ATE)。 通用自動測試設(shè)備(GPATE, 或簡稱為ATE)是一種非常先進(jìn)靈活的方案, 可以滿足多種產(chǎn)品與程序測試的要求, 從出現(xiàn)迄今已有三十多年。 當(dāng)由微型計算機(jī)控制的儀器出現(xiàn)以后, ATE的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接針對測試需要。 其中系統(tǒng)集成、 信號連通靈活性、 增值軟/硬件、 面向測試的語言、 圖形用戶界面等是ATE(比如SEICA的VALID S40功能測試平臺)和STE之間的主要區(qū)別。 用于并行測試的數(shù)字通道是ATE的主要部分之一, 通常使用專用結(jié)構(gòu), 因為它專門設(shè)計用于滿足各種測試要求, 如控制性能、 數(shù)據(jù)深度、 整個時序范圍靈活性、 寬電壓幅值等的特性。 串行數(shù)字測試帶有大量協(xié)議, 通常由集

39、成到系統(tǒng)內(nèi)部的專門儀器提供, 可以完整地集成到綜合測試環(huán)境中。 與STE結(jié)構(gòu)類似, ATE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中集成了很多商用儀器以提供模擬測試功能。另外, ATE還能為信號路由和連接提供更好的方案。 ATE專用背板大多數(shù)情況下包括一個模擬總線, 可以使儀器直接連到任何引腳, 而不會使內(nèi)外引線變得復(fù)雜。 這種靈活性通常可擴(kuò)展到將模擬和數(shù)字通道合在一起(混合通道), 使用戶在任何時候都可以連接數(shù)字或模擬激勵, 并測量接收器的任意引腳。 這樣不僅使成本大大降低, 同時也使測試程序更易于實現(xiàn)。 2. 模擬集成電路的測試 模擬集成電路的測試涉及到模擬信號, 模擬信號是在特定的帶寬限制內(nèi)測試的。 由于模擬信號對工藝

40、參數(shù)敏感, 由此造成性能對工藝(參數(shù)變化、 相關(guān)、 失配及噪聲等)的敏感。 這樣, 如果生產(chǎn)工藝有變化, 就會妨礙標(biāo)準(zhǔn)的模擬故障模型的提取。 其次, 模擬電路的測試受規(guī)格的驅(qū)動, 測試由人工方法生成以及缺少功能強(qiáng)的EDA工具, 都會導(dǎo)致測試開發(fā)時間加長。 第三, 在模擬電路測試中, 成品率和缺陷級的折中是不確定的, 因為大多數(shù)模擬故障并不會導(dǎo)致嚴(yán)重的失效。 模擬集成電路的測試結(jié)果受到噪聲和測試精度的影響。 模擬集成電路的測試不但有直流參數(shù)測試、 功能測試, 而且還包括交流參數(shù)測試。模擬集成電路的直流參數(shù)測試、 功能測試與數(shù)字集成電路測試類似。下面主要介紹一下交流參數(shù)測試。 常用的交流測試有傳輸

41、延遲測試、 建立和保持時間測試以及頻率測試等。 (1) 傳輸延遲測試是指在輸入端產(chǎn)生的一個狀態(tài)(邊沿)轉(zhuǎn)換與導(dǎo)致相應(yīng)的輸出端的狀態(tài)(邊沿)轉(zhuǎn)換之間的延遲時間。 該時間從輸入端的某一特定電壓開始到輸出端的某一特定電壓結(jié)束。一些更嚴(yán)格的時序測試還包括以下的這些項目: 三態(tài)轉(zhuǎn)換時間、 存儲器讀取時間、 寫入恢復(fù)時間、 暫停時間、 刷新時間測試等。 (2) 建立時間測試是指輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換必須提前鎖定輸入時鐘的時間測試。 (3) 保持時間測試, 指在鎖定輸入時鐘之后輸入數(shù)據(jù)必須保持的時間測試。 (4) 頻率測試是指通過反復(fù)運(yùn)行功能測試, 同時改變測試周期, 來測試器件運(yùn)行的速度。 頻率測試的目的是找到器件

42、所能運(yùn)行的最快速度。 在測試中, 最難測的不是模擬或數(shù)字系統(tǒng), 而是混合信號系統(tǒng)。 因為其中包括A/D、 D/A的轉(zhuǎn)換, 故而測試中要考慮到工藝庫參數(shù)的誤差、 時序計算的誤差、 參數(shù)提取的誤差、 制造缺陷導(dǎo)致阻容值與工藝標(biāo)準(zhǔn)的誤差以及互連線的延時超過門延時起主導(dǎo)作用和串?dāng)_等因素。 這些因素的存在導(dǎo)致測試成本在IC總的成本中的份額急劇攀升。 因其復(fù)雜性, 這里就不列出關(guān)于混合信號系統(tǒng)的測試方案了。 6.2.2指標(biāo)測試指標(biāo)測試是集成電路樣品測試的關(guān)鍵, 只有通過指標(biāo)測試, 確認(rèn)芯片的性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的范圍, 產(chǎn)品才可以量產(chǎn)。 若芯片設(shè)計存在故障, 也可以從測試結(jié)果的數(shù)據(jù)中進(jìn)行故障分析, 推斷故

43、障存在的地方。下面以集成運(yùn)放的參數(shù)測試為例, 說明指標(biāo)測試的方法。集成運(yùn)算放大器是一種線性集成電路, 和其他半導(dǎo)體器件一樣, 也要用一些性能指標(biāo)來衡量其質(zhì)量的優(yōu)劣。 圖 6 22A741管腳圖為了正確使用集成運(yùn)放, 就必須了解它的主要參數(shù)指標(biāo)。 集成運(yùn)放組件的各項指標(biāo)通常是由專用儀器進(jìn)行測試的, 這里介紹的是一種簡易測試方法。 這里以集成運(yùn)放A741(或F007)為例, 其引腳排列如圖6 22所示。 它是八腳雙列直插式組件, 2腳和3腳分別為反相和同相輸入端, 6腳為輸出端, 7腳和4腳分別為正、負(fù)電源端, 1腳和5腳為失調(diào)調(diào)零端, 1、 5腳之間可接入一只幾十千歐姆的電位器并將滑動觸頭接到負(fù)

44、電源端, 8腳為空腳。 A741主要指標(biāo)測試如下。1) 輸入失調(diào)電壓UOS當(dāng)輸入信號為零時, 理想運(yùn)放組件的輸出也為零。 但是即使是最優(yōu)質(zhì)的集成運(yùn)放組件, 由于其運(yùn)放內(nèi)部差動輸入級參數(shù)的不完全對稱, 輸出電壓往往不為零。 這種零輸入時輸出不為零的現(xiàn)象稱為集成運(yùn)放的失調(diào)。 輸入失調(diào)電壓UIO是指輸入信號為零時, 輸出端出現(xiàn)的電壓折算到同相輸入端的數(shù)值。 失調(diào)電壓測試電路如圖6 23所示。 閉合開關(guān)S1及S2, 使電阻RB短接, 此時測量出的輸出電壓UO1即為輸出失調(diào)電壓, 則輸入失調(diào)電壓為 (6 1) 圖 6 23UOS、IOS測試電路測試中應(yīng)注意: 將運(yùn)放調(diào)零端開路。 要求電阻R1和R2、R3

45、和RF的參數(shù)嚴(yán)格對稱。 2) 輸入失調(diào)電流IIO 輸入失調(diào)電流IIO是指當(dāng)輸入信號為零時, 運(yùn)放的兩個輸入端的基極偏置電流之差, 即 IIO=|IB1-IB2| (6 2) 輸入失調(diào)電流的大小反映了運(yùn)放內(nèi)部差動輸入級兩個晶體管的失配度, 由于IB1、IB2本身的數(shù)值很小(微安級), 因此它們的差值通常不是直接測量的。 測試電路如圖6 23所示, 測試分兩步進(jìn)行: (1) 閉合開關(guān)S1及S2, 在低輸入電阻下, 測出輸出電壓UO1, 如前所述, 這是由輸入失調(diào)電壓UIO所引起的輸出電壓。 (2) 斷開S1及S2, 兩個輸入電阻RB接入, 由于RB阻值較大, 流經(jīng)它們的輸入電流的差異將變成輸入電壓

46、的差異, 因此, 也會影響輸出電壓的大小, 可見測出兩個電阻RB接入時的輸出電壓UO2, 若從中扣除輸入失調(diào)電壓UIO的影響, 則可得輸入失調(diào)電流IOS為 (6 3) 一般地, IIO約為幾十至幾百納安(10-9A), 高質(zhì)量運(yùn)放的IIO低于1nA。 測試中應(yīng)注意: 將運(yùn)放調(diào)零端開路。 兩輸入端電阻RB必須精確配對。 3) 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud集成運(yùn)放在沒有外部反饋時的直流差模放大倍數(shù)稱為開環(huán)差模電壓放大倍數(shù), 用Aud表示。它定義為開環(huán)輸出電壓uo與兩個差分輸入端之間所加信號電壓Uid之比, 即 (6 4) 按定義Aud應(yīng)是信號頻率為零時的直流放大倍數(shù), 但為了測試方便, 通常采用低頻

47、(幾十赫茲以下)正弦交流信號進(jìn)行測試。 由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高, 難以直接進(jìn)行測試, 故一般采用閉環(huán)測量方法。Aud的測試方法很多, 這里采用交、 直流同時閉環(huán)的測試方法, 測試電路如圖6 24所示。 圖 6 24Aud測試電路 被測運(yùn)放一方面通過RF、R1、R2完成直流閉環(huán), 以抑制輸出電壓漂移, 另一方面通過RF和RS實現(xiàn)交流閉環(huán), 外加信號uS經(jīng)R1、R2分壓, 使uid足夠小, 以保證運(yùn)放工作在線性區(qū)。 同相輸入端電阻R3應(yīng)與反相輸入端電阻R2相匹配, 以減小輸入偏置電流的影響。電容C為隔直電容。 被測運(yùn)放的開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)為 (6 5) 通常, 低增益運(yùn)放的Aud約為

48、6070dB, 中增益運(yùn)放的Aud約為80 dB, 高增益運(yùn)放的Aud在100dB以上, 可達(dá)120140dB。 測試中應(yīng)注意: 測試前電路應(yīng)首先消振及調(diào)零。 被測運(yùn)放要工作在線性區(qū)。 輸入信號頻率應(yīng)較低, 一般為50100 Hz, 輸出信號幅度應(yīng)較小, 且無明顯失真。 4) 共模抑制比KCMR集成運(yùn)放的差模電壓放大倍數(shù)Aud與共模電壓放大倍數(shù)Auc之比稱為共模抑制比, 即 (6 6) 或 共模抑制比在應(yīng)用中是一個很重要的參數(shù)。 理想運(yùn)放對于輸入的共模信號其輸出為零, 但在實際的集成運(yùn)放中, 其輸出不可能沒有共模信號的成分, 輸出端共模信號愈小, 說明電路對稱性愈好, 也就是說運(yùn)放對共模干擾信

49、號的抑制能力愈強(qiáng), 即KCMR愈大。 KCMR的測試電路如圖6 25所示。 圖 6 25KCMR的測試電路集成運(yùn)放工作在閉環(huán)狀態(tài)下的差模電壓放大倍數(shù)為 (6 7) 當(dāng)接入共模輸入信號uic時, 測得uoc, 則共模電壓放大倍數(shù)為 (6 8) 得共模抑制比為 (6 9) 測試中應(yīng)注意: 消振與調(diào)零。 R1與R2、R3與RF之間阻值應(yīng)嚴(yán)格對稱。 輸入信號uic幅度必須小于集成運(yùn)放的最大共模輸入電壓范圍Uicm。 圖 6 26Uicm測試電路5) 共模輸入電壓范圍Uicm集成運(yùn)放所能承受的最大共模電壓稱為共模輸入電壓范圍, 超出這個范圍, 運(yùn)放的KCMR會大大下降, 輸出波形產(chǎn)生失真, 有些運(yùn)放還會

50、出現(xiàn)“自鎖”現(xiàn)象以及永久性的損壞。 Uicm的測試電路如圖6 26所示。 被測運(yùn)放接成電壓跟隨器形式, 輸出端接示波器, 觀察最大不失真輸出波形, 從而確定Uicm值。 圖 6 27Uopp測試電路 6) 輸出電壓最大動態(tài)范圍Uopp集成運(yùn)放的動態(tài)范圍與電源電壓、 外接負(fù)載及信號源頻率有關(guān)。 Uopp測試電路如圖6 27 所示。 改變uS幅度, 觀察uo削頂失真開始時刻, 從而確定uo的不失真范圍, 這就是運(yùn)放在某一定電源電壓下可能輸出的電壓峰峰值Uopp。 6.2.3測試注意事項集成運(yùn)放在測試時應(yīng)注意以下問題: (1) 輸入信號選用交、直流量均可, 但在選取信號的頻率和幅度時, 應(yīng)考慮運(yùn)放的

51、頻響特性和輸出幅度的限制。(2) 調(diào)零。為提高運(yùn)算精度, 在運(yùn)算前, 應(yīng)首先對直流輸出電位進(jìn)行調(diào)零, 即保證輸入為零時, 輸出也為零。如圖6 28(a)所示, 當(dāng)運(yùn)放有外接調(diào)零端子時, 可按組件要求接入調(diào)零電位器RW。 調(diào)零時, 將輸入端接地, 調(diào)零端接入電位器RW, 用直流電壓表測量輸出電壓uo, 仔細(xì)調(diào)節(jié)RW, 使uo為零(即失調(diào)電壓為零)。 如運(yùn)放沒有調(diào)零端子, 可按圖6 28(b)所示電路進(jìn)行調(diào)零。 圖 6 28調(diào)零電路 一個運(yùn)放如不能調(diào)零, 大致有如下原因: 組件正常, 接線有錯誤; 組件正常, 但負(fù)反饋不夠強(qiáng)(RFR1太大), 為此可將RF短路, 觀察是否能調(diào)零; 組件正常, 但由

52、于它所允許的共模輸入電壓太低, 可能出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象, 因而不能調(diào)零, 為此可將電源斷開后, 再重新接通, 如能恢復(fù)正常, 則屬于這種情況; 組件正常, 但電路有自激現(xiàn)象, 應(yīng)進(jìn)行消振; 組件內(nèi)部損壞, 應(yīng)更換好的集成塊。 (3) 消振。 一個集成運(yùn)放自激時, 表現(xiàn)為即使輸入信號為零, 亦會有輸出, 使各種運(yùn)算功能無法實現(xiàn), 嚴(yán)重時還會損壞器件。 為消除運(yùn)放的自激, 常采用如下措施: 若運(yùn)放有相位補(bǔ)償端子, 可利用外接RC補(bǔ)償電路(產(chǎn)品手冊中有補(bǔ)償電路及元件參數(shù))補(bǔ)償; 電路布線、 元器件布局應(yīng)盡量減少分布電容; 在正、負(fù)電源進(jìn)線與地之間接上幾十微法電解電容和0.010.1 F陶瓷電容的并聯(lián)電容,

53、 以減小電源引線的影響。 (4) 防止堵塞現(xiàn)象出現(xiàn)。 “堵塞”現(xiàn)象又叫“阻塞”或“自鎖”現(xiàn)象, 它是指在閉環(huán)條件下工作的運(yùn)算放大器, 突然發(fā)生工作不正常, 輸出電壓接近于兩個極限狀態(tài)之一。 此時運(yùn)放芯片內(nèi)部的輸出管不是處于飽和狀態(tài), 就是處于截止?fàn)顟B(tài)。 發(fā)生“堵塞”時, 放大器不能調(diào)零, 連信號也可能加不進(jìn)去, 人們往往誤認(rèn)為芯片已損壞。 其實不然, 只要切斷電源, 重新接通, 或把芯片兩個輸入端短路一下, 就可使電路恢復(fù)正常工作。 產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象的根本原因是, 由于輸入信號過大或受強(qiáng)干擾的影響, 使芯片內(nèi)部某些管子進(jìn)入飽和狀態(tài), 從而使負(fù)反饋變成正反饋。 為了防止堵塞現(xiàn)象, 通常在輸入端加限幅

54、保護(hù), 以避免運(yùn)放輸入管飽和。 常見的限幅保護(hù)電路如圖6 29、圖6 30所示。 圖中V1、V2、 V為限幅保護(hù)元件。 圖 6 29二極管保護(hù)電路 圖 6 30穩(wěn)壓管保護(hù)電路 6.2.4測試的分類、 硬件及“開爾文”連接法1. IC測試分類Wafer Test通常又叫E SORT, 是指芯片還在晶圓上以Die形式存在, 沒有被切割封裝時所作的電性測試。 通過Wafer Test可以選出壞的Die, 減少封裝成本。 Final Test通常又叫Package Test, 是對封裝后的芯片(Device)所作的電性測試。 QA TestQuality AssuranceTest, 是對測試過的且暫

55、無問題的芯片再采樣測試, 要保證: 測試本身的可靠性; 測試過程對芯片無損害。 Outgoing Test封裝后的芯片在Final Test后對芯片表面物理特性的測試, 主要查標(biāo)記(Marking)正確與否, 有沒有臟污, 有沒有球壓傷或引角損壞。 Military Test針對芯片要求比較高的客戶, 把各種測試條件加嚴(yán), 以保證更可靠的芯片性能。 Reliability Test可靠性測試, 是測試芯片的使用壽命及對不同環(huán)境的適應(yīng)性。 通常會用高溫、 低溫、 高濕、 高壓等建立惡劣的環(huán)境模型, 看芯片在此情況下是否失效。 Failure Analysis失效分析, 通常分電性分析和物理分析兩

56、個方面進(jìn)行。 電性方面會通過測試的電性參數(shù)來判斷其可能失效的模塊并分析原因。 物理分析是通過X ray、Ultrasonic、 De cap等方式查看各個物理層有沒有損傷。 2. IC測試硬件1) 測試機(jī)測試機(jī)可以比做大腦, 它能分辨并判斷出芯片性能的好壞。 簡單來說, 萬用表、 示波器等都能做芯片部分功能的測試, 但這里所說的測試機(jī)是指ATE。 針對不同的測試芯片, 測試機(jī)通常分成不同的系列, 有測試內(nèi)存、 測試LCD 驅(qū)動、測試SOC芯片等系列, 它們的構(gòu)架都不一樣。 同一系列里, 也分高端、 低端, 且其測試的最高頻率、Vector內(nèi)存大小等都不一樣。 一臺高端的測試機(jī)是非常昂貴的。 2

57、) 測試手臂 測試手臂(Handler and Prober)是用來移動及定位芯片及晶圓的。 用于晶圓測試(Wafer Test)的叫Prober, 用于Final Test的叫Handler。 測試手臂在量產(chǎn)的時候非常重要, 量產(chǎn)中的最常出現(xiàn)的接觸性問題(Contact issue)通常和測試手臂及測試座或探針有關(guān)。 在前期測試開發(fā)過程中, 設(shè)計測試板(Loadbord)時也要考慮和測試手臂的接口。 3) 探針卡探針卡是晶圓測試中被測芯片和測試機(jī)之間的接口。 探針卡對前期測試的開發(fā)及后期量產(chǎn)測試的良率的保證都非常重要。 常見的幾類探針卡有Blade Type(刀片式)、 Epoxy Type

58、(懸臂式)和Vertical Type(垂直式)。 4) 測試座測試座(Socket)是Final Test時測試機(jī)和被測芯片的接口。 它一般還帶一個用于手測的蓋子(Lid)。 測試座對前期測試程序開發(fā)的影響比較小, 通常都能保證其良好的接觸效果, 但對后期量產(chǎn)時是非常重要的, 因為它直接與芯片接觸, 其接觸效果將直接影響產(chǎn)品的良率。對于BGA封裝的芯片, 不好的接觸還有可能導(dǎo)致球壓傷。 5) 測試板測試時除了測試機(jī)以外, 為了滿足測試要求通常還要有一些外接電路, 如晶振、 延遲(Relay)開關(guān)、 放大器、 電源濾波電路等。 它們都做在測試板上。 Final測試的測試板叫Loadboard或

59、Dutboard; Wafer測試的測試板叫WPI(Wafer Prober Interface)。 設(shè)計Loadboard時, 除了PCB設(shè)計要注意以外, 還要考慮測試板本身的一些特性, 如: (1) 要考慮與測試機(jī)及測試手臂的接口(Docking Issue)。 (2) 避免板子上器件的引腳與測試機(jī)及測試手臂接觸, 造成短路。 (3) 要容易Debug, 芯片關(guān)鍵引腳(VDD、 Analog pin等)要容易用外部儀器測試。 (4) 設(shè)計時板子上要盡量少用外部器件, 而且要讓芯片上每個引腳到測試機(jī)的通道盡量短, 通道越短， 就越簡單, 測試越穩(wěn)定。 (5) 要留一些空的接線點以備Debug

60、時跳線用。 (6) 有些測試的DPS有force line、sense line, 在測試板設(shè)計時也要留好force line、senseline以及它們之間的guard line。 (7) 模擬地和數(shù)字地要分開處理。 3. “開爾文”連接法1) 開爾文電橋英國物理學(xué)家開爾文(Kelvin)發(fā)明的開爾文電橋(也稱雙電橋或雙臂電橋), 多用于大電流、 小電阻的測量, 能進(jìn)一步提高測量精度。 由于單臂電橋未知臂的內(nèi)引線、 被測電阻的連接導(dǎo)線及端鈕的接觸電阻等的影響, 使單臂電橋測量小電阻時的準(zhǔn)確度難以提高。 而雙臂電橋較好地解決了測量小電阻時線路靈敏度、 引線、 接觸電阻所帶來的測量誤差, 并且屬