半导体测试基础-功能测试/结构测试

半导体测试基础-功能测试/结构测试

ATE测试概述

自动化测试设备（ATE）在评估大样品方面起着关键作用，并对于新制造的硅芯片的生产测试至关重要。作为半导体制造的基石， ATE 的主要工作是提供自动化、经济高效的测试解决方案，从而显著提高器件吞吐量。通过自动化测试的工艺， ATE 不仅减少了与手动测试相关的时间和成本，还提高了这些测试的准确性和可靠性。当与系统级测试（SLT, system-level testing）结合使用时， ATE 创建了一个强大的测试框架，支持芯片的大规模生产，同时保持很高的质量标准。

RDL的机械故障（来源： AMKOR）

ATE进行的测试类型

一结构测试

01工作原理

DFT 工程师使用故障建模为各种缺陷创建测试模式。

02示例

用于卡位故障（SAF, stuck at fault）的 ATPG，转换延迟故障（TDF, transition delay fault）、边界扫描描述语言（BSDL, boundary scan description language）/ 边界扫描（BSCAN, boundary scan）、逻辑内置自（LBIST,logic built-in self-test）。

03目的

识别硅芯片中的制造缺陷。

ATE 测试NPI和生产流程

二功能测试

功能测试（Functional Test）主要是验证逻辑功能，是运用测试向量和测试命令来进行的一种测试，相比于纯 DC 测试而言，组合步骤相对复杂且耦合度高。

在功能测试阶段时，测试系统会以周期为单位，将测试向量输入 DUT，提供预测的结果并与输出的数据相比较，如果实际的结果与测试向量预测值不相符，则认为不通过。

01基本概念

测试向量（Test Vectors）：

测试向量也称测试模式（Test Pattern），可以理解为器件被设计逻辑功能的输入输出真值表。Test Vectors 强调时序，一般是一系列输入输出的组合。一般用 0/1 表示输入低 / 高电平，用 L/H/Z 表示输出低电平 / 高电平 / 高阻态，用 X 表示既无输入也无输。

02全功能测试

系统级测试（SLT, system-level testing）：评估整体系统性能。

应力测试 ： 评估极端条件下的稳健性。

老化测试：通过在高温下运行器件来识别早期失效。

环境测试 ： 评估湿度、温度和振动等各种条件下的性能。

各种参数的功能测试法：

OS 测试

开短路不属于功能，但也可以用功能测试的方法进行测试，关闭PMU和 Driver，用Current Load 和Voltage Receiver进行测试。测试示意图如下：

03测试流程

测试流程如下：

• 将除待测引脚外的所有引脚接地（电源和信号引脚）。
• 定义 VOL/VOH（比如 0.2V/1.5V）。
• 将待测引脚设置为输出模式，并关断此引脚（高阻 Z）。
• 提供 VREF（3V），形成动态负载电流（约 400µA），检测引脚上的电压
• 高于 VOH（+1.5V）：Fail（Open）
• 低于 VOL（+0.2V）：Fail（Short）
• 高阻态（正偏后的压降约 0.65V）：Pass
• 复位引脚状态，接着测下一个引脚。
  
  

04测试的向量模式示例

正常引脚电压变化与采样的示意图如下。采样窗口设置在 0.9µs、持续时长 0.01µs 是为了让电压上升到稳定再采样：

接下来测对地保护二极管。只需要测是否开路（如果由短路的情况，那必然过不了前面的测试）功能测试法测对地二极管的示意图如下：

这次的向量测试，只需跑一次前面的第 7 个周期（ZZZZZ），即可并行测试所有对地二极管。（拉低引脚和地用的是 DPS；如果 Fail Open 的话，测出来的电压是 VREF 而非钳位电压，不要跟 DC 方法搞混了。）VOL/IOL & VOL/IOH 测试 - 功能测试法。

测试示意图如下：

测试流程如下：

• 供电 VDDmin
• 设置 VREF（量程中间值），将形成动态负载电流。
• 执行功能测试，监控引脚的电压
  
  

• 低于 VOH Spec 或高于 VOL Spec：Fail
•   高于 VOL Spec：Fail
•   其他区间：Pass
  
  

05功能测试法-VIL/VIH 测试

VIL/VIH 是看 DUT 能不能正常识别输入的逻辑。用功能测试法测 VIL/VIH 的示意图如下（假设此芯片左边是输入引脚，右边是输出，输入输出逻辑电平同相）：

用功能测试法测 VIL/VIH 的流程是：

  1.  首先要供 VDDmax 的电源给 DUT。

  2.  按照 VIL/VIH 标称值给引脚输入电压，让其他的参数满足一定余量。

  3.   执行功能测试，监控输出引脚的电压

• 低于 VOH Spec：Fail
• 高于 VOL Spec：Fail
• 其他区间：Pass
  
  

4. 供 VDDmin 的电源给 DUT，并重复以上的流程。

如果遇到测试不通过的情况，如果不能定位到错误所在，可以先给多一点余量，排除因其他因素导致的问题。比如给 VIL 最优低电平（0V），给 VIH 最优高电平（VDD），看看是否能按流程通过测试，随后再逐步赋 VIH/VIL 原始值以排除问题。

06功能测试法-IOZL/IOZH测试

使用功能测试法测试 IOZL/IOZH 的示意图如下：

测试流程如下：

1. 给 DUT供电VDD，设置比较器的值为 VOL/VOH。

2.  设置 VREF，形成动态负载电流，测引脚电压

      · 高于 VOH Spec：Fail

      ·  低于 VOL Spec：Fail

      ·  其他区间：Pass

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