集成电路第九章 测试

二、故障模型
l ）单固定故障
检查电路中或门（OR）是否存在固定0故障。若OR的输出固定于0， 这意味着 OR 的输出将始终保持为0 而与其输人无关。如果 OR的输出正 常，则当输人为 01 、 11 、 l0时输出为 l 。此时，当与门（ AND1）的输 入为 11 时，可以推断OR 输出正常时与门 ( AND2 ）输出为 1 ，而故障时 AND2 输出为0。由此可以看出。当OR 和 ANDI 的输人端依次加逻辑电 平 0111 、 1111 或 1011 时通过 AND2 的输出可判断OR门是否存在 s - a 0 这个故障。由于这些矢量的无故障响应和有故障响应是不一样的，因此 17 0111 、 1111 、 1011称作或门s – a -0故障的测试图形（测试向量）。
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第一节 集成电路测试信号连接方法
种联接线正确连接；二是要对芯片施加各种信号，通过分析
芯片的输出信号，来得到芯片的功能和性能指标。 芯片与测试系统的连接 分为两种： 一、芯片在晶圆测试的连接方法 二、芯片成品测试的连接方法
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集成电路测试信号连接方法
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两种芯片在晶圆测试用探针：
一种10探针头的实物照片
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集成电路测试信号连接方法
一、芯片在晶圆测试的连接方法 随着集成电路设计水平的不断提高，芯片的时钟速度也在成倍 增长．部分高速的芯片时钟频率已经达到 GHZ ，若要在晶圆上 测试这些高速芯片，就必须要用微波探针。共面波导结构的微波 探针基本结构主要包括 SMA 同轴连接器、共面波导探头和接头 体。图 4 给出了美国 Cascade Microtech 公司生产的一种探头中 心间距为 150um 差分信号探针。其中图（ a ）为整体结构，图 （b）为探头局部放大照片。图中 GSGSG 的 G 表示地， S 表示 信号. SMA 同轴连接器与外部测量仪器或自动测试设备（ ATE ） 的测试端口相连；共面波导探头与被测芯片相接触，这就要求被 测芯片的焊盘中心间距和信号布局必须与探头匹配。
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二、故障模型
3 ）桥界故障
电路中信号短接在一起的故障称为桥接故障。常见的桥接 故障有两种：一是输人端之间的桥接故障，二是元件输入端和 输出端之间的反馈式桥接故障。 单固定故障的测试集也可用来检测桥接故障，对一些特殊 的电路还会有100 ％的故障检测率。
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二、故障模型
4）冗余故障
在实际的电路中，并非所有的故障都会对电路产生影响，有一些故障并不修 改电路的功能，因此称这种故障为冗余故障。冗余故障是一种典型的不可测 故障。 如图所示，图（ a ）中 ANDI 存在一个冗余故障s-a –1 ，其输出函数为 AB。假设该冗余故障不存在．则该电路的输出函数也是AB．由此可以看出 该故障s-a -1对电路功能并没有产生影响，电路可化简为图(b)。
第八章
集成电路的测试
集成电路的测试是集成电路设计和生产过程中非常重要的一个环节。根 据测试的目的，通常集成电路测试可以分成四种： 1）验证测试：是一种研究型测试。在大批量投产之前，首先要确定它的功能
和性能都达到了设计的要求。测试全面。
2）生产测试：对于大批生产的芯片，测试它的功能是否正确以及性能指标是 否在规定的范围以内，并进行分选。
集成电路测试信号连接方法
一、芯片在晶圆测试的连接方法
为了能测试晶圆上的芯片，就必须给晶圆上的芯片提供测试矢量和测试电 流、电压，同时还需要从被测芯片上采集输出信号这就意味着必须与芯片上 的焊盘相接触。在一般的制造工艺中．焊盘的面积总是比较小的，为了将焊 盘上的引脚引出来，就必须用到探针、探针阵列或探头。单个探针必须是在 三维空间可移动的，而探针阵列或探头还需要额外的装置以调整探针阵列或 探头平面与芯片的夹角，以保证所有的针尖都能与焊盘均匀的相接触。探针 和探针阵列由于其阻抗比较高，抗干扰能力差，一般只用来测试低速芯片或 高速芯片的直流参数。通常的探针都是以阵列或成组的形式应用在晶圆测试 中，但是在某些实验性的测试中、则可利用单个可调节的探针，灵活的选择 接触位置。单个可调节的探针除了能接触芯片边缘的焊盘外，还可用于接触 芯片中间的小面积金属如电阻、互连线等，从而获得有关实验电路的更多信 息。当然，在对一些复杂电路进行复杂的测试时，单个探针往往是不够的， 因此在实际的测试中，更多的是采用探针阵列（低速）和探头（高速）。
3）老化测试：通过一个长时间的连续或周期性的测试来发现是否存在失效的
芯片。 4）成品检测：在集成到系统之前，系统制造商一般要进行成品检测。
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第八章
集成电路的测试
实际的测试取决于被测电路所处的加工阶段（正在加工、加 工完成、封装完成）。通常的测试都会按照正在加工晶圆和封装 后的步骤来进行，虽然在晶圆加工阶段会针对器件参数做一些测 试，但绝大部分的测试是在晶圆加工完成以后进行的。在对晶圆 进行的测试称为在晶圆测试（中测），这种测试依靠探针台 （probe station）分选，将潜在的失效电路标记并分离，再经过 划片和封装进入封装完毕的成品测试（成测）。
一、数字集成电路测试的基本概念
在测试时，所有的故障都是通过逻辑值来确定的，因此要对物理故 障建立相应的逻辑故障。将物理故障转化为逻辑故障有利于抽象地理解 系统的故障。同时有些物理故障可以转化为同一个逻辑故障。简化了故 障的复杂度。 根据系统在某一时刻出现故障的个数，故障类型可以分为单故障和 多故障，频繁测试策略证明，单故障出现的概率远高于多故障，且能检 测单故障的测试图形对多故障也有较高的覆盖率。 要对一个系统进行测试，就必须建立一个故障模型，一般来说，在 门级故障模型中通常认为元器件无故障，只有器件之间的互联可能有问 题。 故障覆盖率：用测试向量集可以测出的故障与电路中所有可能存在 的故障之比，称为故障覆盖率。
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集成电路测试信号连接方法
一、芯片在晶圆测试的连接方法
对于一个已经设计完成的芯片来说，其电路四周焊盘的个数和 分布位置是确定的，探针阵列就是根据这些确定的焊盘分布来确 定探针的个数和分布位置。由于芯片的类型不同，其焊盘数和分 布位置往往都是不一样的。一般来说，对于每个芯片都要根据芯 片焊盘坐标来定制专用的探针卡，因此探针阵列和芯片之间是一 一对应的。整个探针阵列是一个统一的三维可调的机械装置，所 有的探针同时进行整体调节。这样的探针阵列制作比较简单，因 此得到广泛的应用。图 2 为美国 Picoprobe 公司生产的一种 10 探头的实物照片。图 3 为根据某芯片定制的探针阵列卡实物照片。
一、芯片在晶圆测试的连接方法
BX2001探针台
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集成电路测试信号连接方法
一、芯片在晶圆测试的连接方法
芯片在晶圆测试需要在探针台（测试台）上进行。基本的探针台主要由 四部分组成：载片部分、接触和调整部分、显微镜部分和控制部分。 1.载片部分根据晶圆的尺寸大小来设计，目前主流的载片台有 6 英寸载片台、 8 英寸载片台和 12 英寸载片台。载片台的功能是用具有水平平面且可以旋转 的圆柱体金属平面装载晶圆或芯片，并利用真空吸盘将它固定。 2.接触和调整部分用来装配和调整探针、探针阵列或探头，通过装配部分来 固定探针卡．再利用调整部分来手动粗调以保持探针分布与晶圆上的芯片焊 盘分布一致。 3.显微镜也包括一个位置调整装置，以便对待测芯片进行聚焦，操作人员利 用显微镜来细微的调整晶圆上芯片焊盘与探针的相对位置，以便能使焊盘与 探针接触。 4.控制部分用来控制载片台的移动、升降和旋转，并可通过一些按键实现其 他一些功能，如激活标记不合格芯片的标记笔（打点器），记录晶圆上被测 芯片数和合格与不合格芯片数及各自的坐标等信息。许多控制系统都有自动 和手动两种操作模式。 5
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集成电路测试信号连接方法
二、芯片成品测试的连接方法
测试机与被测电路板的连接照片
MT9308分选机
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第二节 数字集成电路测试方法概述
一、数字集成电路测试的基本概念
数字集成电路测试的意义在于可以直观地检查设计的具体 电路是否能像设计者要求的那样正确地工作。被测试的电路称 为被测器件(DUT：Device Under Test)，产生被测电路测试向 量的过程称为测试生成(Test Generation)，产生的测试向量又 称为测试图形(Test Pattern)。整个测试过程是通过自动测试设 备(Automatic Test Equipment)对 DUT施加测试图形并捕获和分 析DUT的响应来实现的。
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一、数字集成电路测试的基本概念
集成电路芯片的测试分为功能测试和参数测试，其中功能测试又分 为两种基本形式：完全测试和功能测试。完全测试就是对芯片进行全部状 态和功能的测试，要考虑集成电路所有的可能状态和功能，即使在实际应 用中某些状态并不会出现。功能测试就是只对在集成电路设计之初所要求 的运算功能或逻辑功能是否正确进行测试。显然，完全测试是完备测试， 功能测试是局部测试。 测试的最终目的，是为了发现电路中由于设计或制造所带来的错误。 错误在不同的层次具有不同的含义：如设计阶段技术规范不完全一致，设 计规则违例：制造阶段使用了错误的元件，不正确的开路等；在电路生存 周期中元件的老化和损耗等。 从测试的结果来看，所有的错误都表现为电路有故障。通常设计错误称 为设计故障，制造错误、物理失效合称为物理故障。 14
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二、故障模型
l ）单固定故障
单固定故障主要反映电路中某根线上的信号不可控，即永 远运行在某一个固定值上。在电路中，如果该线固定在高电平 上，称之为固定 l 故障（ stuck - at - 1 ) ；反之则称为固定 0 故障（stuck - at - 0）。如图 给出了一个单固定故障示 例。图中．若与非门的输人端 A 固定接地．则输人端 A 的逻 辑值始终表现为 0 ．用s - a – 0（stuck - at – 0）表示，记 为 A / 0。若或门的输出 Y 固定接电源，则输出端 Y的逻辑值 始终表现为 1 ，用s - a - 1（stuck - at - 1）表示。记为 Y/1。 一个单固定故障包含了三个特征： 1）故障线永远固定于某一个逻辑值。 2）故障可以是一个门的输人也可以是一个门的输出。 3）在某一时刻只能有一个故障 16