聊聊IC測試機（3）基于ATE的IC測試原理、方法及故障分析

基于ATE的IC測試原理、方法及故障分析

本文以ATE為基礎，討論了 集成電路測試的基本原理和測試方法，并進行了故 障分析.

集成 電 路 測試主要分為三種:

• verificationt est,
• mass production test
• burn-in.

verifa ct iont est，稱之為芯片驗證 ，主要用來驗證一個新的設計在量產之前功能是否正確，參數特 性等是否符合pec以及電路的穩定性和可靠性.測 試范圍包括功能測試和AC/DC測試，測試項目相 對來說比較全面.其主要目的除了調試之外還為量產測試作準備.Verification的周期直接關系到產品的質量和競爭力以及投放市場的時間.

mass production test，稱之為量產測試 .量產測 試在整個Ic生產體系中位于制程的后段，其主要 功能在于檢測Ic在制造過程中所發生的瑕疵和造 成瑕疵的原因.因此，量產測試是確保Ic產品良好 率，提供有效的數據供工程分析使用的重要步驟. mass production test以測試時間計費，同時測試設 備價格的高低也將影響每小時的測試費用，從而直 接影響產品的成本，因此提高測試覆蓋率和測試效 率非常重要.

burn- in ，主要用于測試可靠性 .采用各種加速 因子來模擬器件長期的失效模型，常用的有 加高溫， 加高電壓等 .

集 成 電 路測試的基本原則是通過測試向量對芯片施加激勵，測量芯片響應輸出(response)，與事先 預測的結果比較，若符合，則大體上可以說明芯片是好的。

原文連接：基于ATE的IC測試原理、方法及故障分析.PDF[1]

淺談基于ATE的IC測試精確度及穩定性問題

隨著IC產業的飛速發展，IC的復雜度及其電氣參數的性能也日益提高，同時也給IC測試帶來了眾多難題，其中測試的精確度及穩定性是一直困擾工程師的兩大難題，尤其在量產ATE測試時表現更為嚴重，那么， 如何在測試中做到精確、穩定的測試這些IC的各項性能參數 ，以 確保產品質量，并避免由于測試不穩定而導致反復重測而浪費大量測試時間呢 ？

本文就IC測試的基本參數： 電壓、電流、時間、THD等的測試進行深入分析 ，并舉以實例來說明如何解決此類問題，以供廣大測試工程師參考。

電壓測試問題

在IC的測試中，電壓的測試是所有測試參數中最為常見的一種參數，尤其是模擬芯片的測試，電壓測試更顯常見及重要，如：LDO、LED驅動、音頻功放、運放、馬達驅動等很多類型的模擬芯片都含有電壓參數的測試，而且都是其主要性能參數。

另外，也有很多其他的參數都是通過電壓的測量來間接得到的，如增益（Gain）、電源電壓抑制比（PSRR）、共模抑制比（CMRR）等。工程師們在調試中也經常會遇到電壓測的不精確或者不穩定的現象，對于測試不精確的問題，目前主要采用correlation的辦法，來調整測試的誤差，但這種方法對于線性的芯片尚可使用，但對于非線性的芯片卻無用武之地。

針對測試不穩定的問題，大多采用多次測量取平均值的辦法來解決，但這種辦法也是治標不治本，同樣會給產品的質量帶來隱患。那么如何解決電壓測試的這些問題呢？以下將具體分析產生這些現象的具體原因，并針對這些原因闡述一些解決辦法。

• 1）、芯片工作狀態未完全建立或有震蕩

一般在開發測試程序之前必須了解所測試的芯片的功能及性能參數，這樣在開發及調試程序時才能心中有數，比如測試LDO的輸出電壓參數，你必須清楚：在當前的輸入及輸出濾波電容之下，它的輸入電壓加上之后，輸出電壓需要多長時間才能達到穩定，而你在程序中設定的等待時間必須大于這個穩定時間，這樣才能做到測試的準確且穩定。

當然LDO的輸出穩定時間一般都在微秒級（幾十到上百微秒），所以調試時不太會遇到此類問題，但有的時候我們需要測試芯片內部的基準電壓，但又沒有辦法直接進行測試，只能通過其他的引腳間接測試，如圖1為LED驅動芯片的部分線路圖，

圖1

我們要測試芯片內部Vref的電壓，但又沒有直接的引腳出來，所以只能通過測試VO端的電壓進行間接測試，但是需要注意的是：如果VO端懸空，沒有任何電流流出，那么它上面的MOS管則不能正常導通工作，EA1的反饋回路也不能正常建立，而導致VO端的電壓也不確定，此時測試的VO電壓將不能代表Vref的電壓。所以在測試時，我們必須給VO一定的負載讓MOS管及EA1能夠正常工作，這樣才能正確測試Vref的電壓。

芯片工作狀態的建立，有時需要比較長的時間，如圖2為一音頻功放（LM4990）的功能框圖及典型應用線路圖，

圖2

我們在ATE測試時會測試一些靜態直流參數，如bypass、Vo1、Vo2端電壓值，當你仔細研讀此芯片的手冊，你會發現在電源電壓為5V、Cbypass為1Uf時（注意不同的電源電壓及Cbypass電容，其穩定時間也是不同的），bypass端的電壓需要至少100ms才能達到穩定，而Vo1、Vo2端的電壓又受bypass端電壓的影響，所以要想穩定且準確的測試這些直流參數，必須要在芯片上電之后等待100ms以上再進行測試（必須考慮不同批次芯片間的差異，所以在實際測試中的等待時間可在120ms左右），但對于量產測試，測試時間的長短將直接影響到測試效率及測試費用，我們必須縮短測試時間！那么如何來解決這個問題呢，一般我們可以采用如下兩種辦法：

第一，可以減小Cbypass的電容，這樣同樣的充電電流及電壓，充電時間會隨著電容的減小而減少，可以使用0.1uF或者更小的電容來替代，此時有些讀者可能會說：這樣做肯定會影響到后面的交流參數（如THD）的測試，沒錯！肯定會有影響！那么又如何來解決呢？其實很簡單，也可以有兩種解決方案：1、通過測試評估，適當調整在0.1uF時的交流參數的測試規范，當測試要求不高時可采用此方案；2、通過外加繼電器來選擇測試直流及交流參數時的電容值，但是繼電器的連接方式也是很有講究的，不然也會對交流參數有影響，這在后面的段落中再詳細闡述。

第二，可以采用預充電的方式對Cbypass進行提前大電流充電，如果bypass端在電源電壓為5V時正常情況下是2.5V左右，我們可以預充電到2.3V，這樣同樣可以節省很多時間，但這種解決辦法必須注意一個問題就是：不要在充電的同時給bypass端帶來額外的干擾，而導致芯片不能正常工作。

震蕩在芯片調試時也是比較常見的現象，由此給芯片測試也帶來諸多問題，引起震蕩的原因有很多：輸出容性負載的大小、阻抗不匹配、不當的反饋回路等，如圖3為一款LDO（TL431）芯片手冊中的一幅電性能特性曲線及測試圖，圖中明顯規定了輸出容性負載CL的大小范圍，

但是我們在實際調試中可能沒有注意到這一點，如果選用的輸出電容不是在芯片穩定所需要的容值范圍之內，那么輸出就會產生震蕩，導致輸出測試不準且不穩定。所以在此再次提醒大家：在調試之前務必將芯片性能做到比較詳細的了解，以免在后期的調試中浪費大量的時間。

另外震蕩不光是在芯片正常工作時發生，在靜態時也有可能發生。尤其當你測試放大倍數比較高的運放時，此時的輸入引腳要特別注意，必要時要進行隔離，以免引入不必要的噪聲而導致輸出產生震蕩。