【轉】DFT小講座之6_ATE測試掃盲

 

TE【1】從設計流程上來說，是DFT的客戶。DFT邏輯設計的合理性，有效性乃至便捷性都需要通過TE的最終真刀實槍的上了機台才見分曉。 可以說TE是檢測DFT成績的最直接部門。

無論哪行哪業，要想做到出色，了解客戶的需求是繞不開的一個大項。作為DFTer，了解TE的工作也是我們的必修課之一。

這一次， 我們很榮幸的請到了TE的資深團隊給我做一下TE的最重要的工作，ATE【2】測試的一個掃盲。

TIPS  [1] TE, test engineer

         [2] ATE, automatic test equipment. 自動測試機台

在目前的半導體產業中，工藝、算法和設計這些都是炙手可熱的領域。在絕大部分人的認知中，甚至包含很多硅農的認知里，芯片流片回來，如果功能沒有問題，那么大部分的工作應該做完了。然而現實生活遠沒有想象中那么完美。 就算芯片流片成功，就算功能設計完全沒有問題，我們也不能直接將芯片交付給customer手中。 功能驗證無誤的芯片生產出來以后，還需要經過一系列復雜的手段，才能交付。 這些手段的核心就是芯片測試，又叫ATE（Automated Test Equipment）測試。

測試的目的

絕大部分行業內人士都很熟悉一個名詞----“封裝測試”，但是測試到底是什么， 在半導體產業中的作用和影響， 大多數人沒有准確的概念, 而且往往把流片后的芯片功能驗證和芯片測試混淆。事實上，芯片測試就是利用測試機（ATE）對芯片進行量產【1】測試。借用某公司的芯片測試手冊中曾提到的，“測試芯片是一個公司做的最費錢，最費事，並且是最難的事情之一。”測試並不能增加芯片功能，也不會讓芯片更易於使用，並且還要花上一筆不小的開支。那為什么這么多半導體公司還要對自己的芯片做測試？這么多代工廠提供測試服務？最根本的原因在於“質量（quality）”。

從沙子變成芯片，這中間經歷了若干的步驟，包括furnance，doping， photo，etching等若干步驟不斷重復。 盡管是高精尖的技術，經管生產廠房最高級別已經達到class 1【2】，誰都無法保證每一步都完美無缺，必然會引入缺陷【3】而芯片測試的主要目的就是在芯片量產中盡可能找出有缺陷的芯片，保證提供給客戶的芯片滿足客戶對芯片的質量要求。

另外一個重要的測試原因在於產品分級。 芯片測試中的功能測試就是針對這一應用場景。 典型的例子就是CPU廠商，根據測試結果進行產品分類分級。

TIPS  [1] 量產是指芯片可以達到大批量生產的階段。

         [2] Class 1是對靜室的潔凈度分級。是指 塵粒尺寸在0.1微米或更大的情況下，密度不大於35粒每立方英尺。

         [3] 缺陷即Defect。是指芯片生產過程中帶來的錯誤類型。

測試的過程

一個完整的測試流程就如下圖所示。

1. wafer【1】出場后需要進行wafer基本的測試，標記出壞片。

2. 將測試通過的芯片切割並封裝就可以的得到一粒一粒單獨的芯片。

3. 對封裝后的芯片進行再一次的測試，篩選掉封裝后損壞的芯片。

4. 將測試通過的芯片交付客戶。

基於測試對象的不同，如上圖所示，芯片測試分為CP (Chip Probing) 和FT （Final Test）；

Chip Probing又稱Wafer Sort,是基於尚未進行封裝的芯片，就是我們通常所說的wafer。而Final Test則是基於已經封裝好的芯片。

TIPS  [1] Wafer是指晶圓

測試的工具

芯片測試離不開測試機（ATE）。目前最大的兩家ATE供應商是Teradyne和Advantest；常用的SOC測試機台有J750, UltraFlex和V93K等。

除了測試機，針對每一款芯片，我們還需要定制ATE測試相關的測試硬件。對於CP, 通常需要定制Probe Card【1】；對於FT，通常需要定制插座【2】和Loadboard。測試硬件的目的是把測試機的測試通道、電源等測試機硬件資源和芯片的管腳連接，以便於測試機給芯片提供正確的電源和測試激勵，並且獲取芯片的輸出反饋，從而判斷芯片是否能夠正常工作。

TIPS  [1] probe card，探針卡

         [2] socket。用於放置封裝好后芯片的基座

測試的激勵

測試機台的測試激勵通常是高度依賴DFT設計(Design For Test)，完備的DFT設計可以提供高故障覆蓋率的測試激勵，保證測試后的芯片可以達到客戶能夠接受的質量水平，通常以DPM衡量【1】.測試的激勵主要如下圖所示，分為input 段和output 端。

input 端主要負責將0/1表示的激勵文件轉換為合理的波形，加載合理的電壓，通過機台輸給芯片。這些激勵可以是直接的測試內容（如scan激勵）也可以是觸發芯片內部bist的激勵（如MBIST測試激勵）

output端主要將芯片輸出通過設置合理的檢測點，和期待的數值做比較並得出測試結果。

但是隨着芯片復雜度的提高，工藝的尺度不斷減小【2】一些問題或故障很難或無法抽象出相對應的失效模型【3】，這也導致傳統的DFT的測試覆蓋率越來越難以滿足客戶對質量的要求，在這種背景下,SLT(System Level Test)被引入測試流程，簡單的說，SLT就是把芯片放在一個類似於實際系統板中，去運行一些和系統應用相類似的測試程序，通過測試結果判斷芯片是否符合要求。

TIPS  [1] Defects per million parts。 每百萬產品中有缺陷產品的個數

         [2] 這里主要是指摩爾定律的發展

         [3] Fault Model。 故障模型。 是DFT進行其測試的基礎

測試的指標

在芯片測試中有很多重要的指標。

對於測試程序，我們比較關心測試覆蓋率（Test Coverage）和重復性及重現性（R&R：Repeatability and Reproducibility）

對於整個芯片測試成本，測試時間（test time）是關鍵因素；另外測試良率（yield）也是被很多人關心的指標，它和測試時間一起決定了是否能夠保證大量穩定的供貨。

小結

芯片測試是個跨度相當廣泛的領域，它涉及到芯片的設計、制造和測試軟硬件的開發，甚至在某些方面涉及到芯片在系統中的應用場景。它同時也是半導體產業中最重要的環節之一，決定了一款芯片的量產和成本。今天只是簡單的描述了芯片測試相關的知識，以后有時間再詳細的展開