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集成电路生产的测试技术
集成电路生产的测试技术
【摘 要】测试贯穿在集成电路设计、制造、封装及应用的全过程，被认为是集成电路产业的4个分支(设计、制造、封装与测试)中一个极为重要的组成部分，它已经成为集成电路产业发展中的一个瓶颈。
【关键词】集成电路; 生产; 测试; 技术
集成电路测试贯穿在集成电路设计、芯片生产、封装以及集成电路应用的全过程，因此，测试在集成电路生产成本中占有很大比例。
而在测试过程中，测试向量的生成又是最主要和最复杂的部分，且对测试效率的要求也越来越高，这就要求有性能良好的测试系统和高效的测试算法。
一、数字集成电路测试的基本概念
根据有关数字电路的测试技术，由于系统结构取决于数字逻辑系统结构和数字电路的模型，因此测试输入信号和观察设备必须根据被测试系统来决定。
我们将数字电路的可测性定义如下：对于数字电路系统，如果每一个输出的完备信号都具有逻辑结构唯一的代表性，输出完备信号集合具有逻辑结构覆盖性，则说系统具有可测性。
二、数字集成电路测试的特点
(一)数字电路测试的可控性 系统的可靠性需要每一个完备输入信号，都会有一个完备输出信号相对性。
也就是说，只要给定一个完备信号作为输入，就可以预知系统在此信号激励下的响应。
换句话说，对于可控性数字电路，系统的行为完全可以通过输入进行控制。
从数字逻辑系统的分析理论可以看出，具有可控性的数字电路，由于输入与输出完备信号之间存在一一映射关系，因此可以根据完备信号的对应关系得到相应的逻辑。
(二)数字电路测试的可测性 数字电路的设计，是要实现相应数字逻辑系统的逻辑行为功能，为了证明数字电路的逻辑要求，就必须对数字电路进行相应的测试，通过测试结果来证明设计结果的正确性。
如果一个系统在设计上属于优秀，从理论上完成了对应数字逻辑系统的实现，但却无法用实验结果证明证实，则这个设计是失败的。
因此，测试对于系统设计来说是十分重要的。
从另一个角度来说，测试就是指数字系统的状态和逻辑行为能否被观察到，同时，所有的测试结果必须能与数字电路的逻辑结构相对应。
也就是说，测试的结果必须具有逻辑结构代表性和逻辑结构覆盖性。
三、数字电路测验的作用
与其它任何产品一样，数字电路产出来以后要进行测试，以便确认数字电路是否满足要求。
数字电路测试至少有以下三个方面的作用：
(一)设计验证 今天数字电路的规模已经很大，无论是从经济的角度，还是从时间的角度，都不允许我们在一个芯片制造出来之后，才用现场试验的方法对这个“样机”进行测试，而必须是在计算机上用测试的方法对设计进行验证，这样既省钱，又省力。
(二)产品检验 数字电路生产中的每一个环节都可能出现错误，最终导致数字电路不合格。
因此，在数字电路生产的全过程中均需要测试。
产品只有经过严格的测试后才能出厂。
组装厂家对于买进来的各种数字电路或其它元件，在它们被装入系统之前也经常进行测试。
(三)运行维护 为了保证运行中的系统能可靠地工作，必须定期或不定期地进行维护。
而维护之前首先要进行测试，看看是否存在故障。
如果系统存在故障，则还需要进行故障定位，至少需要知道故障出现在那一块电路板上，以便进行维修或更换。
由此可以看出，数字电路测试贯穿在数字电路设计、制造及应用的全过程，被认为是数字电路产业中一个重要的组成部分。
有人预计，到2016年，IC测试所需的费用将在设计、制造、封装和测试总费用中占80%-90%的比例。
四、数字电路测试方法概述
(一)验证测试 当一款新的芯片第一次被设计并生产出来时，首先要接受验证测试。
在这一阶段，将会进行全面的功能测试和交流(AC)及直流(DC)参数测试。
通过验证测试，可以诊断和修改设计错误，测量出芯片的各种电气参数，并开发出将在生产中使用的测试流程。
(二)生产测试 当数字电路的设计方案通过了验证测试，进入量产阶段之后，将利用前一阶段调试好的流程进行生产测试。
生产测试的目的就是要明确地做出被测数字电路是否通过测试的决定。
因为每块数字电路都要进行生产测试，所以降低测试成本是这一阶段的首要问题。
因此，生产测试所使用的测试输入数(测试集)要尽可能的小，同时还必须有足够高的故障覆盖率。
(三)老化测试 每一块通过了生产测试的数字电路并不完全相同，其中有一些可能还有这样或那样的问题，只是我们暂时还没有发现，最典型的情况就是同一型号数字电路的使用寿命大不相同。
老化测试为了保证产品的可靠性，通过调高供电电压、延长测试时间、提高运行环境温度等方式，将不合格的数字电路筛选出来。
(四)接受测试 当数字电路送到用户手中后，用户将进行再一次的测试。
如系统集成商在组装系统之前，会对买回来的数字电路和其它各个部件进行测试。
只有确认无误后，才能把它们装入系统。
五、数字电路测试的设计
统计数据表明，检测一个故障并排除它，所需要的代价若以芯片级为1的话，则电路板级为10，系统级为102，使用现场级为103。
随着集成电路技术的快速发展，对集成电路的测试变得越来越困难。
虽然对测试理论和方法的研究一直没有间断或停止，但还是远远不能满足集成电路发展的需求。
过去先由设计人员根据功能、速度和电性能要求来设计电路，然后再由测试人员根据已设计好的电路制定测试方案，这种传统的做法已经不能适应实际生产的需求。
集成电路设计不仅要满足功能、速度和电性能等方面的要求，而且还要使得设计出来的集成电路容易测试，即要设法降低测试的难度。
当集成电路被封装后，电路中的节点都是无法接触的。
这些点上的故障是否可以测试以及测试的难易程度，决定于电路的原始输入是否可以控制这些点的逻辑值以及这些点的逻辑值能否容易地通过电路内部到达电路原始输出以便于观察。
要提高电路的可测试性，首先要有办法来度量电路的可测试性，即要求对可控制性和可观察性进行量化，而且要求计算简单。
这样，在电路的设计过程中不断估计电路的可测试性，并在必要时及时修改电路设计，最终使电路变得容易测试。
有很多度量和计算可控制性和可观察性的方法。
DFT技术可以分为两个大类：一类是专项设计，它是在按功能要求设计好电路之后，再采取一些简单易行的措施，针对电路中某些具体的节点，提高它们的可控制性、可观察性;另一类是结构设计，它根据可测试性设计的一般规则和基本模式来进行电路的功能设计，在完成功能设计的同时，提高了电路内部节点的可控制性和可观察性。
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