芯片测试学习笔记

1. 测试类型

按照测试目的可分为以下3种测试类型：

• 功能测试（芯片对不对）

数字功能：数字电路是否设计正确，如UART收发数据；

模拟功能：模拟电路是否设计正确，如ADC、DAC。

• 性能测试（芯片好不好）

数字性能：如读写速度 模拟性能：如ADC精度、信噪比。

• 可靠性测试（芯片牢不牢）

对芯片施加各种苛刻环境，比如 ESD 静电，模拟人体或者模拟工业环境给芯片加瞬间大电压。

芯片工作寿命试验、老化试验(Operating Life Test)，利用温度、电压加速方式，在短时间试验内，预估芯片在长时间可工作下的寿命时间(生命周期预估)。

HTOL(High Temperature Operating Life)：评估可使用期的寿命时间，一般需要测试1000小时，属于抽样测试。

2. 测试方式

根据测试阶段可分为以下4种测试方式：

筛掉芯片晶圆中的故障芯片，可以减少封装和测试的成本。可以更直接知道Wafer的良率。

Chip Probing用探针来扎 Wafer 上的芯片，把各类信号输入进芯片，把芯片输出响应抓取并进行比较和计算。

目的是确保整片wafer中的每一个Die都能基本满足器件的特征或者设计规格书，通常包括电压、电流、时序和功能的验证，可以用来检测fab厂制造的工艺水平。

常用到的设备有测试机(IC Tester)、探针台(Prober)以及测试机与探针卡之间的接口(Mechanical Interface)

通常是芯片出货前的最后一道测试。FT测试属于芯片级测试，是通过测试板(Loadboard)和测试插座(Socket)使自动化测试设备(ATE)到封装后的芯片之间建立电气连接。

FT测试的目的是筛选出满足设计规格的产品卖给客户。

有一些对封装不敏感的测试项，可以放在CP测，FT不测；有一些跟封装关系特别密切的测试项，我们就可以放在FT测，CP不测。

芯片测试(CP和FT)是一个整体，需要综合考量，找到较好的测试方案。

生产时，一般非车规只做常高温，不做低温，成本太高，需要准备的设备冷冻和防水，而且占用更多的机时，因为要提前几个小时降到-40°低温。

SLT系统级测试，常常作为FT测试的补充而存在，在一个系统环境下进行测试，把芯片放到它正常工作的环境中运行功能来检测其好坏，缺点是只能覆盖一部分的功能，覆盖率较低,所以一般是FT的补充手段。

SLT测试属于定制化测试，软件部分灵活度比较高，不需要基于自动化测试平台开发，完全由工程师自主开发。

测试内容通常包括芯片应用场景测试、高速接口测试以及DDR内存相关的测试等。

与FT测试相同，Handler会根据测试结果对芯片进行物理分Bin（像Intel酷睿i3/i5/i7应该是根据SLT来进行分不同的Bin，适配不同消费者价格需求）

3. PVT(Process，Voltage，Temperature)

芯片制造是一个物理过程，存在着工艺偏差（包括掺杂浓度、扩散深度、刻蚀程度等），导致不同批次之间，同一批次不同晶圆之间，同一晶圆不同芯片之间情况都是不相同的。 

在一片wafer上，不可能每个区域的载流子平均漂移速度都是一样的，随着电压、温度变化，它们的特性也会有所不同，将其分类就有了PVT。

3.1 工艺角（Process Corner）

Process又分为不同的corner：

• TT：Typical N Typical P

• FF：Fast N Fast P

• SS：Slow N Slow P

• FS：Fast N Slow P

• SF：Slow N Fast P

第一个字母代表NMOS，第二个字母代表PMOS，Slow/Fast 指MOS管开关速度的快慢，都是针对不同浓度的N型和P型掺杂来说的。

NMOS和PMOS在工艺上是独立做出来的，彼此之间不会影响，但是对于电路，NMOS和PMOS是同时工作的，会出现NMOS快的同时PMOS也快，或者慢，所以会出现FF、SS、FS、SF四种情况。

通过Process注入的调整，模拟器件速度快慢，同时根据偏差大小设定不同等级的FF和SS，如 2FF 表示往快的方向偏2个Sigma，3SS 表示往慢点方向偏3个Sigma。

正常情况下大部分是TT，而以上5种corner在+/-3sigma可以覆盖约99.73%的范围，这种随机性的发生符合正态分布。

3.2 6-Sigma

正态分布（Normal Distribution），是统计学上面最常见的分布。相对独立的事件在样本量增加的情况下，最终会趋于正态分布。

芯片生产也是一样，在产线进行生产的过程中，必然会产生偏差。这也是产生FF/SS 的corner片的原因。我们通常称超过±2sigma的芯片为Corner片，从概率上讲会有4~5%。

如果单纯是为了做一些样品出来，只进行工程片流片，那可以不验证coner，但如果为了后续量产准备，是必须要考虑corner的。

由于工艺在制作过程中会有偏差，而corner是对产线正常波动的预估，FAB也会对量产芯片的corner验证有所要求。

所以在设计阶段就要满足corner，在各种corner和极限温度条件下对电路进行仿真，使其在各种corner上都能正常工作，才能使最终生产出的芯片良率高。

如果我们在设计和测试不关心Corner片的话，那么我们将会有5%甚至以上的fail片被产线筛除。提高良率就是在节约成本，尽可能让这部分"fail片"也能通过Criteria。

4. Chroma机台

Chroma 3380 是VLSI测试机台，管脚Pin数多，向量（pattern）存储深度大。主要用于量产FT。

机台可以看做是很多电压表、电流表、频率计、信号发生器、信号采集器，时序发生器等等诸多仪表的集合。

不同的厂家，通过定制LoadBoard，将自家的芯片的每个管脚按照要求连接到测试机台的对应的仪表资源上去。后续通过时序发生器，产生对芯片操作的波形实现对芯片的控制，同时控制不同的仪表资源实现测试。对于复用的管脚，使用继电器进行切换就可以了。

机台支持数字模块和模拟模块的测试，通常是通过pattern的形式。所谓的pattern，是机台对芯片操作的的波形的描述。

对于模拟模块，更多的是进行寄存器配置，之后操作仪表进行测试。因此。机台可以通过产生读写寄存器的波形实现对芯片的操作，寄存器的读写等。

开发机台程序选项：

1. 财大气粗，直接买一台放实验室；(产品线多划算，可以多个项目并行开发使用)
2. Chroma提供租赁服务，可以在Chroma分公司实验室和它们的工程师一起开发；
3. 在封测厂租一台，因为延误封测厂的正常生产，所以按机时收费，一般200元+/每小时，这也是成本较高不划算。