CP测试实例-芯片测试介绍（三）_测试_芯片

在未进行划片封装的整片Wafer上，通过探针将袒露的芯片与测试机连接，从而进行的芯片测试便是CP测试。

图 1 CP Test在芯片家当代价链上的位置

图 2 Wafer上规则的排列着DIE（来源于网络）

Wafer制作完成之后，由于工艺缘故原由引入的各种制造毛病，分布在Wafer上的裸DIE中会有一定量的残次品。
CP测试的目的便是在封装前将这些残次品找出来（Wafer Sort），从而提高出厂的良品率，缩减后续封测的本钱。

而且常日在芯片封装时，有些管脚会被封装在内部，导致有些功能无法在封装后进行测试，只能在CP中测试。

其余，有些公司还会根据CP测试的结果，根据性能将芯片分为多个级别，将这些产品投放入不同的市场。

SCAN

SCAN用于检测芯片逻辑功能是否精确。
DFT设计时，先利用DesignCompiler插入ScanChain，再利用ATPG（Automatic Test Pattern Generation）自动天生SCAN测试向量。
SCAN测试时，前辈入Scan Shift模式，ATE将pattern加载到寄存器上，再通过Scan Capture模式，将结果捕捉。
再进入下次Shift模式时，将结果输出到ATE进行比较。

图 3 Scan Chain示意图（来源于网络）

Boundary SCAN

Boundary SCAN用于检测芯片管脚功能是否精确。
与SCAN类似，Boundary SCAN通过在IO管脚间插入边界寄存器（Boundary Register），利用JTAG接口来掌握，监测管脚的输入输入出状态。

图 4 Boundary Scan事理图（来源于网络）

存储器

芯片每每集成着各种类型的存储器（例如ROM/RAM/Flash），为了测试存储器读写和存储功能，常日在设计时提前加入BIST（Built-In SelfTest）逻辑，用于存储器自测。
芯片通过分外的管脚配置进入各种BIST功能，完成自测试后BIST模块将测试结果反馈给Tester。

ROM（Read-Only Memory）通过读取数据进行CRC校验来检测存储内容是否精确。

RAM（Random-Access Memory）通过除检测读写和存储功能外，有些测试还覆盖DeepSleep的Retention功能和Margin Write/Read等等。

Embedded Flash除了正常读写和存储功能外，还要测试擦除功能。
Wafer还须要经由Baking烘烤和Stress加压来检测Flash的Retention是否正常。
还有Margin Write/Read、Punch Through测试等等。

DC/AC Test

DC测试包括芯片Signal PIN的Open/Short测试，电源PIN的PowerShort测试，以及检测芯片直流电流和电压参数是否符合设计规格。

AC测试检测芯片互换旗子暗记质量和时序参数是否符合设计规格。

RF Test

对付无线通信芯片，RF的功能和性能至关主要。
CP中对RF测试来检测RF模块逻辑功能是否精确。
FT时还要对RF进行更进一步的性能测试。

其他Function Test

芯片其他功能测试，用于检测芯片其他主要的功能和性能是否符合设计规格。

以上各项展开均有更繁芜更细化的内容，此处不展开谈论，仅作粗略先容。

DFT(Design For Test)，可测试性设计。
如第二节CP测试内容和测试方法所述，芯片测试中用到的很多逻辑功能都须要在前期设计时就准备好，这一部分硬件逻辑便是DFT。

DFT逻辑常日包含SCAN、Boundary SCAN、各种BIST、各种Function Test Mode以及一些Debug Mode。

测试职员须要在芯片设计之初就准备好TestPlan，根据各自芯片的规格参数方案好测试内容和测试方法。

· 芯片常日会准备多少种TestMode功能，通过配置管脚使芯片进入指定的测试状态，从而完成各个类型的测试。

· 对付SCAN和Boundary SCAN，须要插入ScanChain，根据芯片规模、Timing、SCAN覆盖率等参数，DFT工程师须要决定插入ScanChain的是非和数目。
然后利用ATPG自动天生SCAN测试向量，覆盖率决定了测试向量的是非。
为了节约本钱还要对ScanChain进行压缩。
然后再进行功能仿真和SDF仿真，担保功能和Timing知足哀求。
ATPG可输出WGL或STIL格式文件供Tester利用。
细节还有很多，这里不再展开阐述了。

· BIST（Built-In SelfTest）逻辑。
这些自测逻辑完成对ROM/RAM/Flash等功能的测试。

· Function Test Mode。
一些专门的功能测试须要增加硬件逻辑，例如ADC/DAC/时钟等

测试厂和测试机的选择要考虑芯片类型、测试内容、测试规格和本钱等成分。

一套芯片测试设备称为ATE（Automatic Test Equipment），由机台（Tester）、Loadboard、Probe Card、Handler和测试软件等部分组成。
CP测试ATE不须要Loadboard和Handler。

图5，ATE机器

按照侧重的芯片类型和测试内容分，测试机台有很多品牌和产品系列：

例如存储器芯片Advantest T55xx 系列等、数字稠浊旗子暗记或SoC芯片Teradyne J750 系列等，RF射频芯片Credence ASL-3000 系列等。

选择好测试机后，硬件方面须要制作ProbeCard，软件方面须要制作Test Program。

· ProbeCard是探针卡。

ProbeCard包括探针和芯片外围电路。
裸DIE规则的布满全体Wafer，无论哪片Wafer，每颗DIE都有固定的位置，芯片管脚的位置也就固定。
这些位置坐标和间距都信息在芯片投产前已经确定，制作针卡须要这些参数。
探针有钨铜、铍铜或钯等材料，这些探针在强度、导电性、寿命、本钱等方面各有特点。

针卡还须要确定同测数（Site）。
增加同测数可以节约测试机时本钱，但是受限于测试机台资源，同测数有上限，例如32/16/8/4。

图6，ProbeCard照片

· Test Program是测试程序。

测试程序掌握全体机台的测试过程。

不同的测试机有不同的测试软件系统，对应的测试程序也有不同的格式。
常日工程师供应WGL/STIL/VCD等格式的文件，再转换成测试机须要的文件格式，并增加其他测试程序。

Wafer由Foundry出厂转运至测试厂，ATE软硬件就绪后就可以开始进行调试了。

根据TestPlan，Pattern（测试向量）被分作不同的BIN，从而定位测试缺点的位置。
调试时还可以在系统上直接看到一个Pattern中缺点的Cycle位置，工程师根据这些缺点信息进行debug，修正Pattern和测试程序，逐个清理，直到所有BIN都PASS。

同测的多Site全部PASS，Loop多轮后，便可以在整片Wafer上Try Run。
此时工程师还要调试探针力度、清理探针周期等参数，确保整片Wafer上每一次Touchdown都可以测试稳定。

整片Wafer的测试结果常日天生一个WaferMap文件，数据天生一个datalog，例如STD文件。
WaferMap紧张包含良率、测试韶光、各BIN的缺点数和DIE位置，datalog则是详细的测试结果。
工程师通过剖析这些数据，决定是否进入量产。

图7，WaferMap截图

进入量产阶段后，根据大量测试的统计数据，可以进行一些调度以进一步优化测试流程。

· 根据结果将缺点率较高的BIN只管即便排在靠前的位置，测试进行到第一个出错的BIN后就不在连续向下进行，以节省测试韶光，并且防止已创造的缺点导致后续丈量破坏针卡。

· 将缺点率较低的BIN排在靠后的位置，当缺点率极低时，乃至删除该测试，以节省测试韶光。

· 决定是否对出错的DIE进行复测。
由于各种缘故原由，对付出错的DIE，再重新测试一次可能会PASS。
常日复测可以纠正一定比例的缺点，但是要多用一部分测试韶光，以是要综合考虑决定是否复测。

· 常日处于Wafer边缘位置的DIE出错的概率较高，综合考虑，有时可以直接将边缘DIE剔除，不进行测试就标为坏品，以节省测试韶光。

· 还须要关注良率是否稳定，当连续涌现良率较低的情形时，须要停滞测试，进行数据剖析，检讨设备或与Foundry沟通。

量产CP测试的结果须要交给后续封装厂利用。
常日是一个含有分BIN信息的Map文件，封装厂根据Map文件挑选好品封装，剔除坏品，还可以保留客户选择的分外BIN别。

CP测试本钱由前期一次性投入的固定本钱和后期量产的可变成本组成。

固定本钱包含DFT开拓以及面积和功耗、ProbeCard制作和养护，Test Program制作和调试。

· DFT开拓以及面积和功耗

DFT有开拓本钱。
并且DFT硬件逻辑将占用一部分芯片面积（虽然很小），DFT要提高效率，减小面积和功耗。

· ProbeCard制作

ProbeCard有公板和专板两种。
顾名思义，公板是公用板，专板是专用板。
公板是在已有的板子上通过飞线等办法组成芯片外围电路，制作本钱低，制作周期短，适用于对测试规格哀求不高的CP测试。
专板是为自家芯片专门制作的板子，适用于对外围电路哀求高，测试规格精密的芯片，设计和制作本钱高，周期长。

ProbeCard上的探针材料和探针数也影响本钱。
各种材料的探针各有特点，价钱也不同，这里不再展开。
减少探针数量也能降落本钱。

在资源许可的条件下要尽可能的增加同测数，多Site同测可以减少测试韶光本钱。

· Test Program制作和调试

Test Program有开拓本钱。
调试时须要机台，有调试机时本钱。
还须要一片调试Wafer，调试过程中反复Touchdown会导致该片Wafer上的多少DIE无法再进行封装。

可变成本紧张便是量产测试韶光。
量产测试韶光是全体CP测试本钱中的最主要组成。
而且测试前期投入固定本钱后，今后量产的全部本钱险些都在测试韶光本钱上。
直接影响测试韶光的内容紧张有：DFT效率、同侧数、Test Program效率和一些量产策略。

· DFT效率

DFT测试实行的高效直接影响单个DIE的测试韶光。
因此在芯片设计之初，DFT就要考虑到测试效率。
减少测试韶光，提高覆盖率，这对节约本钱至关主要。

提高测试时钟；Scan利用压缩模式；缩减TestMode上电韶光；检讨测试操持，缩减不必要的测试项；检讨测试策略是否合理，优化测试方案等等。
统统DFT设计以提高效率为根本原则，既要高覆盖率，又要缩减韶光。
有时这两者之间的抵牾则须要相互权衡。

· 同侧数

在资源许可的条件下要尽可能的增加同测数，多Site同测可以减少测试韶光本钱。

· Test Program效率

和DFT效率比较，测试程序效率浸染不大，但是合理安排测试程序还是可以缩减测试韶光。
例如在程序中减少不必要的等待韶光；多个测试项并行进行等。

· 一些量产策略

如3.5关于量产一节所述，一些量产的策略可以节约测试韶光。