革新科技提供的集成电路测试实验室方案主要配置集成电路测试基础技术平台以及集成电路测试验证平台。
一、集成电路测试市场的国内趋势
中国半导体测试大致经历三个阶段:
第一阶段:从1990年—2014年的半导体测试1.0时代。这个时间段中国半导体以原始积累为主,技术来源为外部引进,集成电路产业链尤以注重人力成本的封测发展最快。
第二阶段:2015年—2020年的半导体测试2.0时代。这个时间段半导体产业发展以资本驱动为特征,体现为在《国家集成电路产业发展推进纲要》和国家集成电路产业投资基金的推动下,半导体产业链加速向中国大陆转移,尤其以制造业发展最快,并拉动全行业发展,测试就包含在制造体系中。
第三阶段:2021年—2030年的半导体测试3.0时代。中国将成为半导体产业强国,产业驱动模式从半导体1.0的人力成本驱动,2.0的资本驱动走向3.0的技术驱动,设计与设备等技术壁垒较高的行业迎来快速发展,配套集成电路的测试测试也迎来快速发展的机会。
二、集成电路测试的人才市场需求
国内集成电路产业人才短缺之苦久矣。截至2021年年度,我国直接从事集成电路产业的人员规模在68.23万人左右。按照此前中国电子信息产业发展研究院和工信部软件与集成电路促进中心的预计,到2024年前后我国集成电路产业人才需求规模约为98万人,集成电路当前人才缺口在30万人以上。
具体到各个细分产业链环节,又有各自不同程度的“痛”。其中,集成电路测试人才就是典型的一项。过去20多年来,全球或者国内领先的半导体自动化测试设备供应商在中国的本土化测试服务实践中,除了积极为集成电路产业工厂服务之外,都更希望在人才培养方面与高校开展有效的合作,为中国的集成电路产业,尤其是自动测试行业人才培养提供助力,以保证测试人才的供给。
测试人才需要哪些综合素质?
随着摩尔定律接近极限,依靠新材料、新封装工艺、新架构等各个细分环节的极致创新成为半导体产业持续取得竞争优势的关键。这也注定集成电路是从业者的“长征路”,高度细分且极长的产业链甚至让每一个细分领域都“隔行如隔山”。
在整个半导体产业链里面,测试环节属于一种相对比较传统和稳健的行业,是这个行业质量保证的环节,它极为重要不可或缺,对从业人员有着极为严格和全面的要求,预计国内每年的集成电路测试工程师和技术人员需要5万名左右。
三、集成电路测试的国内先进企业
国内半导体封装测试龙头企业有:长电科技股份有限公司(中国内地最大、全球第三大半导体封装测试企业),苏州固锝电子股份有限公司、宁波康强电子股份有限公司、通富微电子股份有限公司、华天科技股份有限公司、上海新朋股份股份有限公司、比亚迪电子(国际)有限公司、湖北台基半导体股份有限公司等。
四、集成电路测试的定义
集成电路测试是对集成电路或模块进行检测,通过测量对于集成电路的输出响应和预期输出比较,以确定或评估集成电路元器件功能和性能的过程,是验证设计、监控生产、保证质量、分析实效以及指导应用的重要手段。
五、集成电路测试的基本模型
测试系统的基本任务:将测试输入应用于被测器件,并分析其输出的正确性。 测试过程:测试系统生成输入定时波形信号施加到被测器件的原始输入管脚,然后从被测器件的原始输出管脚采样输出响应,最后经过分析处理得到测试结果。
输入x - 被测电路DUT f(x) - 输出响应y
六、集成电路的故障与测试
(一)集成电路的不正常状态
1、缺陷(defect)
VLSI芯片的一些典型缺陷有:
工艺缺陷——缺少接触窗口、寄生晶体管、氧化层崩溃等。
材料缺陷——大面积缺陷(裂纹、晶体不完整)、表面杂质等。
寿命缺陷——电介质崩溃、电迁移等。
封装缺陷——触点退化、密封泄露等。
2、故障(fault)
集成电路的缺陷导致它的功能发生变化。
3、失效(failure)
集成电路丧失了实施其特定规范要求的功能。
(二)故障和缺陷区别
1、缺陷会引发故障,故障是表象,相对稳定,并易于测试;
2、缺陷相对隐蔽和微观,缺陷的查找与定位较难;
3、集成电路使用者一般不直接研究缺陷,仅研究故障;
4、集成电路的开发和生产者肯定不能满足只研究故障,还需要找到具体的缺陷(设计、物理或化学等),予以改进,排除故障。
(三)故障的分类
1、根据故障性质:
(1)逻辑故障
元件输出短路、输入端开路、元件损坏以及竞态故障。
(2)非逻辑故障
同步时序电路中的时钟故障和电源的失效。
2、根据故障的时间间隔
(1)永久性故障
(2)间歇性故障
3、根据故障产生的错误逻辑值
(1)固定值故障
(2)可变值故障
4、根据模拟系统的故障概念
(1)硬故障:永久性的损坏故障
(2)软故障 :器件参数的变化。
(四)故障检测的基本任
根据输入激励量和输出响应量来判断集成电路状态的故障情况。
(五)故障检测和故障诊断的首要问题
1、测试图形的生成
2、测试生成过程要能迅速准确地得到测试码,并且能判断测试码的有效性,还要保证测试码尽量简单,必须讨论测试码与测试图形的各种生成方法和集成电路的各类故障模型。
七、集成电路测试的过程
1、测试设备
考虑被测器件的技术指标和规范 、费用、可靠性、服务能力、软件编程难易程度等。
2、测试接口
合理地选择测试插座(Socket)和设计制作测试负载板(Loadboard) 。
3、测试程序
(1)测试程序软件包含着控制测试设备的指令序列,如上电、向输入引脚施加时钟和向量、检测输出引脚、将输出信号与预先存储好的预期响应进行比较等 。
(2)测试程序的编制要考虑因素:(a)器件的类型(b)物理特性(c)工艺(d)功能、参数环境特性(e)可靠性
4、数据分析
(1)有助于判断被测器件是否合格;
(2)可以提供制造过程的有用信息;
(3)可以提供有关设计方案薄弱环节的信息。
5、测试工程师主要任务
根据被测器件的产品规范要求,利用ATE的软硬件资源对DUT施加激励信号、收集响应信号,最后将输出响应信号与预期要得到的信号进行对比,得出DUT功能和电参数的详细电性能测试报告。
八、集成电路测试的分类
(一)按测试目的分类
1、验证测试(特性测试)
(1)功能测试和全面的AC/DC测试。这类测试在器件进入量产之前进行,目的是验证设计的正确性,并且器件要满足所有的需求规范 。
(2)验证测试作用
(a)对设计进行修正
(b)可确定器件工作的确切边界参数以制定最终的器件数据手册
(c)为生产测试开发出合适的测试程序
2、生产测试
(1)包括晶片测试(中间测试)和封装芯片测试(即成品测试和老化测试)。
(2)考虑到成本,测试时间(测试费用)必须最小 。
(3)老化:高温能够加速暴露器件的潜在失效。两种类型的失效可以通过老化暴露出来:先天缺陷和异常故障。
(4)生产测试结果和器件好坏分四种组合:
(a)实际好-测试好:表示产量或良率;
(b)实际好-测试坏:表示产量损失,需要改进测试方法或通过产品分级继续使用,以减少这类损失;
(c)实际坏-测试好:表示“漏网”的坏芯片,用每百万芯片失效数DPM(Defects Per Million)度量。提高测试的故障覆盖率可降低DPM;
(d)实际坏-测试坏:真正的产量损失。
3、验收测试(成品检测)
(1)目标就是避免将有缺陷的器件放入系统中,否则诊断成本会远远超过成品检测的成本。
(2)成品检测进行随机抽样,对样品做入厂测试。
4、使用测试
(1)系统RMS(Reliability ,Maintainability,Serviceability)技术的需要。
(2)使用测试是在器件使用期间进行的测试,包括对器件进行各类可靠性试验后的评价测试,系统使用过程出现故障进行故障芯片检测和定位所进行的测试等。
(二)按测试内容分类
1、参数测试
DC测试、AC测试、IDDQ测试等
2、功能测试(行为测试)
数字电路包括功能测试、门级结构测试、延迟测试;模拟电路基于器件规范的测试。
3、结构测试(以故障模型为核心)
(三)按测试器件分类
1、数字电路测试
2、模拟电路测试
3、混合信号电路测试
4、存储器测试
5、SOC测试
九、集成电路测试的意义与作用
(一)集成电路测试的作用
1、检测: 确定被测器件DUT是否具有或者不具有某些故障;
2、诊断:识别表现于DUT的特性故障;
3、器件特性的描述:确定和校正设计和/或者测试中的错误;
4、失效模式分析(FMA) :确定引起DUT缺陷制造中的错误。
(二)测试框架结构
1、工艺监控测试
在研制开发过程中,为了验证逻辑设计、电路设计、版图设计和工艺设计是否正确,是否达到要求,需要多次改变条件,反复测试。
2、圆片测试
在生产阶段,管芯制成后和封装后都要进行电性能和参数测试,包括性能鉴定、可靠性试验和失效分析等测试。
作用:对产品进行挑选和分级。
3、用户测试
测试的费用往往会随器件级、板级、系统级和现场故障寻迹维修测试,按每级10倍的递增量而逐级递增,遵循十倍法则。
十、集成电路测试实验室配置方案
1、配置推荐
集成电路测试基础技术平台ICE3000 10套
集成电路测试验证平台ICE5000 2套
2、参数表
集成电路测试基础技术平台 ICE3000
一、设备功能
1、可以完成典型集成电路的测试实验实训,包括ADC、DAC、PA、数字逻辑IC以及晶体管等;
2、包含逻辑分析仪功能,34路数字通道,支持SPI/并行信号分析;
3、包含示波器功能,2通道,100MHz带宽,1GS/s采样率;
4、支持任意波形发生器功能,频率20MHz;
5、支持数字万用表功能,分辨率5½,最大电压300V;
6、支持编程直流电源功能,电压范围6V/±25V,最大电流1A;
7、支持8通道双向数字通道功能,TTL逻辑电平;
8、包括两个通用PCI DUT接口,并开放PCI接口定义,1个开放面包板,提供DUT,被测参数包括INL、DNL、LSB、Offset Error、SNR、THD、SINAD等;
9、支持Wifi、USB连接,支持LabVIEW、C和Python多工具链编程开发;
10、包含《集成电路测试基础》实验指导书,实验内容包含测试软件基础使用、测试平台应用基础、LED测试、ADC动静态参数测试、DAC动静态参数测试、运算放大器参数测试、晶体管参数测试、功能电路参数测试及74系列数字芯片测试及用户自定义实验并提供实验程序。
二、基本配置
1、测试平台:1台;
2、测试板:ADC、DAC、PA、晶体管等各1块,共4块;
3、测试探头:2个;
4、测量表笔:1套;
5、IO线缆:1套;
6、USB连接线:1根;
7、WiFi天线:1根;
8、电源线:1根
集成电路测试验证平台ICE5000
一、功能及特点
1、系统提供高性能模块化仪器和其他具有专用同步和主要软件功能的I/O,适用于各种集成电路验证应用;
2、可以完成集成电路相关的验证测试工作,培养学生集成电路验证测试技能;
3、相比传统ATE设备的封闭结构,平台采用开放模块化架构,具有极强的扩展性;
4、相比传统ATE,平台非常低的成本提供了最佳测试覆盖率。
二、配置及参数
1、测试平台机箱1个;
2、测试平台控制器1套;
3、测试平台模块化仪器板卡3块;
4、测试平台附件(接线盒、线缆等)1批。