半导体测试基础：数字半导体测试基础与设备概述

半导体测试基础：数字半导体测试基础与设备概述

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2501_90489382/article/details/145431189

在半导体行业中，测试是确保芯片性能与可靠性的核心环节。从晶圆制造到封装成品，每一颗芯片都需要经过严格的参数验证与功能测试。本文基于《数字半导体测试基础》教材的前三章内容，梳理关键知识点，并解析半导体测试的核心流程与设备。

基础知识

1. 基本电学概念

• 电压（V）：两点间的电势差，单位为伏特（V）。
• 电流（I）：电荷的流动，单位为安培（A）。
• 电阻（R）：阻碍电流的能力，单位为欧姆（Ω）。
• 欧姆定律：( V = I \times R )，用于测试中验证电阻值或计算电流/电压限值。

2. 数字逻辑基础

• 逻辑电平：

• TTL：逻辑低（0）≤ 0.8V，逻辑高（1）≥ 2.0V；输出低≤ 0.4V，输出高≥ 2.4V。

• CMOS：逻辑低≈ 1.5V（VDD的30%），逻辑高≈ 3.5V（VDD的70%）。

• 基本逻辑门：

• 非门（Inverter）：输入与输出反相。

• 与门（AND）：全高则高，任意低则低。

• 或门（OR）：任意高则高，全低则低。

• 触发器（D Flip-Flop）：时钟边沿触发，用于存储状态。

3. 测试方法

• 电阻验证：通过强制电压测电流（或强制电流测电压），结合欧姆定律计算阻值。
• 工程记数法：简化大数/小数的表示，如 ( 1 , \text{MΩ} = 10^6 , \text{Ω} )。

半导体与ATE概述

1. 半导体制造流程

• 晶圆（Wafer）：硅基板上制造多颗独立芯片（Die），通过探针卡进行晶圆测试（Wafer Probing）。
• 封装（Package）：合格芯片封装后需进行最终测试（Final Test），验证焊接与温度性能。

2. 自动测试设备（ATE）

• 核心组件：

• PMU（精密测量单元）：高精度电压/电流测量。

• 引脚电子（Pin Electronics）：驱动输入信号并捕获输出响应。

• 向量存储器：存储功能测试所需的输入/输出模式。

• ATE分类：

• 存储器测试机：支持复杂算法生成测试模式（如行走1/0）。

• 模拟/混合信号测试机：高精度电压/电流测量，适用于ADC/DAC。

• 数字测试机：高速时序控制，支持千兆级频率测试。

3. 关键测试硬件

• 负载板（Loadboard）：连接测试机与芯片的接口板，包含信号路由与阻抗匹配。
• 探针卡（Probe Card）：晶圆测试时接触芯片引脚，需高精度定位。
• 分选机（Handler）：自动分拣良品与不良品，支持多温度测试。

测试基础与挑战

1. 测试程序开发

• 目标：验证设计规格（DC参数、功能、AC时序）。
• 测试流程：

1. 开路/短路测试（Opens/Shorts）。
2. 静态参数测试（IDD、输入漏电流）。
3. 功能测试（逻辑正确性）。
4. 动态参数测试（建立/保持时间、传播延迟）。

2. 核心挑战

• 测试成本：ATE设备昂贵，需平衡性能与成本。
• 信号完整性：高频测试需负载板阻抗匹配与时序校准。
• 故障覆盖率：通过DFT（可测试性设计）提升测试效率，如扫描链（Scan Chain）技术。

结语

数字半导体测试是芯片量产中不可或缺的一环，涉及电学基础、设备工程与算法设计的深度融合。随着工艺进步与芯片复杂度提升，测试技术将持续演进，而理解其核心原理与设备架构，是工程师应对挑战的关键。