第一章.认识半导体和测试设备（1）本早节包括以下内谷，晶圆（Wafers）、晶片（Dice）和圭寸装（Packages自动测试设备（ATE）的总体认识模拟、数字和存储器测试等系统的介绍负载板（LoadboardS、探测机（ProberS、机械手（Handlers）和温 度控制单元（Temperature units一、晶圆、晶片和封装1947年，第一只晶体管的诞生标志着半导体工业的开始，从那时起，半导体生产和制造技术变得越来越重要。以前许多单个的晶体管现在可以互联加工成一种复杂的集成 的电路形式，这就是半导体工业目前正在制造的称之为”超大规模”（VLSI, Very Large ScaleIn tegration ）的集成电路，通常包含上百万甚至上千万门晶体管。半导体电路最初是以晶圆形式制造出来的。晶圆是一个圆形的硅片，在这个半导体的基础之上，建立了许多独立的单个的电路； 一片晶圆上这种单个的电路被称为 die （我 前面翻译成”晶片”，不一定准确，大家还是称之为 die好了），它的复数形式是 dice.每个 die都是一个完整的电路，和其他的 dice没有电路上的联系。一个晶圆在其顶端通常有一个平 的缺口，这是为了在主产和测试 过程中确保方向4坏的蚯已被墨点标示心晶圆上通常含有与制造无关的、 所有晶圆都一样的工艺监测 dice,用未在制造过程中验证工艺 参数是否正确。图L-片经过测试和墨点标示的晶圆当制造过程完成，每个die都必须经过测试。测试一片晶圆称为Circuitprob ing（即我们常说的 CP测试）、Wafer porbing或者Die sort。在这个过程中，每个die都被测试以确保它能基本满足器件的特征或设计规格书（ Specification ），通常包 括电压、电流、时序和功能的验证。如果某个die不符合规格书，那么它会被测试过程判为失效（fail ），通常会用墨点将其标示出来（当然现在也可以通过Maping图来区分）。在所有的die都被探测（Probed ）之后，晶圆被切割成独立的dice，这就是常说的晶圆锯解，所有被标示为失效的die都报废（扔掉）。图2显示的是一个从晶圆上锯解下来没有被标黑点的die，它即将被封装成我们通常看到的芯片形式。图N从晶園上锯解下未的单个的血四周的明亮的矩形是BondPads,是测试日対荣针扎的地方，在封埶程中*连揍线皿（iWire连接它 和封装外的引脚（Pins）. 4针痕（Prob亡 Marks）： 注賣每个結点上的小黒点， 这是针痕。结点通常是软质 的铝,在探针和结点产生电 气连接时，会留下针痕；针 痕可被Probe操作员用于 判断是否所有的结点都与 探针接触口 a注：本标题系列连载内容及图片均出自The Fun dame ntals Of Digital Semico nductorTesti ng圏3.通过测述的D址被封装成成品0第一章.认识半导体和测试设备（2）在一个Die封装之后，需要经过生产流程中的再次测试。这次测试称为“Final test” （即我们常说的FT测试）或“ Package test。在电路的特性要求界限方面，FT测试通常执行比CP测试更为严格的标准。芯片也许会在多组温度条件下进行多次测试以确保那些对温度敏感的特征参数。商业用途（民品）芯片通常会经过OC、25C和75C条件下的测试，而军事用途（军品）芯片则需要经过-55 C、25C和125C本圈显示一牛D1日討慕戒陶瓷 I取列直插（CERDIP）形式.D応被装在中间，这个12域叫 :做晶片腔（Die cavity）#仔细看可以看到连接结点和 封装引脚的连接线。边上的金属盖用来最后封闭 封装中的Die图4一一些封装形式#芯片可以封装成不同的封装形式，图 4显示了其中的一些样例。一些常用的封装形式如下表:DIP :Dual In li ne Package (dual in dicates the package has pins on two sides)双列直插式CerDIP : Ceramic Dual Inline Package 陶瓷PDIP :Plastic Dual Inline Package 塑料PGA :Pin Grid Array 管脚阵列BGA :Ball Grid Array 球栅阵列SOP:Small Outline Package 小型外壳TSOP:Thin Small Outli ne PackageTSSOP: Thin Shrink Small Outline Package (this one is really getting small!)SIP：Si ngle In li ne Package 单列直插SIMM : Si ngle In li ne Memory Modules (like the memory in side of a computer)QFP:Quad Flat Pack (quad in dicates the package has pins on four sides)TQFP:Thi n versio n of the QFPMQFP :Metric Quad Flat PackMCM :Multi Chip Modules (packages with more tha n 1 die (formerly called hybrids)第一章认识半导体和测试设备（3）图）带有两个测试头的数字电路测试系统.二、自动测试设备随着集成电路复杂度的提高，其测试的复杂度也随之水涨船高，一些器件的测试成本甚 至占到了芯片成本的大部分。大规模集成电路会要求几百次的电压、电流和时序的测试，以及 百万次的功能测试步骤以保证器件的完全正确。要实现如此复杂的测试，靠手工是无法完成的， 因此要用到自动测试设备（ ATE，Automated Test Equipment）。ATE是一种由高性能计算机控制的测试仪器的集合体，是由测试仪和计算机组合而成的测 试系统，计算机通过运行测试程序的指令来控制测试硬件。测试系统最基本的要求是可以快速 且可靠地重复一致的测试结果，即速度、可靠性和稳定性。为保持正确性和一致性，测试系统 需要进行定期校验，用以保证信号源和测量单元的精度。当一个测试系统用来验证一片晶圆上的某个独立的Die的正确与否，需要用ProbeCard来实现测试系统和Die之间物理的和电气的连接， 而ProbeCard和测试系统内部的测试仪之间的连接 则通过一种叫做“ Load board或“ Performanee board的接口电路板来实现。在 CP测试中， Performanee board和Probe card 一起使用构成回路使电信号得以在测试系统和Die之间传输。当 Die 封装出来后， 它们还要经过 FT 测试， 这种封装后的测试需要手工将一个个这些独立 的电路放入负载板(Load board)上的插座(Socket)里，这叫手工测试(hand test)。一种快 速进行 FT 测试的方法是使用自动化的机械手( Handler) ，机械手上有一种接触装置实现封装 引脚到负载板的连接，这可以在测试机和封装内的 Die 之间提供完整的电路。机械手可以快速 的抓起待测的芯片放入测试点(插座)，然后拿走测试过的芯片并根据测试pass/fail 的结果放入事先定义好的相应的 Bin 区。三、半导体技术有一系列的方法被用来生产和制造数字半导体电路，这些方法称为半导体技术或工艺，常用的技术或工艺包括： TTL (Transistor-Transistor Logic a.k.a. bipolar logic), ECL (Emitter Coupled Logic), SOS (Silicon on Sapphire), and CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor) 。不管什 么技术或工艺，出来的产品都要经过测试，这里我们关注数字 TTL 和 CMOS 电路。第一章 .认识半导体和测试设备 (4)四、数字和模拟电路过去，在模拟和数字电路设计之间，有着显著的不同。数字电路控制电子信号，表现为逻 辑电平“ 0和“ 1，它们被分别定义成一种特殊的电压分量，所有有效的数字电路数据都用 它们来表示，每一个“ 0”或“ 1表示数据的一个比特(bit)位，任何数值都可以由按照一定 顺序排列的“ 0“1比特位组成的二进制数据来表示，数值越大，需要的比特位越多。每8个比特一组构成一个 Byte，数字电路中的数据经常以 Byte为单位进行处理。不同于数字信号的“ 0”“1”界限分明(离散)，模拟电路时连续的在任何两个信号 电平之间有着无穷的数值。模拟电路可以使用电压或电流来表示数值，我们常见的也是最常用 的模拟电路实例就是运算放大器，简称运放。为帮助理解模拟和数字电路数值的基本差别，我们可以拿时钟来比方。“模拟”时钟上的 指针连续地移动，因此所有的任一时间值可以被观察者直接读出，但是所得数值的准确度或者 说精度取决于观察者认知的程度。而在“数字”时钟上，只有最小增量以上的值才能被显示，而比最小增量小的值则无法显 示。如果有更高的精度需求，则需要增加数据位，每个新增的数据位表示最小的时间增量。有的电路里既有数字部分也有模拟部分，如AD转换器（ADC ）将模拟信号转换成数字信号，DA转换器（DAC ）则相反，我们称之为“混合信号电路” （Mixed Signal Devices ）。另一种描述这种混合电路的方法则基于数字部分和模拟部分占到电路的多少：数字部分占大部分而 模拟部分所占比例较少归于数字电路，反之则归于模拟电路 第一章认识半导体和测试设备（5）五、测试系统的种类一般认为测试系统都是通用的，其实大部分测试系统的设计都是面向专门类型的集成电路, 这些专门的电路包括：存储器、数字电路、模拟电路和混合信号电路；每种类型下还可以细分 成更多种类，我们这里只考虑这四种类型。5.1存储器件类图Teradyne公司的一种存储器测试悦我们一般认为存储器是数字的，而且很多DC测试参数对于存储类和非存储类的数字器件是通用的，虽然如此，存储器的测试还是用到了一些独特的功能测试过程。带内存的自动测试系统使用一种算法模式生成器（ APG，algorithmic pattern generator）去生成功能测试模型，使o.昏I汗遙 ;图7.LTX公司餉一种摸拟器件测试机得从硬件上生成复杂的功能测试序列成为可能，这样我们就不用把它们当作测试向量来保存。存储器测试的一些典型模型包括：棋盘法、反棋盘法、走0、走1、蝶形法，等等 APG在器件的每次测试时生成测试模型，而不带内存的测试系统将预先生成的模型保存到向量存储区,然后每次测试时从中取出数据。存储器测试通常需要很长的测试时间去运行所要求的测试模型,为了减少测试成本，测试仪