路),而我们没有设定电流钳制,则通过它的电流会一直加大,直到相关的电路如探针、ProbeCard、相邻DUT甚至测试仪的通道全部烧毁。
图2-3显示PMU驱动5.0V电压施加到250ohm负载的情况,在实际的测试中,DUT是阻抗性负载,从欧姆定律I=U/R我们知道,其上将会通过20mA的电流。器件的规格书可能定义可接受的最大电流为25mA,这就意味着我们程序中此电流上限边界将会被设置为25mA, 而钳制电流可以设置为30mA。
如果某一有缺陷的器件的阻抗性负载只有10ohm的话,在没有设定电流钳制的情况下,通过的电流将达到500mA,这么大的电流已经足以对测试系统、硬件接口及器件本身造成损害;而如果电流钳制设定在30mA,则电流会被钳制电路限定在安全的范围内,不会超过30mA。
电流钳制边界(Clamp)必须大于测试边界(Limit)上限,这样当遇到缺陷器件才能出现fail;否则程序中会提示“边界电流过大”,测试中也不会出现fail了。
图2-4.电压钳制电路模拟图
当PMU用于输出电流时,测试期间则相应地需要进行电压钳制。电压钳制和电流钳制在原理上大同小异,这里就不再赘述了。
五、管脚电路
管脚电路(The Pin Electronics,也叫PinCard、PE、PEC或I/O Card)是测试系统资源部和待测期间之间的接口,它给待测器件提供输入信号并接收待测器件的输出信号。 每个测试系统都有自己独特的设计但是通常其PE电路都会包括: ? 提供输入信号的驱动电路
? 驱动转换及电流负载的输入输出切换开关电路 ? 检验输出电平的电压比较电路 ? 与PMU的连接电路(点) ? 可编程的电流负载 还可能包括:
? 用于高速电流测试的附加电路 ? Per pin 的PMU结构
尽管有着不同的变种,但PE的基本架构还是一脉相承的,图2-5显示了数字测试系统的数字测试通道的典型PE卡的电路结构。
图2-5.典型的Pin Electronics
1. 驱动单元(The Driver)
驱动电路从测试系统的其他相应环节获取格式化的信号,称为FDATA,当FDATA通过驱动电路,从参考电压源(RVS)获取的VIL/VIH参考电平被施加到格式化的数据上。
如果FDATA命令驱动单元去驱动逻辑0,则驱动单元会驱动VIL参考电压;VIL(Voltage In Low)指施加到DUT的input管脚仍能被DUT内部电路识别为逻辑0的最高保证电压。 如果FDATA命令驱动单元去驱动逻辑1,则驱动单元会驱动VIH参考电压;VIH(Voltage In High)指施加到DUT的input管脚仍能被DUT内部电路识别为逻辑1的最低保证电压。
F1场效应管用于隔离驱动电路和待测器件,在进行输入-输出切换时充当快速开关角色。当测试通道被程序定义为输入(Input),场效应管F1导通,开关(通常是继电器)K1闭合,使信号由驱动单元(Driver)输送至DUT;当测试通道被程序定义为输出(Output)或不关心状态(don’t care),F1截止,K1断开,则驱动单元上的信号无法传送到DUT上。F1只可能处于其中的一种状态,这样就保证了驱动单元和待测器件同时向同一个测试通道送出电压信号的I/O冲突状态不会出现。
2. 电流负载单元(Current Load)
电流负载(也叫动态负载)在功能测试时连接到待测器件的输出端充当负载的角色,由程序控制,提供从测试系统到待测器件的正向电流或从待测器件到测试系统的负向电流。 电流负载提供IOH(Current Output High)和IOL(Current Output Low)。IOH指当待测器件输出逻辑1时其输出管脚必须提供的电流总和;IOL则相反,指当待测器件输出逻辑0时其输出管脚必须接纳的电流总和。
当测试程序设定了IOH和IOL,VREF电压就设置了它们的转换点。转换点决定了IOH起作用还是IOL起作用:当待测器件的输出电压高于转换点时,IOH提供电流;当待测器件的输出电压低于转换点时,IOL提供电流。
F2和F1一样,也是一个场效应管,在输入-输出切换时充当高速开关,并隔离电流负载电路和待测器件。当程序定义测试通道为输出,则F2导通,允许输出正向电流或抽取反向电流;当定义测试通道为输入,则F2截止,将负载电路和待测器件隔离。 电流负载在三态测试和开短路测试中也会用到。
3. 电压比较单元(Voltage Receiver)
电压比较器用于功能测试时比较待测器件的输出电压和RVS提供的参考电压。RVS为有效的逻辑1(VOH)和逻辑0(VOL)提供了参考:当器件的输出电压等于或小于VOL,则认为它是逻辑0;当器件的输出电压等于或大于VOH,则认为它是逻辑1;当它大于VOL而小于VOH,则认为它是三态电平或无效输出。
4. PMU连接点(PMU Connection)
当PMU连接到器件管脚,K1先断开,然后K2闭合,用于将PMU和Pin Electrics卡的I/O电路隔离开来。
5. 高速电流比较单元(High Speed Current Comparators)
相对于为每个测试通道配置PMU,部分测试系统提供了快速测量小电流的另一种方法,这就是可进行快速漏电流(Leakage)测试的电流比较器,开关K3控制它与待测器件的连接与否。如果测试系统本身就是Per Pin PMU结构的,那么这部分就不需要了。
6. PPPMU(Per Pin PMU)
一些系统提供Per Pin PMU的电路结构,以支持对DUT每个管脚同步地进行电压或电流测试。与PMU一样,PPPMU可以驱动电流测量电压或者驱动电压测量电流,但是标准测试系统的PMU的其它功能PPPMU则可能不具备。 六.测试开发基本规则
任何工作都有其规则和流程,IC测试也不例外。我们在实际工作中看到,一些简单的错误和低级的问题经常在一个又一个的程序中再现,如果有一定的标准,相信情况会好很多。这里我们就来总结一些基本的规则,它们将普遍适用于多数的实例;也许其中的一些在我们看来是显而易见的,但是在测试硬件无误的情况下,很多人还是在不经意间违反。可能大家会说了,谁这么傻呀?呵呵,相信大家都不会主动这么做,但是粗心呢?如果你决定刻意违反其中的某一条或几条的话,请确定你完全知道后果。^_^
? 永远不要将DUT的输入管脚当作输出管脚进行功能测试。最常见的是在pattern
中,如果一个输入管脚在此测试项不需要去管(既给0或给1不影响此测试结果),我们有人就给它“X”,而“X”是输出测试的mask态,这样测试机就会将此管脚当作输出去处理,连接到比较电路,只是对结果不做比较。记住,在功能测试中,输入管脚不能直接测试以期得到pass/fail的结果;信号施加到输入管脚,我们需要测试的是输出管脚。
? 永远不要将测试机的驱动单元连接到DUT的输出管脚。此举会造成测试机和器
件本身会在同一时间驱动电压和电流到该管脚,当它们在某一点相遇时,那就是狭路相逢勇者胜了,输的一方会受伤哦!
? 永远不要悬空(float)某个输入管脚,一个有效的逻辑必须施加到输入管脚,0
或者1。对于CMOS工艺的器件,悬空输入管脚会造成闩锁(latch-up)现象,导致大电流对器件造成破坏。
? 永远不要施加大于VDD或小于GND的电压到输入或输出管脚。否则同样会引
起浪涌现象损害器件。
? 驱动电压信号到DUT时,记得设置电流钳制,限制测试机的最大输出电流。 ? 驱动电流信号到DUT时,记得设置电压钳制,限制测试机的最大输出电压。
? 永远不要在驱动单元与器件引脚连接时改变驱动信号(电压或电流)的范围,
也不要在这个时候改变PMU驱动的信号类型(如将电压驱动改为电流驱动
第三章.基于PMU的开短路测试
本章节我们来说说最基本的测试——开短路测试(Open-Short Test),说说测试的目的和方法。
一、测试目的
Open-Short Test也称为ContinuityTest或Contact Test,用以确认在器件测试时所有的信号引脚都与测试系统相应的通道在电性能上完成了连接,并且没有信号引脚与其他信号引脚、电源或地发生短路。
测试时间的长短直接影响测试成本的高低,而减少平均测试时间的一个最好方法就是尽可能早地发现并剔除坏的芯片。Open-Short测试能快速检测出DUT是否存在电性物理缺陷,如引脚短路、bond wire缺失、引脚的静电损坏、以及制造缺陷等。
另外,在测试开始阶段,Open-Short测试能及时告知测试机一些与测试配件有关的问题,如ProbeCard或器件的Socket没有正确的连接。
二、测试方法
Open-Short测试的条件在器件的规格数或测试计划书里通常不会提及,但是对大多数器件而言,它的测试方法及参数都是标准的,这些标准值会在稍后给出。
基于PMU的Open-Short测试是一种串行(Serial)静态的DC测试。首先将器件包括电源和地的所有管脚拉低至“地”(即我们常说的清0),接着连接PMU到单个的DUT管脚,并驱动电流顺着偏置方向经过管脚的保护二极管—— 一个负向的电流会流经连接到地的二极管(图3-1),一个正向的电流会流经连接到电源的二极管(图3-2),电流的大小在100uA到500uA之间就足够了。大家知道,当电流流经二极管时,会在其P-N结上引起大约0.65V的压降,我们接下来去检测连接点的电压就可以知道结果了。
既然程序控制PMU去驱动电流,那么我们必须设置电压钳制,去限制Open管脚引起的电压。Open-Short测试的钳制电压一般设置为3V——当一个Open的管脚被测试到,它的测试结果将会是3V。
串行静态Open-Short测试的优点在于它使用的是DC测试,当一个失效(failure)发生时,其准确的电压测量值会被数据记录(datalog)真实地检测并显示出来,不管它是Open引起还是Short导致。缺点在于,从测试时间上考虑,会要求测试系统对DUT的每个管脚都有相应的独立的DC测试单元。对于拥有PPPMU结构的测试系统来说,这个缺点就不存在了。
当然,Open-Short也可以使用功能测试(Functional Test)来进行,我会在后面相应的章节提及。