干货 IC芯片电性能参数测试“芯”体验
2024-05-13164前言
数字化转型提速,5G 、人工智能及云端高性能算法(AI/HPC)的应用带动集成电路(Integrated Circuit, IC)技术不断升级,芯片电路结构复杂程度和元件集成度持续增加,测试难度和测试成本亦随之攀升。
集成电路测试贯穿了从设计、生产到实际应用的全过程,大致分为:
- 设计阶段的设计验证测试
- 晶圆制造阶段的工艺监控测试
- 封装前的晶圆测试
- 封装后的成品测试
芯片测试应用现状
芯片测试作为芯片设计、生产、封装、测试流程中的重要步骤,是使用特定仪器,通过对待测器件DUT(Device Under Test)的检测,区别缺陷、验证器件是否符合设计目标、分离器件好坏的过程。其中直流参数测试是检验芯片电性能的重要手段之一,常用的测试方法是FIMV(加电流测电压)及FVMI(加电压测电流)。
传统的芯片电性能测试需要数台仪表完成,如电压源、电流源、万用表等,然而由数台仪表组成的系统需要分别进行编程、同步、连接、测量和分析,过程复杂又耗时,又占用过多测试台的空间,而且使用单一功能的仪表和激励源还存在复杂的相互间触发操作,有更大的不确定性及更慢的总线传输速度等缺陷,无法满足高效率测试的需求。
实施芯片电性能测试的Z佳工具之一是数字源表(SMU),数字源表可作为独立的恒压源或恒流源、电压表、电流表和电子负载,支持四象限功能,可提供恒流测压及恒压测流功能,可简化芯片电性能测试方案。
此外,由于芯片的规模和种类迅速增加,很多通用型测试设备虽然能够覆盖多种被测对象的测试需求,但受接口容量和测试软件运行模式的限制,无法同时对多个被测器件(DUT)进行测试,因此规模化的测试效率极低。特别是在生产和老化测试时,往往要求在同一时间内完成对多个DUT的测试,或者在单个DUT上异步或者同步地运行多个测试任务。
基于普赛斯CS系列多通道插卡式数字源表搭建的测试平台,可进行多路供电及电参数的并行测试,高效、精确地对芯片进行电性能测试和测试数据的自动化处理。主机采用10插卡/3插卡结构,背板总线带宽高达 3Gbps,支持 16 路触发总线,满足多卡设备高速率通信需求;汇集电压、电流输入输出及测量等多种功能,具有通道密度高、同步触发功能强、多设备组合效率高等特点,Z高可扩展至40通道。
图1:普赛斯CS系列插卡式源表
(10插卡及3插卡,高至40通道)
基于数字源表SMU的芯片
测试方案
使用普赛斯数字源表进行芯片的开短路测试(Open/Short Test)、漏电流测试(Leakage Test)以及DC参数测试(DC Parameters Test)。
01
开短路测试(O/S测试)
开短路测试(Open-Short Test,也称连续性或接触测试),用于验证测试系统与器件所有引脚的电接触性,测试的过程是借用对地保护二极管进行的,测试连接电路如下所示:
图2:开短路测试线路连接示意
02
漏电流测试
漏电流测试,又称为Leakage Test,漏电流测试的目的主要是检验输入Pin脚以及高阻状态下的输出Pin脚的阻抗是否够高,测试连接电路如下所示:
图3:漏电流测试线路连接示意
03
DC参数测试
DC参数的测试,一般都是Force电流测试电压或者Force电压测试电流,主要是测试阻抗性。一般各种DC参数都会在Datasheet里面标明,测试的主要目的是确保芯片的DC参数值符合规范:
图4:DC参数测试线路连接示意
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测试案例
测试系统配置
Test system configuration
Case 01
NCP1377B 开短路测试
测试 PIN 脚与 GND 之间连通状态,测试过程中SMU选择3V量程,施加-100μA电流,限压-3V,测量电压结果表 1 所示,电压结果在-1.5~-0.2 之间,测试结果 PASS。
*测试线路连接参照图2
图5:NCP1377B开短路测试结果
Case 02
TLP521 光电耦合器直流参数测试
光电耦合器主要由两部分组成:光的发射端及光的接收端。光的发射端主要由发光二极管构成,二极管的管脚为光耦的输入端。光的接收端主要是光敏晶体管, 光敏晶体管是利用 PN 结在施加反向电压时,在光线照射下反向电阻由大变小的原理来工作的,晶体管的管脚为光耦的输出端。
案例采用两台SMU进行测试,一台SMU与器件输入端连接,作为恒流源驱动发光二极管并测量输入端相关参数,另一台SMU与器件输出端连接,作为恒压源并测量输出端的相关参数。
图6:BVECO 测试数据及曲线
图7:ICEO测试数据及曲线
图8:输入特性曲线
图9:输出特性曲线
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