孫宇，唐銳，王小強

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

0 引言

集成電路測試技術伴隨著集成電路的飛速發(fā)展而發(fā)展，對促進集成電路的進步和廣泛應用作出了巨大的貢獻。集成電路測試是對集成電路或模塊進行檢測，通過測量對于集成電路的輸出響應和預期輸出比較，以確定或評估集成電路元器件功能和性能的過程，是驗證設計、監(jiān)控生產(chǎn)、保證質(zhì)量和分析失效，以及指導應用的重要手段。集成電路測試技術是對集成電路進行設計驗證和批產(chǎn)把關的重要環(huán)節(jié)。對集成電路進行測試不僅能夠判斷被測產(chǎn)品是否合格，而且還能夠發(fā)現(xiàn)有關制造過程的有用信息及設計過程中的薄弱環(huán)節(jié)，對于優(yōu)化設計過程，提高產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要的意義。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，集成電路測試將扮演著越來越重要的角色。然而，由于集成電路測試程序的測試結果容易受到多環(huán)節(jié)、多方面不確定的因素的影響，因而，對集成電路測試程序自身的質(zhì)量控制方法進行研究就顯得尤為重要。

為了保證開發(fā)的大規(guī)模集成電路測試程序的測試質(zhì)量，電子五所在其內(nèi)部開展了對大規(guī)模集成電路測試程序的評審工作。并在編程任務完成之后，將開發(fā)的評審程序應用到了實踐中，對8款不同的集成電路的測試程序進行了評審，從而保證了測試程序的質(zhì)量，提高了測試結果的準確性。

1 大規(guī)模集成電路測試開發(fā)的過程

a）測試計劃制定階段

根據(jù)產(chǎn)品的特點，選取自動化測試設備（ATE： Automatic Test Equipment）， 并根據(jù)被測設備 （DUT：Device Under Test）的類型、頻率、功耗和引腳數(shù)等信息，合理地配置數(shù)字通道、模擬選件，以及射頻 （RF）能力等測試設備資源，制定詳細的測試計劃。

b）設計階段

根據(jù)DUT的封裝形式，選購或定制測試座（socket或contactor），并設計DUT到 ATE的硬件接口，實現(xiàn)測試信號的連通。

c）測試程序開發(fā)階段

城南污水廠工程是一種水廠＋管網(wǎng)同步施工、開放式的團隊作業(yè)項目，交叉作業(yè)環(huán)節(jié)多，地下、地上、高空環(huán)境復雜、隱患多，人、機、環(huán)境三者高度統(tǒng)一，才能保證安全生產(chǎn)。

在加工測試接口板或測試探卡的同時，開發(fā)測試程序，包括生成測試信道配置 （pin）文件、編寫信號電平 （level）文件、優(yōu)化和轉(zhuǎn)換測試向量（timing&vector）、模擬信號測試編程，以及離線（offline） 調(diào)試等。

d）技術支持階段

由芯片設計人員配合，進行測試程序的在線（online）調(diào)試，并根據(jù)實際測試的結果提出產(chǎn)品的改進意見。

圖1 大規(guī)模集成電路測試開發(fā)過程

e）生產(chǎn)轉(zhuǎn)換階段

主要進行量產(chǎn)測試程序的優(yōu)化和自動送料器（handler）的配置，盡量地提高測試效率，縮短芯片的測試時間。

集成電路測試開發(fā)的復雜性導致了其測試開發(fā)的結果極易受多環(huán)節(jié)、多方面不確定的因素的影響，從而影響到測試結果的準確性；另一方面，一旦測試程序固化，則其測試過程將具有可復制性。

2 測試程序質(zhì)量控制方法

2.1 測試程序設計過程中常見的問題

在電子設計自動化 （EDA：Electronic Design Automation）軟件工具和半導體制造工藝飛速發(fā)展的推動下，集成電路的功能變得更加復雜了，對集成電路進行測試的難度也愈來愈大了，因而，其對測試軟硬件的要求也變得越來越高了。業(yè)界人員研究表明，集成電路測試開發(fā)過程中的問題主要體現(xiàn)在以下4個方面。

a） 系統(tǒng)級芯片 （SoC：System on a Chip） 的測試程序編程錯誤，例如：測試條件設置不正確和計算方法錯誤等，這些都是致命性的錯誤，將直接影響到對芯片質(zhì)量的判定。對相關器件特性的了解程度以及對相關測試標準的理解能力都會影響到集成電路測試程序的質(zhì)量，因為兩者最終都將以測試代碼的表現(xiàn)形式在測試程序中體現(xiàn)并在測試結果中表征出來。

b）SoC測試向量所測試的功能不全或者測試系統(tǒng)的魯棒性不夠好，從而使得芯片被置于競爭狀態(tài)，或者沒有完全被初始化。

c）測試機硬件出現(xiàn)故障，比如：測試機校準不到位和測試硬件存在缺陷，測試硬件選擇錯誤及測試硬件的測試精度指標達不到測試的要求等。

d）測試夾具設計存在缺陷，例如：測試夾具對溫度敏感 （將造成電流變化）、測試夾具的阻抗不匹配 （將會導致信號過沖），以及在測試夾具中大量地使用了飛線（將會導致測試信號不穩(wěn)定）等。

2.2 影響測試程序質(zhì)量的因素

大規(guī)模集成電路的測試程序的開發(fā)是基于相應硬件機臺的測試軟件的二次開發(fā)過程，其質(zhì)量受測試硬件及測試軟件的適用性的影響，其中包括：測試機臺選取的適用性、測試板設計的合理性、測試代碼的正確性和功能向量的完備性[3-4]。

a）測試機臺選取的適用性

大規(guī)模集成電路的測試系統(tǒng)雖然具有一定的通用性，但受限于成本和性能的需求差異，并不存在能夠適用于對所有的集成電路進行測試的機臺。由于大規(guī)模集成電路的測試系統(tǒng)軟硬件具有可重配性，因此，即便是相同型號、相同架構的測試系統(tǒng)在最高測試速率、數(shù)字通道數(shù)和電源通道數(shù)等方面的性能也不相同。以泰瑞達J 750機臺為例，其經(jīng)濟型價構的配置主要用于對最高數(shù)據(jù)傳輸速率為400 Mbps、最高管腳數(shù)為512個的消費類集成電路進行測試。而針對傳輸速率高達1.65 Gbps的視頻編解碼芯片，很顯然，泰瑞達J 750機臺并不能滿足其測試需求。因此，選擇精度和性能都適合的測試機臺對芯片測試結果的準確性至關重要。

b）測試板設計的合理性

測試板設計的好壞及使用的測試插座的質(zhì)量將直接影響到芯片的測試結果。信號完整性在低頻測試時并不會表現(xiàn)出其重要性，但其潛在的影響會在高速信號測試時突顯出來，并直接影響到器件的性能測試的結果，最嚴重時則可能會導致器件測試結果的誤判，從而影響到鑒定檢驗結果的準確性。

c） 測 試 代 碼的正確性

大規(guī)模集成電路測試程序的編寫主要是依據(jù)測試機臺所提供的集成開發(fā)環(huán)境進行的二次代碼編寫。它可以將測試條件、測試方法和測試判據(jù)以代碼的形式體現(xiàn)出來，通過軟件編譯控制硬件量測，從而完成對芯片的測試。因此，代碼的正確性將直接影響到芯片的測試質(zhì)量。

集成電路測試程序的主體通常是以可視化的流程圖的形式體現(xiàn)出來的。每一個參數(shù)測試項以一個測試子集的形式存在，而若干個測試子集則構成了芯片測試流程圖。圖2是基于93000測試系統(tǒng)開發(fā)的某款芯片的測試流程圖。當選中了某個測試子集時，在其右邊區(qū)域會對應地顯示出當前測試參數(shù)所選擇的交直流約束條件、向量激勵文件。對應的黃窗口則定義了進行測試管腳數(shù)的設定、直流設置條件，參數(shù)測量方式及判據(jù)[4]。

因此，在對測試代碼進行評審的過程中，將主要根據(jù)測試子集中規(guī)定的約束條件及判據(jù)來制定評審方法，而其詳細規(guī)范所規(guī)定的測試條件、判據(jù)和相關測試方法則是評審的重要依據(jù)。

d）測試向量的完備性

圖2 集成電路測試程序主體

如何確保芯片聲稱的功能模塊都能在實際測試中被覆蓋到，這是集成電路設計人員和測試開發(fā)人員所共同致力的方向，也是用戶在使用整機時所關心的問題。對于簡單的互補全高氧化物半導體（CMOS： Complementary Metal-Oxide-Semicanductor Transistor）器件，其測試向量可以通過手工編寫的方式生成。而對于大規(guī)模集成電路，其測試向量的生成則必須依賴于設計所提供的仿真文件。在實際執(zhí)行的時候發(fā)現(xiàn)，功能測試向量的生成有時存在隨意性，僅僅是為了滿足測試標準中對交直流參數(shù)的規(guī)定，然而，至于其完備性如何卻無法證明。大規(guī)模集成電路的功能驗證非常復雜，對測試向量的完備性進行評價，可以通過對基于不同故障測試類型的向量類型進行細化研究的方式來進行。集成電路故障測試的類型主要包括4種，即：內(nèi)建自測試（MBIST： Memory Built In Serf Test）、 邊界掃描測試 （BST：Boundary Scan Test）、 掃描鏈測試（Scan-chain Test） 和功能測試 （FCT：Functional Test）。不同的故障類型將采用不同的測試方法，例如：測試片上靜態(tài)隨機存儲器 （SRAM：Static Random Access Memory）的故障時，主要采用MBIST；測試系統(tǒng)PAD的故障時，主要采用BST；測試隨機邏輯的故障時，采用掃描鏈測試；測試特殊IP的故障時，則會采用基于總線的功能測試方法。而不同的測試方法中所用到的測試向量也會不同，由于上述4種測試方法中的測試向量均需設計方提供，因此，在研究中除了需要考慮無失真向量的轉(zhuǎn)換外，還需要從器件的功能模塊、詳細規(guī)范中聲稱的器件所具有的性能來評價設計方提供的向量的完備性。

2.3 測試程序評審

根據(jù)上述影響大規(guī)模集成電路測試程序的質(zhì)量的因素和可采用的保證大規(guī)模集成電路測試程序的質(zhì)量的有效措施，從中析取出大規(guī)模集成電路測試程序評審要素，從大規(guī)模集成電路的測試設備、測試電路板的適用性、測試向量對芯片功能的覆蓋性、大規(guī)模集成電路交直流參數(shù)測試條件與輸出判據(jù)的符合性等方面對大規(guī)模集成電路的測試程度進行評審。測試程序評審流程如圖3所示，主要過程如下所述。

a）首先，對相關文件進行評審，在進行測試前，準備單位應向檢測機構提供的相關材料，并交由檢測機構進行審核。

b）在文件通過了審核后，組織專家按評審準則及技術規(guī)范對測試程序軟件進行現(xiàn)場評審，評審的內(nèi)容可包括：功能向量測試、靜態(tài)參數(shù)測試、動態(tài)參數(shù)測試和交流參數(shù)測試等。

圖3 測試程序評審流程

c）對標準器件即標準集成電路樣品進行現(xiàn)場測試。

d）輸出測試程序的評審報告。通過評審報告即可評定集成電路的測試程序是否通過了審核。

最終，在編程任務完成之后，筆者所在的測試開發(fā)項目組還將整套評審程序運用到了實際中，對8款不同類型的集成電路的測試程序進行了評審，從而保證了測試程序的質(zhì)量，使得最終的測試結果能夠真實地反映出被測電路的性能。

3 結束語

本文提出了一套適用于在自動測試設備上開發(fā)的集成電路自動測試程序的質(zhì)量控制方法，以確保測試程序的測試結果符合相關標準要求，并且能夠真實地反映被測器件的性能。本文的大規(guī)模集成電路測試程序質(zhì)量控制方法包括文件審核、現(xiàn)場審核，以及標準器件測試等主要步驟，最終在單位研制的集成電路測試過程中開展應用，收到了良好的效果。

[1]韓銀和，李曉維，羅飛茵，等.芯片的驗證分析及測試流程優(yōu)化技術 [J].計算機輔助設計與圖形學學報，2005， 17 （10）： 2227-2231.

[2]王曄.SoC芯片并行測試中幾個值得關注的問題 [J].半導體技術，2010，12（35）：1199-1203.

[3]PATERAS S.Achieving at-speed structural test[J].IEEE Design&Test of Computers， 2003， 20 （5）： 26-33.

[4]ALFRED L.Crouch.AC scan needed for nanoscale device testing[Z/OL]. （2001-06-21） .http://www.eedesign.com/article/showArticle.jhtml?articleId=22100354.[5]TUMIN K， VARGAS C， PATTERSON R， et al.Scan vs.functional testing-a comparative effectiveness study on Motorola’s MMC2107TM[C]//IEEE International Test Conference， 2001： 443-450.