戴強(qiáng)

摘要：本文首先闡述了雷達(dá)用射頻接收芯片對(duì)于三溫量產(chǎn)測(cè)試迫切需要，接著對(duì)三溫量產(chǎn)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和機(jī)械手。闡述了關(guān)鍵連接硬件測(cè)試板和配套件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試程序開(kāi)發(fā)和機(jī)械手的軟件設(shè)置。引入多芯片的并行測(cè)試，優(yōu)化完善測(cè)試程序，有效的提高了測(cè)試效率，降低了測(cè)試成本，仍需克服帶來(lái)的相關(guān)影響，提高量產(chǎn)測(cè)試技術(shù)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；三溫量產(chǎn)；機(jī)械手；測(cè)試程序；多芯片并行測(cè)試

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）04-0110-02

隨著近些年來(lái)集成電路在雷達(dá)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用需求，雷達(dá)系統(tǒng)中核心的接收和發(fā)射單元逐漸被射頻接收和發(fā)射芯片代替，這就對(duì)芯片的量產(chǎn)篩選測(cè)試提出了要求，包括測(cè)試環(huán)境的能力、穩(wěn)定性和可靠性。芯片的三溫測(cè)試就是其中之一，考慮到將來(lái)芯片應(yīng)用場(chǎng)景，保證芯片在一個(gè)大的溫度范圍內(nèi)都要保證性能和穩(wěn)定性，必須對(duì)芯片進(jìn)行常溫、低溫和高溫條件下的測(cè)試。為了實(shí)現(xiàn)芯片量產(chǎn)化三溫測(cè)試，通過(guò)使用機(jī)械手與測(cè)試系統(tǒng)搭建量產(chǎn)測(cè)試平臺(tái)，是業(yè)內(nèi)的主流解決方案，提升量產(chǎn)效率，降低成本則是不斷探索追求的目標(biāo)[1]。

集成電路的量產(chǎn)測(cè)試技術(shù)隨著設(shè)計(jì)技術(shù)能力的不斷突破而提升，其要求就是高效率的完成對(duì)待測(cè)芯片的性能參數(shù)篩選，保證芯片在應(yīng)用中的可靠性。目前業(yè)內(nèi)通用類量產(chǎn)篩選平臺(tái)主要包括自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和機(jī)械手，利用GPIB實(shí)現(xiàn)軟硬件的協(xié)調(diào)控制。

1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)介紹

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（Auto Test Equipment，ATE），是一種通過(guò)高性能工作站控制的各類測(cè)試模塊的集合，工作站通過(guò)運(yùn)行測(cè)試程序的指令來(lái)控制測(cè)試硬件。測(cè)試系統(tǒng)最根本的標(biāo)準(zhǔn)是高效且可靠地重復(fù)實(shí)現(xiàn)的測(cè)試結(jié)果，滿足速度、可靠性和穩(wěn)定性[2]。圖1-1是目前芯片量產(chǎn)測(cè)試較為成熟完善的測(cè)試系統(tǒng)，ADVANTEST V93000是數(shù)?；旌虾蜕漕l信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于可擴(kuò)展、單一平臺(tái)構(gòu)建的超大規(guī)模模擬射頻集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠覆蓋各種射頻芯片的測(cè)試要求，為目前所有SoC RF芯片測(cè)試提供性能優(yōu)異的解決方案[3]。

2 機(jī)械手原理

機(jī)械手的主要功能就是對(duì)芯片的抓取分揀、摁壓測(cè)試和溫度控制，它將整批次的待測(cè)芯片分別傳送到測(cè)試區(qū)域，通過(guò)ATE完成測(cè)試后，根據(jù)測(cè)試結(jié)果反饋將芯片分類擺放，在這個(gè)過(guò)程中還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的加溫和降溫。機(jī)械手的主要能力表現(xiàn)為傳輸速度、溫控精度和并行度三個(gè)方面。

圖1所示為Castle機(jī)械手，溫度控制范圍為-60℃至160℃，最大可支持X8并行測(cè)試。

3 量產(chǎn)測(cè)試環(huán)境搭建

根據(jù)雷達(dá)用射頻芯片的測(cè)試要求，我們基于Castle型機(jī)械手完成在V93000自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的量產(chǎn)測(cè)試環(huán)境搭建。機(jī)械手與測(cè)試系統(tǒng)的硬件連接則是通過(guò)測(cè)試接口硬件來(lái)完成，測(cè)試接口硬件主要包括測(cè)試板、測(cè)試配套件（kit）和測(cè)試座，以及機(jī)械手與測(cè)試系統(tǒng)相連接的相關(guān)硬件機(jī)構(gòu)等。他們相互配合分別在物理以及電性上起到連接機(jī)械手與測(cè)試系統(tǒng)的作用。

3.1 測(cè)試板

根據(jù)待測(cè)芯片參數(shù)測(cè)試要求，通過(guò)使用Cadence、PADS和Protel等工具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)試板，保證各類測(cè)試信號(hào)在板級(jí)上的傳輸質(zhì)量，要進(jìn)行合理的布局布線、阻抗匹配仿真[4]和材質(zhì)選擇加工。測(cè)試板的設(shè)計(jì)完成不僅僅可以實(shí)現(xiàn)與ATE測(cè)試資源的連接，還是與機(jī)械手物理連接的橋梁。

3.2 測(cè)試配套件（kit）

測(cè)試配套件是各個(gè)型號(hào)機(jī)械手針對(duì)不同封裝類型芯片定制的承載配件，它包括機(jī)械吸頭和傳送船。由于配套件要實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的吸取、拾放和傳送，為了避免對(duì)芯片噪聲損傷，對(duì)其設(shè)計(jì)要求極其嚴(yán)格，吸頭的材質(zhì)，傳送船的船槽大小在三溫測(cè)試環(huán)境下影響明顯。因此我們對(duì)傳送船的船槽底部進(jìn)行“米”字形開(kāi)槽，減少接觸芯片面積，可防止損傷管腳，還可以盡可能的避免低溫測(cè)試時(shí)結(jié)霜粘連芯片。

4 量產(chǎn)測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 測(cè)試系統(tǒng)程序開(kāi)發(fā)

基于V93000測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試程序開(kāi)發(fā)，根據(jù)待測(cè)芯片的測(cè)試項(xiàng)目要求進(jìn)行編寫，完成各類電特性測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果通過(guò)GPIB/RS232實(shí)時(shí)反饋給機(jī)械手。測(cè)試程序中還需要對(duì)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔統(tǒng)計(jì)，提供給測(cè)試工程師和設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用于檢驗(yàn)測(cè)試可靠性和提升量產(chǎn)良品率。V93000的測(cè)試程序是基于C++環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，測(cè)試程序的開(kāi)發(fā)與調(diào)試是一個(gè)十分復(fù)雜和繁瑣的過(guò)程，不僅需要根據(jù)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)要求，還要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境對(duì)測(cè)試條件進(jìn)行適當(dāng)科學(xué)的調(diào)整，使得在量產(chǎn)中能夠得到一個(gè)較高的良品率，這就需要測(cè)試工程師不斷實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行支撐。

在測(cè)試程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以通過(guò)Timing Diagram和Signal Analyzer對(duì)數(shù)字模擬信號(hào)時(shí)域頻域輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如圖所示，對(duì)ADC串行輸出數(shù)據(jù)采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換所得的頻域信息，顯示結(jié)果與測(cè)試程序計(jì)算吻合，可驗(yàn)證整個(gè)測(cè)試過(guò)程中對(duì)待測(cè)芯片的設(shè)置測(cè)試正常。

4.2 機(jī)械手軟件設(shè)置

機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)在高低溫條件下對(duì)待測(cè)芯片的篩選測(cè)試流程，芯片在進(jìn)出料分類區(qū)、溫度浸泡區(qū)、測(cè)壓區(qū)和溫度恢復(fù)區(qū)進(jìn)行流轉(zhuǎn)，如圖2所示。整個(gè)流程的控制則需要軟件對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)置完成[5]。

機(jī)械手中的主要設(shè)置如下：

（1）料盤設(shè)置：首先設(shè)置料盤Tray的尺寸，需要四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的尺寸，分別是水平方向上兩個(gè)相鄰芯片之間的間距，水平方向上最外側(cè)芯片到Tray盤邊緣的距離，垂直方向上兩個(gè)相鄰芯片之間的間距，垂直方向上最外側(cè)芯片到Tray盤邊緣的距離。

（2）取放料坐標(biāo)設(shè)置：設(shè)置X、Y、Z三個(gè)方向上的坐標(biāo)設(shè)置，其中X、Y軸的坐標(biāo)主要是準(zhǔn)確定位芯片的位置，Z軸的坐標(biāo)主要是控制芯片壓在測(cè)試座內(nèi)的深度。

（3）三溫測(cè)試設(shè)置：設(shè)置高溫、低溫的溫度，設(shè)定測(cè)試溫度浸泡的時(shí)間、恢復(fù)溫度和恢復(fù)時(shí)間，在本項(xiàng)目中待測(cè)芯片高溫為120度，低溫為-40度，浸泡時(shí)間為30秒。

4.3 并行測(cè)試

節(jié)約芯片的測(cè)試成本、提高測(cè)試效率的重要手段就是進(jìn)行多芯片的并行測(cè)試，根據(jù)ATE測(cè)試資源和機(jī)械手的最大并行度，進(jìn)行多芯片的并行測(cè)試。

多芯片并行測(cè)試技術(shù)雖然可以顯著的降低測(cè)試成本，但也帶來(lái)相應(yīng)的不良影響，多芯片的測(cè)試板設(shè)計(jì)難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單芯片測(cè)試板，尤其是射頻信號(hào)在板級(jí)的相互串?dāng)_，使得各個(gè)測(cè)試位之間的相互影響會(huì)愈加明顯，比如各個(gè)測(cè)試位良品率的不一致問(wèn)題，有電特性上的影響也有物理機(jī)械上的影響，這樣就經(jīng)常會(huì)遇到某個(gè)或某幾個(gè)測(cè)試位良品率偏低的情況。并行測(cè)試技術(shù)一直是我們不斷探尋完善的研究方向。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了基于Castle型機(jī)械手的芯片量產(chǎn)測(cè)試實(shí)現(xiàn)，對(duì)測(cè)試過(guò)程中所使用的測(cè)試系統(tǒng)、設(shè)備和其他硬件做了比較詳細(xì)的介紹，通過(guò)量產(chǎn)測(cè)試平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，提高了生產(chǎn)效率，降低了測(cè)試成本，使得提供用戶的芯片得到了有效保障。

參考文獻(xiàn)

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