歸發(fā)弟

摘 要：集成電路測(cè)試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分。在對(duì)集成電路進(jìn)行在片測(cè)試時(shí)，需要對(duì)整個(gè)晶圓進(jìn)行測(cè)試且只有半自動(dòng)探針臺(tái)可以使用的場(chǎng)景下，可以通過探針臺(tái)提供的編程接口，以及安捷倫IO庫提供的編程范例進(jìn)行軟件二次開發(fā)。文中以Cascade Summit 12000B-S半自動(dòng)探針臺(tái)為例，設(shè)計(jì)一個(gè)由計(jì)算機(jī)、探針臺(tái)、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、測(cè)試電路組成的簡易自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。自動(dòng)測(cè)試軟件在安捷倫IO庫提供的程序范例基礎(chǔ)上開發(fā)，編程語言為VB.NET。最后對(duì)某公司的RFID晶圓進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，測(cè)試效率高。

關(guān)鍵詞：集成電路;半自動(dòng)探針臺(tái);安捷倫;SCPI指令;集成電路產(chǎn)業(yè)鏈;RFID

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）05-00-02

0 引 言

隨著移動(dòng)通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求不斷增長，在國家政策對(duì)集成電路行業(yè)的重點(diǎn)扶持下，集成電路迎來發(fā)展的春天。

測(cè)試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)階段的測(cè)試一般用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性或者設(shè)計(jì)方案的改良，測(cè)試方法可以是在片測(cè)試或者鍵合測(cè)試。如果集成電路已經(jīng)切片且數(shù)量較少，可以選擇在片測(cè)試或鍵合測(cè)試;如果尚未切片，芯片數(shù)量較多甚至是整個(gè)晶圓，只能選擇在片測(cè)試。在片測(cè)試離不開探針臺(tái)，探針臺(tái)可以通過探針直接把信號(hào)從集成電路的焊盤輸入/輸出。

探針臺(tái)分為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)三種。全自動(dòng)探針臺(tái)可以自動(dòng)裝片、自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，使用方便， 測(cè)試效率高，但價(jià)格昂貴。本文以Cascade Summit 12000B-S半自動(dòng)探針臺(tái)（以下簡稱Cascade探針臺(tái)）為例，探討如何充分利用半自動(dòng)探針臺(tái)提供的編程接口控制探針移動(dòng)，測(cè)試整個(gè)晶圓上的所有集成電路。該系統(tǒng)經(jīng)過擴(kuò)展后，可作為由多個(gè)測(cè)試儀器組成的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的一部分。Cascade探針臺(tái)支持8英寸晶圓，定位精度為0.1 μm，可以應(yīng)對(duì)大部分測(cè)試場(chǎng)合。

1 Cascade探針臺(tái)通信模型

探針臺(tái)通信模型如圖1所示。

Cascade探針臺(tái)提供4種操作方式：一種是安裝在探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)上的控制軟件Nucleus，另外三種是用戶編程接口。為了安全起見，探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)而不允許安裝其他無關(guān)軟件，因此自行設(shè)計(jì)的控制軟件只能安裝在其他計(jì)算機(jī)上，通過RS 232或者GPIB接口與探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)連接，并由探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)上的命令接口和驅(qū)動(dòng)程序與探針臺(tái)連接。由于GPIB傳輸數(shù)據(jù)更快，功能更強(qiáng)，并可以跟多種儀器組成總線系統(tǒng)，構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，因此本文采用GPIB接口。

2 測(cè)試系統(tǒng)框圖

測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖2所示。

探針臺(tái)和探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)是探針臺(tái)購置的整體配置，計(jì)算機(jī)通過USB-GPIB轉(zhuǎn)換卡和探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)連接。晶圓上的集成電路單元（DIE）的焊盤（PAD）通過探針和專用電纜連接到外部電源或測(cè)試設(shè)備。針對(duì)待測(cè)集成電路的功能設(shè)計(jì)一個(gè)專用測(cè)試電路。如果測(cè)試通過，則輸出一個(gè)TTL高電平，否則輸出低電平。計(jì)算機(jī)通過RS 232和單片機(jī)相連，控制單片機(jī)向測(cè)試電路發(fā)出測(cè)試指令，等待一段時(shí)間后，單片機(jī)如果收到高電平信號(hào)則判斷為測(cè)試通過，否則為測(cè)試失敗。測(cè)完一個(gè)集成電路單元（DIE）之后，自動(dòng)測(cè)試軟件向探針臺(tái)發(fā)出一系列指令，控制探針臺(tái)移動(dòng)到下一個(gè)DIE。

3 編程方法

Cascade探針臺(tái)支持3種指令：GPIB指令、Meta指令和SCPI指令。GPIB指令用于讀取、設(shè)置、清除GPIB狀態(tài)報(bào)告寄存器;Meta指令用于控制系統(tǒng)級(jí)功能，例如設(shè)置計(jì)算機(jī)是否顯示指令或者返回值;SCPI指令是控制指令的核心，用于控制探針臺(tái)的各種動(dòng)作，例如打開或者關(guān)閉真空泵、接觸或者分離探針、控制探針臺(tái)移動(dòng)等。

要通過GPIB控制Cascade探針臺(tái)，首先需要準(zhǔn)備一根安捷倫USB-GPIB轉(zhuǎn)接線，安裝安捷倫IO庫（Agilent IOLibraries Suite 14.0）。安捷倫IO庫提供USB-GPIB轉(zhuǎn)接線的驅(qū)動(dòng)程序以及VB.NET，C#，C++的編程范例，編程范例中有很多操作GPIB的函數(shù)，用戶可根據(jù)自己的編程喜好找到合適的工程范例，在此基礎(chǔ)上修改即可。本文以VB.NET作為編程語言。與GPIB操作有關(guān)的函數(shù)主要有：

打開GPIB：ioDmm.IO（） = mgr.Open（ioAddress）

關(guān)閉GPIB：ioDmm.IO.Close（）

發(fā)送數(shù)據(jù)：ioDmm.WriteString（CmdToSend.Text）

讀取數(shù)據(jù)：Str = ioDmm.ReadString

與自動(dòng)測(cè)試有關(guān)的SCPI指令主要有（SCPI指令以冒號(hào)開頭，不可省略）：

接觸探針：：mov：down 2

分離探針：：mov：up 2

讀取當(dāng)前坐標(biāo)：：mov：prob：abs：die？

移動(dòng)到某個(gè)坐標(biāo)：：mov：prob：abs：dieXY

移動(dòng)到下一個(gè)DIE：：move：probeplan：next：die

開始測(cè)試時(shí)，先用程序控制探針移動(dòng)到最后一個(gè)DIE，讀取坐標(biāo)并作記錄，再移動(dòng)到第一個(gè)DIE，經(jīng)過接觸探針、測(cè)試、分離探針、移動(dòng)到下一個(gè)DIE、讀取當(dāng)前坐標(biāo)、判斷是否結(jié)束，組成一個(gè)循環(huán)。如果當(dāng)前坐標(biāo)是最后一個(gè)DIE的坐標(biāo)，則循環(huán)結(jié)束，測(cè)試完畢;否則繼續(xù)測(cè)試。

4 測(cè)試過程

Cascade探針臺(tái)作為一種比較復(fù)雜的精密儀器，測(cè)試前除了要做常規(guī)準(zhǔn)備工作之外，還包括針對(duì)程序控制自動(dòng)測(cè)試的步驟。自動(dòng)測(cè)試的主要步驟如下：

（1）開機(jī)，打開Nucleus軟件，初始化Nucleus;

（2）裝載晶圓;

（3）校準(zhǔn)晶圓、DIE尺寸計(jì)算;

（4）制作WaferMap并設(shè)置參考DIE;

（5）移動(dòng)探針到參考DIE并設(shè)置接觸/分離高度;

（6）開啟自動(dòng)測(cè)試軟件，設(shè)置GPIB端口地址，使得自動(dòng)測(cè)試軟件的GPIB地址與Nucleus的GPIB地址相同。

其中制作WaferMap包括：設(shè)置晶圓尺寸、DIE尺寸和空隙、去掉晶圓邊沿不完整的DIE、選擇測(cè)試順序等步驟。如果不是整個(gè)晶圓的自動(dòng)測(cè)試，則步驟（3）、步驟（5）可以省略。

5 測(cè)試結(jié)果

本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)為南寧某公司測(cè)試了RFID集成電路晶圓，使用的設(shè)備包括：Cascade探針臺(tái)、筆記本電腦、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、RFID讀卡器。整片RFID晶圓共13 500個(gè)DIE，其中13 220個(gè)測(cè)試通過，良品率為97.9%，表明集成電路設(shè)計(jì)和試生產(chǎn)是成功的。測(cè)試過程中，各種儀器設(shè)備和自動(dòng)測(cè)試軟件運(yùn)行良好，探針無跑偏現(xiàn)象。測(cè)試共耗時(shí)4.5 h。Cascade Summit 12000B-S半自動(dòng)探針臺(tái)和自動(dòng)測(cè)試軟件界面如圖3、圖4所示。

6 結(jié) 語

Cascade半自動(dòng)探針臺(tái)的操作軟件Nucleus對(duì)測(cè)試整個(gè)晶圓的集成電路單元無能為力。晶圓上的集成電路單元有數(shù)千甚至數(shù)萬個(gè)，直接用Nucleus手工測(cè)試幾乎是不可能完成的事情。這時(shí)可以利用探針臺(tái)提供的編程接口，以及安捷倫IO庫提供的程序范例，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)測(cè)試軟件，探針臺(tái)可以根據(jù)晶圓和集成電路單元的尺寸特點(diǎn)，自動(dòng)遍歷測(cè)試晶圓上的所有集成電路單元，并記錄測(cè)試結(jié)果，大大了提高測(cè)試效率。

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