【www.zhuodaoren.com--百科】
集成电路测试理论(一)
集成电路测试原理及方法
Harbin Institute of Technology
集成电路测试原理及方法简介
院 系： 电气工程及自动化学院
姓 名： XXXXXX
学 号： XXXXXXXXX
指导教师： XXXXXX
设计时间： XXXXXXXXXX
摘 要
随着经济发展和技术的进步，集成电路产业取得了突飞猛进的发展。集成电路测试是集成电路产业链中的一个重要环节，是保证集成电路性能、质量的关键环节之一。集成电路基础设计是集成电路产业的一门支撑技术，而集成电路是实现集成电路测试必不可少的工具。
本文首先介绍了集成电路自动测试系统的国内外研究现状，接着介绍了数字集成电路的测试技术，包括逻辑功能测试技术和直流参数测试技术。逻辑功能测试技术介绍了测试向量的格式化作为输入激励和对输出结果的采样，最后讨论了集成电路测试面临的技术难题。
关键词：集成电路；研究现状；测试原理；测试方法
目 录
一、引言...................................................................................................................................... 4
二、集成电路测试重要性.......................................................................................................... 4
三、集成电路测试分类.............................................................................................................. 5
四、集成电路测试原理和方法.................................................................................................. 6
4.1.数字器件的逻辑功能测试 ....................................................................................................... 6
4.1.1测试周期及输入数据 .............................................................................................................. 8
4.1.2输出数据 ................................................................................................................................ 10
4.2 集成电路生产测试的流程 ..................................................................................................... 12
五、集成电路自动测试面临的挑战........................................................................................ 13【集成电路测试理论】
参考文献.................................................................................................................................... 14
一、引言
随着经济的发展，人们生活质量的提高，生活中遍布着各类电子消费产品。电脑﹑手机和mp3播放器等电子产品和人们的生活息息相关，这些都为集成电路产业的发展带来了巨大的市场空间。2007年世界半导体营业额高达2.740亿美元，2008世界半导体产业营业额增至2.850亿美元，专家预测今后的几年随着消费的增长，对集成电路的需求必然强劲。因此，世界集成电路产业正在处于高速发展的阶段。
集成电路产业是衡量一个国家综合实力的重要重要指标。而这个庞大的产业主要由集成电路的设计、芯片、封装和测试构成。在这个集成电路生产的整个过程中，集成电路测试是惟一一个贯穿集成电路生产和应用全过程的产业。如：集成电路设计原型的验证测试、晶圆片测试、封装成品测试，只有通过了全部测试合格的集成电路才可能作为合格产品出厂，测试是保证产品质量的重要环节。
集成电路测试是伴随着集成电路的发展而发展的，它为集成电路的进步做出了巨大贡献。我国的集成电路自动测试系统起步较晚，虽有一定的发展，但与国外的同类产品相比技术水平上还有很大的差距，特别是在一些关键技术上难以实现突破。国内使用的高端大型自动测试系统，几乎是被国外产品垄断。市场上各种型号国产集成电路测试，中小规模占到80%。大规模集成电路测试系统由于稳定性、实用性、价格等因素导致没有实用化。大规模/超大规模集成电路测试系统主要依靠进口满足国内的科研、生产与应用测试，我国急需自主创新的大规模集成电路测试技术，因此，本文对集成电路测试技术进行了总结和分析。
二、集成电路测试重要性
随着集成电路应用领域扩大，大量用于各种整机系统中。在系统中集成电路往往作为关键器件使用，其质量和性能的好坏直接影响到了系统稳定性和可靠性。
如何检测故障剔除次品是芯片生产厂商不得不面对的一个问题，良好的测试流程，可以使不良品在投放市场之前就已经被淘汰，这对于提高产品质量，建立生产销售的良性循环，树立企业的良好形象都是至关重要的。次品的损失成本可以在合格产品的售价里得到相应的补偿，所以应寻求的是质量和经济的相互制衡，以最小的成本满足用户的需要。
作为一种电子产品，所有的芯片不可避免的出现各类故障，可能包括：1.固定型故障；2.跳变故障；3.时延故障；4.开路短路故障；5桥接故障，等等。测试的作用是检验芯片是否存在问题，测试工程师进行失效分析，提出修改建议，从工程角度来讲，测试包括了验证测试和生产测试两个主要的阶段。
一款新的集成电路芯片被设计并生产出来，首先必须接受验证测试。在这一阶段，将会进行功能测试、以及全面的交流（AC）参数和直流(DC)参数的测试等，也可能会探测芯片的内部结构。通常会得出一个完整的验证测试信息，如芯片的工艺特征描述、电气特征（DC参数、AC参数、电容、漏电、温度等测试条件）、时序关系图等等。通过验证测试中的参数测试、功能性测试、结构性测试，可以诊断和修改系统设计、逻辑设计和物理设计中的设计错误，为最终规范(产品手册)测量出芯片的各种电气参数，并开发出测试流程。
当芯片的设计方案通过了验证测试，进入生产阶段之后，将利用前一阶段设计好的测试流程进行生产测试。在这一阶段里，测试的目的就是对被测芯片进行“Pass”或“Fail”判断。由于要每一片芯片进行生产测试，所以测试成本是这一阶段的首要问题。出于此种目的，测试的效率很关键，生产测试生产没有验证测试那么全面，测试通常所采用的测试向量集不会包含过多的测试向量，但是必须有足够高的模型化故障的覆盖率以满足质量上的要求。
三、集成电路测试分类
依照器件开发和制造阶段、采用的工艺技术、测试项目种类以及待测器件等的不同，测试技术可以分为很多种类。器件开发阶段的测试包括：
1.晶圆测试（Wafer Test）：对裸露的、尚未切割的每颗晶圆进行探针测试。测试过程中，要让测试仪的探针与晶粒上的节电接触，测试晶粒的电气特性不合格的晶粒会被标上记号。探针卡的阻抗匹配和延时问题必须加以考虑，以便于时序调整和矫正。
2.生产测试：晶圆上的芯片经过封装后，对成品进行全面的电性能测试。
3.老化测试：通过生产性测试的产品并不是完全一致的，在实际应用当中，有些会很快失效，而有些会能长时间正常工作。老化测试是通过一个长时间的连续或周期性的测试使不耐用的器件失效，从而确保老化测试后器件的可靠性。老化测试分为静态老化测试和动态老化测试。静态老化测试是在给器件提供供电电压下，提高器件的工作温度，对其寿命进行测试。动态老化测试是在静态老化测试的基础上施加激励。
4.质量控制测试：为确保生产产品的质量，对准备出厂的合格器件进行抽样测试，确保良品的合格率。
目前，集成电路针对不同的应用场合分为民用标准级、工业标准级和军用标准级别，不同的级别参数测试的标准高低不同。图1为集成电路一般的测试流程：
集成电路测试理论(二)
常见集成电路及功率的检测原理
常见集成电路及功率的检测原理
一、电子元件的的检测原理
（一）电阻器的检测原理
1、固定电阻器的检测。
A、两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。根据电阻误差等级不同。读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。
B、注意：测试时，特别是在测几十kΩ以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，至少要焊开一个头，以免电路中的其他元件对测试产生影响，造成测量误差；色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最好还是用万用表测试一下其实际阻值。
2、水泥电阻的检测。检测水泥电阻的方法及注意事项与检测普通固定电阻完全相同。
3、熔断电阻器的检测。在电路中，当熔断电阻器熔断开路后，可根据经验作出判断：若发现熔断电阻器表面发黑或烧焦，可断定是其负荷过重，通过它的电流超过额定值很多倍所致；如果其表面无任何痕迹而开路，则表明流过的电流刚好等于或稍大于其额定熔断值。对于表面无任何痕迹的熔断电阻器好坏的判断，可借助万用表R×1挡来测量，为保证测量准确，应将熔断电阻器一端从电路上焊下。若测得的阻值为无穷大，则说明此熔断电阻器已失效开路，若测得的阻值与标称值相差甚远，表明电阻变值，也不宜再使用。在维修实践中发现，也有少数熔断电阻器在电路中被击穿短路的现象，检测时也应予以注意。
4、电位器的检测。检查电位器时，首先要转动旋柄，看看旋柄转动是否平滑，开关是否灵活，开关通、断时“喀哒”声是否清脆，并听一听电位器内部接触点和电阻体摩擦的声音，如有“沙沙”声，说明质量不好。用万用表测试时，先根据被测电位器阻值的大小，选择好万用表的合适电阻挡位，然后可按下述方法进行检测。
A、用万用表的欧姆挡测“1”、“2”两端，其读数应为电位器的标称阻值，如万用表的指针不动或阻值相差很多，则表明该电位器已损坏。
B、检测电位器的活动臂与电阻片的接触是否良好。用万用表的欧姆档测“1”、“2”(或“2”、“3”)两端，将电位器的转轴按逆时针方向旋至接近“关”的位置，这时电阻值越小越好。再顺时针慢慢旋转轴柄，电阻值应逐渐增大，表头中的指针应平稳移动。当轴柄旋至极端位置“3”时，阻值应接近电位器的标称值。如万用表的指针在电位器的轴柄转动过程中有跳动现象，说明活动触点有接触不良的故障。
5、正温度系数热敏电阻(PTC)的检测。检测时，用万用表R×1挡，具体可分两步操作：
A、常温检测(室内温度接近25℃)；将两表笔接触PTC热敏电阻的两引脚测出其实际阻值，并与标称阻值相对比，二者相差在±2Ω内即为正常。实际阻值若与标称阻值相差过大，则说明其性能不良或已损坏。
B、加温检测；在常温测试正常的基础上，即可进行第二步测试—加温检测，将一热源(例如电烙铁)靠近PTC热敏电阻对其加热，同时用万用表监测其电阻值是否随温度的升高而增大，如是，说明热敏电阻正常，若阻值无变化，说明其性能变劣，不能继续使用。注意不要使热源与PTC热敏电阻靠得过近或直接接触热敏电阻，以防止将其烫坏。
6、负温度系数热敏电阻(NTC)的检测。
(1)、测量标称电阻值Rt 用万用表测量NTC热敏电阻的方法与测量普通固定电阻的方法相同，即根据NTC热敏电阻的标称阻值选择合适的电阻挡可直接测出Rt的实际值。但因NTC热敏电阻对温度很敏感，故测试时应注意以下几点：
A、Rt是生产厂家在环境温度为25℃时所测得的，所以用万用表测量Rt时，亦应在环境温度接近25℃时进行，以保证测试的可信度。
B、测量功率不得超过规定值，以免电流热效应引起测量误差。
C、注意正确操作。测试时，不要用手捏住热敏电阻体，以防止人体温度对测试产生影响。
(2)、估测温度系数αt 先在室温t1下测得电阻值Rt1，再用电烙铁作热源，靠近热敏电阻Rt，测出电阻值RT2，同时用温度计测出此时热敏电阻RT表面的平均温度t2再进行计算。
7、压敏电阻的检测。用万用表的R×1k挡测量压敏电阻两引脚之间的正、反向绝缘电阻，均为无穷大，否则，说明漏电流大。若所测电阻很小，说明压敏电阻已损坏，不能使用。【集成电路测试理论】
8、光敏电阻的检测。
A、用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。
B、将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减些此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。
C、将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。
（二）电容器的检测原理
电容常见的标记方式是直接标记，其常用的单位有pF，μF两种，很容易认出。但一些小容量的电容采用的是数字标示法，一般有三位数，第一、二位数为有效的数字，第三位数为倍数，即表示后面要跟多少个0。例如：343表示34000pF，另外，如果第三位数为9，表示 10－1，而不是10的9次方，例如：479表示4.7pF。
更换电容时主要应注意电容的耐压值一般要求不低于原电容的耐压要求。在要求较严格的电路中，其容量一般不超过原容量的±20％即可。在要求不太严格的电路中，如旁路电路，一般要求不小于原电容的1/2且不大于原电容的2倍～6倍即可。
1、固定电容器的检测
A、检测10pF以下的小电容因10pF以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电，内部短路或击穿现象。测量时，可选用万用表R×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。
B、检测10PF～1000μF固定电容器是否有充电现象，进而判断其好坏。万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上，且穿透电流要些可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆幅度加大，从而便于观察。应注意的是：在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被测电容引脚接触
A、B两点，才能明显地看到万用表指针的摆动。
C、对于1000μF以上的固定电容，可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。
2、电解电容器的检测原理
A、因为电解电容的容量较一般固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同容量选用合适的量程。根据经验，一般情况下，1～47μF间的电容，可用R×1k挡测量，大于47μF的电容可用R×100挡测量。
B、将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极，在刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较大偏度(对于同一电阻挡，容量越大，摆幅越大)，接着逐渐向左回转，直到停在某一位置。此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻，此值略大于反向漏电阻。实际使用经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上，否则，将不能正常工作。在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即表针不动，则说明容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。
C、对于正、负极标志不明的电解电容器，可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。即先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。
D、使用万用表电阻挡，采用给电解电容进行正、反向充电的方法，根据指针向右摆动幅度的大小，可估测出电解电容的容量。
3、可变电容器的检测
A、用手轻轻旋动转轴，应感觉十分平滑，不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。将载轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时，转轴不应有松动的现象。
B、用一只手旋动转轴，另一只手轻摸动片组的外缘，不应感觉有任何松脱现象。转轴与动片之间接触不良的可变电容器，是不能再继续使用的。
C、将万用表置于R×10k挡，一只手将两个表笔分别接可变电容器的动片和定片的引出端，另一只手将转轴缓缓旋动几个来回，万用表指针都应在无穷大位置不动。在旋动转轴的过程中，如果指针有时指向零，说明动片和定片之间存在短路点；如果碰到某一角度，万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值，说明可变电容器动片与定片之间存在漏电现象。
（三）晶体管的检测原理
电路中的晶体管主要有晶体二极管、晶体三极管、可控硅和场效应管等等，其中最常用的是三极管和二极管，如何正确地判断二、三极管的好坏等是学维修关键之一。
1、晶体二极管：首先我们要知道该二极管是硅管还是锗管的，锗管的正向压降一般为0.1伏～0.3伏之间，而硅管一般为0.6伏～0.7伏之间。测量方法为：用两只万用表测量，当一只万用表测量其正向电阻的同时用另外一只万用表测量它的管压降。最后可根据其管压降的数值来判断是锗管还是硅管。硅管可用万用表的R×1K挡来测量，锗管可用R×100挡来测。一般来说，所测的二极管的正反向电阻两者相差越悬殊越好。一般如正向电阻为几百到几千欧，反向电阻为几十千欧以上，就可初步断定这个二极管是好的。同时可判定二极管的正负极，当测得的阻值为几百欧或几千欧时，为二极管的正向电阻，这时负表笔所接的为负极，正表笔所接的为正极。另外，如果正反向电阻为无穷大，表示其内部断线；正反向电阻一样大，这样的二极管也有问题；正反向电阻都为零表示已短路。
2、晶体三极管： 晶体三极管主要起放大作用，那么如何来判测三极管的放大能力呢？其方法是：将万用表调到R×100挡或R×1K挡，当测NPN型管时，正表笔接发射极，负表笔接集电极，测出的阻值一般应为几千欧以上；然后在基极和集电极之间串接一个100千欧的电阻，这时万用表所测的阻值应明显的减少，变化越大，说明该三极管的放大能力越强，如果变化很小或根本没有变化，那就说明该三极管没有放大能力或放大能力很弱。
电极的判断方法
测量的锗管用R*100档，硅管用R*1k档，先固定红表笔与任意一支脚接触，黑表笔分别对其余两支脚测量。看能否找到两个小电阻，若不能再把红表笔移向其他的脚继续测量照顾到两个小电阻为止，若固定红线找不到两个小电阻，可固定黑表笔继续查找。
当找到两个小电阻后，所固定的一支表笔所用的为基极。若固定的表笔为黑笔，则三极管为NPN型，若固定的为红笔，则该管为PNP。
A、判断ce极电阻法
用万用表测量除基极为的两极的电阻，交换表笔测两次，如果是锗管，所测电阻较小的一次为准，若为PNP型，测黑表笔所接的为发射极，红表笔接的是集电极，若为NPN型，测黑表笔所接的为集电极，红表笔接的是发射极；如果是硅管，所测电阻较大的一次为准，若为PNP型，测黑表笔所接的为发射极，红表笔接的是集电极，若为NPN
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/shenghuo316687/
推荐访问:集成电路封装测试 集成电路芯片测试