聊聊IC测试机（3）基于ATE的IC测试原理、方法及故障分析

基于ATE的IC测试原理、方法及故障分析

本文以ATE为基础，讨论了 集成电路测试的基本原理和测试方法，并进行了故 障分析.

集成 电 路 测试主要分为三种:

• verificationt est,
• mass production test
• burn-in.

verifa ct iont est，称之为芯片验证 ，主要用来验证一个新的设计在量产之前功能是否正确，参数特 性等是否符合pec以及电路的稳定性和可靠性.测 试范围包括功能测试和AC/DC测试，测试项目相 对来说比较全面.其主要目的除了调试之外还为量产测试作准备.Verification的周期直接关系到产品的质量和竞争力以及投放市场的时间.

mass production test，称之为量产测试 .量产测 试在整个Ic生产体系中位于制程的后段，其主要 功能在于检测Ic在制造过程中所发生的瑕疵和造 成瑕疵的原因.因此，量产测试是确保Ic产品良好 率，提供有效的数据供工程分析使用的重要步骤. mass production test以测试时间计费，同时测试设 备价格的高低也将影响每小时的测试费用，从而直 接影响产品的成本，因此提高测试覆盖率和测试效 率非常重要.

burn- in ，主要用于测试可靠性 .采用各种加速 因子来模拟器件长期的失效模型，常用的有 加高温， 加高电压等 .

集 成 电 路测试的基本原则是通过测试向量对芯片施加激励，测量芯片响应输出(response)，与事先 预测的结果比较，若符合，则大体上可以说明芯片是好的。

原文连接：基于ATE的IC测试原理、方法及故障分析.PDF[1]

浅谈基于ATE的IC测试精确度及稳定性问题

随着IC产业的飞速发展，IC的复杂度及其电气参数的性能也日益提高，同时也给IC测试带来了众多难题，其中测试的精确度及稳定性是一直困扰工程师的两大难题，尤其在量产ATE测试时表现更为严重，那么， 如何在测试中做到精确、稳定的测试这些IC的各项性能参数 ，以 确保产品质量，并避免由于测试不稳定而导致反复重测而浪费大量测试时间呢 ？

本文就IC测试的基本参数： 电压、电流、时间、THD等的测试进行深入分析 ，并举以实例来说明如何解决此类问题，以供广大测试工程师参考。

电压测试问题

在IC的测试中，电压的测试是所有测试参数中最为常见的一种参数，尤其是模拟芯片的测试，电压测试更显常见及重要，如：LDO、LED驱动、音频功放、运放、马达驱动等很多类型的模拟芯片都含有电压参数的测试，而且都是其主要性能参数。

另外，也有很多其他的参数都是通过电压的测量来间接得到的，如增益（Gain）、电源电压抑制比（PSRR）、共模抑制比（CMRR）等。工程师们在调试中也经常会遇到电压测的不精确或者不稳定的现象，对于测试不精确的问题，目前主要采用correlation的办法，来调整测试的误差，但这种方法对于线性的芯片尚可使用，但对于非线性的芯片却无用武之地。

针对测试不稳定的问题，大多采用多次测量取平均值的办法来解决，但这种办法也是治标不治本，同样会给产品的质量带来隐患。那么如何解决电压测试的这些问题呢？以下将具体分析产生这些现象的具体原因，并针对这些原因阐述一些解决办法。

• 1）、芯片工作状态未完全建立或有震荡

一般在开发测试程序之前必须了解所测试的芯片的功能及性能参数，这样在开发及调试程序时才能心中有数，比如测试LDO的输出电压参数，你必须清楚：在当前的输入及输出滤波电容之下，它的输入电压加上之后，输出电压需要多长时间才能达到稳定，而你在程序中设定的等待时间必须大于这个稳定时间，这样才能做到测试的准确且稳定。

当然LDO的输出稳定时间一般都在微秒级（几十到上百微秒），所以调试时不太会遇到此类问题，但有的时候我们需要测试芯片内部的基准电压，但又没有办法直接进行测试，只能通过其他的引脚间接测试，如图1为LED驱动芯片的部分线路图，

图1

我们要测试芯片内部Vref的电压，但又没有直接的引脚出来，所以只能通过测试VO端的电压进行间接测试，但是需要注意的是：如果VO端悬空，没有任何电流流出，那么它上面的MOS管则不能正常导通工作，EA1的反馈回路也不能正常建立，而导致VO端的电压也不确定，此时测试的VO电压将不能代表Vref的电压。所以在测试时，我们必须给VO一定的负载让MOS管及EA1能够正常工作，这样才能正确测试Vref的电压。

芯片工作状态的建立，有时需要比较长的时间，如图2为一音频功放（LM4990）的功能框图及典型应用线路图，

图2

我们在ATE测试时会测试一些静态直流参数，如bypass、Vo1、Vo2端电压值，当你仔细研读此芯片的手册，你会发现在电源电压为5V、Cbypass为1Uf时（注意不同的电源电压及Cbypass电容，其稳定时间也是不同的），bypass端的电压需要至少100ms才能达到稳定，而Vo1、Vo2端的电压又受bypass端电压的影响，所以要想稳定且准确的测试这些直流参数，必须要在芯片上电之后等待100ms以上再进行测试（必须考虑不同批次芯片间的差异，所以在实际测试中的等待时间可在120ms左右），但对于量产测试，测试时间的长短将直接影响到测试效率及测试费用，我们必须缩短测试时间！那么如何来解决这个问题呢，一般我们可以采用如下两种办法：

第一，可以减小Cbypass的电容，这样同样的充电电流及电压，充电时间会随着电容的减小而减少，可以使用0.1uF或者更小的电容来替代，此时有些读者可能会说：这样做肯定会影响到后面的交流参数（如THD）的测试，没错！肯定会有影响！那么又如何来解决呢？其实很简单，也可以有两种解决方案：1、通过测试评估，适当调整在0.1uF时的交流参数的测试规范，当测试要求不高时可采用此方案；2、通过外加继电器来选择测试直流及交流参数时的电容值，但是继电器的连接方式也是很有讲究的，不然也会对交流参数有影响，这在后面的段落中再详细阐述。

第二，可以采用预充电的方式对Cbypass进行提前大电流充电，如果bypass端在电源电压为5V时正常情况下是2.5V左右，我们可以预充电到2.3V，这样同样可以节省很多时间，但这种解决办法必须注意一个问题就是：不要在充电的同时给bypass端带来额外的干扰，而导致芯片不能正常工作。

震荡在芯片调试时也是比较常见的现象，由此给芯片测试也带来诸多问题，引起震荡的原因有很多：输出容性负载的大小、阻抗不匹配、不当的反馈回路等，如图3为一款LDO（TL431）芯片手册中的一幅电性能特性曲线及测试图，图中明显规定了输出容性负载CL的大小范围，

但是我们在实际调试中可能没有注意到这一点，如果选用的输出电容不是在芯片稳定所需要的容值范围之内，那么输出就会产生震荡，导致输出测试不准且不稳定。所以在此再次提醒大家：在调试之前务必将芯片性能做到比较详细的了解，以免在后期的调试中浪费大量的时间。

另外震荡不光是在芯片正常工作时发生，在静态时也有可能发生。尤其当你测试放大倍数比较高的运放时，此时的输入引脚要特别注意，必要时要进行隔离，以免引入不必要的噪声而导致输出产生震荡。