半导体制造的关键环节：芯片测试

测试是保证功能和良率的重要手段。芯片的测试主要可以分成两大部分。CP(chip probering)和FT(final test)。某些芯片还会进行SLT（system leve test）。还有一些特定要求的芯片，需要一些可靠性测试。  

CP测试

CP（Chip Probing）测试也叫晶圆测试(wafer test)，也就是在芯片未封装之前对wafer进行测试，这样就可以把有问题的芯片在封装之前剔除出来，节约封装和FT的成本。CP测试在整个芯片制作流程中处于晶圆制造和封装之间。晶圆（Wafer）制作完成之后，成千上万的裸DIE（未封装的芯片）规则地布满整个Wafer。由于尚未进行划片封装，芯片的管脚全部裸露在外，这些极微小的管脚需要通过更细的探针（Prober）来与测试机台（Tester）连接。下图为CP自动化测试系统示意图。  

可以把CP想成下图的测试样子，用探针Probe来测试晶圆

但应用中，探针的数量非常的多，会使用几千上万个探针做的探针台。探针台，是用来承载wafer的平台，让wafer内的每颗die每个bond pads 都能连接到Probe card的探针上，同时能够精确地移位，每次测试之后，换另外的die再一次连接到Probe card的探针上，从而保证wafer上的每一个die都被测试到。  

CP测试主要测以下几方面的内容：  

Scan。Scan用于检测芯片逻辑功能是否正确；

Boundary SCAN。Boundary SCAN用于检测芯片管脚功能是否正确；

存储器。芯片往往集成着各种类型的存储器（例如ROM/RAM/Flash），为了测试存储器读写和存储功能，通常在设计时提前加入BIST（Built-In SelfTest）逻辑，用于存储器自测。芯片通过特殊的管脚配置进入各类BIST功能，完成自测试后BIST模块将测试结果反馈给Tester；

DC/AC Test。DC测试包括芯片Signal PIN的Open/Short测试，电源PIN的PowerShort测试，以及检测芯片直流电流和电压参数是否符合设计规格；

RF Test。对于无线通信芯片，RF的功能和性能至关重要，CP中用RF测试来检测RF模块逻辑功能是否正确，FT时还要对RF进行更进一步的性能测试；

其他Function Test。芯片其他功能测试，用于检测芯片其他重要的功能和性能是否符合设计规格。

一片晶圆越靠近边缘，die（一个小方格，也就是一个未封装的芯片）出问题的概率越大。  

FT测试

FT(final test)测试就是最终测试，在芯片完成封装之后进行的测试。FT测试属于芯片级测试，是通过测试板(Loadboard)和测试插座(Socket)使自动化测试设备(ATE)到封装后的芯片之间建立电气连接。FT测试的目的是筛选出满足设计规格的产品。   FT的测试系统结构如下图：  

FT测试需要的硬件设备包括测试板、测试插座、ATE（Automation Test Equi[pment)测试机台、Handler。其中Handler也称为自动化分类机，是用来实现FT测试自动化的设备。  

handler与tester相结合以及连上了interface之后才能测试。动作就是handler的手臂将芯片放进socket，然后contact pusher下压。使芯片的引脚正确的和socket的接触送出start信号，透过interface 给tester，测试完成之后tester送回binning及EOT(end of test)讯号。handler再做出分类的动作。  

FT测试项目也是根据芯片的功能和特性决定的。常见的FT测试项一般有：  

Open/short test，也就是检查芯片引脚是否有开路或者短路 ；

DC test也就是检查器件直流的电流和电压的参数；

Eflash test也就是检查内嵌的flash功能和性能，包含读写参数动作功耗和速度等各种参数；

Function test就是测试芯片的逻辑功能；

AC test就是验证交流的规格，包括交流输出信号的质量和信号的实际参数；

RF test这个就是针对有射频模块的芯片，主要验证射频模块的功能和性能参数；

还有就是DFT test，DFT（Design forTest) test主要包括scan扫描设计和内件的自测，也就是BIST(Build In Self Test)。

SLT测试

SLT是System Level Test的缩写。SLT一种是在其他测试覆盖率无法满足时使用。还有一种就是为了控制成本，因为ATE的测试成本比较高。SLT的测试把芯片放在测试板上，测试板可以用于验证芯片的各个功能。因为他们控制多台测试机，这样可以实现批量的测试。  

SLT测试需要的硬件设备包括测试板、测试插座、Handler、Change Kit以及测试主机与连接线等。SLT测试属于定制化测试，软件部分灵活度比较高，不需要基于自动化测试平台开发，完全由测试工程师自主开发。SLT测试内容通常包括芯片功能测试、高速接口测试以及DDR内存相关的测试等。与FT测试相同，程序会根据测试结果Pass或者Fail对芯片进行物理分Bin。   以上三种主要测试之外 ，有的芯片可能还要进行一些可靠性测试，包括以下内容：  

ESD，也就是静电抗扰度测试

Lateh up就是闩锁测试

HTOL就是高温工作寿命测试

LTOL就是低温工作寿命测试

TCT温度循环测试

HAST高加速温度温湿度应力测试

其他特殊要求的测试

测试设备

芯片测试复杂度高，而且是大规模生产的东西，所以大规模自动化测试是唯一的解决办法, 靠人工或者说bench test是没法完成这样的任务的。  

在半导体测试中，测试机、分选机和探针台是三个关键设备，它们合作配合，确保测试的准确性和效率。   4.1 测试机   测试机是半导体测试的核心设备之一。它通过提供电源、仪器和信号处理等功能，对芯片进行电气特性测试和功能验证。测试机通常具备多个插槽，用于插入待测芯片。根据不同测试需求，测试机可以进行电压、电流、功率、频率、时序等多种测试。它能够自动化地执行测试程序，并生成测试报告和数据分析结果。 测试机的关键技术包括测试程序开发、测试点布线、信号采集和处理等。为了提高测试效率和准确性，测试机通常具备高速数字信号处理器、模拟转换器、时钟管理等先进技术。此外，测试机还需要具备良好的灵活性和扩展性，以适应不同芯片类型和测试要求的变化。  

4.2 分选机   分选机是半导体测试中的另一个重要设备。它主要用于将被测芯片按照一定的标准或要求进行分类和分选。分选机通常具备高速图像处理和识别技术，能够对芯片进行光学检测和分辨，判断其品质和合格性。   分选机的关键技术包括图像传感器、图像处理算法、运动控制系统等。通过光学检测和图像处理，分选机可以快速而准确地识别和分类芯片，将不合格品挑选出来，确保只有优质的芯片流入下一生产环节。分选机的高效性和精确性对于提高生产效率和降低不良品率具有重要意义。  

4.3 探针台   探针台是用于芯片测试中的关键设备之一。它提供了固定和支撑测试探针的平台，确保探针能够稳定地接触到芯片上的测试点。探针台的主要功能是提供稳定的机械结构、可靠的探针固定和微调、良好的导电性和绝缘性等特性。  

探针台的关键技术包括机械结构设计、探针固定和微调机制、导电材料选择和处理等。通过精确控制探针的位置和压力，探针台能够确保探针与芯片之间的良好接触，并提供稳定的测试环境。探针台的高精度和稳定性对测试结果的准确性和可靠性起着至关重要的作用。  

审核编辑：黄飞