专用集成电路设计实践（西电版）第6章asic测试技术概述

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1、第6章ASIC测试技术概述6.1常用测试设备及仪器简介6.2芯片测试方法简介6.3芯片Debug方法简介6.1常用测试设备及仪器简介6.1.1探针台半导体生产过程中的探测大约分为三大类:(1)参数探测:提供制造期间的装置特性测量。(2)晶圆探测:当制造完成要进行封装前,在一系列的晶圆上(WaferSort)测试装置功能。(3)以探针台为基础的晶圆处理探测(FinalTest):在卖给顾客前,对封装完成的装置作最后的测试。它是保证芯片成品率的重要步骤。1.探针台的整机结构探针台从结构上可分为三大部分:主机、驱动箱和工作台。主机包括X轴

2、、Y轴、承片台、探针攀架、测试探头、打标记头、逻辑控制板、显示器、显微镜等;驱动箱包括主机电源和电机驱动电路等;工作台呈一头沉写字台形状。探针台的整机结构如图6－1所示。　　探针台可分为半自动与全自动两种。本章以TZ－109型全自动探针测试台为例,介绍探针台的用途、结构特点、技术性能、指标和控制方法。图6－1探针台的整机结构2.主要组成部分和技术特点1)图像识别自动对准　　该机的自动对准系统由主计算机、图像采集卡、CCD摄像头、光学部件及图像监视器组成,采用了计算机控制、CCD摄像头和图像处理等关键技术。由于被测晶片没有固定标记,采集的

3、图像是晶片上的任意图形,增加了图像识别的难度,因而要求识别算法必须有一定的灵活性、适应性和可靠性。在自动对准区域,CCD摄像头通过专门设计的光学部件,摄取选好的局部芯片图像,并将其转化为视频图像信号。图像处理系统将采集到的视频信号数字化,并存储到特定的存储单元中。在进行自动对准操作时,根据存储的参考图形与参考靶面作相关匹配处理,再根据相关的位置信息控制工作台进行θ向调整和X-Y方向位置对准。图像识别的精度可达到±0.5个像素,满足了中测台2.4μm自动对准精度的要求。2)高精度、高速度X-Y工作台如图6－2所示,X-Y工作台是全自动探针台能

4、正常、准确、高效实现自动化的保证。我们使用了平面电机作为TZ－109型的工作台执行元件。该部件具有精度高、速度快、效率高、无磨损、不需润滑、使用寿命长等特点。定位精度为±4.5μm,运行速度为255mm/s,X向行程380mm,Y向行程192mm,各项性能指标都能满足使用要求。图6－2X－Y工作台3)可编程承片台　　如图6－3所示,承片台由接片装置、Z向升降、θ向旋转机构、调针台、步进电机等组成。它是本机的核心部件,其主要功能是承接并固定被测晶片。它在平面电机动子的带动下可完成Z向升降、θ向旋转、自动装片、卸片、晶片自动对准及自动探测等功能

5、。它由主计算机直接控制,根据系统命令完成Z、θ向运动等全部功能。图6－3承片台Z向升降和θ向旋转是承片台的两个重要功能。Z向升降功能用于承片台实现接片、自动对准、[JP2]测试、卸片等过程。θ向旋转功能用来带动吸片盘作正反向转动,自动对准时对晶片所处的位置夹角进行调整。Z向升降采用精密丝杠副结构,θ向旋转采用三级减速器结构,都由步进电机驱动,并设有光电传感器作限位检测。抬升旋转机构具有结构简单、运行灵活可靠、精度高、抬升量可任意设置等特点,且满足行程、分辨率精度、速度等要求。4)晶片自动传输及预对准机构　　晶片自动传输及预对准机构由收、发

6、片盒升降机构、皮带传输机构、预对准台、机械手等组成。该机构的设计是自动探针台的关键技术之一,也是本机实现自动化的必要条件。它包括晶片自动发送、自动传输、预对准及自动回收几个环节。当发片盒装有晶片时,片盒托板下降。当晶片接触到皮带导轨时,它在皮带的带动下自动“走出”片盒。经过传送走到预对准台上,由定位装置定位、预对准台旋转、检测传感器判别晶片切边来完成晶片的自动预对准,然后由机械手传送到承片台上。当晶片测试结束后,承片台在大气作用下将晶片吹放到皮带导轨上,经过传送回收到收片盒中,完成晶片的自动传输、预对准及回收过程。该机构具有传片速度快、平稳、可

7、靠,对晶片无损伤、无污染等特点,预对准精度θ向为±2°。5)探卡盘、探针盘、分离式探头、探边器、打点器　　探卡盘和探针盘是探针台的两个重要附件。探卡盘用于探针卡测试,探针盘用于分离式探头测试。通过更换盘子可以改变测试台的测试方式。它们的装入不需螺钉固定,推入台板三点定位孔内即可,装卸调换也特别方便。　　分离式探头在探针盘上为固定方式,其三维调节范围、稳定性、可靠性以及微调性是影响探针台性能的重要因素。本机探头改变了以往的结构形式,针座在探针盘上的固定方式采用磁力吸附式。X、Y向的调节采取万向节调节结构。三维调节范围分别为X向6mm、Y向8

8、mm、Z向5mm。当探边器探测到晶片边沿时,由它发出电信号,使工作台拐弯换向。本机采用光电式结构,通过对光电传感器的挡光与脱离达到电气通断,以控制工作