教你认识半导体与测试设备
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第一章
.
认识半导体和测试设备
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本章节包括以下内容，
晶圆（
Wafers
）、晶片（
Dice
）和封装（
Packages
）
自动测试设备（
ATE
）的总体认识
模拟、数字和存储器测试等系统的介绍
负载板
（
Loadboards
）<
/p>
、
探测机
（
Pr
obers
）
、
机械手
（
Handlers
）
和温度
控制单元（
Temperature
units
）
一、晶圆、晶片和封装
1947
年，第一只晶体管的诞生标志着半导体工业的开始，
从那时起，半导体生
产和制造技术变得越来越重要。
以前许多单
个的晶体管现在可以互联加工成一种复杂的集成
的电路形式，
这
就是半导体工业目前正在制造的称之为
超大规模
（
VLSI
，
Very
Large
Scale
Integration
）的集成电路，通常包含上百万甚至上千万门晶体管。
半导体
电路最初是以晶圆形式制造出来的。晶圆是一个圆形的硅片，在这个半
导体的基础之上，
建立了许多独立的单个的电路；
一片晶圆上这种单个的电路被称
为
die
（我
前面翻译成
晶片
，不一定准确，大家还
是称之为
die
好了），它的复数形式是
dice.
每个
die
都是一个完整
的电路，和其他的
dice
没有电路上的联系。
当制造
过程完成，每个
die
都必须经过测试。测试一片晶圆称为
probing
（即我们常说的
CP
测试）、
porbi
ng
或者
sort
。在这个过程中，每
个
die
都被
测试以确保它能基本满足器件的特征或设计规格书（
Specification
），通常包
括电压、电流、
时序和功能的验证
。
如果某个
die
不符合规格书，
那么它会被测试过程判为
失效（
fail<
/p>
），通常会用墨点将其标示出来（当然现在也可以通过
Mapin
g
图来区分）。
在所有的
die
都被探测（
Probed
）之后
，晶圆被切割成独立的
dice
，这就是
常说的晶圆锯解，所有被标示为失效的
die
都报废
（扔掉）。图
2
显示的是一个从晶圆上锯
解下来没有被标黑点的
die
，它即将被封装
成我们通常看到的芯片形式。
注：本标题系列连载内容及图片均出自《
The
Fundamentals Of Digital Semiconductor
Testing
》
第一章
.
认
识半导体和测试设备
(2)
在一个
Die
封装之后，
< br>需要经过生产流程中的再次测试。
这次测试称为
“
Final
test
”（即我们常说的
FT
测试）或“
Package
test
”。在电路的特性要求界限方面，
FT
测试通
常执行比
CP
< br>测试更为严格的标准。
芯片也许会在多组温度条件下进
行多次测试以确保那些对
温度敏感的特征参数。商业用途（民品）芯片通常会经过
0
℃、
25
℃和
75
℃条件下的测试，而
军事用途（军品）
芯片则需要经过
-55
℃、
25
℃和
125
℃。
芯片可以封装成不同的封装形式，
图
4
显示了其中的一些样例。一些常用的封装形式如下表：
DIP
：
Dual Inline
Package (dual indicates the package has pins on
two sides)
双列直插式
CerDIP
：
Ceramic
Dual Inline Package
陶瓷
PDIP
：
Plastic Dual Inline Package
塑料
PGA
：
Pin Grid Array
管脚阵列
BGA
：
Ball Grid Array
球栅阵列
SOP
：
Small Outline
Package
小型外壳
TSOP
：
Thin Small Outline Package
TSSOP
：
Thin Shrink
Small Outline Package (this one is really getting
small!)
SIP
：
Single Inline Package
单列直插
SIMM
：
Single
Inline Memory Modules (like the memory inside of a
computer)
QFP
：
Quad Flat Pack
(quad indicates the package has pins on four
sides)
TQFP
：
Thin version of the QFP
MQFP
：
Metric Quad
Flat Pack
MCM
：
Multi
Chip Modules
(packages with
more than 1 die
(formerly called hybrids)
第一
章
.
认识半导体和测试设备
(3)
二、自动测试设备
随着集成电路复杂度的提高，其测
试的复杂度也随之水涨船高，一些器件的测试成本甚
至占到了芯片成本的大部分。大规模
集成电路会要求几百次的电压、电流和时序的测试，以及
百万次的功能测试步骤以保证器
件的完全正确。要实现如此复杂的测试，靠手工是无法完成的，
因此要用到自动测试设备
（
ATE
，
Automated
Test Equipment
）。
ATE
是一种由高性能计算机控制
的测试仪器的集合体，是由测试仪和计算机组合
而成的测试系统，计算机通过运行测试程
序的指令来控制测试硬件。测试系统最基本的要求是
可以快速且可靠地重复一致的测试结
果，即速度、可靠性和稳定性。为保持正确性和一致性，
测试系统需要进行定期校验，用
以保证信号源和测量单元的精度。
当一个测试系统用来验证一片晶圆上的某个独立的
Die
的正确与否，需要用
ProbeCard<
/p>
来实现测试系统和
Die
之间物理的和电
气的连接，
而
ProbeCard
和测
试系统内部的测
试仪之间的连接则通过一种叫做“
Load <
/p>
board
”或“
Performanc
e
board
”的接口电路板来实现。
在
CP
测试中，
Performan
ce
board
和
Probe
card
一起使用构成回路使电信号得以在测试系统和
Die
之间传输。
当
Die
封装出来后，它们还要经过
FT
测试，
这种封装后的测试需要手工将一个
个这些独立的电路放入负载板
（
Load
board
）
上的插座
（
Socket
）
里，
这叫手工测试
（
hand
test
）
。
一种快速进行
FT
测试的方法是使用自动化
的机械手（
Handler
），机械手上有一种接触装置实
现封装引脚到负载板的连接，这可以在测试机和封装内的
Die
之间提供完整的电路。机械手可
以快速的抓起待测的芯片放入测试点
（插座），然后拿走测试过的芯片并根据测试
pass/fail
的结果放入事先定义好的相应的
Bin
区。
< br>