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标题: 确定用于生产的混合信号IC特性 [打印本页]

作者: Bazinga 时间: 2014-5-8 19:48 标题: 确定用于生产的混合信号IC特性

用于生产制造的集成电路必须有能满足潜在需求的大批量。即使实验室测试结果很好，也必须在生产中用自动测试设备(ATE)测试器件。此外，在设计交付给制造以前，还必须做全面的特性检验，以确认每个被测器件都会完全满足其电气规格，并揭示出任何可能在制造工艺中出现的工艺缺陷。在本文中，我们将着重讨论混合信号器件的特性，确保测试结果可重复性的检验统计技术，包括一种IC在其标称极端温度条件下的测试。
重复性

在将某种器件及其测试方法交付给生产部门以前，必须确认该测试方案自身是精确和可重复的。量具的重复性与再现性(GR&R)是对某种量具或测试仪性能的一种度量，即每次测量都会得到相同的测量读数，表示了测量设备的一致与稳定。数学上说，这是对某个量具测量变化率的一种量度。工程师们必须尝试尽量减少测量设备的GR&R值，因为高GR&R值代表着不稳定，需加以避免。降低GR&R是一种检查测试程序重复性的方法。

步骤之一是在一块晶圆上测试多个位置，并重复多次。关键是只应给真正有效的位置通电，这样可避免其它位置的可能干扰，如来自RF信号的串扰或干扰，以免对测试结果造成负面影响。

假设要对每个位置测试50次。按此方式，则一个16点的测试方案会产生800个测试结果(16×50)。在不同位置之间，整体结果可能表现出某种差异。然后可以计算出所有位置上的标准差，以及工艺能力指数(Cpk)，目的是确保一个良好且可重复的测试程序。

图1是一个比较图，一方是某个在ATE上测试了100次的器件，另一方则是在ATE上同时测试300个器件。图中给出的是一个简化的重复性与再现性报告，你可以用这些数据判断一个测试的精度(例如，在测量范围内)和稳定性。以下总结了测试步骤：

1.一个位置测试50次。测试期间所有其它位置均关闭(不加电)。
2.用ATE测试约300个器件，以提供一个多批器件之间变化性的比较。
3.用统计工具分析数据。

测试仪上的测量必须与实验室的测量结果做关联对照。对于每种情况，项目团队都必须确定关联器件的数量，以及要测试的参数。一旦测试程序经过调试且稳定以后，就可以开始这种关联。应至少测试10个器件，以保证数据是相关的。

提示

1.量具的重复性与再现性(或GR&R)是对某种量具或测试仪性能的一种量度，这样每做一次测量，都可以得到相同的测量读数。
2.室温下的测试是必要和重要的，但更重要的是，要在一个器件规定的整个工作温度区间上测试关键的参数。
3.除了晶圆级测试以外，还必须测试已封装的器件，以确定在封装工艺中没有损伤。

CPK计算

工艺性能指数值定义自平均值、标准差(sigma)，以及规格上下限，它表示了测试参数在其极限值范围内受控制的程度。对很多器件来说，期望的Cpk值是1.33，这表示3倍sigma的重复值。但由于汽车的器件有六西格玛标准，所以Cpk值最好为2.00。
温度测试

在室温做测试必要且很关键，但更重要的是，要在某个器件的整个规定工作温度范围内测试重要的参数。温度特性可显示出器件在规定工作温度范围上的稳定性。应在前述的三个定义温度上测试大约300个器件；另外，还必须在三个温度上对同一个器件测试100次，以计算不同温度上的漂移。获得的数据可以用于计算温度保护带。

关于保护带

通常，测试工艺会采用两种保护带：一个用于重复性，一个针对温度。它们各有自己的优缺点。

工程师们通常用可重复保护带来处理每次测量的不确定性。下例关注的是驱动电流：

段驱动源的电流：
37mA(最小),47mA(最大)
LGB极限=规格下限+ε
=>37.37mA;

UGB极限=规格上限-ε
=>46.53mA

这里，LGB是低保护带，UGB是高保护带，而ε是测量的不确定性。

使用重复性保护带的缺点是：一个好的器件可能被当作坏器件而排除掉，原因是存在着上例中的不确定性。理想的情况应该是采用一种零限保护带，这样就不会丢弃良品器件。如要减少保护带的影响，如果最终的测量有一个较小的重复性保护带，则可以提高稳定性。缺点是测试时间要延长很多，原因是模拟与混合信号IC固有的安定时间问题。

同时，每个器件都会随温度产生特定的漂移，漂移也可能是器件的典型或最小/最大保证规格之一。温度保护带的测试极限要比IC的数据表规格更加严格，其计算要基于在各个温度上测得的漂移。采用温度保护带的优点是，可以省略在其它温度下的测试步骤，而代之以用室温下的测试结果做计算，无论该器件是否会在极限温度下失效。

图2给出了一个包含保护带的温度特性报告。图中表明各个温度上存在着漂移。从该数据必须能够预测出，当在+25℃测试量产器件时，极限温度下的漂移也会在规格限度内。这是温度保护带用于生产测试的要点。

一般用银样本(silver sample)表示测试方案在温度上的稳定性。它们也可以保存作为参考器件，用于验证以后的测试方案。这些器件的测试过程是：在三个温度下测试三个器件，每个测试数百次。

借助某种统计报表工具的帮助，用获得的数据就可以证明每个器件的稳定性。例如，可以立即看到二重分布或不稳定性。测试结果可以保留供以后参考，将未来测量数据与所保存数据相互对照。

假设待测器件有以下工作条件：最低工作温度40℃，典型工作温度+25℃，最大工作温度+12 5℃。图3中的黑条是室温下的值，绿条显示高温(+125℃)下的值，而蓝条则显示低温(40℃)下的值。显然，数据在高温和低温时各自有增加和减小。

塑料件的GR&R

除了晶圆级测试以外，工程师们还必须测试封装后的器件，以确定在封装工艺中没有出现损坏。为了验证在不同测试仪上的重复性与再现性，要在一台测试仪上，以相同次序对最少5 0个塑封器件做两次测试，然后在另一台测试仪上重复这个过程，并比较不同测试仪获得的测试结果。好的结果是两组数据为100%重叠。如果发现结果并不完全相符，则必须找出差异的根源。

图4是测试仪比较图，表明相同型号的两台测试仪之间有一个偏差。测试结果不会完全一致，不同测试仪的结果之间必须非常接近。偏差根源一般可追踪到一些简单的事情上，例如所使用的仪器量程。虽然本例中所使用的两台测试仪为相同型号，但这个GR&R过程可适用于两种不同型号的测试仪。

晶圆分类的GR&R另一种测试GR&R的方法是实现某种bin转换晶圆(bin-flip wafer)技术(图5)。这种技术不是测试塑料件，而是先在测试仪1上测试一整块晶圆，然后再到测试仪2上测试。这些bin结果(即从bin1~bin7)不应超过一个预定限制值。如果测量结果不能在另一台测试仪上重复，则要审核有问题的测试，找出问题。

电路板与电路板

要确保多块测试电路板均有相同的电气特性，就必须生成一个测量系统分析(MSA)报告。此报告的目的是验证两块或多块搭载板有相同的电气特性。以下给出了测试流实例，假设要同时发放两块搭载板。

依次测试50个器件，在一块板上测两次，再到另一块板上测两次。关键是器件的测试顺序要完全相同，这样才能比较同一器件的测试结果。图6中可以看到两块板之间有一个偏差。图6(a)是测量结果的一个直方图；图6(b)是依次的测量。可以看到，50个器件在两块板上测试了四次；本图描述了两块电路板的分布。在本例中，趋势线有一个向左的小偏移，它表示在器件1~39和器件40~50之间存在着一个差异。

电路板ID

电路板ID用于确保被测电路板是正确的搭载板。电路板ID的实现方法是将一个唯一ID号写入搭载板的EEPROM中。如果在生产界面上选择了错误的板，则会显示一个错误。由于每个板都有一个唯一ID，所以每次测试都可以追溯。在最差情况下，如果用一块有缺陷的电路板做测试，则可以召回该生产批次。为了改善ATE与实验室测试之间的相关性，可以根据所使用的电路板，自动采用并加载偏差校正因数。

品质筛选

在获得了所有必需的数据以后，就可以着手做一个品质保证的筛选过程。这必须在保护带限度内(最少)测试一千只良品器件。测试完成时，必须在规格极限内，用QA温度测试所有的器件。此时不允许有任何失效情况。如果出现问题，就需要重新验证保护带，以及测试程序的稳定性。

验证了所有数据结果的相符性，并且在测试程序的发布期间未发现异常，就可将以后阶段出问题的可能性降至最低。一个稳定且经过验证的测试方案还可以帮助你避免以后因制造而产生问题以及出现QA故障。

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