多點(diǎn)測(cè)試的挑戰(zhàn)

　　這看起來(lái)很簡(jiǎn)單。如果你想要降低測(cè)試IC的成本，你就需要把2個(gè)甚至4個(gè)器件放在一起進(jìn)行測(cè)試。存儲(chǔ)器制造商已經(jīng)毫無(wú)疑問地證明了這種方法的價(jià)值——并行測(cè)試128個(gè)DRAM器件已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)的慣例（參考文獻(xiàn)1）。多點(diǎn)測(cè)試已經(jīng)將每個(gè)DRAM測(cè)試點(diǎn)的資金投入從1997年的40萬(wàn)美元降低到2004年的約2.7萬(wàn)美元。盡管在同一個(gè)時(shí)期內(nèi)存儲(chǔ)器的密度從64Mb增加到了1Gb，但存儲(chǔ)器的測(cè)試成本穩(wěn)中有降。

　　為什么同樣的方法不能應(yīng)用于所有器件的測(cè)試呢？在某種范圍內(nèi)這種方法是可行的，但是大多數(shù)測(cè)試工程師知道事情遠(yuǎn)沒有想象得那么簡(jiǎn)單。存儲(chǔ)器和片上系統(tǒng)（SoC）是非常不同的，分析這些差異可以幫助你了解為什么增加測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量并不一定可以使某些測(cè)試設(shè)備達(dá)到節(jié)約成本的目的。

　　對(duì)以往的非存儲(chǔ)器測(cè)試設(shè)備來(lái)說(shuō)，非存儲(chǔ)器器件的引腳數(shù)、BIST/DFT特性和混合信號(hào)核心等因素的結(jié)合，使大多數(shù)生產(chǎn)測(cè)試解決方案最多只能有兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)。大多數(shù)測(cè)試設(shè)備沒有提供專門的功能，使測(cè)試設(shè)備對(duì)多個(gè)并行器件進(jìn)行獨(dú)立的同步，從而使多點(diǎn)測(cè)試解決方案的效率下降。直到最近才有幾個(gè)ATE制造商發(fā)布了一些測(cè)試設(shè)備，提供了具備充足的高密度數(shù)字信號(hào)和混合信號(hào)能力的儀器和架構(gòu)，以支持非存儲(chǔ)器器件的大批量多點(diǎn)測(cè)試。

　　存儲(chǔ)器和非存儲(chǔ)器器件之間的兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)別在于測(cè)試時(shí)間和總產(chǎn)量。高量產(chǎn)運(yùn)行和較長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間使大批量并行測(cè)試非常適合于存儲(chǔ)器。一個(gè)有128個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試一個(gè)1Gb的存儲(chǔ)器需要128秒時(shí)間的測(cè)試設(shè)備，其吞吐量約為每小時(shí)3600個(gè)器件（UPH）。一個(gè)有4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試一個(gè)器件需要4秒鐘的非存儲(chǔ)器測(cè)試設(shè)備具有相同的吞吐量。降低這種器件測(cè)試成本的嘗試是采用16個(gè)測(cè)試點(diǎn)，理論上其吞吐量可以達(dá)到14,400UPH，但是生產(chǎn)方面的其他因素很可能限制了來(lái)自大批量多點(diǎn)測(cè)試解決方案的回報(bào)。

　　多點(diǎn)測(cè)試的效率

　　測(cè)試存儲(chǔ)器和SoC的相對(duì)效率也非常不同（參考文獻(xiàn)2）。存儲(chǔ)器測(cè)試設(shè)備的效率基本上與測(cè)試點(diǎn)數(shù)目無(wú)關(guān)，這是因?yàn)榇鎯?chǔ)器測(cè)試算法的本質(zhì)以及每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的硬件都有能力產(chǎn)生測(cè)試激勵(lì)并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行處理。存儲(chǔ)器的測(cè)試列表只包含少量執(zhí)行時(shí)間很長(zhǎng)的測(cè)試，所以花在設(shè)置測(cè)試設(shè)備上的時(shí)間相對(duì)于實(shí)際測(cè)試時(shí)間是可以忽略不計(jì)的。非存儲(chǔ)器器件則正好相反，測(cè)試列表可以包含數(shù)千項(xiàng)測(cè)試，每項(xiàng)測(cè)試可能只需要幾個(gè)毫秒來(lái)執(zhí)行。

　　測(cè)試設(shè)備架構(gòu)中的瓶頸隨著測(cè)試點(diǎn)的增加正在變得越來(lái)越值得注意。測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)中的每個(gè)單元都必須針對(duì)多點(diǎn)效率進(jìn)行優(yōu)化。DC測(cè)試的效率取決于按照模式控制快速排列這些測(cè)試，而不需要測(cè)試設(shè)備硬件的連續(xù)編程?；旌闲盘?hào)測(cè)試的效率取決于前臺(tái)還在繼續(xù)運(yùn)行測(cè)試的時(shí)候，快速移動(dòng)和分析捕捉到的數(shù)據(jù)的能力。許多混合信號(hào)和數(shù)字信號(hào)測(cè)試的效率都依賴于測(cè)試設(shè)備對(duì)每個(gè)并行測(cè)試點(diǎn)的獨(dú)立同步（或者匹配）的能力，否則這些測(cè)試就必須順序執(zhí)行。換句話說(shuō)，必須采用完全并行的架構(gòu)從頭設(shè)計(jì)測(cè)試設(shè)備。

　　參考文獻(xiàn)2中引用的圖1顯示，一個(gè)測(cè)試設(shè)備必須具有超過(guò)75%的效率，才能在超過(guò)4個(gè)測(cè)試點(diǎn)的情況下產(chǎn)生實(shí)際的效益。要想在超過(guò)8個(gè)測(cè)試點(diǎn)的情況下還有成本效益，測(cè)試設(shè)備就必須有超過(guò)90%的效率。只有并行架構(gòu)的測(cè)試設(shè)備才可能在生產(chǎn)中達(dá)到這個(gè)水平。

　　一個(gè)控制器能控制多少器件？

　　測(cè)試單元的一個(gè)關(guān)鍵元件是器件控制器?？梢蕴幚碓S多封裝類型和各種不同引腳數(shù)器件的取放（P&P）控制器常常應(yīng)用于非存儲(chǔ)器器件。這些控制器可以很容易地從一種封裝類型轉(zhuǎn)換成另外一種封裝類型，而且大多支持低溫和高溫環(huán)境下的測(cè)試。在控制器內(nèi)，器件依次經(jīng)過(guò)四個(gè)基本階段：

　　在輸入托盤上等待測(cè)試；
　　放入控制器內(nèi)的載具并保持適當(dāng)?shù)臏y(cè)試溫度；
　　放入測(cè)試插座，進(jìn)行測(cè)試，然后放回載具內(nèi)；
　　分類，完好的器件和損壞的器件分別放置在不同的輸出托盤上；
　　P&P控制器可以并行地執(zhí)行所有這四個(gè)過(guò)程?？刂破鲿?huì)考慮預(yù)期的均熱時(shí)間和預(yù)計(jì)的測(cè)試時(shí)間，以此決定均熱室可以排列多少個(gè)器件，以及多少個(gè)器件可以并行分類。就像測(cè)試設(shè)備一樣，控制器在吞吐量和成本之間體現(xiàn)了一個(gè)合理的折中。

　　決定控制器吞吐量的兩個(gè)主要因素是：

　　轉(zhuǎn)位時(shí)間，它是用于從測(cè)試插座上取下已測(cè)試的器件并裝入一個(gè)新的未測(cè)試器件所需要的時(shí)間。對(duì)于P&P控制器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)位時(shí)間為0.4秒到0.8秒。在計(jì)算吞吐量的時(shí)候，轉(zhuǎn)位時(shí)間必須加到器件的測(cè)試時(shí)間當(dāng)中。對(duì)某些控制器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)位時(shí)間是隨著并行測(cè)試點(diǎn)數(shù)量的增加而增加的。

　　最大吞吐量是假設(shè)在實(shí)際測(cè)試時(shí)間為零的時(shí)候，單位時(shí)間內(nèi)P&P控制器能處理的器件的最大數(shù)量。最大吞吐量給出了均熱室可以容納多少器件，以及測(cè)試完成后器件需要多長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行分類。目前的控制器可提供的吞吐量大約為5000UPH到8000UPH。

　　遺憾的是，大多數(shù)控制器的轉(zhuǎn)位時(shí)間和最大吞吐量都依賴于諸如并行測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量、器件封裝的大小和類型、器件托盤的尺寸等因素。測(cè)試溫度也對(duì)吞吐量有顯著的影響。

　　控制器制造商通常都會(huì)提供特定控制器模型的吞吐量曲線，以及針對(duì)每種類型器件的變化工具，來(lái)幫助用戶計(jì)算出預(yù)期的性能。這些曲線描述了理想情況下控制器的最佳性能。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，封裝尺寸的變化和載具托盤的未對(duì)準(zhǔn)都會(huì)造成控制器阻塞。通常，操作員可以在控制器的控制面板上用幾個(gè)按鍵快速清除這些阻塞，但是當(dāng)阻塞沒有排除的時(shí)候，任何物料都不能通過(guò)控制器。同樣，如果阻塞發(fā)生在均熱室或者將器件放入測(cè)試插座的機(jī)械裝置上，操作員可能需要打開控制器來(lái)清理阻塞的器件?？刂破髯枞詢蓚€(gè)參數(shù)來(lái)表示：

阻塞率——在兩次控制器阻塞之間可以處理的器件的平均數(shù)量。對(duì)于P&P控制器來(lái)說(shuō)，阻塞率一般在萬(wàn)分之一到接近五千分之一的范圍內(nèi)。器件封裝尺寸的大小會(huì)影響阻塞率，同樣，器件的重量也會(huì)有影響，因?yàn)檩^重的器件不太容易出現(xiàn)誤操作。測(cè)試溫度也會(huì)有一定影響，低溫容易造成更高的阻塞率。

　　平均維護(hù)時(shí)間（MTTA）——清理一次阻塞需要的總時(shí)間。大多數(shù)情況下，按一下鍵就可以用不到1分鐘解決阻塞問題，但是某些阻塞要求操作員打開控制器或者關(guān)閉設(shè)備，可能關(guān)閉一個(gè)測(cè)試單元需要長(zhǎng)達(dá)一個(gè)小時(shí)的時(shí)間。而且，MTTA假設(shè)的是操作員可以立刻處理這個(gè)測(cè)試單元的問題，而不是去做其他工作。對(duì)于管理著幾個(gè)測(cè)試單元的操作員來(lái)說(shuō)，合理的MTTA是2到5分鐘。

　　對(duì)于多點(diǎn)測(cè)試來(lái)說(shuō)，一定要記住阻塞率與處理器件數(shù)量的關(guān)系。這意味著，選擇具有最低可能阻塞率的控制器對(duì)提高吞吐量非常重要。此外，在晶圓探針測(cè)試方面的限制非常不同，因?yàn)槠渫掏铝糠浅８?，阻塞率不再是一個(gè)問題。

　　器件的批量測(cè)試

　　測(cè)試IC是一個(gè)批處理過(guò)程。一批（或者批次）器件被裝入控制器、進(jìn)行測(cè)試、取出。然后裝入新的一批，這個(gè)流程周而復(fù)始。在放置和取出過(guò)程中，測(cè)試單元是閑置的。

　　當(dāng)一批器件完成測(cè)試時(shí)，操作員需要總結(jié)測(cè)試結(jié)果，取出器件并分別對(duì)存放完好的和損壞的器件的托盤進(jìn)行標(biāo)注，然后將新的物料裝入控制器。完成這種批次收尾（EOL）處理過(guò)程的時(shí)間與批量的大小幾乎沒有關(guān)系，只取決于自動(dòng)化程度。這個(gè)時(shí)間也依賴于每個(gè)操作員負(fù)責(zé)的測(cè)試單元的數(shù)量。如果一個(gè)操作員在批次完成的時(shí)候正在處理其他事務(wù)，這個(gè)測(cè)試單元就會(huì)一直閑置直到裝入新的物料。非正式的制造商調(diào)查顯示，合理的EOL處理時(shí)間估計(jì)為5到10分鐘，主要取決于操作員管理的測(cè)試單元的數(shù)量。

　　這個(gè)閑置時(shí)間對(duì)測(cè)試成本的影響是一個(gè)與批量大小以及EOL處理所需的總時(shí)間相關(guān)的函數(shù)。批量越大，它通過(guò)測(cè)試單元花費(fèi)的時(shí)間就越長(zhǎng)，這意味著測(cè)試單元閑置發(fā)生的頻率就越低，就越有效率。如果效率是決定批量大小的唯一因素，那么大批量就是最佳的選擇。遺憾的是，批量的大小常常還依賴于某些促使制造商進(jìn)行小批量而不是大批量生產(chǎn)的因素?？蛻魝兿Ｍ３衷谥破返牡蛶?kù)存，不愿意接受大批量，而半導(dǎo)體制造商也對(duì)生產(chǎn)大量產(chǎn)品并把它們存放在成品庫(kù)存的做法保持沉默。一般情況下，批量大小通常在1000到10000個(gè)器件之間。當(dāng)產(chǎn)品剛開始生產(chǎn)的時(shí)候，批量都比較小，隨著產(chǎn)能的提高批量也會(huì)增大。

　　假設(shè)一個(gè)4測(cè)試點(diǎn)的方案的吞吐量為每小時(shí)8000個(gè)器件，2000個(gè)器件的批量可以在15分鐘內(nèi)完成測(cè)試。如果EOL處理需要再花10分鐘，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)測(cè)試單元是閑置的，則測(cè)試單元在40%的時(shí)間內(nèi)是閑置的，這將顯著增加實(shí)際測(cè)試成本。相比之下，如果采用單點(diǎn)測(cè)試方案，測(cè)試同樣2000個(gè)器件的批量也許需要120分鐘。在這種情況下，如果EOL處理時(shí)間同樣是10分鐘，測(cè)試單元的閑置時(shí)間僅為8%。測(cè)試設(shè)備越快，確保批量處理過(guò)程中閑置時(shí)間最少就越重要。

　　改變你的測(cè)試成本

　　挑戰(zhàn)是理解所有這些影響，決定哪一種設(shè)置最具有成本效益。下面兩個(gè)具體例子有助于將它們聯(lián)系起來(lái)：

　　器件1是一種有大型嵌入存儲(chǔ)器的無(wú)線基帶器件。它有80個(gè)有效引腳、DAC、ADC和多個(gè)處理器核心。由于嵌入了存儲(chǔ)器，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15秒。這類器件的需求量很大，預(yù)期下一年度的生產(chǎn)率大約為每月100萬(wàn)個(gè)。批量大小為5000個(gè)器件。

　　器件2是一種具有相同引腳數(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基帶器件。它也包含DAC、ADC和處理器核心，但是沒有嵌入存儲(chǔ)器。因?yàn)闆]有存儲(chǔ)器和某些有效DFT，測(cè)試時(shí)間非?？靸H為5秒。這種產(chǎn)品的產(chǎn)量正在增加，下一年度每個(gè)月將可交付10,000個(gè)器件。批量大小為適中的1000個(gè)器件。

　　我們假設(shè)測(cè)試工程師有一臺(tái)可以配置成從1到16個(gè)任意測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試設(shè)備，而且多點(diǎn)測(cè)試的效率可達(dá)95%。他選擇的4測(cè)試點(diǎn)、8測(cè)試點(diǎn)和16測(cè)試點(diǎn)配置的轉(zhuǎn)位時(shí)間為0.5秒、最大吞吐量為每小時(shí)7000個(gè)器件的控制器。對(duì)雙測(cè)試點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其吞吐量為1750。控制器的阻塞率是五千分之一，MTTA為2分鐘。

　　一個(gè)包含了所有這些因素的模型可估計(jì)出這兩種器件的測(cè)試成本（圖2）。盡管這兩個(gè)器件在很多方面相似，測(cè)試時(shí)間和生產(chǎn)率還是對(duì)測(cè)試的成本造成了嚴(yán)重的影響。盡管器件1在測(cè)試點(diǎn)達(dá)到8個(gè)的情況下表現(xiàn)出測(cè)試成本的穩(wěn)定下降，器件2的測(cè)試成本在8個(gè)測(cè)試點(diǎn)的情況下仍比2個(gè)測(cè)試點(diǎn)高30%。

　　同樣的模型也可以用來(lái)理解生產(chǎn)測(cè)試發(fā)生變化時(shí)帶來(lái)的潛在影響。例如，測(cè)試工程師可以評(píng)估加大器件2的批量產(chǎn)生的效果（圖3）。如果他將批量的大小增加到10,000，就可以差不多節(jié)約20%的測(cè)試成本——比他增加測(cè)試點(diǎn)能獲得的結(jié)果要好得多。

　　要想最大限度地降低測(cè)試復(fù)雜的非存儲(chǔ)器器件的成本，需要更仔細(xì)地思考，而不僅僅是將并行測(cè)試的器件數(shù)量翻番。即使存儲(chǔ)器器件已表現(xiàn)出可最大限度地降低多點(diǎn)測(cè)試測(cè)試成本的價(jià)值策略，非存儲(chǔ)器器件的測(cè)試單元吞吐量仍提出了不同的挑戰(zhàn)。表2概括了影響多點(diǎn)解決方案經(jīng)濟(jì)性的一些主要因素。

　　半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)正在不斷地改進(jìn)。測(cè)試設(shè)備和控制器制造商正在不斷優(yōu)化技術(shù)，并與器件制造商合作開發(fā)了打破這些壁壘的新技術(shù)。其他類型的控制器，包括帶式測(cè)試（strip-test）控制器和矩陣控制器，都已經(jīng)開發(fā)出來(lái)以滿足成組而不是單獨(dú)的器件處理需求。同樣，P&P控制器也在不斷改進(jìn)，以提供更高的吞吐量和更低的阻塞率，以及最大限度地減少M(fèi)TTA的更先進(jìn)性能。一旦這些技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)線，多點(diǎn)測(cè)試的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)得到改進(jìn)，測(cè)試成本也將繼續(xù)下降。