IC测试机 – NAZUKI LAB

ATE 与 ATS

ATE/ATS 即自动测试设备 / 自动测试系统，也称测试机，是测试工程师在 IC 测试中必须使用的工具。

ATS

通常将在计算机控制下，能自动进行各种信号测量、数据处理、传输，并以适当方式显示或输出测试结果的系统称为自动测试系统，简称 ATS（Automated Test System），这种技术我们称之为自动测试技术。

在自动测试系统中，整个工作都是在预先编制好的测试程序统一指挥下完成的，系统中的各种仪器和设备是智能化的，都可进行程序控制。

自动测试系统（ATS）是一个不断发展的概念，随着各种高新技术在检测领域的运用，它不断被赋予各种新的内容和组织形式。自动测试技术创始于 20 世纪 50 年代，从 20 世纪 50 年代至 21 世纪的今天，大致分为以下三代。

• 第一代自动测试系统是根据测量任务专门设计的，主要用计算机技术来进行逻辑定时控制，主要动能是进行数据自动采集和自动分析，完成大量重复数据的测试工作，承担繁重的数据运算和分析任务。系统中的仪器采用专用接口，因此系统较为复杂，通用性差，不利于自动测试系统的推广应用。

• 第二代自动测试系统是尽可能利用现成的仪器设备，再利用计算机来共同组建成所需要的自动测试系统。为了系统组建方便，第二代自动测试系统中的仪器采用了标准化的通用接口，这样就可以把任何一个厂家生产的任何型号的可程控仪器连接起来形成一个自动测试系统。

・第三代自动测试系统大体说来也是由微型计算机、通用硬件系统和软件系统三部分组成。但是，第三代自动测试系统主要体现以软件控制、以功能组合方式实现的合成仪器自动测试技术，以高速 A/D、D/A 和 DSP 芯片为基础组成通用测试仪器硬件系统（即通用硬件部分），而测试 / 测量任务的实现以及系统升级完全依靠软件来实现（即软件系统部分）。

ATE

ATE（Automatic Test Equipment）是自动测试设备，它是一个集成电路测试系统，用来进行 IC 测试。一般包括

计算机和软件系统
系统总线控制系统
图形存储器
图形控制器
定时发生器
精密测量单元（PMU）
可编程电源和测试台等
系统控制总线提供测试系统与计算机接口卡的连接
图形控制器用来控制测试图形的顺序流向，是数字测试系统的 CPU。它可以提供 DUT 所需电源、图形、周期和时序、驱动电平等信息。

IC 测试

IC 测试主要的目的是将合格的芯片与不合格的芯片区分开，保证产品的质量与可靠性。测试方法为依据被测器件（DUT）特点和功能，给 DUT 提供测试激励（X），通过测量 DUT 输出响应（Y）与期望输出做比较，从而判断 DUT 是否符合格。

生产阶段

根据器件的生产阶段，IC 测试可以分为三种：verification test，mass production test，burn-in.

verifaction test，称之为芯片验证，主要用来验证一个新的设计在量产之前功能是否正确，参数特性等是否符合 pec 以及电路的稳定性和可靠性。测试范围包括功能测试和 AC/DC 测试，测试项目相对来说比较全面。其主要目的除了调试之外还为量产测试作准备.Verification 的周期直接关系到产品的质量和竞争力以及投放市场的时间.

mass production test，称之为量产测试。量产测试在整个 Ic 生产体系中位于制程的后段，其主要功能在于检测 Ic 在制造过程中所发生的瑕疵和造成瑕疵的原因。因此，量产测试是确保 Ic 产品良好率，提供有效的数据供工程分析使用的重要步骤. mass production test 以测试时间计费，同时测试设备价格的高低也将影响每小时的测试费用，从而直接影响产品的成本，因此提高测试覆盖率和测试效率非常重要.

burn- in，主要用于测试可靠性. 采用各种加速因子来模拟器件长期的失效模型，常用的有加高温，加高电压等.

器件类型

根据器件类型，IC 测试可以分为数字电路测试、模拟电路测试和混合电路测试。

数字电路测试是 IC 测试的基础，除少数纯模拟 IC 如运算放大器、电压比较器、模拟开关等之外，现代电子系统中使用的大部分 IC 都包含有数字信号。

测试项目

测试项目一般可以分为直流测试、交流测试和功能测试。

功能测试

功能测试用于验证 IC 是否能完成设计所预期的工作或功能。功能测试是数字电路测试的根本，它模拟 IC 的实际工作状态，输入一系列有序或随机组合的测试图形，以电路规定的速率作用于被测器件，再在电路输出端检测输出信号是否与预期图形数据相符，以此判别电路功能是否正常。其关注的重点是图形产生的速率、边沿定时控制、输入 / 输出控制及屏蔽选择等。

功能测试分静态功能测试和动态功能测试。静态功能测试一般是按真值表的方法，发现固定型（Stuckat）故障。动态功能测试则以接近电路工作频率的速度进行测试，其目的是在接近或高于器件实际工作频率的情况下，验证器件的功能和性能。

功能测试一般在 ATE（Automatic Test Equipment）上进行，ATE 测试可以根据器件在设计阶段的模拟仿真波形，提供具有复杂时序的测试激励，并对器件的输出进行实时的采样、比较和判断。

交流测试

交流（AC）参数测试是以时间为单位验证与时间相关的参数，实际上是对电路工作时的时间关系进行测量，测量诸如工作频率、输入信号输出信号随时间的变化关系等。常见的测量参数有上升和下降时间、传输延迟、建立和保持时间以及存储时间等。交流参数最关注的是最大测试速率和重复性能，然后为准确度。

直流测试

直流测试基于欧姆定律，用来确定器件参数的稳态测试方法。它是以电压或电流的形式验证电气参数。

直流参数测试包括：接触测试、漏电流测试、转换电平测试、输出电平测试、电源消耗测试等。 直流测试常用的测试方法有加压测流（FVMI）和加流测压（FIMV），测试时主要考虑测试准确度和测试效率。通过直流测试可以判明电路的质量。如通过接触测试判别 IC 引脚的开路 / 短路情况、通过漏电测试可以从某方面反映电路的工艺质量、通过转换电平测试验证电路的驱动能力和抗噪声能力。

直流测试是 IC 测试的基础，是检测电路性能和可靠性的基本判别手段。

测试向量

测试向量（Test Vector）的基本定义是每个时钟周期应用于器件管脚的用于测试或者操作的逻辑 1 和逻辑 0 数据。可以简单理解成输入数字信号的波形。

这一定义听起来似乎很简单，但在真实应用中则复杂得多。因为逻辑 1 和逻辑 0 是由带定时特性和电平特性的波形代表的，与波形形状、脉冲宽度、脉冲边缘或斜率以及上升沿和下降沿的位置都有关系。

在 ATE 语言中，其测试向量包含了输入激励和预期存储响应，通过把两者结合形成 ATE 的测试图形。这些图形在 ATE 中是通过系统时钟上升和下降沿、器件管脚对建立时间和保持时间的要求和一定的格式化方式来表示的。

格式化方式一般有 RZ（归零）、RO（归 1）、NRZ（非归零）和 NRZI（非归零反）等。下图分别为 RZ 和 RO 格式化波形及 NRZ 和 NRZI 格式化波形。

RZ 数据格式，在系统时钟的起始时间 T0，RZ 测试波形保持为 “0”，如果在该时钟周期图形存储器输出图形数据为 “1”，则在该周期的时钟周期期间，RZ 测试波形由 “0” 变换到 “1”，时钟结束时，RZ 测试波形回到 “0”。若该时钟周期图形存储器输出图形数据为 “0”，则 RZ 测试波形一直保持为 “0”，在时钟信号周期内不再发生变化。归 “1” 格式（RO）与 RZ 相反。

非归 “0”（NRZ）数据格式，在系统时钟起始时间 T0，NRZ 测试波形保持 T0 前的波形，根据本时钟周期图形文件存储的图形数据在时钟的信号沿变化。即若图形文件存储数据为 “1”，那么在相应时钟边沿，波形则变化为 “1”。NRZI 波形是 NRZ 波形的反相。

在 ATE 中，通过测试程序对时钟周期、时钟前沿、时钟后沿和采样时间的定义，结合图形文件中存储的数据，形成实际测试时所需的测试向量。

ATE 测试向量与 EDA 设计仿真向量不同，而且不同的 ATE，其向量格式也不尽相同。以 JC-3165 型 ATE 为例，其向量格式如图所示。

ATE 向量信息以一定格式的文件保存，JC-3165 向量文件为.MDC 文件。在 ATE 测试中，需将.MDC 文件通过图形文件编译器，编译成测试程序可识别的 *.MPD 文件。在测试程序中，通过装载图形命令装载到程序中。