简述IC测试的意义和作用

毕威

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

简述IC测试的意义和作用

毕威

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

IC测试技术是有着四十多年历史的一项应用科学技术，其适应整个IC产业的需求在神州大地悄然兴起，展望未来必将促进集成电路测试业的形成和发展，集成电路设计、制造、封装和测试四业并举，使我国集成电路产业健康发展，为信息产业打下坚实的基础。IC测试技术伴随着集成电路的飞速发展而发展，对促进集成电路的进步和广泛应用作出了巨大贡献，各个军工行业的研究院、所、厂都有自己的元器件检测中心，并引进先进的国产、进口各类高性能集成电路测试设备，负责集成电路在军工行业应用的质量把关。随着IC测试成本的不断提高，验证测试成为集成电路制造中的必要环节。

IC测试；集成电路；计量测试；验证测试；半导体；可靠性

1 引言

IC测试技术，是根据应用电子产品设计和制造需求而产生和发展起来的、有着四十多年历史的一项应用科学技术，电子产品从质量和经济两个方面受益于测试技术的发展和应用，这两方面的属性是不可分割的[1]。

良好的测试过程，可以在次品到达用户手中之前就把它们淘汰出来。这对于提高产品质量，建立生产销售的良性循环，都是至关重要的。而次品的成本又需要在合格产品的售价中得到补偿，所以，我们寻求的是质量和经济的平衡，是最优化的质量——以最小的成本来满足用户需求。

IC测试技术伴随着集成电路的飞速发展而发展，对促进集成电路的进步和广泛应用作出了巨大贡献。在集成电路研制、生产、应用等各个阶段都要进行反复多次的检验、测试来确保产品质量和研制开发出符合系统要求的电路，尤其对于应用在军工型号上的集成电路，控制质量，保障装备的可靠性，集成电路的检测、筛选过程至关重要。各个军工行业的研究院、所、厂都有自己的元器件检测中心，并引进先进的国产、进口各类高性能集成电路测试设备，负责集成电路在军工行业应用的质量把关，主要的工作就是对国内生产及国外进口的元器件按照标准要求进行检测，是集成电路使用的一个重要检查站。集成电路测试技术是所有这些工作的技术基础[2]。

集成电路测试的基本意义和作用是检验产品是否存在问题。好的测试过程可以将所有不合格的产品挡在到达用户手中之前。

测试失败的可能原因：

（1）测试本身存在错误；

（2）加工过程存在问题；

（3）设计不正确；

（4）产品规范有问题。

2 集成电路测试

2.1 集成电路测试概述

集成电路产业是由设计业、制造业、封装业和测试业等组成。集成电路测试，包括集成电路设计验证测试、集成电路的中测（晶圆测试）和成测（成品测试）、测试程序的研发、测试技术研究交流、测试系统研发和测试人员的技术培训等服务项目（具体见图1）。测试经验的积累对于设计具有指导意义，测试的中立化、专业化对于我国封装产业的规模发展具有促进作用。测试企业直接为设计公司、制造公司服务，便于及时掌握集成电路产业的发展动向，从而指导本地集成电路产业链对于市场变化的预见能力和反应能力，引导产业链健康发展[3]。

集成电路测试是对集成电路或模块进行检测，通过测量集成电路的输出响应和预期输出比较，以确定或评估集成电路元器件的功能和性能，是验证设计、监控生产、保证质量、分析实效以及指导应用的重要手段[4]。

图1 集成电路测试介绍

集成电路的计量测试工作是近年来随着半导体工业的发展而形成一个新的分支,对这项工作我们从实际需要出发,通过调研实践,得到以下一些体会。集成电路,尤其是大规模超大规模集成电路具有体积小重量轻性能稳定可靠，在成品率很高的基础上具有成本低价格便宜的优点。由此促进了电子工业发生革命性的飞跃,同时也促进了各行各业的技术发展,特别是电子计算机的发展。目前技术先进国家大规模集成电路的成品率已达80%左右，我国至今尚未形成大生产的能力，远远不能满足现代化的需要。这涉及问题很多,从当前情况来说,计量测试的标准及方法不完备,无法全面检测质量的好坏是主要原因之一。急需迅速加强集成电路计量测试标准的建立,以满足集成电路工业目前发展的需要[5]。

2.2 集成电路计量测试的特点

（1）集成电路的计量测试是多学科、微区、微量、微电子学的计量测试[6]。

（2）集成电路自六十年代初期,从小规模,中规模,大规模,超大规模直线上升。

（3）集成度高的产品目前美、日等国近几年256K已有商品出售。

（4）广泛应用在国防与国民经济生活领城。

（5）大规模集成电路的集成度虽增加，但管芯所占面积并不增加，一般只在2至6毫米左右见方的面积。

2.3 集成电路测试带动的测试服务业

测试服务业的兴起是集成电路产业发展的必然趋势。集成电路产业是由设计业、制造业、封装业和测试业等组成。测试业作为IC产业的重要一环，其生存和发展与IC产业息息相关。集成电路测试服务业是测试业的重要组成部分，从1999年开始，为了适应我国集成电路产业的发展正在兴起。集成电路测试服务业大致包括集成电路设计验证测试、集成电路的中测（圆片测试）和成测、测试程序的研发、测试技术研究交流、测试系统研发和测试人员的技术培训等服务项目。

（1）集成电路设计业飞速发展带来了设计验证的大量需求

在2003年中国集成电路产业链各环节中，以设计业的增长最为引人注目。而且，集成电路设计业的行业规模和设计水平也有了大幅度提升。2000年，中国集成电路设计企事业单位总数只有98家，2003年则达到463家。集成电路设计业的兴旺带来大量的设计验证测试需求，以400家设计公司计算，每年设计出的芯片将达到上千种需要进行设计验证，可见设计验证测试需求量之巨大。

（2）中立的测试服务业适应了技术发展的需要

测试业要完成集成电路设计的验证测试、制订集成电路产品规范的相关测试，大批量芯片中测和成品测试、用户的入库测试和科研单位产品研发检测等一系列检测任务，中立的检测服务业适应了技术发展的需要。

（3）国外专业测试公司进入必将引起竞争的新局面

集成电路测试业相对于晶圆制造而言，进入的门槛较低，因此拥有先进技术和经验的海外企业大量进入，将促进国内测试服务业的形成和发展。不少海外公司正加紧在中国增资或新建封装测试线、专业测试公司已有10多家，我国集成电路测试服务业已逐步形成。

3 集成电路测试的意义和作用

1970年，集成电路测试技术在我国兴起，历经30多年的进步，我国已经拥有百兆赫兹测试平台，但随着高性能的CPU、GPU、DSP的不断涌现。目前，较为广泛的测试方法为基于扫描设计的电路测试方法，该方法存在着测试生成时间长、故障复盖率低的弊端。测试业的发展速度远远落后于设计、制造与封装行业，在一定程度上制约了我国集成电路行业的发展。

在现代集成电路制造工艺中，芯片加工需要经历一系列化学、光学、冶金、热加工等工艺环节，每道工艺都可能引入各种各样的缺陷。与此同时由于特征尺寸的不断缩小，各类加工设施成本也急剧上升。例如有人估计90nm器件的一套掩模成本可能超过130万美元，因此器件缺陷造成的损失代价极为高昂。在这种条件下，通过验证测试，分析失效原因，减少器件缺陷就成为集成电路制造中不可少的环节。

验证测试（Verification Test,Design Debug）是实现“从设计到测试无缝连接”的关键。在0.18微米以下的制造工艺下，芯片验证测试变得更加至关重要。它的主要任务是验证设计和测试程序（Test Programs）的正确性，确定芯片是否符合所有的设计规范。它通过合理的失效分析（Failure Analysis）不仅为探求设计的关键参数所决定的特性空间奠定基础，还为设计人员改进设计及时反馈有效的数据，并为优化整体测试流程、减小测试开销以及优化后期的生产测试（Production Test）开拓便利途径[7]。

对芯片最显著的改进不仅仅在设计流程中产生，而且在芯片调试和验证流程中反复进行，尤其是在高性能芯片的研制过程中。随着芯片复杂度的提高，对验证测试的要求更加严格，与设计流程的交互更加频繁，因此，从某种意义上说，“设计”与“验证测试”是一个非常密切的“交互过程”。对于设计工程师而言，关于芯片功能和性能方面的综合数据是关键信息。他们通常根据设计规范预先假设出关于芯片各项性能大致的参数范围，提交给验证测试人员，通过验证测试分析后，得出比较真实的性能参数范围或者特定值。设计工程师再根据这些值进行分析并调整设计，使芯片的性能参数符合设计规范。往往这样的交互过程不只一次，通常一个健全的验证测试策略包含很多详细信息。它一般以数据文件的形式（Data Sheet）为设计人员和测试人员在修复或者完善设计的交互过程中提供有效的数据依据，主要包括芯片的CMOS工艺等的特征描述、工作机理描述、电气特征（DC参数，AC参数，上拉电阻，电容，漏电，温度等测试条件，等等）、时序关系图、应用信息、特征数值、芯片电路图、布局图等等。芯片在验证测试流程中经过参数测试、功能性测试、结构性测试后得出的测试结果与上述数据信息比较，就会有针对性地反映芯片性能方面存在的种种问题。依据这些问题，设计工程师可以对设计做出相应的改进[8]。

随着芯片速度与功能的不断提高，超大规模集成电路尤其是集成多核的芯片系统（SOC）的出现使得芯片迅速投入量产过程难度增加，由此验证测试变得更加必要。目前，开发低成本高效率的全面验证测试策略成为芯片制造商的关注点。能够在早期（如初次样片测试阶段）全面获取芯片品质鉴定的信息变得至关重要。

4 结束语

集成电路测试适应整个IC产业的需求在神州大地悄然兴起，展望未来必将促进集成电路测试业的形成和发展、集成电路设计、制造、封装和测试四业并举，使我国集成电路产业健康发展，为信息产业打下坚实的基础。

[1]陈新军.基于ATE的LVDS芯片测试技术[J].电子产品可靠性与环境试验，2012,30（S1）:207-210. Chen Xing－Jun.Based on the ATE an LVDSchip testing technolgy[J].Electronic product reliability and environmental test,2012,30（S1）:207-210.

[2]李旭刚.集成电路测试系统软件的设计及实现[J].电子测试,2010（9）:104-119. Li Xu－Gang.Design and realization of the integrated circuit test system sofeware[J].Electronic test,2010（9）:104-119.

[3]胡敏明.几种典型的数字电路测试技术[J].硅谷,2009（7）: 121-145. Hu Min－Ming.Several kinds of typical digital circuit testing technology[J].Silicon valley,2009（7）:121-145.

[4]高成,张栋,王香芬.最新集成电路测试技术[M].北京：国防工业出版社，2009:148-231. Gao Cheng,Zhang Dong,Wang Xiang－Fen.The latest integrated circuit testing technology[M].Beijing:National defence industry press，2009:148-231.

[5]时万春.现代集成电路测试技术[M].北京：化学工业出版社,2006:345-427. Shi Wan－Chun.Modern integrated circuit testing technology[M].Beijing:Chemical industry press,2006:345-427.

[6]王芳,徐振.集成电路芯片测试[M].浙江：浙江大学出版社,2014:56-98. Wang Fang,Xu Zhen.ICchip test[M].Zhejiang:Zhejiang university press,2014:56-98.

[7]R.Rajsuman.IDDQ Testing for CMOS Integrated circuit[M]. IEEE Journal of Solid Circuits,1995:82-127.

[8]Michael L.Bushnell,Vishwani D.Agrawal.Essentionals of El-ectronicTestingforDigital,Memory&Mixed-signal Integrated Circuits[M].IEEE JournalofSolidCircuits，2001: 119-238.

Significance and Function of IC Test

Bi Wei
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Shenyang 110032,China)）

IC testing technology,as an application science and technology for forty years,has emerged and will certainly promote the formation and development of integrated circuit testing industry in the future.The four industries which consist of integrated circuit design,manufacture,assembly and test,make the healthy development of the IC industry in our country.With the increasing of IC test costs，the verificutoon test has become a necessary part for integrated circuit manufacturing.

IC testing；Integrated circuit；Metrology testing；Verification test；Semiconductor；Reliability

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.01.002

TN492

A

1002-2279-（2017）01-0006-03

毕威（1982-），女，辽宁沈阳，工程师，主研方向：集成电路测试。

2016-10-18