高速数电芯片参数测试方案优化研究

余蓓敏

高速数电芯片参数测试方案优化研究

余蓓敏

（安徽电子信息职业技术学院 电子工程学院，安徽 蚌埠 233000）

为了解决高速数电芯片测试速度慢、测试精度低的问题，提出一种利用LK88系列测试平台对集成电路高速数电芯片参数进行有效测试的方法。该测试方案通过对高速数电芯片SN74HC138的测试，可以实现快速筛出失效芯片、进行功能验证、对高速数电芯片的直流参数进行精准测试，最后通过上位机直观显示出来。测试过程易于操作、增强了可读性。与芯片Spec参数标准对比分析后可以得出测试精准性也有效提高。因为缩短了整体测试时长，并且精度提高，对于提升集成电路产业链经济效益方面具有积极影响。

集成电路测试；高速数电芯片；参数测试

随着我国电子产业市场的不断扩大，中国对于芯片的需求日益增加，逐渐成为全球最大的市场。集成电路测试是集成电路产业链中的最后一道生产工序[1]。集成电路测试包括设计阶段的设计验证、晶圆制造阶段的过程工艺检测、封装前的晶圆测试以及封装后的成品测试，贯穿设计、制造、封装以及应用的全过程，在保证芯片性能、提高产业链运转效率方面具有重要作用。其中芯片测试是封装完成之后的半成品测试，剔除封装原因导致的不良，以及晶圆测试不能覆盖的参数不良，同时可以验证晶圆测试的有效性。随着5G技术铺天盖地的应用，物联网、云端、人工智能（AI）等方面所需芯片大有井喷之势[2]。在影音及资讯流迅猛成长的今天，高速传输芯片的意义尤为重要[3]。为了提升传输速度，高速传输芯片的需求越来越大，逐渐成为电子产业发展的衡量指标。对于传输过程中经常用到的译码器芯片，更是不可或缺的芯片之一。下面以SN74HC138为例，进行高速数电芯片参数测试方法的研究。

1 芯片简介

SN74HC138是一种具有3-8线译码器功能的高速CMOS集成芯片，引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。

表1 SN74HC138芯片功能表

2 电路设计

2.1 芯片管脚与测试机端口的分配

LK88系列测试平台由PC电脑、测试机、机械手或探针台、电路测试卡或探针卡组成，用于测试成品电路或芯片。LK8810测试系统主要由电源、接口与参考电压板（IV）、电源与测量板（PM）、数字功能管脚板（PE）、模拟功能板（WM）五部分组成[4]。这些板都插在测试总线板上，且与插板的顺序无关。其中IV板提供测试机4个参考电压（两个驱动电压VIH、VIL和两个比较电压VOH、VOL），参考电压可通过函数设定，但设定时必须与所加的电源电压相适应。LK8810与测试板之间统一的测试总线使测试DUT板通用性增强，只需对测试芯片进行更换即可。PM板提供被测电路的测试电源，并实现被测电路的所有直流测试。可以提供两路完全相同的电源通道和一个高精度的直流测量系统[5]。PE板实现数字功能PMU测试，提供16个管脚通道和4个继电器开关，采用供电压测电流或供电流测电压的方式对芯片电压电流参数进行测试。测试前根据待测芯片和DUT板特点，对测试机PE端口和测试DUT板上的待测芯片管脚进行设计分配，如表2所示。

表2 74HC138测试板接线分配表

2.2 DUT板电路设计和连接

根据以上管脚分配设计，利用Altium Designer15软件对测试DUT板电路进行规范的设计，将芯片各管脚与测试机端口一一对应连接，完成DUT板电路的组装。如图1所示。

图1 SN74HC138测试电路

3 程序设计

通过LK8810测试系统测试专用函数，在Visual C++ 6.0编程环境下，对于SN74HC138芯片测试进行程序设计。部分测试程序如下所示。

Mprintf(".............测试1............ ");

Mprintf(".............G1=H G_2A=L G_2B=L C=L B=L A=L Y=LHHH HHHH？test............ ");

_on_vpt(1,3,5);//VCC加5V电源电压

_set_logic_level(5,0,0,0);//VIH=5V,VIL=0V

_sel_drv_pin(9,10,11,12,13,14,0);//设置输入

_set_drvpin("L",12,13,0);//G_2A、G_2B置低

_set_drvpin("H",14,0);//G1置高

_set_drvpin("L",9,10,11,0);//C、B、A置低

for(a=1;a<9;a++)

{

V[a-1]=_read_pin_voltage(Y[a],2);//通过电源通道2依次读取Y0～Y7输出管脚电压值

Mprintf(" Y%d= %2.2f ",a-1,V[a-1]);//输出电压依次通过上位机显示

}

Mprintf(" VOH1");//测量VOH1

_on_vp(1,2);

_sel_drv_pin(9,10,11,0);//驱动管脚申明

_set_logic_level(1.5,0,0,0);//设置输入输出的参考电压

_set_drvpin("H",9,10,11,0);//设置并输出驱动脚的逻辑状态为高电平

_wait(10);

for(i=0;i<8;i++)

{

Test1[i]=_pmu_test_iv(1+i,2,-20,2);//对9～15管脚进行供电流测电压，返回管脚电压（V）。

Mprintf(" VOH[%d]=%5.3fV",i+1,Test1[i]);//打印显示输出引脚返回的电压信息。

if(Test1[i]<1.9)//当管脚返回的电流小于1.9V，显示“溢出OVERFLOW!”，否则显示OK。

Mprintf(" OVERFLOW!");

else

Mprintf(" OK!");

}

4 上位机测试

通过LK8810配套的上位机J8120程序，系统为用户创建位于C盘下的模板程序，简化了程序设计编写。在Visual 6.0环境下，对模板程序文件进行具体程序的编译。注意编译的时候要关闭J8120程序。然后再次打开J8120程序，载入编译好的测试程序，依次选择文件路径、Debug、*.dll文件后，进行上位机测试。如图2所示，芯片开短路钳位电压正常，功能正常。

图2 开短路和功能测试部分结果

测试中，首先应用测试机专用测试函数程序使测试机满足测试每个参数的测试条件，测试机接受指令对芯片管脚送条件要求的电压或电流值，接着通过程序指令进行供电流测电压或者供电压测电流的电压或电流测试，最后将参数测试值输出到上位机屏上。如图3所示。

图3 直流参数测试结果

根据芯片产品规格中给定的正常范围信息对芯片电压参数和电流参数进行判定，将测试结果与芯片数据手册正常值进行对比分析，列表进行记录和分析。如表3所示，芯片测试结果在正常范围内，测试结果与典型值（TYP）误差范围较小，符合设计及应用需求，该SN74HC138芯片为良品。

表3 测试结果分析比较

注：electrical characteristics over recommended operating free-air temperature range TA = 25℃ (unless otherwise noted) (unless otherwise noted)

5 结束语

数电芯片参数对于数电芯片的应用和电路功能数据分析意义重大，一般数电芯片测试过程反应时间长，特别是电流测试精度较低，应用此方法对SN74HC138芯片的测试过程中，通过开短路测试（Openshort test）首先去除了失效芯片，然后对功能（Function test）进行了验证，并且能够快速测试并显示芯片输出电压及电流参数（DC test）。测试过程中，LK8810的两个电源通道合理利用，测试结果与芯片Spec参数标准严格对比后，可以看出该测试方案对于高速CMOS数电芯片的测试效果较好，直流参数测试精准，对于小电流的测试达到0.001µA的测试精度。测试中，软件、硬件功能模块独立，软件界面友好，操作方便，显示直观性强[6-8]。对于集成电路芯片的后续测试中，可以对其他参数进行进一步的测试。在进行开短路、功能、参数测试的过程中，较大程度上缩短了高速数电芯片的测试时间，提高了测试效率。此测试方案可操作性强、测试速度快、具有较高的通用性和应用价值。

[1] 孙妤婕，赵利强，郑惠泽，等. 基于Qt的集成电路测试软件设计与实现[J]. 计算机测量与控制，2021, 29(05): 150-153, 168.

[2] 刘娜，葛姣. 5G技术助推物流产业智能化、信息化进程[J]. 区域治理，2020(42): 48.

[3] 李妍臻. 数字电路芯片测试系统的研究与实现[D]. 广州：华南师范大学，2013.

[4] 杜晓岚，张磊. 基于LK8810平台的集成电路开短路测试方案设计[J]. 电子设计工程，2019, 27(14): 51-54.

[5] 杭州朗讯科技有限公司[EB/OL]. http://www.luntek.com.cn/product-12501-246347.html,2018-04-12.

[6] 杨慎涛. 数字电路系统性能测试软件开发及矢量生成算法研究[D]. 南京：南京航空航天大学，2014.

[7] 张为，王佳琪，童炜. 一种高精度直流参数测试系统的设计与实现[J]. 天津大学学报（自然科学与工程技术版），2020, 53(12): 1288-1294.

[8] 叶敏军. 数字集成电路测试技术应用[J]. 电子技术与软件工程，2021(01): 93-94.

Research on parameter test scheme optimization of high speed digital and electrical chip

YU Bei-min

(School of Electronic Engineering, Anhui Vocational and Technical College of Electronic Information, Anhui Bengbu 233000, China)

In order to solve the problems of slow test speed and low test accuracy of high-speed digital chips, an effective test method for the key parameters of integrated circuit high-speed digital chips using LK88 series test platform is proposed. By testing the high-speed digital chip SN74HC138, the test scheme can quickly screen out the failed chip, verify the function, accurately test the DC parameters of the high-speed digital chip, and finally display it intuitively through the host computer. The test process is easy to operate and enhance readability. Compared with the chip Spec parameter standard, it can be concluded that the test accuracy is also effectively improved. Because it shortens the overall test time and improves the accuracy, it has a positive impact on improving the economic benefits of the integrated circuit industry chain.

integrated circuit testing；high speed digital chip；parameter test

2021-08-20

安徽电子信息职业技术学院校级科研项目——基于LK8810系列平台数字芯片参数测试方案优化研究（2021AHDZZK01）；安徽电子信息职业技术学院校级教科研项目（2021AHDZZJ06）

余蓓敏（1982-），女，安徽广德人，讲师，硕士，主要从事电子信息系统的设计与测试，ybeiminki@163.com。

TP206+.1;TP311

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1007-984X(2022)02-0027-05