确定用于生产的混合信号IC特性

2014-09-25 10:53:19来源: ednchina
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。

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关键字:混合信号  生产制造  可重复性  IC特性

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/0925/article_9595.html
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