1.1　集成电路测试的分类

IC测试的目的主要有两个方面：一是确认被测芯片是否符合产品手册上所定义的规范；二是通过测试测量，确定芯片可以正常工作的边界条件，即对芯片进行特性化分析。下面主要介绍集成电路测试的分类以及其中芯片探针（Chip Probing，CP）测试和最终成品测试（Final Test，FT）的测试流程及设备。

1.1.1　集成电路测试分类

1. 特性化分析

特性化分析（Characterization）通常在芯片设计阶段进行，是为了确定产品规格，明确产品正常工作的条件而进行的测试。这种测试可以使用仪器/仪表进行，也可以借助自动测试设备（Automatic Test Equipment，ATE）来实现。比如借助ATE设备的扫描测试可以实现对不同参数变化的扫描，以确定产品工作的边界条件。

2. 量产测试

随着IC集成复杂度的提高，出现设计和生产制造缺陷的可能性也大大增加，为了避免因单颗IC芯片不良而导致的缺陷，我们需要对批量生产出的每一颗IC芯片进行测试，即量产测试，其目的是保证发给客户的每一颗IC芯片都符合产品规范。

基本的量产测试有两种，分别为芯片探针测试和最终成品测试。二者的测试原理一样，都是通过自动测试设备连接IC中集成的测试点，运行自动测试软件进行测试；区别是使用的测试设备和连接方式不同。

芯片探针测试（下文简称“CP测试”）针对的是未切割的晶圆，因此也称为晶圆测试，需要用探针接触晶圆上的测试焊盘，一次可以测试晶圆上的单个或多个晶粒（Die）；成品测试（下文简称“FT测试”）则针对已经封装好的IC成品，用弹簧针（Pogo Pin）连接IC外引脚测试。图1.2中展示了晶圆、晶粒和封装后的IC。自动化测试设备针对这两种测试使用不同的机械手，CP测试使用的机械手称为探针台（Prober），FT测试使用的机械手称为分选机（Handler）。

3. 老化测试

老化测试（Burn-in Test）是为了预测产品的使用寿命，剔除早期失效的产品。基于ATE的老化测试通常是把产品放在温箱里，通过恒温或温度循环的方式对产品进行测试。

1.1.2　CP测试流程及设备

通常CP测试流程如图1.3所示，晶圆进入晶圆库时会经过来料检验（Incoming Quality Assurance，IQA），没有外观异常（包括划痕、裂纹、油污等）后会进行CP测试。CP测试会根据产品的不同测试温度要求和测试项要求分成CP1、CP2，个别还会有CP3。例如含有嵌入式存储器的微控制器（Micro Controller Unit，MCU）芯片，既需要针对存储器进行读写及存储功能测试，又需要针对微控制器进行逻辑功能测试。其CP测试流程一般是CP1测试基本存储读写功能，并在存储芯片内写入一定的内容；然后晶圆经过高温烘烤后进行CP2测试，以检验之前写入的数据是否可以保持；最后对MCU部分进行逻辑功能的CP3测试。

对于使用墨点标记失效芯片的CP量产流程，测试完成后会对晶圆进行烘烤以固化墨点，然后做CP检查（主要检查外观，墨点和测试数据是否一致等），检查没有问题会进行包装、质检（Quality Assurance，QA），然后安排出货。

如图1.4所示，CP测试系统主要由以下部分组成：

• ATE，或简称测试机（Tester），包括：

• 测试机头（Test Head）
• 测试机头支架
• 工作站（Workstation）

• 针测接口板（Probe Interface Board，PIB）
• 针塔（Pogo Tower）
• 探针卡（Probe Card）
• 晶圆卡盘（Chuck）
• 探针台（Prober）

测试程序（Test Program）通常保存在服务器上，通过网络下载测试程序到工作站本地硬盘，然后通过工作站上的操作界面（Operation Interface，OI）控制程序加载，开始、停止测试，记录和存储测试结果，还可以实时显示测试进度和状态。测试完成后，保存测试数据（Datalog）、结果统计（Summary）和晶圆测试结果图（Wafermap）。最终的Datalog、Summary和Wafermap通过网络传回服务器。

探针台包括晶圆上料区、垂直（Z轴）位置调整装置、平面（X/Y轴）位置传动装置等。探针台通过连接ATE的通信接口接收ATE发来的开始指令，调整探针正确接触晶圆内某一颗晶粒（Die）的测试焊盘，然后发送反馈信号给ATE并开始测试。ATE测试完成后把测试结果记录到Datalog文件，并向探针台反馈测试分类（Bin）结果，探针台生成探针台格式的Wafermap。

针测接口板与针塔、探针卡一起使用，构成回路，使电信号在ATE和晶圆之间传输。晶圆卡盘是用于固定晶圆的装置。

其中，探针卡是连接ATE与晶圆上被测电路的重要接口。探针卡上使用的探针（Probe）的材质大部分为钨铜或铍铜，也有钯等其他材质。探针材质需要具备强度高、导电性强及不易被氧化等特性。

图1.5展示了CP测试中探针卡上的探针是如何与晶圆上的测试焊盘进行连接的。

1.1.3　FT测试流程及设备

进行FT测试时使用的设备是分选机（Handler）。根据测试需求的不同可以选择分体式分选机或者一体式分选机，其测试流程也不尽相同，如图1.6所示。

分选机通常根据IC尺寸选择。大尺寸的选用分体式分选机，尺寸较小的（通常小于3 mm×3 mm）选用一体式分选机。

分体式分选机采用料盘（Tray）入料，用真空吸嘴移动料，在测试尺寸较小的IC时摆放位置难以调整，并且容易产生外观异常。

一体式分选机采用震动碗（Bowl Feed）进料，小尺寸IC移动过程中摩擦小，不会造成过多磨损，而大尺寸IC经过轨道时摩擦大，易导致外观不良。

如图1.7所示，FT测试系统主要包括：

• ATE
• 分选机
• 测试配件，包括：

• 负载板（Load Board）
• 芯片插座（Socket）
• 模具（Kit）

不同产品的尺寸及引脚数不同，需要制作不同的模具配合分选机使用。分体式分选机需要的模具包括金属连接板（Docking Plate）、吸料头（Nest）等，进行高温测试时还需要预热盘（Soak Plate），常温测试时进料直接从未测料盘吸入并加以传送，然后进入测试区。如前文所述，分体式分选机采用真空吸嘴吹气放料，常用于测试尺寸较大的IC，较小的IC易被吹飞。

这里简要介绍分选机与测试机的安装，以及FT测试流程：

1）首先进行架机（Setup）。在测试机上安装负载板、插座和连接板，用螺钉将连接板紧固在分选机测试区，并将测试模具中的其他配件装在分选机上，调试好吸放料的感应位置，再接上通信接口。

2）架机完成后，通过测试机工作站的操作界面加载测试程序。

3）在分选机侧按开始按钮，分选机把待测芯片运送到测试区，准备好后反馈“开始测试”（Start Of Test，SOT）给测试机。

4）测试机收到SOT信号后开始测试，测试完成发送“测试结束”（End Of Test，EOT）信号和Bin结果给分选机。

5）分选机接收Bin信号，把测试完成的芯片放置到预先设定好的分Bin料盘。

6）移动未测料到测试区，反馈SOT信号给测试机，开始下一轮测试。

7）重复测试步骤直至所有物料测试完成，操作界面会提示测试结束，生成测试数据。

测试数据包括Datalog、Summary、标准测试数据格式文件（STDF）等。保存在本地的测试数据可通过ATE工作站上传服务器，供用户下载查阅。

图1.8所示分体式分选机因测试区域的限制，目前最多支持16个测试工位（Site）。在对存储类芯片进行测试时，因其测试时间长，需要更多测试工位并行测试以降低测试成本。这时通常会选用如图1.9所示的料盘式分体分选机，此类分选机会将来料转入测试料盘（Test Tray）。测试料盘装好IC后，两个料盘一起垂直推入测试区域并固定，然后将测试负载板和插座推入测试区并接触IC，从而形成测试回路进行测试。此类分体式分选机需要的模具包括高精度测试机连接治具（High Fidelity Tester Access Fixture，HiFix，包含负载板和插座）和测试料盘中用于固定IC位置的承载座。这类分选机可以同时测试几百颗芯片。

①HBIN，即Hardware Bin，硬件测试分类。

②动线，工厂中常指移动路线。

一体式分选机如图1.10所示，可支持多个工作站，支持IC测试完成后的卷带（Tape & Reel）或者料管（Tube）包装方式。除ATE和一体式分选机，测试中还需要用到的配件包括负载板、芯片插座、安装底座（Mounting Base），以及进料轨道（Feeding Track）。此类型的机械手通常还有一些扩展功能选项，比如增加一个激光器在IC上雕刻丝印，或者增加摄像头检验并记录包装入卷带或料管的芯片的丝印、二维码等。

图1.11所示是分选机中的一种，称为重力式分选机，通过重力作用上料、下料，常用于测试双列直插式等两边有引脚的IC。