基于ADLINK的IC半自动测试系统

　　中国消费类电子产业发展迅猛，随之而来的是半导体加工业在国内的兴起，如上海、深圳、苏州、北京等地，已形成了相当规模的半导体生产加工基地（参考文献1）。

　　拥有雄厚的后备资金是创建半导体公司的首要条件，从研发到生产制造，许多环节往往要“一掷千金”，仅建立标准化的封装测试厂就需要几亿美元的投入。许多专门从事外包服务的公司解决了这一难题，他们负责产品由晶圆生成到产品测试过程中的一切事务，半导体公司只需支付外包服务的费用。

　　但是，对一些保密程度要求较高的测试工作仍需半导体公司自己完成，建立传统意义上的IC测试系统耗资巨大，对于尚处于发展阶段的半导体公司而言非常困难。本文基于凌华工业计算机，设计了一套半自动IC测试解决方案，实现了低成本、高精度、易维护的小批量IC测试。

　　系统硬件构成

　　图1给出了测试平台的系统硬件结构图，平台主要由以下部分组成。

　　凌华工业计算机

　　平台的核心控制单元选用凌华工业计算机，它采用PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）总线形式。

　　PXI总线是为测量和自动控制应用而设计的模块化仪器平台。采用PXI，客户

可以从多个供应商处选择模块集成到一套PXI系统中，PXI总线模块间的通信采用广泛使用的基于PC的技术，如132MB/s的PCI总线，这就使得在保证高性能通信的同时还可以保证广泛可用的软件。PXI还在系统中集成了时钟和同步信号，因此用户不需要额外的走线就可以在设备间传递精确的信号（参考文献2）。

　　在该测试平台中，凌华计算机各个功能模块均集成到PXIS-2700工业级机箱中。它可接3U PXI和CompactPCI模块，其中带1个系统槽，17个PXI/CompactPCI外围卡槽。集成的各个功能模块分别为：

　　PXI-3800模块：PXI-3800是一款真正意义上的all-in-one工业计算机控制器，采用Pentium M处理器，FSB400/533MHz，CUP主频可达2.0GHz（支持未来的Dothan CPU）；它还具有双200针DDR SO-DIMM插槽，最高支持2GB RAM；它的双CompactFlash接口用于替换HDD和FDD；CF2支持热插拔CF卡功能；此外，它具有双USB2.0接口，双串口(RS-232/422/485)和单并口，标准VGA输出及以太网接口。这些配置为高性能测试提供了可靠保证。

　　SMX-2042模块 SMX-2042是一款64通道16位250kS/s多功能DAQ模块，可作为一块灵活的全自动量程数字万用表。它不仅能测量DC、AC电压、电流以及2线、4线电阻，还可以直接测量电感、电容。测量频率高达1000rps，计数器频率从2Hz到300kHz。此外，它还具有自校验功能和300Ｖ隔离保护。

　　CPCI-6208模块 CPCI-6208集成了16位D/A，具有8通道电压输出及8通道电流输出，以及4通道TTL数字输入及4通道TTL数字输出。[page]

　　CPCI-7434模块 CPCI-7434模块是一款64通道隔离数字输出模块，它用于驱动继电器矩阵模块。

　　TE-5201模块 TE-5201是一款100MS/s任意波形发生器，具有10位时间分辨率，多设备同步功能，2MS的存储深度以及可以采用DMA的超高速波形下载。它作为信号源被应用到半导体器件交流测量中（参考文献3）。

　　继电器矩阵

　　继电器矩阵是小功率控制单元和大功率执行单元的接口，本系统最多可配置64个继电器（由SMX2042决定）。由于继电器的驱动电流较大，因此需要由三级管或MOS管对PXI-6509的输出信号进行放大。

　　功放模块

　　由于CPCI-6208的输出信号为弱电流信号，因此无法作为功率型待测器件的电压、电流源。功放模块可以把CPCI-6208的输出信号进行功率放大，它主要由8片TI生产的功率运放OPA548组成。

　　Socket及信号采集放大电路

　　通常芯片测试是将被测器件放到对应芯片封装的Socket里面，再将Socket依靠焊接或夹具固定到测试板上。

　　信号采集严格来讲并不是起到信号采集作用，而是用于数据传输。对一些大功率信号及弱信号，Socket的选择及外围电路的设计非常关键，这可能是系统误差的主要来源。

　　高低温系统

　　为了测量芯片的温度适用范围，需要一套高低温系统来仿真芯片的环境温度。

　　系统软件结构

　　系统的软件结构如图2所示，PXI-3800支持Windows XP系统。Labview是一个图形化开发环境，内置信号采集、测量分析与数据显示功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，为应用者提供强大功能的同时保证了系统灵活性。Labview将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中，我们可以在平台上无缝地集成一 套完整的应用方案。凌华工业计算机不仅支持Labview图形化开发环境，而且还提供了与各种板卡紧密相关的Labview控件，开发者只需调用这些控件，便可以轻松编写测试软件。[page]

　　此外，FTS设备内部具备嵌入式系统，开发人员只能通过发送和接收ASCII码指令与其进行信息交换，因此需编写一个串口通讯程序。

　　系统工作流程

　　系统工作流程描述如图3。

　　操作人员启动系统后，系统开始自检，发现故障，则系统复位并自动断电。首先是各功能模块的初始化，接下来是由上位机PXI-3800往各个下位机发送动作指令，接受指令后CPCI-7434模块输出对应的电平信号控制继电器完成测试电路中信号传输通道的切换，CPCI-6208模块输出对应的模拟信号经由功放模块放大后作为测试电路需要的电压源及电流源。与此同时SMX-2042执行相应的测试动作，如果需要，高低温系统会提供相应的环境温度。经过一定延时，系统开始采集数据，其中包括SMX-2042的测试结果及温度传感器反馈的芯片真实环境温度。采集的数据实时地显示到输出终端并保存到非易失性存储器中。此时系统会自动检查是否还有待执行的指令，如有则转入下一轮循环，否则系

统复位、结束。

　　系统优缺点分析

　　优点：
　　1．成本低。通常搭建一套标准配置的测试系统仅需要约30万人民币，成本优势非常明显。
　　2．测试精度高。依靠辅助电路，它的测试精度可以达到：电压mV级，电流nA级，电阻mΩ级，满足当前大多数产品的测试精度要求。
　　3．易于开发、维护和升级。由于陵华计算机已经提供了功能强大的数据采集、处理模块，因此测试系统的硬件设计极大地简化了。而且该系统采用Labview图形化开发环境，设计者无须编程经验也可编写出高效的测试程序。该系统采用PXI工业总线，用户可方便升级。

　　缺点：
　　1． 测试速度低，不适用于大批量测试。由于系统没有配置机械化上料机构，而是采用操作工人手动上料的方式，对操作工人的防静电保护及操作技能要求较高，测试时间相对较长。 Labview软件编译环境也是影响测试时间的原因之一，相比Visual C++编写的程序，执行时间要长很多。
　　2． 抗干扰能力差。由于系统没有达到高度集成，有一部分电路缺少屏蔽保护，干扰信号尤其是噪声极可能成为系统误差的主要来源，因此采取有效的抗干扰措施将非常重要。

　　本文应用凌华工业计算机搭建IC半自动测试平台，可对当前大部分半导体产品进行小批量测试，相比传统测试系统，它大大地降低了成本，保证了产品测试精度，此外，还具有维护简单，容易升级的优点，为IC测试开发人员提供了可靠的设计依据。

参考文献
[1]《2005~2006中国集成电路产业研究报告》，水清木华研究中心，2006.8
[2]庄嘉明，《PXI——用于制造测试的工业标准平台》，致茂电子，2003.12
[3]PXISelectionGuid, ADLINK