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半导体老化测试系统

发布时间:2018-08-07

目前市面上有多种老化测试系统实现方法,除了老化系统生产厂商制造的通用型产品外,半导体厂商也在内部开发了一些供他们自己使用的此类系统。大多数系统都采用计算机作主机,用于数据采集和电路基本控制,而一些非计算机系统只能用LED作为状态指示器,需要人工来收集数据。为了能对老化板上的每一器件作独立测试,必须要在老化系统控制下将每个器件与其它器件进行典型隔离。内存件非常适合于这种场合,因为他们被设计成按簇方式使用并带有多路选通讯号,而逻辑器件则可能无法使用选通讯号,这使得在老化系统中设计通用逻辑测试会更难一些。因此针对不同器件类型存在不同的逻辑老化系统是很正常的。

老化测试系统可归为两大类:逻辑器件和内存。逻辑器件测试系统又可分为两类:平行和串行;同样内存测试系统也可分为两类:非易失性和易失性。

逻辑器件老化测试

逻辑器件老化测试是两类系统中难度最大的,这是因为逻辑产品具有多功能特性,而且器件上可能还没有选通讯号引脚。为使一种老化测试系统适应所有类型的逻辑器件,必须要有大量的输入输出引线,这样系统才能生成多引脚器件通常所需的多种不同信号。老化系统还要有一个驱动板,作为每个信号通路的引脚驱动器,它一般采用较大的驱动电流以克服老化板的负载特性。

输出信号要确保能够对需作老化的任何器件类型进行处理。如果老化板加载有问题,可以将其分隔成两个或更多的信号区,但是这需要将驱动板上的信号线数量增加一倍。大多数平行输出信号利用专用逻辑、预编程EPROM或可重编程及可下载SRAM产生,用SRAM的好处是可利用计算机重复编程而使老化系统适用于多种产品。逻辑器件老化测试主要有两种实现方法:平行和串行,这指的是系统的输入或监测方式。一般来说所有逻辑器件测试系统都用平行方式把大量信号传给器件,但用这种方式进行监测却不能讲老化板上的每一个器件分离出来。

平行测试法

平行测试是在老化过程中进行器件测试最快的方法,这是因为有多条信号线连在器件的输入输出端,使数据传输量达到最大,I/O线的输入端由系统测试部分控制。平行测试有三种基本方式:各器件单选、单引脚信号返回和多引脚信号返回。

串行测试法

串行测试比平时测试作业容易一些,但是速度要慢很多。除了每个器件的串行信号返回线,老化板上的每个器件通常都并联在一起。该方法用于有一定处理功能并可藉由一条信号返回线反映各种状态的器件。测试时传送的数据必须进行译码,因此老化板上应有数据处理系统。

RS-232C或同等协议

一种串行监测方法是在老化板上采用全双工RS-232C通讯协议,所有器件的其它支持信号都并联在一起。RS-232C发送端通常也连到所有器件上,但同时也支持老化板区域分隔以进行多路再使用传输。每个器件都将信号返回到驱动板上的一个RS-232C接收端,该端口在驱动板上可以多路再使用。驱动电路向所有器件传送信号,然后对器件的RxD线路进行监控,每个器件都会被宣导,系统则将得到的数据与预留值进行比较。这种测试系统通常要在驱动板上使用微处理器,以便能进行RS-232C通讯及作为故障数据缓冲。

边界扫描

逻辑器件老化的最新趋势是采用IEEE1149.1规定的方法。该方法也称为ITAG或边界扫描测试,它采用五线制(TCK、TDO、TDI、TMS及TRST)电子协议,可以和平行测试法相媲美。采用这种方法时,JTAG测试端口和整个系统必须要设计到器件的内部。器件上用于JTAG测试的电路属于专用测试口,用来对器件进行测试,即使器件装在用户终端系统上并已开始以后,该测试口还可以使用。一般而言,JTAG埠采用很长的串联缓存器链,可以访问到所有的内部节点。每个缓存器映像器件的某一功能或特性,于是,访问期间的某种状态只需将该缓存器的状态数据串行移位至输出端即可。采用同样技术可完成对器件的编程,只不过数据是藉由JTAG端口串行移位到器件内部。IEEE1149.1的说明里详细阐述了JATG端口的作业。

内存老化

内存老化和测试的线路实现起来相对简单一些,所有器件藉由统一方式写入,然后单独选中每个器件,将其存入的数据读出并与原来的值对照。由于具有控制和数据采集软件以及故障数据评估报告算法,所以内存老化测试对生产商非常有用。

大多数内存件支持多个选通引脚,因而老化测试系统采用簇方式读回数据。某些系统具有很宽的数据总线,每一簇可同时读取多个器件,再由计算机主机或类似的机器对器件进行划分。增加老化板上的平行信号数量可提高速度,减少同一条平行信号线所连器件数,并且降低板子和器件的负载特性。

易失性内存(DRAM和SRAM)

易失性内存测试起来是最简单的,因为它无需特殊算法或时序就可进行多次擦写。一般是所有器件先同时写入,然后轮流选中每个器件,读回数据并进行比较。由于在老化时可重复进行慢速的刷新测试,因此DRAM老化测试能够为后侧制程节省大量时间。刷新测试要求先将数据写入内存,再等待一段时间使有缺陷的储存单元放电,然后从内存中读回数据,找出有缺陷的储存单元。将这部分测试放入老化意味着老化后的测试制程不必再进行这种很费时的检测,从而节省了时间。

非易失性内存(EPROM和EEPROOM)

非易失性内存测试起来比较困难,这是因为在写入之前必须先将里面的内容擦除,这样使得系统算法更困难一些,通常还必须使用特殊电压来进行擦拭。不过其测试方法基本上是相同的:把数据写入内存再用更复杂的算法将其读回。

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