集成電路測試是集成電路產業鏈的重要組成部分。在對集成電路進行在片測試時，需要對整個晶圓進 行測試。文中以 Cascade Summit 12000 半自動探針臺為例，設計一個由計算機、探針臺、單片機 實驗箱、測試電路組成的簡易自動測試平臺。自動測試軟件在安捷倫IO 庫提供的程序范例基礎上開發，編程語言 為 VB.NET。最后對某公司的 RFID 晶圓進行測試，結果表明系統運行情況良好，測試效率高。

隨著移動通信和消費類電子產品需求不斷增長，在國家 政策對集成電路行業的重點扶持下，集成電路迎來發展的 春天。

測試是集成電路產業鏈的重要環節。設計階段的測試一般用于驗證設計的正確性或者設計方案的改良，測試方法可以是在片測試或者鍵合測試。如果集成電路已經切片且數量較少，可以選擇在片測試或鍵合測試；如果尚未切片，芯片數量較多甚至是整個晶圓，只能選擇在片測試。在片測試離不開探針臺，探針臺可以通過探針直接把信號從集成電路的焊盤輸入 / 輸出。

探針臺分為手動、半自動和全自動三種。全自動探針臺可以自動裝片、自動對準，可以對測試數據進行打印，使用方便，測試效率高，但價格昂貴。本文以 Cascade Summit 12000半自動探針臺（以下簡稱 Cascade 探針臺）為例，探討如何充分利用半自動探針臺提供的編程接口控制探針移動，測試整個晶圓上的所有集成電路。該系統經過擴展 后，可作為由多個測試儀器組成的自動測試平臺的一部分。

Cascade 探針臺支持 8 英寸晶圓，定位精度為 0.1 μm，可以應對大部分測試場合。

1 Cascade探針臺通信模型

Cascade 探針臺提供 4 種操作方式：一種是安裝在探針臺專用計算機上的控制軟件 Nucleus，另外三種是用戶編程接口。為了安全起見，探針臺專用計算機而不允許安裝其他 無關軟件，因此自行設計的控制軟件只能安裝在其他計算機 上，通過 RS 232 或者 GPIB 接口與探針臺專用計算機連接，并由探針臺專用計算機上的命令接口和驅動程序與探針臺連接。由于 GPIB 傳輸數據更快，功能更強，并可以跟多種儀器組成總線系統，構成自動測試平臺，因此本文采用 GPIB接口。

2測試系統

探針臺和探針臺專用計算機是探針臺購置的整體配置， 計算機通過 USB-GPIB 轉換卡和探針臺專用計算機連接。晶 圓上的集成電路單元（DIE）的焊盤（PAD）通過探針和專用電纜連接到外部電源或測試設備。針對待測集成電路的 功能設計一個專用測試電路。如果測試通過，則輸出一個 TTL 高電平，否則輸出低電平。計算機通過 RS 232 和單片

機相連，控制單片機向測試電路發出測試指令，等待一段時 間后，單片機如果收到高電平信號則判斷為測試通過，否 則為測試失敗。測完一個集成電路單元（DIE）之后，自動

測試軟件向探針臺發出一系列指令，控制探針臺移動到下 一個 DIE。

3編程方法

Cascade 探針臺支持 3 種指令：GPIB 指令、Meta 指令 和 SCPI 指令。GPIB 指令用于讀取、設置、清除 GPIB 狀態 報告寄存器 ；Meta 指令用于控制系統級功能，例如設置計算 機是否顯示指令或者返回值；SCPI 指令是控制指令的核心，

用于控制探針臺的各種動作，例如打開或者關閉真空泵、接 觸或者分離探針、控制探針臺移動等。

要通過 GPIB 控制 Cascade 探針臺，首先需要準備一 根安捷倫 USB-GPIB 轉接線， 安裝安捷倫 IO 庫（Agilent IOLibraries Suite 14.0）。安捷倫 IO 庫提供 USB-GPIB 轉接線 的驅動程序以及 VB.NET，C#，C++ 的編程范例，編程范例 中有很多操作 GPIB 的函數，用戶可根據自己的編程喜好找 到合適的工程范例，在此基礎上修改即可。本文以 VB.NET 作為編程語言。與 GPIB 操作有關的函數主要有：

打開GPIB ：ioDmm.IO（）= mgr.Open（ioAddress）

關閉GPIB ：ioDmm.IO.Close（）

發送數據：ioDmm.WriteString（CmdToSend.Text）

讀取數據 ：Str = ioDmm.ReadString

與自動測試有關的 SCPI 指令主要有（SCPI 指令以冒號

開頭，不可省略）：

接觸探針 ：:mov:down 2

分離探針 ：:mov:up 2

讀取當前坐標 ：:mov:prob:abs:die?

移動到某個坐標：:mov:prob:abs:dieXY

移動到下一個 DIE ：:move:probeplan:next:die

開始測試時，先用程序控制探針移動到最后一個 DIE，

讀取坐標并作記錄，再移動到第一個 DIE，經過接觸探針、 測試、分離探針、移動到下一個 DIE、讀取當前坐標、判斷 是否結束，組成一個循環。如果當前坐標是最后一個 DIE 的

坐標，則循環結束，測試完畢 ；否則繼續測試。

4測試過程

Cascade 探針臺作為一種比較復雜的精密儀器，測試前

除了要做常規準備工作之外，還包括針對程序控制自動測試 的步驟。自動測試的主要步驟如下 ：

（1）開機，打開 Nucleus 軟件，初始化 Nucleus ； （2）裝載晶圓 ；

（3）校準晶圓、DIE 尺寸計算 ；

（4）制作 WaferMap 并設置參考 DIE ；

（5）移動探針到參考 DIE 并設置接觸 / 分離高度 ； （6）開啟自動測試軟件，設置 GPIB 端口地址，使得自

動測試軟件的 GPIB 地址與 Nucleus 的 GPIB 地址相同。

其中制作 WaferMap 包括 ：設置晶圓尺寸、DIE 尺寸和

空隙、去掉晶圓邊沿不完整的 DIE、選擇測試順序等步驟。 如果不是整個晶圓的自動測試，則步驟（3）、步驟（5）可

以省略。

5測試結果

本自動測試系統為某公司測試了 RFID 集成電路晶 圓，使用的設備包括 ：Cascade 探針臺、筆記本電腦、單片 機實驗箱、RFID 讀卡器。整片 RFID 晶圓共 13 500 個 DIE， 其中 13 220 個測試通過，良品率為 97.9%，表明集成電路設計和試生產是成功的。測試過程中，各種儀器設備和自動測試軟件運行良好，探針無跑偏現象。測試共耗時 4.5 h。

6總結

Cascade 半自動探針臺的操作軟件 Nucleus 對測試整個晶圓的集成電路單元無能為力。晶圓上的集成電路單元有數 千甚至數萬個，直接用 Nucleus 手工測試幾乎是不可能完成的事情。這時可以利用探針臺提供的編程接口，設計一個自動測試軟件，探針臺可以根據晶圓和集成電路單元的尺寸特點，自動遍歷測試晶圓上 的所有集成電路單元，并記錄測試結果，大大了提高測試效率。