集成電路測(cè)試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分。在對(duì)集成電路進(jìn)行在片測(cè)試時(shí)，需要對(duì)整個(gè)晶圓進(jìn) 行測(cè)試。文中以 Cascade Summit 12000 半自動(dòng)探針臺(tái)為例，設(shè)計(jì)一個(gè)由計(jì)算機(jī)、探針臺(tái)、單片機(jī) 實(shí)驗(yàn)箱、測(cè)試電路組成的簡(jiǎn)易自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。自動(dòng)測(cè)試軟件在安捷倫IO 庫提供的程序范例基礎(chǔ)上開發(fā)，編程語言 為 VB.NET。最后對(duì)某公司的 RFID 晶圓進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，測(cè)試效率高。

隨著移動(dòng)通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品需求不斷增長(zhǎng)，在國家 政策對(duì)集成電路行業(yè)的重點(diǎn)扶持下，集成電路迎來發(fā)展的 春天。

測(cè)試是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)階段的測(cè)試一般用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性或者設(shè)計(jì)方案的改良，測(cè)試方法可以是在片測(cè)試或者鍵合測(cè)試。如果集成電路已經(jīng)切片且數(shù)量較少，可以選擇在片測(cè)試或鍵合測(cè)試；如果尚未切片，芯片數(shù)量較多甚至是整個(gè)晶圓，只能選擇在片測(cè)試。在片測(cè)試離不開探針臺(tái)，探針臺(tái)可以通過探針直接把信號(hào)從集成電路的焊盤輸入 / 輸出。

探針臺(tái)分為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)三種。全自動(dòng)探針臺(tái)可以自動(dòng)裝片、自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，使用方便，測(cè)試效率高，但價(jià)格昂貴。本文以 Cascade Summit 12000半自動(dòng)探針臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱 Cascade 探針臺(tái)）為例，探討如何充分利用半自動(dòng)探針臺(tái)提供的編程接口控制探針移動(dòng)，測(cè)試整個(gè)晶圓上的所有集成電路。該系統(tǒng)經(jīng)過擴(kuò)展 后，可作為由多個(gè)測(cè)試儀器組成的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的一部分。

Cascade 探針臺(tái)支持 8 英寸晶圓，定位精度為 0.1 μm，可以應(yīng)對(duì)大部分測(cè)試場(chǎng)合。

1 Cascade探針臺(tái)通信模型

Cascade 探針臺(tái)提供 4 種操作方式：一種是安裝在探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)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(tái)專用計(jì)算機(jī)而不允許安裝其他 無關(guān)軟件，因此自行設(shè)計(jì)的控制軟件只能安裝在其他計(jì)算機(jī) 上，通過 RS 232 或者 GPIB 接口與探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)連接，并由探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)上的命令接口和驅(qū)動(dòng)程序與探針臺(tái)連接。由于 GPIB 傳輸數(shù)據(jù)更快，功能更強(qiáng)，并可以跟多種儀器組成總線系統(tǒng)，構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，因此本文采用 GPIB接口。

2測(cè)試系統(tǒng)

探針臺(tái)和探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)是探針臺(tái)購置的整體配置， 計(jì)算機(jī)通過 USB-GPIB 轉(zhuǎn)換卡和探針臺(tái)專用計(jì)算機(jī)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(cè)試設(shè)備。針對(duì)待測(cè)集成電路的 功能設(shè)計(jì)一個(gè)專用測(cè)試電路。如果測(cè)試通過，則輸出一個(gè) TTL 高電平，否則輸出低電平。計(jì)算機(jī)通過 RS 232 和單片

機(jī)相連，控制單片機(jī)向測(cè)試電路發(fā)出測(cè)試指令，等待一段時(shí) 間后，單片機(jī)如果收到高電平信號(hào)則判斷為測(cè)試通過，否 則為測(cè)試失敗。測(cè)完一個(gè)集成電路單元（DIE）之后，自動(dòng)

測(cè)試軟件向探針臺(tái)發(fā)出一系列指令，控制探針臺(tái)移動(dòng)到下 一個(gè) DIE。

3編程方法

Cascade 探針臺(tái)支持 3 種指令：GPIB 指令、Meta 指令 和 SCPI 指令。GPIB 指令用于讀取、設(shè)置、清除 GPIB 狀態(tài) 報(bào)告寄存器 ；Meta 指令用于控制系統(tǒng)級(jí)功能，例如設(shè)置計(jì)算 機(jī)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(tái)的各種動(dòng)作，例如打開或者關(guān)閉真空泵、接 觸或者分離探針、控制探針臺(tái)移動(dòng)等。

要通過 GPIB 控制 Cascade 探針臺(tái)，首先需要準(zhǔn)備一 根安捷倫 USB-GPIB 轉(zhuǎn)接線， 安裝安捷倫 IO 庫（Agilent IOLibraries Suite 14.0）。安捷倫 IO 庫提供 USB-GPIB 轉(zhuǎn)接線 的驅(qū)動(dòng)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(shù)，用戶可根據(jù)自己的編程喜好找 到合適的工程范例，在此基礎(chǔ)上修改即可。本文以 VB.NET 作為編程語言。與 GPIB 操作有關(guān)的函數(shù)主要有：

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

關(guān)閉GPIB ：ioDmm.IO.Close（）

發(fā)送數(shù)據(jù)：ioDmm.WriteString（CmdToSend.Text）

讀取數(shù)據(jù) ：Str = ioDmm.ReadString

與自動(dòng)測(cè)試有關(guān)的 SCPI 指令主要有（SCPI 指令以冒號(hào)

開頭，不可省略）：

接觸探針 ：:mov:down 2

分離探針 ：:mov:up 2

讀取當(dāng)前坐標(biāo) ：:mov:prob:abs:die?

移動(dòng)到某個(gè)坐標(biāo)：:mov:prob:abs:dieXY

移動(dòng)到下一個(gè) DIE ：:move:probeplan:next:die

開始測(cè)試時(shí)，先用程序控制探針移動(dòng)到最后一個(gè) DIE，

讀取坐標(biāo)并作記錄，再移動(dòng)到第一個(gè) DIE，經(jīng)過接觸探針、 測(cè)試、分離探針、移動(dòng)到下一個(gè) DIE、讀取當(dāng)前坐標(biāo)、判斷 是否結(jié)束，組成一個(gè)循環(huán)。如果當(dāng)前坐標(biāo)是最后一個(gè) DIE 的

坐標(biāo)，則循環(huán)結(jié)束，測(cè)試完畢 ；否則繼續(xù)測(cè)試。

4測(cè)試過程

Cascade 探針臺(tái)作為一種比較復(fù)雜的精密儀器，測(cè)試前

除了要做常規(guī)準(zhǔn)備工作之外，還包括針對(duì)程序控制自動(dòng)測(cè)試 的步驟。自動(dòng)測(cè)試的主要步驟如下 ：

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

（3）校準(zhǔn)晶圓、DIE 尺寸計(jì)算 ；

（4）制作 WaferMap 并設(shè)置參考 DIE ；

（5）移動(dòng)探針到參考 DIE 并設(shè)置接觸 / 分離高度 ； （6）開啟自動(dòng)測(cè)試軟件，設(shè)置 GPIB 端口地址，使得自

動(dòng)測(cè)試軟件的 GPIB 地址與 Nucleus 的 GPIB 地址相同。

其中制作 WaferMap 包括 ：設(shè)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(cè)試順序等步驟。 如果不是整個(gè)晶圓的自動(dòng)測(cè)試，則步驟（3）、步驟（5）可

以省略。

5測(cè)試結(jié)果

本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)為某公司測(cè)試了 RFID 集成電路晶 圓，使用的設(shè)備包括 ：Cascade 探針臺(tái)、筆記本電腦、單片 機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、RFID 讀卡器。整片 RFID 晶圓共 13 500 個(gè) DIE， 其中 13 220 個(gè)測(cè)試通過，良品率為 97.9%，表明集成電路設(shè)計(jì)和試生產(chǎn)是成功的。測(cè)試過程中，各種儀器設(shè)備和自動(dòng)測(cè)試軟件運(yùn)行良好，探針無跑偏現(xiàn)象。測(cè)試共耗時(shí) 4.5 h。

6總結(jié)

Cascade 半自動(dòng)探針臺(tái)的操作軟件 Nucleus 對(duì)測(cè)試整個(gè)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(shù) 千甚至數(shù)萬個(gè)，直接用 Nucleus 手工測(cè)試幾乎是不可能完成的事情。這時(shí)可以利用探針臺(tái)提供的編程接口，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)測(cè)試軟件，探針臺(tái)可以根據(jù)晶圓和集成電路單元的尺寸特點(diǎn)，自動(dòng)遍歷測(cè)試晶圓上 的所有集成電路單元，并記錄測(cè)試結(jié)果，大大了提高測(cè)試效率。