半導體測試概論
半導體測試概論
The Concept of Semiconductor Testing
白安鵬 彙編
目
錄
第一章 電子學基本概念‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第二章 半導體測試基本概念‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第三章 開路與短路測試‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第四章 積體電路規格表‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第五章 直流參數測試‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第六章 功能參數測試‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第七章 交流參數測試‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第八章 電路特性分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第九章 開發測試向量‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第十章 測試程式開發時面臨的問題‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第十一章 測試程式開發步驟‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第十二章 排除問題的方法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第十三章 測試程式的驗證及文件歸檔‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第十四章 閂鎖效應‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
第十五章 掃瞄測試的原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥
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目錄
第一章 電子學的基本概念
第一章 電子學的基本概念
在學習測試概念之前,首先讓我們來,複習一些電子學的基本關念,及一些專有名
詞。例如:電壓、電流、電阻。同時我們也會提到,各種不同量測電阻的方法,及一些
數位邏輯訊號的解釋。最後,會再介紹單一數位邏輯閘元件。希望從最基本的認識,逐
步進入半導體測試領域。
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第一章 電子學的基本概念
第一節 基本觀念複習
■ 電壓(Voltage)其單位為伏特(符號以 V 來表示)
電路中兩點之間的電位差,也就是單位電荷消耗或吸收的能量。公式為 V=E/Q 其中
V 是電位差,E 是電能,Q 是電荷量。
■ 電流(Current)其單位為安培(符號以 A 來表示)
是單位時間內流經導體的電荷量。公式為 I=Q/T, T 是單位時間。
■ 電阻(Resistance)其單位為歐姆(符號以 Ω 來表示)
阻止電流在物體中流動的一種計量。電阻值與溫度之間有相對應的關係。有
些物質會在高溫的時候,形成電阻效應(電阻值變大)。而有些物質,反而降低電
阻效應(電阻值變小)。一般情況下,大部份的材質會降低電阻效應(電阻值變小)。
所謂電阻效應就是阻止電流流動的一種阻力。其公式為
L 是兩截面間的距離, A 是截面積。
Lρ=R
A
。ρ 是電阻係數,
圖 1-1
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第一章 電子學的基本概念
■ 歐姆定律 Ohm's Law:
公式為 V = I * R。V 是電壓、I 是電流、R 是電阻。因此,當其中兩者已知時,
即可求得其中一個未知。
圖 1-2
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第一章 電子學的基本概念
第二節 基本量測方法
通常測試系統,會提供電壓來量電流,或者提供電流來量電壓。測試系統通常不會
直接量測電阻值,而是經由量測電壓或電流,再利用歐姆定律計算出電阻值。以下介紹
這兩種測量電阻的方法:
■ 方法一:提供電壓量電流(VFIM: Voltage Force Current Measure)
圖 1-3
此方法是,給予一個已知 2.5V 伏特電壓後,利用電流計與待測物串連來量測電流
值。量測後再利用 R=V/I 公式,計算出電阻值。使用此方法,量測電流值的過程中,
要注意,當電阻 R 很小時(趨近於零),電流 I 的值會很大。如此會導致電流計燒毀,或
待測物損壞。因此,一般情況下,需作電流的限流措施(Current Clamp)。
以圖 1-3 為例:
R = V / I = 2.5V / 2.0mA = 1250Ω
一 般 在 測 試 的 過 程 中 , 會 依 IC 設 計 的 規 格 來 確 認 。 如 果 電 阻 的 規 格 為
1250Ω±10%,則電阻最小值為 1125Ω(= 1250Ω -1250Ω*10%)。當電阻值為 1125Ω 時,
電流值為 2.2mA。當電阻為 1375Ω 時,電流值為 1.8mA。因此,電流的限流設定(Current
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第一章 電子學的基本概念
Clamp),會設為 2.2mA。所以,所量測出的最大電流值,不會大於 2.2mA。
■ 方法二:提供電流量電壓 (IFVM: Current Force Voltage Measure)
圖 1-4
此方法是,給予一個已知電流 I。電壓計跨接電阻兩端後,量測電壓值(與待測物
並聯)。再利用 R=V/I 公式,計算出電阻值。使用此方法,量測電壓值的過程中,要注
意,當未知的電阻 R 趨近於無限大時,所量測出的電壓值會很大。此結果,會導致電壓
計燒毀或待測物損壞。為防止上述情形的發生,一般會作電壓值的限壓措施(Voltage
Clamp),設定好最大的電壓值。
以圖 1-4 為例:
最大電壓值 V = I * R = 2.50mA * 1375Ω = 2.75V。
最小電壓值 V = I * R = 2.50mA * 1125Ω = 2.25V。
因此,電壓的限壓設定值,會設在 2.75 伏特電壓。
■ 數位邏輯
積體電路在設計上,有兩種較被廣泛使用的技術。TTL (Transistor -Transistor
Logic)和 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)這兩種技術。TTL 電路的
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第一章 電子學的基本概念
執行速度比 CMOS 電路快,但消耗能量較高。CMOS 的能量消耗與其頻率有關。較高的運
作頻率,會有較多的能量消耗。TTL 電路,則是固定的能量消耗。然而以目前而言,CMOS
電路設計,是比較被廣泛使用的一種技術。
■ 電壓值代表邏輯準位
一般邏輯電路中,會以高電位代表邏輯 1,而以低電位來代表邏輯 0。邏輯電路的
資料讀取與寫入,是以邏輯準位為基準。邏輯準位的定義,由電壓值來決定。例如:大
於 1.8V 的電壓值,定義為邏輯 1,而小於 0.4V 的電壓值,定義為邏輯 0。
圖 1-5 為一個邏輯脈波訊號(Logic Pulse)
週期(Period) = 1 / 頻率( Frequency)
頻率( Frequency)=200MHz 則週期(Period)=5nSec。
週期(Period)一般英文稱為 Cycle。
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■ 脈波訊號準位 (Pulse Level)
第一章 電子學的基本概念
圖 1-6 輸入訊號 (Input Pulse)
輸入電壓為 1.8V 以上時,稱為邏輯 1。VIH ( Input Voltage in High )=1.8V。
輸入電壓為 0.6V 以下時,稱為邏輯 0。VIL ( Input Voltage in Low )=0.6V。
圖 1-7 輸出訊號 (Output Pulse)
輸出電壓為 2.0V 以上時,稱為邏輯 1。VOH(Output Voltage in High)=2.0V。
輸出電壓為 0.4V 以下時,稱為邏輯 0。VOL(Output Voltage in Low )=0.4V。
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