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Digital Chip Testing with Agilent 93000 SoC Series 摘要由於本中心舊有之晶片量測系統 IMS ATS200 使用已達 10 年，故障頻繁，已無法對各界提供良好服務，為了提升國內學術界透過本中心下線之晶片量測環境，以及產業未來發展，中心於西元 2004 年引進『Agilent 93000 SOC Series』混合訊號自動測試設備，該機台特色為模組化設計，可針對不同類別的 IC 選購不同的模組，來達到在單一平台上就可以測試各式各樣的 IC，包括了純數位 IC、混合訊號 IC 與 SOC 系統單晶片。在引進此設備後，中心將建立展新的晶片測試環境，提供各界更良好晶片測試環境。本文將對中心引進的『混合訊號自動測試設備』功能以及如何使用此設備來進行數位晶片測試作一簡單介紹。一、簡介 CIC 目前所引進 Agilent 93000 SoC Series 自動測試設備其外觀如圖 1 所示，其中 testhead 內部即為所有 channel board 所存放位置，待測試的 IC 則是透過 DUT board 與 DUT interface 與 testhead 內部的 channel board 連接在一起，manipulator 內部放置鉛塊來平衡 testhead 的重量， support rack 內部放置工作站或其他外加儀器。CIC 目前所購買的模組其功能概述如下：在數位模組中，支援的 data channel 數量達 320，而每個 channel 的 data rate 更達到 660Mbps。至於 vector memory 的容量，每個 channel 有 28MVectors ，若作為 scan 測試使用時，由於 scan pattern 的 waveform 變化較少，因此每個 channel 的 scan memory 的容量可至 84MVectors。至於類比的 Instrument 共有 4 組，二組為 Arbitrary Waveform Generator (AWG)，可以產生類比量測所需的訊號給混合訊號或類比的晶片，二組為 Digitizer，可以將混合訊號或類比晶片所產生的類比訊號進行取樣，加上分析進而得到所要的量測結果。AWG 的規格分別為 16bits resolution、30Msps sampling rate 以及 12bits resolution、500Msps sampling rate。Digitizer 的規格分別為 16bits resolution、3MHz bandwidth 以及 12bits resolution、100MHz bandwidth。最後提供待測 IC 電源的模組共有 8 組電源，可同時產生 8 種不同的電源給待測 IC，每組電源可支援的規格為 7V 的電壓以及 6A 的電流。機台的功能強大，軟體操作複雜，因此本文將先針對如何利用此機台對數位 IC 進行測試進行說明，讓讀者可在短時間內瞭解如何操作此機台，來進行數位 IC 測試。 1

Manipulator DUT Board DUT Interface Support Rack Testhead 圖 1 Agilent 93000 SoC Series 外觀圖圖片來源：Agilent 93000 SoC Series 型錄二、Test Development Flow 1. 測試開發流程總覽使用測試機台進行數位 IC 測試的流程如圖 2 所示，共分成 test plan、design a DUT board 、 pin configuration、level setup、timing setup、vector setup、testflow setup、testing the device 以及 result analysis 等九大步驟。在本節中我們將分別先對九個步驟作解釋說明。在進行 IC 測試之前，第一個步驟 test plan 代表必須事先規劃想要測試的項目有那些：如 functional 的測試、scan pattern 的測試、power dissipation 量測等；第二個步驟 design a DUT board 指的是必須透過一個 DUT board 將待測 IC 以及 testhead 上的 pogo pin 連接在一起，如此才能進行 IC 測試，CIC 針對目前提供的 8 種 IC package (DIP48、PLCC68、PLCC84、CQFP100、 CQFP128、CQFP144、CQFP160、CQFP208) 都有對應的 DUT board 可以使用；第三個步驟開始一直到第九個步驟，便是使用測試機台的控制軟體來進行測試程式的開發，第三個步驟 pin configuration 是設定待測 IC 每個 signal pin 的名稱，以及每個 signal pin 連接到那個 test channel，還有使用那些 device power supply 的模組來供應電源給待測 IC。第四個步驟 level setup 是設定 power supply 的 voltage 大小，current limit 的大小，訊號的 drive voltage 大小(VIL、VIH)，訊號 compare 的 voltage threshold 大小(VOL、VOH)等；第五個步驟 timing setup，主要設定訊號波形的格式，以及 system cycle 的週期時間(period time)；第六個步驟 vector setup，將所要測試的測試向量，透過 waveform 格式的設定，描述成特定的 vector 格式。第七個步驟 testflow setup 是將想要測試的項目，設定成一個流程；第八個步驟 testing the device，開始進行測試，機台會根據前面步驟所作的設定產生訊號給待測 IC，同時也會量測待 2

測 IC 所產生的 response，並且與預期的 response 作比較，若比較相同就是通過測試(PASS)，若不相同就是有錯誤(FAIL)，第九個步驟 result analysis，分析量測的結果，可使用 timing diagram 來看波形、使用 error map 來看那些地方有錯誤、使用 shmoo plot 來看待測 IC 的特性圖。 Test Plan Device Under Test (DUT) Choose or Design a DUT Board Pin Configuration Level Setup Timing Setup Vector Setup Testflow Setup Testing the Device PASS FAIL Result Analysis Tool -Timing Diagram -Error Map -Shmoo Plot 圖 2 測試開發流程圖三、Design a DUT Board 1. CIC 提供的 DUT Board 總覽 CIC 提供 8 種 IC 包裝，由於機台的 digital channel 數量高達 320，因此提供的 DUT board 共有三種，其外觀以及連接至 testhead 的照片如圖 3 所示，DIP48、CQFP128 與 CQFP144 三種 package 作在同一片 DUT board，PLCC68、PLCC84 與 CQFP160 作在同一片 DUT board， CQFP100 與 CQFP208 作在同一片 DUT board，每種 DUT board (loadboard)上所有 package 的 pin count 數量相加，都不會超過 320，如此可以減少 DUT board 的種類。由於每個學生要測試的 IC 其 power pin 的腳位並不是都一樣，因此在 DUT board 上必須透過接線，將 IC 的 power pin 連接到機台上的 device power supply，接線的位置在 DUT board 的另外一面，如圖 4 所示。 SB48, CQFP128, CQFP144 LCC68, LCC84, CQFP160 CQFP100, CQFP208 圖 3 DUT board 3

圖 4 DUT board 連接電源線四、Software Overview 1. Software Overview 機台的控制軟體為 SmarTest，其示意圖如圖 5 所示，所有相關的設定 pin configuration、 level setup、timing setup、vector setup、testflow setup、testing the device 以及 result analysis 等，都是在 SmarTest 中進行，設定完成後，機台便依照所設定的內容產生電源與訊號給待測 IC，並且量測比較待測 IC 所產生的 response。開啟 SmarTest 軟體的方式可分為 offline mode 與 online mode，online mode 即有連接機台，可以進行測試，offline mode 只能純粹進行設定，不能進行測試。進入 offline mode 的指令為 unix%> HPSmarTest –o &。進入 online mode 的指令為 unix%> HPSmarTest &。 4

Test Plan & Design a DUT Loadboard SmarTest ASCII data Design ASCII Interface Translation STIL, WGL ScanConverter Pin Config Levels Timing Vectors Testfunction Testflow Pass/Fail Analysis 圖 5 SmarTest Overview 進入 SmarTest 後，可以看到三個視窗，分別是 main toolbar，report window 以及 operation control window，如圖 6 所示。main toolbar 主要用於開啟相關軟體的一個操作介面，report window 顯示了所有相關的 log 以及測試結果，operation control window 是設定測試的方式是公程驗證還是作量產測試，在 report window 中除了顯示相關的 log 以及測試結果外，其中 tester state 指示目前是否有連接到機台，tester operation 指示目前機台正在進行的動作。離開 SmarTest 軟體的方式為在 main toolbar 選擇 File → Quit 便可以離開，在離開之前記得要將所作的相關設定如 pin configuration、level setup 等都儲存。 5

圖 6 SmarTest Start-up Screen 在 main toolbar (圖 7)有 8 個 tabs 每個 tabs 下有不同的 buttons 可用來作不同的設定，main toolbar 的右側有 4 個固定的 buttons，分別是 connect、disconnect、break 以及 change device， connect 是用來連接測試機台上的 AC relay，disconnect 是用來切斷機台上的 AC relay，break 是用來停止 IC 的測試，change device 則是用來切換測試不同的 IC 或新增一個待測的 IC。 Tabs Buttons Change Device Break Disconnect Connect 圖 7 SmarTest Main Toolbar 6

第一次要開始進行測試程式開發，必須先新增一個元件，在點選 change device 之後，會出現如圖 8 的畫面，在 Device 欄位中填入名稱後，點選 Create 後，會出現右邊的視窗，在 PPU tester model 欄位，選擇 P600 後，點選 create device 後，便會在目錄下，產生一個 device directory，在 device directory 下會有許多的目錄，如 configuration/、levels/、timing/、vectors/等，在不同的目錄中，可存放不同的設定檔案，如 pin configuration 的設定檔案，就是存放在 configuration/ 目錄，power supply 的 voltage 大小等相關的設定檔案，就是存放在 levels/目錄下。建立好 device 之後，便可以開始進行 pin configuration。圖 8 Create Device 所有的設定都可以透過 data manager 來進行管理，點選 main toolbar 中的 data manager 按鈕後，會出現 data manager 頁面如圖 9，data manager 共分成三個頁面：Program page、Setup page、以及 Result page，要切換頁面，請選擇 Select → Program 切換到 Program page，Select → Setup 切換到 Setup page，Select → Result 切換到 Result page，進行 IC 測試時所要作的設定，都是在 Setup page 操作。 7

圖 9 Data Manager – Setup Page 2. Pin Configuration 要進行 pin configuration，必須在 data manager 的 setup page，點選 Config Icon 如圖 10 所示，接著選擇 File → Load，根據 IC 所使用的包裝，選擇一個 template 檔案，由於 CIC 所提供的 DUT board 上，每個 package 上的每根 pin，連接到測試機台的那個 test channel 已經固定，因此 CIC 可以事先提供每種包裝的 template 檔案，如此學生只需修改訊號的名稱，以及訊號的種類是輸入，還是輸出即可，不用去查詢此訊號是連接到機台上的那個 test channel。 8

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