李　岳，韓　賓，鄧冬梅，權(quán)恩猛

西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，四川綿陽　621010

虛擬儀器技術(shù)在半導(dǎo)體測試中的應(yīng)用研究

李岳，韓賓，鄧冬梅，權(quán)恩猛

西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，四川綿陽621010

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和半導(dǎo)體產(chǎn)品性能的不斷提升，對(duì)相應(yīng)的半導(dǎo)體測試方法提出了更高的要求，為了應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體測試帶來的挑戰(zhàn)，本文介紹了半導(dǎo)體測試的特點(diǎn)以及國內(nèi)半導(dǎo)體測試服務(wù)的不足，比較了虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的差別，探究了虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體測試領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，提出了一種將虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用在半導(dǎo)體測試系統(tǒng)當(dāng)中的測試方法，使得對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的測試速度更快、準(zhǔn)確度更高。

虛擬儀器；LabVIEW；半導(dǎo)體測試；傳統(tǒng)儀器

半導(dǎo)體測試伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品從研發(fā)設(shè)計(jì)到生成加工的整個(gè)過程，其測試內(nèi)容涉及Wafer測試、電氣測試、良品率測試、封裝測試、FT測試等，其測試結(jié)果直接關(guān)系到半導(dǎo)體產(chǎn)品的性能和半導(dǎo)體企業(yè)的成本，因此半導(dǎo)體測試是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中非常重要的組成部分。

同時(shí)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和半導(dǎo)體產(chǎn)品性能的不斷提升對(duì)相應(yīng)的半導(dǎo)體測試方法提出了更高的要求，其測試系統(tǒng)需要不斷地升級(jí)和改進(jìn)，其測試人員需要推出新的測試方案或開發(fā)升級(jí)補(bǔ)丁。由于虛擬儀器技術(shù)在測試領(lǐng)域的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，將其擴(kuò)展性強(qiáng)、軟硬件無縫集成、性能強(qiáng)的特點(diǎn)與半導(dǎo)體測試系統(tǒng)相結(jié)合將會(huì)具有廣泛的應(yīng)用前景，本文提出了一種將虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用在半導(dǎo)體測試系統(tǒng)當(dāng)中的測試方法。

1　半導(dǎo)體測試的特點(diǎn)

1.1半導(dǎo)體測試在產(chǎn)品成本中所占比重越來越大

半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)每日有巨大的芯片數(shù)量有待測試［1］，巨大的數(shù)量就帶來了巨大的測試壓力。而且每一塊芯片從晶圓、光刻、摻雜、切片、封裝等多個(gè)工藝過程進(jìn)行加工，由于工藝過程極其精細(xì)和復(fù)雜，在每一個(gè)測試節(jié)點(diǎn)都需要進(jìn)行測試，對(duì)那些測試不合格的芯片不再進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的加工處理，這就需要大量的員工協(xié)同工作，這又會(huì)給半導(dǎo)體企業(yè)帶來巨大的設(shè)備投入和人員成本。隨著芯片性能的不斷提高，芯片不但要完成信號(hào)的計(jì)算處理和存儲(chǔ)功能，還要有濾波、通信、數(shù)模混合的功能，復(fù)雜高性能的芯片對(duì)測試系統(tǒng)的要求會(huì)更高，由此導(dǎo)致半導(dǎo)體企業(yè)在測試系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計(jì)上會(huì)投入更多的成本費(fèi)用［2］。

1.2國內(nèi)半導(dǎo)體測試服務(wù)還存在很多不足

全球半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展到今天，測試已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)鏈中獨(dú)立的、不可缺少的一環(huán)，而對(duì)于剛剛提速的國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)來說，測試服務(wù)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，雖然國內(nèi)有外資企業(yè)設(shè)立的測試機(jī)構(gòu)，但其測試服務(wù)只針對(duì)外資企業(yè)本身，而國內(nèi)的測試服務(wù)公司大都不是從大生產(chǎn)企業(yè)分離出來的，而是白手起家，因此在經(jīng)驗(yàn)上缺少積累，很多測試生產(chǎn)過程的管理、質(zhì)量控制手段等關(guān)鍵技術(shù)還需要向國外的測試公司學(xué)習(xí)［3］。國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)品測試不可能完全依賴外資企業(yè)，發(fā)展自己的半導(dǎo)體測試服務(wù)已經(jīng)刻不容緩。

2　虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較

虛擬儀器是信息技術(shù)大發(fā)展的背景下產(chǎn)生的，特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)對(duì)傳統(tǒng)儀器行業(yè)帶來的沖擊和碰撞，它是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次的融合。虛擬儀器比較于傳統(tǒng)儀器，基本的操作面板和測試功能是一樣的，除此之外，虛擬儀器還擁有傳統(tǒng)儀器所不具備的特殊優(yōu)勢(shì)。

2.1靈活的軟硬件結(jié)合，節(jié)約測試成本

虛擬儀器的出現(xiàn)改變了原先傳統(tǒng)儀器硬件固定化的局限，允許測試人員根據(jù)實(shí)際測試情況靈活地選擇儀器的軟硬件，這樣做的優(yōu)勢(shì)是模塊化的硬件在不同的組織搭配下，可以完成多個(gè)測試任務(wù)，從而大大地節(jié)省了硬件成本。例如，同樣的虛擬儀器硬件結(jié)合不同的應(yīng)用程序軟件，既可以監(jiān)視和記錄這個(gè)電機(jī)的功率，又可以測量電機(jī)的運(yùn)行位置。由此，隨著任務(wù)的增加和時(shí)間的疊加，虛擬儀器累積節(jié)約的成本會(huì)越來越多。

傳統(tǒng)儀器會(huì)有適用范圍極限，在適用范圍滿足不了測試任務(wù)的情況下，就需要更換性能更高的測試儀器，這種做法會(huì)讓儀器功能重疊且浪費(fèi)成本。虛擬儀器硬件具有很高的性能，當(dāng)有主流計(jì)算機(jī)相關(guān)的新技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，只需要更換虛擬儀器有關(guān)的部件即可，能夠享受到計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展帶來的紅利。

2.2虛擬儀器技術(shù)擴(kuò)展性強(qiáng)且應(yīng)用廣泛

虛擬儀器采用模塊式結(jié)構(gòu)，以儀器的功能特點(diǎn)劃分為許多通用的模塊，基本的形式有輸入、輸出、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等模塊，對(duì)于不同的測試任務(wù)可以選擇不同的通用模塊組建一臺(tái)相應(yīng)的虛擬儀器，如果想提高測試系統(tǒng)的性能或者改變測試任務(wù)，可以方便地更換或者加入某幾個(gè)通用模塊，這些模塊都可以通過軟件驅(qū)動(dòng)程序在軟件開發(fā)環(huán)境里調(diào)用起來，從而避免了儀器的重復(fù)購置。這樣做的好處是：不但測試組件簡化，而且拓寬了測試應(yīng)用領(lǐng)域。

2.3與傳統(tǒng)儀器完全兼容

虛擬儀器不但可以搭載自身的硬件模塊，其軟件平臺(tái)還提供了一些第三方函數(shù)庫，通過總線連接函數(shù)庫可以跟傳統(tǒng)儀器通信。除此之外，許多傳統(tǒng)儀器廠商也會(huì)提供一個(gè)接口函數(shù)，通過驅(qū)動(dòng)程序可以連接到傳統(tǒng)儀器，它相當(dāng)于一個(gè)儀器接口，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序就是它獨(dú)特的功能儀器接口，配合獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)程序，傳統(tǒng)儀器就可以在虛擬儀器軟件平臺(tái)上完全兼容［4］。由此，測試用戶可以根據(jù)自身的情況，將虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器結(jié)合使用，使其身邊擁有的資源合理高效地使用起來。

3　虛擬儀器技術(shù)在半導(dǎo)體測試中的應(yīng)用

半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展促進(jìn)半導(dǎo)體測試的飛速前進(jìn)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)儀器結(jié)合的測試方法運(yùn)用在半導(dǎo)體測試領(lǐng)域當(dāng)中，不但可以發(fā)揮虛擬儀器本身的優(yōu)勢(shì)，還能使用到計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析能力，同時(shí)，將測量記錄方式從模擬調(diào)整到數(shù)字，使得半導(dǎo)體產(chǎn)品的測試速度更快、準(zhǔn)確度更高［5］。

3.1半導(dǎo)體測試系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

半導(dǎo)體測試涉及范圍較廣、實(shí)現(xiàn)的功能復(fù)雜，測試系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)之后還要進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)處理，測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)以滿足半導(dǎo)體測試的自動(dòng)化和快速化為目的，這就需要測試系統(tǒng)研發(fā)和設(shè)計(jì)人員對(duì)測試對(duì)象和測試過程充分地了解，選擇合適的虛擬儀器功能硬件和開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用軟件以滿足相應(yīng)的需求，半導(dǎo)體測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

如圖1所示，虛擬儀器應(yīng)用軟件在很大程度上決定了半導(dǎo)體測試系統(tǒng)的功能，所以要完善軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，注意軟件的實(shí)用性、可靠性及運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.2測試系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)最終是要服務(wù)于人的，好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)會(huì)帶來一個(gè)好的用戶體驗(yàn)，不但要有測試系統(tǒng)所要求的功能，還應(yīng)該考慮到軟件的易用性和美觀。一般測控系統(tǒng)會(huì)碰到測試量龐大、控制量多、測試流程復(fù)雜的測試任務(wù)，再利用計(jì)算機(jī)對(duì)一些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，這時(shí)，合理的設(shè)計(jì)菜單，就會(huì)讓多種子界面在主界面完成調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)用戶界面里使用到測試系統(tǒng)不同的功能模塊。除此之外，更不能忽略測試用戶的操作習(xí)慣，設(shè)計(jì)軟件交互動(dòng)作時(shí)，太復(fù)雜的操作會(huì)讓測試用戶感到疲倦，太簡單的操作會(huì)讓用戶覺得缺少信息，所以合理的提示信息是必要的，分層、分級(jí)、分事件的交互處理方式會(huì)讓交互軟件變得更友好，合理的軟件界面顏色搭配也會(huì)促進(jìn)測試人員與交互軟件之間的交流。

3.3測試數(shù)據(jù)分析與處理

虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)之一就是可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大的功能，例如，搭載互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)本身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理功能等，而半導(dǎo)體測試領(lǐng)域需求最多的測試系統(tǒng)，都是為了驗(yàn)證產(chǎn)品的性能參數(shù)，針對(duì)不同的測試對(duì)象，所關(guān)心的性能參數(shù)千差萬別，但是都可以應(yīng)用相關(guān)專業(yè)的計(jì)算方法得到性能參數(shù)的結(jié)果，隨后判定參數(shù)的優(yōu)劣以進(jìn)行下一個(gè)環(huán)節(jié)。

最后，產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管部門對(duì)測試結(jié)果還可以進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，得到半導(dǎo)體產(chǎn)品質(zhì)量的分布曲線，判斷出半導(dǎo)體產(chǎn)品是否存在質(zhì)量問題，查找和分析可以改進(jìn)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，努力提高半導(dǎo)體產(chǎn)品質(zhì)量。

4　結(jié)論

本文提出了一種將虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用在半導(dǎo)體測試系統(tǒng)當(dāng)中的測試方法，半導(dǎo)體測試人員不但能夠靈活的自定義與測試任務(wù)相關(guān)的儀器功能，還能夠簡化測試系統(tǒng)組件以節(jié)約成本，同時(shí)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析能力，還能夠使其半導(dǎo)體產(chǎn)品的測試速度更快、準(zhǔn)確度更高。值得注意的是，虛擬儀器應(yīng)用軟件在很大程度上決定了半導(dǎo)體測試系統(tǒng)的功能，這就需要測試系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)人員充分了解測試對(duì)象和測試過程，注意測試系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性及運(yùn)行穩(wěn)定性。

［1］劉廣榮.全球12英寸芯片生產(chǎn)線穩(wěn)步推進(jìn)［J］.半導(dǎo)體信息，2007（5）：12-15.

［2］楊立功，于曉權(quán)，李曉紅，等.半導(dǎo)體可靠性技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.微電子學(xué)，2015（3）：391-394.

［3］諸玲珍.半導(dǎo)體測試：不可或缺的一環(huán)［N］.中國電子報(bào)，2004-11-05（09）.

［4］徐赟.虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較［J］.電子技術(shù)，2005（12）：32-34.

［5］潘紅.基于虛擬儀器技術(shù)的數(shù)字信號(hào)檢測系統(tǒng)研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2015.

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1674-6708（2016）166-0225-02

李岳，西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，研究方向?yàn)榭刂评碚摗y控技術(shù)。韓賓，西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院。鄧冬梅，西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院。權(quán)恩猛，西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院。