虛擬儀器技術在半導體測試中的應用研究

李　岳，韓　賓，鄧冬梅，權恩猛

西南科技大學信息工程學院，四川綿陽　621010

虛擬儀器技術在半導體測試中的應用研究

李岳，韓賓，鄧冬梅，權恩猛

西南科技大學信息工程學院，四川綿陽621010

隨著半導體產業的飛速發展和半導體產品性能的不斷提升，對相應的半導體測試方法提出了更高的要求，為了應對半導體產業飛速發展對半導體測試帶來的挑戰，本文介紹了半導體測試的特點以及國內半導體測試服務的不足，比較了虛擬儀器與傳統儀器的差別，探究了虛擬儀器技術應用于半導體測試領域的關鍵技術，提出了一種將虛擬儀器技術的優勢應用在半導體測試系統當中的測試方法，使得對半導體產品的測試速度更快、準確度更高。

虛擬儀器；LabVIEW；半導體測試；傳統儀器

半導體測試伴隨著半導體產品從研發設計到生成加工的整個過程，其測試內容涉及Wafer測試、電氣測試、良品率測試、封裝測試、FT測試等，其測試結果直接關系到半導體產品的性能和半導體企業的成本，因此半導體測試是半導體產業鏈中非常重要的組成部分。

同時，半導體產業的飛速發展和半導體產品性能的不斷提升對相應的半導體測試方法提出了更高的要求，其測試系統需要不斷地升級和改進，其測試人員需要推出新的測試方案或開發升級補丁。由于虛擬儀器技術在測試領域的強大優勢，將其擴展性強、軟硬件無縫集成、性能強的特點與半導體測試系統相結合將會具有廣泛的應用前景，本文提出了一種將虛擬儀器技術的優勢應用在半導體測試系統當中的測試方法。

1　半導體測試的特點

1.1半導體測試在產品成本中所占比重越來越大

半導體產品生產企業每日有巨大的芯片數量有待測試［1］，巨大的數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、封裝等多個工藝過程進行加工，由于工藝過程極其精細和復雜，在每一個測試節點都需要進行測試，對那些測試不合格的芯片不再進行下一環節的加工處理，這就需要大量的員工協同工作，這又會給半導體企業帶來巨大的設備投入和人員成本。隨著芯片性能的不斷提高，芯片不但要完成信號的計算處理和存儲功能，還要有濾波、通信、數模混合的功能，復雜高性能的芯片對測試系統的要求會更高，由此導致半導體企業在測試系統的研發和設計上會投入更多的成本費用［2］。

1.2國內半導體測試服務還存在很多不足

全球半導體業發展到今天，測試已經成為產業鏈中獨立的、不可缺少的一環，而對于剛剛提速的國內半導體行業來說，測試服務是一個薄弱環節，雖然國內有外資企業設立的測試機構，但其測試服務只針對外資企業本身，而國內的測試服務公司大都不是從大生產企業分離出來的，而是白手起家，因此在經驗上缺少積累，很多測試生產過程的管理、質量控制手段等關鍵技術還需要向國外的測試公司學習［3］。國內半導體產品測試不可能完全依賴外資企業，發展自己的半導體測試服務已經刻不容緩。

2　虛擬儀器與傳統儀器的比較

虛擬儀器是信息技術大發展的背景下產生的，特別是計算機科學對傳統儀器行業帶來的沖擊和碰撞，它是儀器技術與計算機技術深層次的融合。虛擬儀器比較于傳統儀器，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儀器所不具備的特殊優勢。

2.1靈活的軟硬件結合，節約測試成本

虛擬儀器的出現改變了原先傳統儀器硬件固定化的局限，允許測試人員根據實際測試情況靈活地選擇儀器的軟硬件，這樣做的優勢是模塊化的硬件在不同的組織搭配下，可以完成多個測試任務，從而大大地節省了硬件成本。例如，同樣的虛擬儀器硬件結合不同的應用程序軟件，既可以監視和記錄這個電機的功率，又可以測量電機的運行位置。由此，隨著任務的增加和時間的疊加，虛擬儀器累積節約的成本會越來越多。

傳統儀器會有適用范圍極限，在適用范圍滿足不了測試任務的情況下，就需要更換性能更高的測試儀器，這種做法會讓儀器功能重疊且浪費成本。虛擬儀器硬件具有很高的性能，當有主流計算機相關的新技術出現時，只需要更換虛擬儀器有關的部件即可，能夠享受到計算機飛速發展帶來的紅利。

2.2虛擬儀器技術擴展性強且應用廣泛

虛擬儀器采用模塊式結構，以儀器的功能特點劃分為許多通用的模塊，基本的形式有輸入、輸出、數據采集、數據處理等模塊，對于不同的測試任務可以選擇不同的通用模塊組建一臺相應的虛擬儀器，如果想提高測試系統的性能或者改變測試任務，可以方便地更換或者加入某幾個通用模塊，這些模塊都可以通過軟件驅動程序在軟件開發環境里調用起來，從而避免了儀器的重復購置。這樣做的好處是：不但測試組件簡化，而且拓寬了測試應用領域。

2.3與傳統儀器完全兼容

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

3　虛擬儀器技術在半導體測試中的應用

半導體行業的快速發展促進半導體測試的飛速前進，將計算機技術與傳統儀器結合的測試方法運用在半導體測試領域當中，不但可以發揮虛擬儀器本身的優勢，還能使用到計算機技術強大的數據處理與分析能力，同時，將測量記錄方式從模擬調整到數字，使得半導體產品的測試速度更快、準確度更高［5］。

3.1半導體測試系統功能設計

半導體測試涉及范圍較廣、實現的功能復雜，測試系統的功能實現之后還要進行分析和統計處理，測試系統設計以滿足半導體測試的自動化和快速化為目的，這就需要測試系統研發和設計人員對測試對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相應的應用軟件以滿足相應的需求，半導體測試系統結構框圖如圖1所示。

如圖1所示，虛擬儀器應用軟件在很大程度上決定了半導體測試系統的功能，所以要完善軟件系統設計，注意軟件的實用性、可靠性及運行穩定性。

3.2測試系統人機界面設計

測試系統最終是要服務于人的，好的人機界面設計會帶來一個好的用戶體驗，不但要有測試系統所要求的功能，還應該考慮到軟件的易用性和美觀。一般測控系統會碰到測試量龐大、控制量多、測試流程復雜的測試任務，再利用計算機對一些數據進行分析和處理，這時，合理的設計菜單，就會讓多種子界面在主界面完成調用，實現了在一個用戶界面里使用到測試系統不同的功能模塊。除此之外，更不能忽略測試用戶的操作習慣，設計軟件交互動作時，太復雜的操作會讓測試用戶感到疲倦，太簡單的操作會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、分事件的交互處理方式會讓交互軟件變得更友好，合理的軟件界面顏色搭配也會促進測試人員與交互軟件之間的交流。

3.3測試數據分析與處理

虛擬儀器的優勢之一就是可以利用計算機技術強大的功能，例如，搭載互聯網技術、計算機本身的數據存儲和數據處理功能等，而半導體測試領域需求最多的測試系統，都是為了驗證產品的性能參數，針對不同的測試對象，所關心的性能參數千差萬別，但是都可以應用相關專業的計算方法得到性能參數的結果，隨后判定參數的優劣以進行下一個環節。

最后，產品質量監管部門對測試結果還可以進行數理統計分析，得到半導體產品質量的分布曲線，判斷出半導體產品是否存在質量問題，查找和分析可以改進的生產環節，努力提高半導體產品質量。

4　結論

本文提出了一種將虛擬儀器技術的優勢應用在半導體測試系統當中的測試方法，半導體測試人員不但能夠靈活的自定義與測試任務相關的儀器功能，還能夠簡化測試系統組件以節約成本，同時，結合計算機技術強大的數據處理與分析能力，還能夠使其半導體產品的測試速度更快、準確度更高。值得注意的是，虛擬儀器應用軟件在很大程度上決定了半導體測試系統的功能，這就需要測試系統研發設計人員充分了解測試對象和測試過程，注意測試系統的實用性、可靠性及運行穩定性。

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

［2］楊立功，于曉權，李曉紅，等.半導體可靠性技術現狀與展望［J］.微電子學，2015（3）：391-394.

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

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

［5］潘紅.基于虛擬儀器技術的數字信號檢測系統研究［D］.長春：吉林大學，2015.

TN3

A

1674-6708（2016）166-0225-02

李岳，西南科技大學信息工程學院，研究方向為控制理論、測控技術。韓賓，西南科技大學信息工程學院。鄧冬梅，西南科技大學信息工程學院。權恩猛，西南科技大學信息工程學院。