基于LK8820 平臺的數字芯片性能測試方案設計*

付 裕 ，徐永琪

（1.江西省機械高級技工學校（江西機電職業技術學院），江西 南昌 330013；2.南昌縣中等專業學校，江西 南昌 330052）

0 引言

集成電路是國家的支柱性產業，是引領新一輪科技革命和產業變革的關鍵力量，不僅對國民經濟和生產生活至關重要，而且對保障國家信息安全與提升綜合國力具有戰略性意義[1-3]。

集成電路核心產業鏈主要包括IC 設計、IC 制造、IC 封裝測試三大領域，其中，測試是保證產品良率和成本管理的重要環節[4-5]。隨著半導體制造工藝要求的提升，測試環節在半導體制造過程中的地位也進一步提升。從產業鏈的環節來看，集成電路測試主要包括設計驗證、晶圓檢測和成品測試[6-8]。本文所指的測試是成品測試，成品測試是在芯片封裝后按照測試規范對電路成品進行全面的電路性能檢測，目的是挑選出合格的成品芯片，保障芯片在任何環境下都可以維持設計規格書上所預期的功能及性能，避免不合格的芯片流入市場[9-10]。對于數字芯片來說，在投入市場前對芯片性能進行測試是最重要的一個環節。本文以74HC138 為例，詳細描述了基于LK8820 平臺的芯片開短路測試和輸入高低電平電流測試的方案設計。

1 LK8820測試平臺介紹

LK8820 集成電路開發教學平臺由控制系統、接口與通信模塊、參考電壓與電壓測量模塊、四象限電源模塊、數字功能管腳模塊、模擬功能模塊、模擬開關與時間測量模塊組成，可實現集成電路芯片測試、板級電路測試、電子技術學習與電路輔助設計。平臺的工控系統通過USB3.0 接口與通信模塊（CM 板）連接，CM 板通過數據總線與其他五個模塊連接實現數據的傳輸。用戶可依據測試需求，設計測試電路，編寫測試程序來實現測試目的。

2 待測芯片介紹

74HC138 是一款高速CMOS 器件，74HC138 引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138譯碼器可接受三位二進制加權地址輸入（C、B 和A），并提供8 個互斥的低有效輸出（Y0 至Y7）。74HC138芯片引腳圖如圖1所示。

圖1 74HC138芯片引腳圖

3 74HC138芯片測試電路設計與搭建

3.1 74HC138芯片連接圖

根據測試任務要求和LK8820 測試機硬件資源，74HC138 測試電路需能滿足開短路測試、輸入高低電平電流測試要求，74HC138 引腳與LK8820 測試接口的連接如圖2所示。

圖2 74HC138引腳與LK8820測試接口的連接圖

3.2 測試電路搭建

根據上述的芯片測試電路連接圖，完成測試板電路的連接。測試板焊接裝配完成后和測試機掛盒連接，如圖3所示。

圖3 測試電路搭建圖

4 基于LK8820 平臺的74HC138 芯片測試程序設計

4.1 開短路測試工作原理

開短路測試是對芯片管腳內部對地或對VCC 是否出現開路或短路的一種測試方法，是基于產品本身管腳的ESD防靜電保護二極管的正向導通壓降原理進行的測試。通常，可以進行開短路測試的器件管腳對地或者對電源端都有ESD保護二極管，利用二極管正向導通的特性就可以判別該管腳的通斷情況。

74HC138 芯片對地開短路測試通過在芯片被測引腳施加-100 μA 電流，測量被測引腳的電壓值。若測量得出的被測引腳電壓在-1.2 V~-0.3 V之間，則表示74HC138芯片是良品；若測量得出的被測引腳電壓值為0 V，則說明74HC138被測引腳與地之間有短路；若測量電壓為一個比較大的負值，則表示74HC138芯片內部電路有開路，一般是在被測引腳附近。

4.1.1 開短路測試流程

74HC138芯片的開短路測試流程如下：

1）通過_reset()函數對LK8820 集成電路測試機的測試接口進行復位；

2）通過_wait()函數延時等待一段時間，通常延時5 ms；

3）通過_on_vpt()函數選擇電源通道和電流擋位，并設置電壓。這里是通過電源通道1 向VCC 引腳施加0 V電壓；

4）通過_pmu_test_iv()函數向被測引腳提供-100 μA電流，測量被測引腳的電壓值；

5）通過para.Format()函數將存放在緩存區中對應的數據顯示到輸出界面參數行對應的結果欄中。

4.1.2 開短路測試程序設計

LK8820 測試機提供測試專用函數，根據測試機提供的程序包和庫函數，在自動生成的74HC138 測試程序中，添加引腳定義、編寫74HC138 開短路測試程序。

4.2 輸入高低電平電流工作原理

在芯片開短路測試之后，需對芯片的輸入引腳進行漏電流測試，這樣可以盡早發現輸入引腳是否存在結構問題，這可以為后面芯片的功能測試做好準備。

輸入低電平電流IIL 測試是指在驅動電壓為低電平VIL 時流入器件的電流。在進行輸入低電平電流IIL 測試時，首先給74HC138 電源端口VCC 提供電源，然后向輸入引腳施加低電平電壓，測試此時輸入引腳對應的電流。同理，對輸入高電平IIH 測試時，也需先對電源引腳供電，然后測試輸入引腳在施加高電平電壓時的電流。

4.2.1 輸入低電平電流測試流程

74HC138 芯片輸入低電平電流的測試流程如下：

1）通過_on_vpt( )函數選擇電源通道和電流擋位，并設置電壓。這里是通過電源通道1 向VCC 引腳施加5 V 電壓，電流擋位選擇1；

2）通過_pmu_test_vi( )函數向輸入引腳提供電壓測試引腳電流值；這里使用電源通道2 對PIN 腳施加0 V 電壓，使用10 μA 擋測量流過輸入PIN 腳的電流，并將返回值賦給參數IIL。

3）通過para.Format()函數將存放在緩存區中對應的數據顯示在輸出界面參數行對應的結果欄中。

4.2.2 輸入高電平電流測試流程

74HC138 芯片輸入高電平電流的測試流程如下：

1）通過_on_vpt( )函數選擇電源通道和電流擋位，并設置電壓。這里是通過電源通道1 向VCC 引腳施加5 V 電壓，電流擋位選擇1。

2）通過_pmu_test_vi( )函數向輸入引腳提供電壓測試引腳電流值；這里使用電源通道2 對PIN 腳施加5 V 電壓，使用10 μA 擋測量流過輸入PIN 腳的電流，并將返回值賦給參數IIH。

3）通過para.Format( )函數將存放在緩存區中對應的數據顯示在輸出界面參數行對應的結果欄中。

4.2.3 輸入高低電平電流測試程序設計

根據前面的測試流程分析，編寫74HC138 輸入高低電平電流測試程序，如下所示。

4.3 修改Parameter List.xlsx文件

根據測試要求，對Parameter List.xlsx 文件進行修改，參數名稱要和程序中的一致。74HC138 芯片開短路測試程序對應的Parameter List.xlsx 文件如表1 所示。

表1 74HC138芯片開短路測試程序對應的Parameter List.xlsx文件

5 測試結果

74HC138 開短路測試程序編寫完后，需進行編譯。若編譯發生錯誤，要進行分析檢查，直至編譯成功為止。編譯成功后，在測試機外掛盒上插入測試板卡，進入上位機軟件載入測試程序運行結果，待測的引腳開短路測試結果都在允許范圍內，結果如表2所示。

表2 引腳開短路測試結果

6 小結

本文提供了一種數字芯片對地開短路測試、輸入高低電平測試方法，利用LK8820 測試平臺對74HC138 芯片引腳進行開短路測試和輸入高低電平測試。從測試結果來看，14 個引腳的對地開短路測試結果都在允許的范圍內，異常數為0；6 個輸入引腳的輸入高電平測試結果和輸入低電平測試結果均在有效值范圍內，異常數為0，驗證了本文所研究的數字芯片開短路測試和輸入高低電平測試方案的有效性。此外，該方法也適用于其他數字芯片的開短路測試和輸入高低電平測試。