基于LabVIEW 的集成電路測試數據上傳和保存

王兵，王美娟，汪芳

（無錫力芯微電子股份有限公司，江蘇無錫，214028）

0 引言

集成電路測試是集成電路產業中的重要環節，測試的本質是篩選參數合格的電路，在當今電路更新換代速度越來越快的前提下，測試中的數據的保存、分析就顯得越發重要[1]，在電路研發前期，為了節約成本，通常會采用多項目晶圓(Multi Project Wafer，MPW) 和 工程批(Engineering Lot)來流片。在這些項目中，早期的測試數據能直觀反映出電路潛在的問題，可以得出電路的指標是否滿足設計要求、設計是否留有足夠工藝裕量、工藝窗口選擇是否最合適，是改版或優化的必要一環。

在集成電路量產過程中，測試數據同樣重要，流片工藝參數的微小波動，封裝工藝的細微改變等諸多環節都會影響到成品率，進而影響電路的品質，此時通過早期的測試數據分析，統計出SBL(Statistical Bin Limit，統計分類限度)[2]，CTQ(Critical-to-quality，品質關鍵點，集成電路測試中也叫關鍵失效項)、CPK(Complex Process Capability Index，制程能力指數)[3]等參數，可以提前發現有問題的環節，從而采取相應的改善措施，避免再出現大批量的失效和潛在的質量事故。

隨著集成電路應用的日益廣泛，其類別及需求量也與日俱增，通用的測試機往往不能滿足特定芯片充分測試功能及參數的需求，另外也有測試工廠由于擴產需求而自行開發測試機，基于這些需求，很多以MCU 和FPGA 等嵌入式系統為核心的測試方案在測試中得到應用[4]。與商用ATE 不同，定制的嵌入式的測試系統一般不能保存測試數據。所以本文以LabVIEW 為平臺開發了用于嵌入式測試系統的數據上傳顯示以及保存程序，解決了嵌入式測試系統數據監控、數據傳輸和保存問題，方便了后續對于測試數據的統計和分析。

1 硬件設計方案

由于目前常用的計算機（PC）基本取消了RS232 接口，取而代之的都是USB 接口，USB 接口支持熱插拔，提高了使用便利性，所以這里使用USB 虛擬串口[5]芯片FT232RL[6]，將RS232 的信號轉換成USB 信號，通過USB線纜來傳輸測試數據。FT232RL 為FTDI 生產的專用接口轉換芯片，可以實現USB 到串行UART 接口的雙向轉換，利用USB 接口具有的即插即用和熱插拔的能力可以給RS232設備提供非常容易使用的環境，另外FT232RL 通訊波特率(Baud Rate)在RS232 模式下高達3Mbps 的傳輸速率，完全符合測試數據的上傳需求。

在本設計中， 嵌入式測試板的主控器MCU 為ATMEGA2560，使用其USART0 接口作為數據傳輸接口，綜合考慮長線纜情況下的數據傳輸速度以及傳輸誤碼率，將數據波特率設定為115200bps，同時MCU 主時鐘為7.3728MHz的晶振，是傳輸波特率115200bps 的64 倍，為整數分頻，能進一步減少波特率誤差，從而減少數據傳輸誤碼率[7]。

FT232RL 接口芯片的連接見圖1 即本設計的硬件線路圖。 其 中VCC 由USB 中5V 電 源 供 電，USBDM 和USBDP為USB 差分信號管腳。FT232RL 的TXD 發送端連接MCU的RXD 接 收 端，FT232RL 的RXD 接 收 端 連 接MCU 的TXD發送端。

圖1 硬件線路圖

FT232RL 運行需要安裝相應的驅動，安裝好驅動后，當FT232RL 連接到PC 后，PC 會顯示相應的串口號如COM4。

2 軟件設計及實現

對于集成電路測試系統而言，對測試數據有兩個關鍵需求：一是要能實時顯示各項測試參數、良率以及失效分布統計。二是要能按照一定數據格式保存測試數據，以便后續詳細分析。根據以上兩點需求，本文設計的測試數據上傳和保存程序，總體上可以分為兩部分：即數據顯示用戶界面(User Interface，UI)和后臺數據處理程序。圖2 為本項目的整體程序框圖。

圖2 整體程序框圖

■2.1 VISA 串口相關函數設置

本設計中使用的LabVIEW 中的VISA 串口[8]函數包括：VISA 串口配置函數、VISA 串口讀取函數和VISA 串口關閉函數。這里初始化設置串口參數：串口資源選擇、波特率為115200bps，啟用終止符(即接收到“ ”就停止接收串口數據)，無奇偶校驗位，串口超時設置為10 秒鐘，VISA 讀取函數的緩沖區設置為3000Bytes.這里需要注意的是當PC端運行程序前，需要選擇FT232RL 安裝驅動后所對應的串口號。圖3 為VISA 串口配置。

圖3 VISA 串口配置

■2.2 數據保存路徑設置

在集成電路測試過程中，測試數據的保存路徑尤為重要，需要存放到指定服務器的特定文件夾中，以方便有權限的測試人員、質量人員調閱和分析，這時就對數據存放路徑有一定要求。圖4 中，path 控件中可以輸入數據存放路徑，舉例來說，按照存放路徑，在當前文件夾下存放名稱為ET6282_ET6280 DATA LOG20230508090947_001.xls，其中包含的年月日時分秒信息獲取自操作系統，這樣就可以追溯這批電路的測試的具體時間，測試數據保存為EXCEL 能打開的.xls 格式。

圖4 數據存放路徑設置

■2.3 數據解析模塊

數據解析的核心模塊為LabVIEW 中的字符串匹配函數，可以取出字符串數據流中字符串前后等特定位置的字符串片段。

圖5 為數據解析模塊以及解析后的效果圖，圖中字符串輸入控件為字符串數據流輸入，項目控件為測試項匹配輸入，字符串數據流經過字符串匹配1 函數后，取出項目關鍵字后的字符串，“=”號為等于號匹配，經過字符串匹配2 函數后，進一步取出等于號后的字符串。單位控件為測試項單位匹配，經過字符串匹配3 函數后，最終取出測試項單位前的字符串，也就是數值所對應的字符串。而圖中的項目名稱輸入控件為將要保存到EXCEL 文檔的項目名稱。

圖5 數據解析模塊及其解析效果圖

圖5 中的實際數據解析模塊運行效果圖，可以看到該程序成功從字符串數據流中解析出具體測試項目的數據字符串后，利用字符串/數值轉換函數將字符串轉換為具體數值。

關于測試中不同失效BIN 的統計，當測試數據超出規范上下限后，輸出帶有ERROR 關鍵字的錯誤信息，如：ERROE:IDD = 10.596μA，解析程序首先匹配ERROR 的關鍵字，再匹配到后面的失效項IDD，同時IDD 所在的BIN號會增加一，這樣就完成了BIN 的分類和統計，同時FAIL的統計也會加一。當測試完成后，會自動顯示各個BIN 的失效數以及成品率數據。

■2.4 數據保存程序

數據保存程序也是本設計的重要功能，如圖6 所示，這里使用LabVIEW 中VI 函數寫入測量文件作為核心，將測試數據寫入如EXCEL文件。合并信號函數的作用是將不同的測試參數合并后按照順序傳遞到寫入測量函數，然后按照項目、測試序號寫入文件中。而注釋輸入根據測試結果寫入PASS或者FAIL。圖6 為實際的數據保存效果圖，截取了測試數據的一部分。實際測試為了節省測試時間，測試模式為FAILSTOP 模式，即有一項失效就停止測試，輸出FAIL 信號，后續保存的數據都為零。

圖6 數據保存相關程序

3 系統運行效果

軟件實際運行的結果見圖7 和圖8所示，圖7 為程序實際執行后的數據顯示界面。顯示界面用于實時顯示電路各個測試項的具體值，方便調試以及監控測試數據，包括測試數據存放路徑設置以及存放路徑顯示、VISA 串口資源選擇、PASS/FAIL 結果顯示、測試良率統計、失效BIN 統計，以及各測試項的實際測試數值顯示。

圖7 數據顯示界面實際效果圖

圖8 實際數據保存效果

圖8 則為EXCEL 數據保存的結果，可以看到數據按照各項參數分類保存，同時失效的顯示相應的失效BIN 號以及標注了PASS 和FAIL 的測試結果，達到了測試數據保存的要求。

4 總結

本文介紹了一種基于LabVIEW 的集成電路測試數據上傳與保存方法，并開發了數據保存及上傳系統，已經用于多種點陣LED 驅動電路的批量測試。 該系統極大方便了收集上傳和保存數據，有助于工程師分析測試數據。尤其是一些關鍵參數，優化了測試中各項參數中的上下限的設定，提高了產品的質量，并將偏離中心值的電路批次，首先反饋到設計工程師，設計工程師在更新改版時，詳細考慮設計裕量，或者優化電路拓撲結構，使相關參數指標收斂到更小的范圍，提高產品性能。同時可以將異常數據批次反饋到流片工廠和封裝廠，促進流片工廠完善PCM 參數的監控、促進封裝廠改進封裝工藝，全面提升產品質量，降低客戶端的失效率，提高了客戶滿意度。同時，這款軟件與嵌入式測試系統一起批量使用，很好的替代了測試費用昂貴的ATE 測試系統，降低了集成電路測試成本的同時也極大的方便了測試數據的保存與分析。