基于WinForm 的芯片測試管理系統設計

郭崇光，何用輝，馬孝榮，廖小玲

（1.福建信息職業技術學院智能制造學院，福建 福州 350003；2.天津市智能機器人技術及應用企業重點實驗室，天津 300350）

0 引言

芯片產品的測試是整個芯片產品生產環節中非常重要的環節[1]。以往較小規模的芯片測試管理方式大多依賴于人工手動操作，因此存在測試管理不規范、效率低等問題。要解決此問題，需要對芯片生產管理進行自動化、信息化處理。需要在芯片測試過程中及時得到測試過程中反饋的信息，需要實現芯片測試各個環節的標準化，需要在芯片測試中發現異常問題并及時上傳，故需要開發芯片測試管理系統，實現芯片測試自動化、信息化，保證其穩定性和準確性的因此，建立一套高效、準確、信息化的芯片測試管理系統已成為某機構的迫切需求。本研究旨在通過管理系統的升級實現芯片測試的信息化和規范化，提高芯片測試的效率[2]。

1 系統功能需求分析

1.1 芯片測試功能需求

該芯片測試管理系統應具備芯片測試管理功能，能夠自動調用芯片的測試程序、記錄測試中的過程信息以及為測試人員提供測試工藝要求信息，包括測試方案制定、測試數據采集、測試結果分析等。測試環境搭建包括硬件設備的連接和軟件環境的配置等；測試方案制定包括測試內容、測試程序的調用、測試設備的指定以及測試時間的要求等；測試數據采集包括測試數據的采集、存儲和分析等；測試結果分析包括測試結果的可視化展示和分析，以及異常處理等[3]。

1.2 芯片管理功能需求

該測試管理系統應具備芯片管理功能，包括芯片的入庫、出庫、品檢、測試、鐳射、打點、烘烤、庫存管理、信息查詢等。芯片入庫包括客戶訂單的登記錄入、入庫單的生成等；芯片出庫包括芯片訂單的發貨記錄、出庫單的生成等；庫存管理包括庫存數量的統計、庫存位置的管理等；信息查詢包括芯片信息的查詢、庫存信息的查詢等；硬件管理包括芯片測試流程中所用到硬件的登記，維修，保養，異常處理等。

1.3 系統管理功能需求

該系統應具備系統管理功能，能夠對系統進行管理，包括用戶管理、權限管理、日志管理等。用戶管理包括用戶信息的維護、用戶權限的管理等；權限管理包括用戶權限的分配、權限的管理等；日志管理包括系統操作日志的記錄、查詢等。此外，還需要考慮系統的安全性和穩定性，例如數據備份和恢復、系統升級等方面的要求[4]。

2 系統架構與組成

2.1 系統架構

芯片測試管理系統目標是實現芯片測試過程的可視化、數字化、自動化和精細化，進而提升整個芯片測試流程的效率、提高某機構管理水平及打造先進的數字化生產車間[5]。芯片測試管理系統的架構如圖1所示。

圖1 芯片測試管理系統架構

2.2 系統功能組成

該芯片測試管理系統功能模塊有12 個，其中出入庫管理、品檢、測試、鐳射、打點和烘烤6 個模塊為測試流程中的測試執行部分；另外系統管理、硬件管理、異常處理、工藝管理和質量管理為測試流程中的管理部分；可視化管理模塊主要生產信息可視化、專家數據庫、數據查詢等。芯片測試管理系統功能模塊組成見表1。

表1 芯片測試管理系統功能組成

2.3 系統硬件設備

為保證該管理系統正常運行，需要一系列硬件設備的支撐。如圖2 所示，該芯片測試管理系統所到的硬件主要有：芯片測試設備（用來測試芯片的設備），包括測試機探針臺等；計算機（管理系統運行的載體），運行芯片測試管理系統；服務器，用于存儲測試數據、測試結果、測試程序以及管理系統的數據庫等；網絡設備，用于將計算機和服務器連接在一起，以便數據的傳輸和共享；數據采集卡，用于將各種傳感器的信號轉換為計算機能夠識別的數字信號。 總之，芯片測試管理系統需要與多種硬件設備進行交互，以實現對芯片測試過程的全面控制和數據的準確采集。

圖2 芯片測試管理系統的硬件設備

3 功能設計

3.1 芯片測試流程設計

芯片測試流程的規范化和標準化是芯片測試管理系統設計的前提，為規范某機構芯片測試，需要根據該的實際情況制定芯片測試流程，如圖3 所示。首先需要依照芯片測試設計為主要考慮，來料入庫會以訂單登記作為紀錄點，以確認芯片是否到貨，并同時訂單核對，若是訂單核對異常，則立即通知客戶和相關管理部門；訂單核對做好確認依正常進行下一步流程至來料入庫做好登記并做好進料品檢，芯片品檢判定正常進行半成品入庫；若是芯片品檢異常必須開立異常單并描述異常詳情應緊急反饋客戶和管理部門；芯片品檢判定正常則進行下一步流程至半成品入庫，領料生產中巡檢若發現異常，并進行評估判斷是否有影響，判定異常則開立異常單并描述異常詳情，應緊急反饋客戶和管理部門；無發現異常則繼續完成芯片測試流程四個工藝流程（測試、激光、打點、烘烤工序），再進行芯片成品品檢過程中，如芯片判定異常則開立異常單進行異常判定退出測試返工，若是芯片成品品檢判定正常則轉為成品庫并核對出庫數據，核對確認無誤后出庫發貨，最后進行訂單歸檔結案。

圖3 芯片測試流程設計

在整個芯片測試流程中主要包含三部分。第一部分為芯片正常測試流程中的各個工序，其順序為：入庫、品檢、測試、鐳射、打點、烘烤、成品品檢和出庫。在該部分中本系統采用模塊化設計的方法，為各個工序設計專門的操作界面，專門收集執行數據和測試結果數據。第二部分為異常處理部分，在圖3 中每次測試工序后都有判斷該工序是否存在異常，如存在異常信息需及時開立異常單并向相關部門反饋處理。第三部分為芯片測試排程，在芯片來料入庫前需要管理員提前錄入訂單信息，包括芯片的數量、型號、尺寸、甲方還有測試工藝要求等，芯片入庫后可自動完成工藝匹配，按照測試工藝要求開始作業。

3.2 數據庫的設計

在芯片測試管理系統中，數據庫的設計需要考慮到系統的需求和實際情況，以便能夠滿足系統的功能要求。同時數據庫的實現需要遵循一定的規范，以確保數據的安全可靠。本設計采用了SQLserver 數據庫平臺，在本系統數據庫中創建不同的數據表[6]，以存儲各種類型數據，主要包含測試流程數據、設備管理數據、系統管理數據和生產過程數據四部分，如圖4 所示。建立數據庫管理系統，可以確保數據管理能夠有實時的反饋，對于管理者也可以針對數據庫的設計統籌使用，每個相對應的細節都是環環相扣，數據庫的設計要對應每個工藝流程包含測試、設備、系統、生產等需求再細分其余的項目，以確保芯片測試管理系統數據庫的每項數據都依照芯片測試管理系統合理使用。

圖4 芯片測試管理系統數據庫結構

測試流程數據包含芯片測試流程中各個工序數據表，如測試數據表：包含有芯片的型號、編號、操作員ID、操作時間、使用的測試機型號、編號、測試程序名稱和其他工藝信息等。設備管理數據中包含了有測試機、探針臺、鐳射機、打點機和烘烤機、針卡在內的所有設備信息。例如：在針卡數據表和設備數據表中主要列名有：設備型號、設備編號、設備狀態、使用人ID，使用時間等，如管理員可以定期維修保養設備、根據設備情況進行報廢刪除處理。而硬件異常數據表中除了設備的基礎信息和操作記錄外，還包含有設備在發生硬件異常時異常硬件的部位、異常原因等。系統管理數據主要是芯片測試管理系統中的基礎數據，包括有：用戶信息數據、用戶操作日志、權限數據表三個表。該部分數據表主要列信息為：部門、工號、密碼、在系統中的權限等級（系統中各部分功能根據權限等級向用戶有選擇性的開放）和操作記錄等，為實現芯片測試中的追溯打下了良好的基礎。生產過程數據是整個芯片測試管理系統中的核心數據，比如在產品當前狀態表中，除了芯片的基礎信息外還包括芯片測試流程中的進度、是否異常等。在測試數據表中主要存放芯片測試后的結果數據，包括良率、疵點原因等，為后續的產品報告提供了關鍵數據。

3.3 設備管理的設計

設備管理功能主要是對芯片測試流程中所用到的設備進行登記、刪除、狀態數據更新和異常處理等，在具體的操作中可產生操作日志信息。其中硬件設備包括：針卡、測試機、探針臺、鐳射機、打點機和烘烤機等。本芯片測試管理系統采用了模塊化設計的方法，單獨把設備管理功能作為系統中的子模塊來設計，芯片測試管理系統軟件管理功能界面，如圖5 所示。因在芯片設備端必須提供相大量的采集數據，對應于設備管理者的需求，必須要有符合相應配套措施，以更便捷的方式提供設備管理對接的需求性。因此，設備管理在硬件管理功能接口需添加設備增刪管理、通知公告、操作日志、針卡登記、Load Board、設備異常詳情等，對應每個功能模塊接口的項目提出需求性及完整性，使得設備管理更人性化、條理性更突出、更科學。

圖5 芯片測試管理系統硬件管理功能界面

設備管理員在“設備狀態管理”中可對不同類型的設備進行實時監控、狀態更新等，可根據每臺設備自身信息生成二維碼貼標，該環節操作與數據庫中“設備數據表”相關聯；在“操作日志”中可查看每臺設備的使用記錄、狀態更新記錄和設備異常記錄等，該環節操作與數據庫中“設備使用日志表”相關聯；設備異常詳情中匯集了各個工序環節中操作員上報的異常單，管理者可對各個異常單進行處理，比如檢修、保養、報廢等，該環節操作與數據庫中“設備異常詳情表”相關聯。

3.4 可視化界面的設計

依照管理者的必要配套措施，需要追加新的數據可提供可視化界面參數，如生產操作、生產信息、人員管理、測試程序管理、工藝流程管理、訂單登記；每個操作流程需要有一套設計的功能性，讓管理者可以一目了然芯片測試進程，使整個芯片生產工藝流程的晶圓總數和晶圓良率具體呈現，芯片測試管理數據可視化界面如圖6 所示。

圖6 芯片測試管理數據可視化界面

在該測試管理數據可視化界面設計中，主要體現三部分的詳細內容：第一部分為已登記芯片的測試狀態信息，該信息主要體現被選中芯片的實時狀態。該狀態顯示控件與數據庫中“產品當前狀態表”綁定，當前被選中的芯片型號為“z01”，批號為“asd01019-15”，該芯片產品當前已進行到品檢環節；第二部分為芯片的測試過程數據，該部分功能控件的數據來源是數據庫中“晶圓測試結果數據表”，該表包含了該芯片測試流程中所用到的各種硬件設備：測試機、探針臺、鐳射機、打點機和烘烤機等，還包含了芯片測試中各個環節的時間節點、操作員信息、某種型號的芯片良率和疵點詳情等；第三部分為芯片測試中已完成的訂單列表統計，可在該列表中查看已完成的訂單，選中其中某一中芯片產品可查看具體的測試過程數據詳情。

3.5 工藝管理的設計

管理者擬定工藝流程管理12 道工序，主要優勢可以根據特殊客戶的芯片案例，采取必要的手段來達到晶圓檢測的目的，可通過來料入庫、品檢、測試、激光、打點、烘烤、品檢、出庫發貨等了解進程。由工藝設計得知機臺型號等其他詳細功能介面的數據采集，從中更可以自由地采取定義工藝設計流程，不會限制規范并保留原來的制定設計模塊。管理者在緊急情況下得知客戶的需求性，從而采取應變措施，有效地提升了芯片的生產效率。

如圖7 所示，使用者可以提前把新訂單中的芯片型號工藝流程錄入工藝模板庫中，該訂單中的芯片入庫時可自動按照已錄入工藝模板進行測試。工藝模板可設置內容包括：硬件型號指定，工序順序、測試程序登記，特定工藝要求說明等。該功能的實現可明顯提升芯片檢測的效率和正確度。在工藝管理功能設計中，主要的設計思路是數據庫中“產品工藝數據表”和“工藝模板數據表”之間的關聯。當新訂單芯片入庫時，按照該芯片的基礎信息（如型號）將其與提前在工藝模板庫登記的工藝模板成功匹配，然后把工藝模板中的工藝信息復制到新訂單芯片工藝中進行測試流轉。每個工藝模板最多有12 個工序，每個工序都有“NO”“品檢”“測試”“鐳射”“打點”“烘烤”“出庫”等選項，其中“品檢”“出庫”可以指定操作員和工藝要求的備注，“測試”工序可指定需要用到的測試機型號、測試程序和針卡型號等，“鐳射”“打點”和“烘烤”工序可設置特定型號的設備和工藝要求，實現更大化的工藝定制功能。

圖7 芯片測試工藝設置界面

4 使用效果及總結

基于WinForm 的芯片測試管理系統具有較高的穩定性和可靠性，可以長時間穩定運行，保證了測試結果的可靠性和一致性。另外在芯片測試流程中產生了大量的生產過程數據，可以做到數據自動錄入、整理和存檔，有效地降低了對管理人員工作經驗的依賴。同時直觀的對比數據可以提供更直接的決策數據依據，使管理層決策更準確。例如：在自動工藝模板匹配運行下，芯片測試能夠穩定有效的自動進行，管理者通過監控每臺設備的運行狀態和過程數據提升了車間的管理水平。綜上所述，基于WinForm 的芯片測試管理系統設計具有較高的質量、效率、準確度和可靠性，可以幫助某機構提高芯片測試的效率和質量，提高產品的競爭力。