CN103698654B - 芯片管脚的开路短路测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯片管脚的开路短路测试装置及测试方法，该测试装置包括至少一块测试板卡，每一块测试板卡上设有主控芯片组以及接收主控芯片组输出的控制信号的管脚测量单元阵列，管脚测量单元阵列包括多个管脚测量单元，其中，测试板卡上还设有通道切换开关阵列，通道切换开关阵列包括多个通道切换开关单元，测试板卡上还设有通道接口，通道接口包括多条测试通道，每一个通道切换开关单元可切换二条以上的测试通道进行测试，每一个通道切换开关单元切换一个管脚测量单元的测试通道。该测试方法为应用上述的方法对芯片的管脚进行测试的方法。本发明能快速地对芯片的管脚进行测试，并且测试装置的体积小，测试成本低。

Description

芯片管脚的开路短路测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及芯片测试领域，具体地，是一种用于对芯片管脚的开路短路测试的装置以及应用这种测试装置进行测试的方法。

背景技术

现有的电子设备集成大量的电子芯片，每一块芯片通常具有多根管脚(pin)。芯片封装到印刷电路板后，通过管脚实现与印刷电路板上的线路电连接，因此管脚的电气性能好坏对芯片的工作有很大的影响。通常，芯片生产完毕后，需要对芯片的每一根管脚进行检测，以判断管脚的电气性能好坏。最为常见的检测就是检测每一根管脚的开路短路情况，通常称为开路短路测试(Open-Short Test)。

开路短路测试也称为连续性测试(Continuity Test)或接触测试(Contact Test)，用以确认在被测芯片测试时所有的信号管脚都与测试系统相应的通道在电气性能上完成了连接，并且没有信号管脚与其他信号管脚、电源或地发生短路。开路短路测试能快速检测出被测芯片的是否存在电性物理缺陷，如管脚短路、打线缺失、管脚的静电损坏以及制造缺陷等，尽早剔除坏的芯片，降低测试成本。

对芯片管脚的开路短路测试通常使用测试装置完成，现在的测试装置基本都是通过管脚测量单元(PMU)或管脚电气板卡(PE card)对芯片进行开路短路测试。

对管脚进行开路短路测试的原理是测试对每一根管脚的直流电源(VDD)或接地电源(VSS)的保护二极管的电压或电流，通过比对测试值确定芯片的管脚是否存在开路或短路的现象。目前开路短路测试一般有两种方法，一种方法是利用管脚测量单元灌入电流测电压的直流串行、静态测试法。另一种方法是用功能测试的方法，用动态负载加载IOL、IOH电流，通过比较电压检测管脚是否存在开路或短路的现象。

基于管脚测量单元对芯片的管脚进行开路短路测试时，首先将芯片的所有管脚，包括电源管脚和接地管脚在内的所有管脚的电平拉低至“地”，即所有的管脚电平均为0。接着，将需要测试的管脚(DUT管脚)连接一个管脚测量单元，如图1所示，管脚测量单元10与测试管脚11电连接，且测试管脚11通过一个保护二极管D1连接至直流电源VCC，通过另一个保护二极管D2连接至接地电源VSS。

此时，管脚测量单元10驱动电流沿着偏置方向经过测试管脚11的保护二极管D2，该电流是负向的电流，电流的大小在100微安到500微安之间。另外，管脚测量单元10还驱动电流沿着偏置方向经过测试管脚11的保护二极管D1，如图2所示，该电流为正向的电流。当电流流经二极管D1、D2时，会在二极管D1、D2的PN结上引起大约0.65伏的压降，只要检测连接点A的电压就可以知道测试管脚11是否存在开路或短路的情况。应用管脚测量单元10对管脚的开路短路情况进行测试，能直接显示测试值，有利于测试分析。

基于PE板卡对管脚进行测试的方法通常称为功能测试方法，测试时首先将所有的电源管脚接地，即让所有电源管脚的直流电源VDD以及接地电压VSS的电平为0。然后，将测试管脚连接至PE板卡，如图3与图4所示。PE板卡15的动态电流负载单元将在参考电压VREF下为前端偏置的保护二极管D3、D4分别提供+400微安与-400微安的电流，将测试管脚12的输出电平与预先的设定值VOH、VOL进行比较，如测试管脚12的输出电平在预先的设定值VOH、VOL之间，则表示测试管脚12不存在开路或短路的情况，否则，表示测试管脚12存在开路或短路的情况。

功能测试方法对芯片的管脚进行开短路测试的优点是速度快，相对于直流串行/静态法，运行测试向量要快得多。然而，其不利之处在于数据寄存器所能显示的结果信息有限，当测试管脚12存在开路或短路的情况时，通常无法直接判断失效的具体管脚及其原因。

由于被测试的芯片具有多根管脚，常见的芯片有256根管脚，由于现有的测试装置需要同时对256根管脚进行测试，而对每一根管脚进行测试均需要一个管脚测量单元或者PE板卡，这导致现有的测试装置体积大，管脚测量单元的数量过多，且测试成本较高，无法实现芯片的低成本测试。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种测试成本低的芯片管脚开路短路测试装置。

本发明的另一目的是提供一种应用上述测试装置对芯片管脚进行测试的测试方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的芯片管脚开路短路测试装置包括至少一块测试板卡，每一块测试板卡上设有主控芯片组以及接收主控芯片组输出的控制信号的管脚测量单元阵列，管脚测量单元阵列包括多个管脚测量单元，其中，测试板卡上还设有通道切换开关阵列，通道切换开关阵列包括多个通道切换开关单元，测试板卡上还设有通道接口，通道接口包括多条测试通道，每一个通道切换开关单元可切换二条以上的测试通道进行测试，且每一个通道切换开关单元切换一个管脚测量单元的测试通道。

由上述方案可见，测试板卡上设置通道切换开关单元可以同时连接多条测试通道，并且可以在多条测试通道之间进行切换，每次测试选择其中一条测试通道对一根管脚进行测试。这样，通过分时切换通道切换开关单元所选择的测试通道，即可以使用一个管脚测量单元对多条测试通道连接的多个管脚进行测试。可见，测试装置可以减少测试板卡上设置的管脚测量单元的数量，降低芯片的测试成本。

一个优选的方案是，测试板卡上还设有数模转换单元，根据控制芯片组输出的控制信号向管脚测量单元输出电压信号，测试板卡上还设有模数转换单元，接收管脚测量单元输出的电压信号并转换为数字信号后输出至主控芯片组。

由此可见，主控芯片组通过模数转换单元以及数模转换单元实现与管脚测量单元之间的信号转换，便于对管脚测量单元的控制。

进一步的方案是，主控芯片组包括第一芯片及第二芯片，第一芯片向管脚测量单元和通道切换开关单元输出控制信号，第二芯片向数模转换单元输出控制信号并接收模数转换单元返回的信号。

可见，主控芯片组有两块芯片组成，分别控制管脚测量单元以及数模转换器以及模数转换单元，可以避免使用一块芯片作为主控制器而导致测试板卡的主控制器体积过大，且使用的管脚过多，可以降低测试板卡的生产成本。

更进一步的方案是，测试板卡的数量为二块以上，每一块测试板卡还通过板卡总线接口与测试装置进行信息交换。

由此可见，测试装置设置多块测试板卡，实现对测试板卡的扩展，且多块测试板卡通过板卡总线接口与控制器进行通信，确保测试装置对每一块测试板卡的控制。另外，测试装置可以灵活地增减测试板卡的数量，满足不同管脚数量的芯片的测试要求。

为实现上述的另一目的，本发明提供的芯片管脚的开路短路测试方法包括将芯片的管脚与芯片管脚开路短路测试装置的测试通道连接，测试装置的测试板卡具有多个通道切换开关单元，每一通道切换开关单元可连接二条以上的测试通道，测试板卡的主控芯片组控制多个管脚测量单元通过通道切换开关单元向一部分测试通道加载测试信号，主控芯片组读取管脚测量单元的测试结果信号，主控芯片组控制通道切换开关单元切换测试的测试通道，并向另一部分测试通道加载测试信号，主控芯片组读取管脚测量单元的测试结果信号。

由上述方案可见，测试板卡的管脚测量单元通过通道切换开关单元每次对一部分测试通道连接的管脚进行测试，并且通过通道切换开关单元切换不同的通道后，对另一部分的测试通道连接的管脚进行测试，通过多次测试完成对所有管脚的测试。这样，测试板卡上设置的管脚测量单元的数量较少，降低芯片的测试成本。

附图说明

图1是基于管脚测量单元对芯片管脚进行开路短路测试时第一状态的结构框图。

图2是基于管脚测量单元对芯片管脚进行开路短路测试时第二状态的结构框图。

图3是基于PE板卡对芯片管脚进行开路短路测试时第一状态的结构框图。

图4是基于PE板卡对芯片管脚进行开路短路测试时第二状态的结构框图。

图5是本发明芯片管脚开路短路测试装置实施例中一块测试板卡的结构框图。

图6是本发明芯片管脚开路短路测试装置实施例与芯片管脚连接的示意图。

图7是应用本发明芯片管脚开路短路测试装置实施例对芯片管脚进行测试时调试窗口视图。

图8是应用本发明芯片管脚开路短路测试装置实施例对芯片管脚进行测试时测试窗口视图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的芯片管脚开路短路测试装置用于测试芯片管脚的开路短路情况，芯片管脚开路短路测试方法是应用该测试装置对芯片的管脚开路与短路情况进行测试。

本发明的芯片管脚开路短路测试装置是基于AWT1K测试机实现的，测试装置具有一个控制器，且测试装置上设置八条插槽，每一条插槽内可以安装一块测试板卡。优选地，控制器赋予每一块测试板卡唯一的标识号，通过标识号来标识每一块测试板卡。

参见图5，每一块测试板卡通过板卡总线接口20与测试装置的控制器电连接并进行通信。测试板卡上设有主控芯片组、电压转换芯片21、模数转换单元22、数模转换单元23、电压转换芯片24、通道接口28以及管脚测量单元阵列30、通道切换开关阵列40。管脚测量单元阵列30包括有八个管脚测量单元31、32…38，通道切换开关阵列40包括八个通道切换开关单元41、42…48。

主控芯片组包括两块主控芯片，分别是主控芯片25与主控芯片26，其中主控芯片25为FPGA芯片EP2C5，主控芯片26为CPLD芯片EPM570，主控芯片25主要用于控制管脚测量单元阵列30内每一个管脚测量单元的31、32…38使能、量程、测试模式等功能，测试完成后还直接读取每一个管脚测量单元的31、32…38的测试结果。此外，主控芯片25还能同时向通道切换开关阵列40中的每一个通道切换开关单元41、42…48输出控制信号，控制每一个通道切换开关单元41、42…48进行通道的切换。

当然，板卡总线接口20通过电压转换芯片21对与主控芯片25、主控芯片26互相通信的信号电平进行转换，确保板卡总线接口20能够与主控芯片25、主控芯片26进行信号的正常传递。

主控芯片26主要用于作为模数转换单元22以及数模转换单元23的工作的控制芯片，向数模转换单元23输出控制信号并接收模数转换单元22返回的信号。

数模转换单元23为每一个管脚测量单元31、32…38提供驱动电压和比较电压，其接收主控芯片26输出的控制信号，并将数字信号转换成模拟信号输出至每一个管脚测量单元31、32…38。

模数转换单元22是八通道的模数转换芯片，接收八个管脚测量单元31、32…38输出的模拟电压信号，并将模拟电压信号转换成数字信号后输出至主控芯片26，模数转换单元22通过八路测试通道对八个管脚测量单元的输出电压/电流进行同步测试。

电压转换芯片24用于将主控芯片26的控制信号的电平转换为数模转换单元23及模数转换单元22所能接受的电平，如改变主控芯片26输出的电平信号的幅值等。

管脚测量单元阵列30的每一个管脚测量单元均为E737芯片，由于管脚测量单元阵列30上设置八个管脚测量单元31、32…38，因此每一块测试板卡上设置八块E737芯片。并且，管脚测量单元均具有恒流测压（FVMI）和以及恒压测流（FIMV）两种工作模式，其量程有±40毫安、1毫安、100微安以及10微安 4个量程。

通道切换开关阵列40中的每一个通道切换开关单元41、42…48均为四选一的通道切换开关芯片，因此每一块测试板卡上设有八块通道切换开关芯片。每一个通道切换开关单元41、42…48均向一个管脚测量单元31、32…38电连接。

通道接口28内设有三十二条测试通道，三十二条测试通道被划分成四组，每一组测试通道包括四条相邻的测试通道，且每一组测试通道分别连接至一个通道切换开关单元。这样，每一个管脚测量单元实际上通过一个通道切换开关单元与四条测试通道连接。测试时，每一个通道切换开关单元选通一条测试通道，测试板卡可以同时对八条测试通道上的管脚进行测试。一次测试完毕后，主控芯片25输出控制信号，每一个通道切换开关单元切换所选通的测试通道，对另外八条测试通道上管脚进行测试。这样，只需四次就可以把三十二个测试通道上的管脚测试完毕。

由于一台测试装置上安装有八块测试板卡，且八块测试板卡可以同时进行测试，每一块测试板卡的八个管脚测量单元通过八个通道切换开关单元同时向八条测试通道加载测试信号对管脚进行测试，因此，测试装置实际上可以同时向六十四条测试通道的管脚进行测试。可见，只需测试四次测试就可以把一个不多于256根管脚的芯片测试完毕。

使用测试装置对芯片进行测试时，首先将芯片放置在测试装置上，且将芯片的每一根管脚连接至一条测试通道，如图6所示。由于测试装置上设有256条测试通道，因此，不多于256根管脚的芯片的每一根管脚均能连接至一条测试通道。

连接时，将芯片相邻的四根管脚作为一组，分别连接到测试板卡上四个连续的测试通道上。测试时，将其中三根管脚接地，对另一个需要测试的管脚进行恒流测压或者恒压测流的测试，这样可以避免相邻管脚之间的有短路情况而测试不到的情况发生。

然后，开启测试装置，测试装置上显示调试窗口，如图7所示。测试装置共有八个插槽，每个插槽里安装一块测试板卡，且每一块测试板卡都有唯一的标识号，通过“Select Slot”选项选择所需工作的插槽。通过“Read ID”选项可以知道相应插槽有没有安装测试板卡。

并且，通过“DAC7716 SET”选项可以直接设置每一个管脚测量单元的驱动输入电压和高低比较电平。“Realy Control Set”选项共有四组选项，分别是0x11111111、0x22222222、0x44444444、0x88888888，用于切换通道切换开关单元所选择的四组通道，并轮流和管脚测量单元进行连接，这可以通过“REL_CNT”选项进行设置。

“PPMU Test”选项主要用于对管脚测量单元的工作参数进行设置，通过“Mode”选项的设置可以选择管脚测量单元的工作模式，包括高阻态（HIZ）、恒流测压（FIMV）以及恒压测流（FVMI)三种工作模式。“Current Scale”选项是对管脚测量单元的量程进行选择，包括±40毫安、1毫安、100微安以及10微安四个量程的选择。“Force Voltage/Force Current”选项用于设置管脚测量单元的驱动输出电压、电流，而“Relay Group”选项则是选择本次测试的测试通道组。

以上设置完毕后，每一个管脚测量单元通过一个通道切换开关单元向一条测试通道的管脚加载测试信号，如加载电流或加载电压，测试装置就可以进行数据的读取。“ADC Measure Result”选项中有八路ADC测试值显示，分别是ADC0至ADC7，通过“Single Read/Continue Read”选项的设置可以进行ADC的单路读取或者八路ADC的连续读取。“Function Test”选项中的“IVMIN/IVMAX”主要用于设置高低比较电平、电流，通过“P/F Rlt”选项可以读取测试结果。“H/L Rlt”选项则是显示高低电平、电流的比较结果。并且，调试窗口右下角的空白栏还能显示测试板卡即时的调试信息，供调试参考。

每一个管脚测量单元对一条测试通道的管脚进行测试完毕后，主控芯片25读取相应的测试结果后，控制通道切换开关单元切换选通的通道，对另外八条测试通道上的管脚进行测试。经过三次的切换后，每一个通道切换开关单元可以对其连接的四条测试通道的管脚测试完毕。这样，测试装置使用的管脚测量单元数量较少，减小其体积，也降低测试装置的生产成本。

此外，测试装置可以通过主控芯片25直接读取管脚测量单元的测试结果，这就无需设置繁琐的功能测试装置也能快速的完成测试，实现简便、高效、智能、低成本的管脚开路短路测试。测试装置测试时的测试窗口如图8所示，测试结果在测试窗口上显示。

应用测试装置对芯片的电源管脚进行时，选择恒压测流的模式，测试数字管脚时选择恒流测压的模式。对电源管脚的测试过程如下：

首先，将管脚测量单元的相应通道设置为恒压测流模式，即设置MODESEL=1，HIZ=1。然后，设置数模转换单元的输出电压，作为管脚测量单元的电压输入。接着，延时一定时间后，启动单个模数转换单元的转换工作。如果有多路信号需要转换，模数转换单元工作在连读模式，测量管脚测量单元输出端的电压，读寄存器的值，并转换成电流值。最后，将测试所得的电流值与理论值比对，判断管脚是否存在开路或者短路的情况。测试完成后，将电源管脚都接地。

对数字管脚进行测试时，需要分多次对数据管脚进行测试，这是因为数字管脚的数量较多。通常，将数字管脚分为多组，每次对一组数字管脚进行测试。并且，对每一组数字管脚测试均需要向数字管脚加载负电流以及正电流，进行两次测试。

对第一组数字管脚加载负电流测试时，将其他管脚接地，将测量到的值与理论值进行比对。首先，设置“REL_CNT”选项为0x11111111，使第一组八个测试通道分别接到八个管脚测量单元连接并进行测试。然后，将管脚测量单元相应通道设置为恒流测压的模式(MODESEL=1)， HIZ=1。接着，设置数模转换单元的输出电压，作为管脚测量单元的驱动电压、高低比较电平的输入，驱动电压与高低比较电平均为负电压。延时一定时间后，设置模数转换单元，启动八个模数转换单元并连续测量，测量结束后连读九次读寄存器的数值，将八个模数转换单元的结果读出来然后转换成电压值。最后，将测量到的电压值与理论值进行比对，判断管脚是否存在开路或短路的情况，或者主控芯片25直接读取每一个管脚测量单元的输出结果，判断是否有管脚存在开路或短路的情况。测试完成后，将该组的八个数字管脚都接地。

对第二、三、四组的数字管脚供负电流测量电压的方法与第一组数字管脚的测试方法一致，不同的是设置“REL_CNT”选项分别设置为0x22222222、0x44444444、0x88888888。

对第一组数字管脚加载正电流测量电压时，其他管脚接地，将测量到的值与理论值比对，其测试方法与向第一组数字管脚加载负电流测量电压时基本一致，不同的是管脚测量单元输出的驱动电压、比较高低电平为正电压。

对第二、三、四组的数字管脚供正电流测量电压的方法与第一组数字管脚的测试方法一致，不同的是设置“REL_CNT”选项分别设置为0x22222222、0x44444444、0x88888888。

由于测试装置上的八块测试板卡能够同时工作，一块不多于256根管脚的芯片能够在最多四次的测试操作后测试完毕，且测试装置所设置的管脚测量单元的数量大大减小，测试装置的体积小，降低芯片的测试成本。

当然，上述实施例仅是本发明较佳的实施方式，实际应用时，还可以有更多的改变，例如，通道切换开关单元可以选用八选一的开关芯片或者二选一的开关芯片；或者，对芯片的管脚测试时不同管脚测试先后顺序根据实际情况调节；又或者，主控芯片组仅包括一块主控芯片，或者由三块或更多的主控芯片构成，这样的改变也能实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如测试装置上测试板卡数量的改变、每一块测试板卡上管脚测量单元数量的改变、主控芯片等选用的芯片型号的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.芯片管脚的开路短路测试装置，包括

至少一块测试板卡，每一块所述测试板卡通过板卡总线与测试装置的控制器电连接，每一块所述测试板卡上设有主控芯片组以及接收所述主控芯片组输出的控制信号的管脚测量单元阵列，所述管脚测量单元阵列包括多个管脚测量单元；

其特征在于：

所述测试板卡上还设有通道切换开关阵列，所述通道切换开关阵列包括多个通道切换开关单元；

所述测试板卡上还设有通道接口，所述通道接口包括多条测试通道，每一个所述通道切换开关单元可切换二条以上的所述测试通道进行测试，且每一个所述通道切换开关单元切换一个所述管脚测量单元的测试通道。

2.根据权利要求1所述的芯片管脚的开路短路测试装置，其特征在于：

所述测试板卡上还设有数模转换单元，根据所述主控芯片组输出的控制信号向所述管脚测量单元输出电压信号；

所述测试板卡上还设有模数转换单元，接收所述管脚测量单元输出的电压信号并转换为数字信号后输出至所述主控芯片组。

3.根据权利要求2所述的芯片管脚的开路短路测试装置，其特征在于：

所述主控芯片组包括第一芯片及第二芯片，所述第一芯片向所述管脚测量单元和所述通道切换开关单元输出控制信号，所述第二芯片向所述数模转换单元输出控制信号并接收所述模数转换单元返回的信号。

4.根据权利要求3所述的芯片管脚的开路短路测试装置，其特征在于：

所述测试板卡上设有第一电压转换芯片，将所述主控芯片组的控制信号的电平转换为所述数模转换单元及所述模数转换单元所能接受的电平。

5.根据权利要求1至4任一项所述的芯片管脚的开路短路测试装置，其特征在于：

所述测试板卡上设有第二电压转换芯片，向所述主控芯片组提供控制信号电平。

6.根据权利要求1至4任一项所述的芯片管脚的开路短路测试装置，其特征在于：

所述测试板卡的数量为二块以上，每一块所述测试板卡通过板卡总线接口与测试装置进行信息交换。

7.根据权利要求1至4任一项所述的芯片管脚的开路短路测试装置，其特征在于：

所述通道切换开关单元为四选一通道切换开关芯片，每一所述通道切换开关单元与四条所述测试通道连接。

8.芯片管脚的开路短路测试方法，其特征在于：

将芯片的管脚与芯片管脚开路短路测试装置的测试通道连接，所述测试装置的测试板卡具有多个通道切换开关单元，且所述测试装置具有多块测试板卡，每一块所述测试板卡通过板卡总线与测试装置的控制器电连接，每一所述通道切换开关单元可连接二条以上的所述测试通道；

所述测试板卡的主控芯片组控制多个管脚测量单元通过所述通道切换开关单元向一部分所述测试通道加载测试信号，所述主控芯片组读取所述管脚测量单元的测试结果信号；

所述主控芯片组控制所述通道切换开关单元切换测试的所述测试通道，并向另一部分所述测试通道加载测试信号，所述主控芯片组读取所述管脚测量单元的测试结果信号。

9.根据权利要求8所述的芯片管脚的开路短路测试方法，其特征在于：

多个所述管脚测量单元通过多个所述通道切换开关单元同时向一部分所述测试通道加载测试信号。

10.根据权利要求8或9所述的芯片管脚的开路短路测试方法，其特征在于：

多块所述测试板卡的多个所述管脚测量单元通过多个所述通道切换开关单元同时向一部分所述测试通道加载测试信号。