SoC芯片测试效率和成品率的分析和应用

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1、第一章绪论随着集成电路制造工艺的迅速发展和设计水平的飞速提高，设计者能够将愈来愈复杂的功能集成到单块硅片上，将以往必须在的印刷电路板上使用多块芯片的系统集成到一块芯片内部，于是便出现了系统级芯片，就是我们常说的的SOC(System0naChip)芯片。从分立元件到集成电路再到片上系统，这是微电子领域的一次巨大的革命。20世纪90年代中后期，集成电路领域已进入SOC的时代。跨入2l世纪，SOC的应用将越来越广泛。SOC技术是电路设计过程中从电路级集成向系统级集成转变的大方向下产生的。从狭义角度讲，它是信息系统的芯片集成，是将

2、系统集成在一块芯片上：从广义角度讲，SOC就是一个微小型的系统，具有信息输入、处理、输出的完整功能。如果说中央处理器(CPU)是电路系统的大脑，那么Soc就是包括大脑、心脏、眼睛和手的完整系统。SOC技术的应用是面向特定用户的需要，能最大限度满足复杂功能要求的芯片，因而它具有很多优势：能极大地减少印制板上部件数和管脚数，减少板卡失效的可能性，有利于板卡的性能改善(由于片内连线缩短)；能明显地改善功耗开销，降低散热要求：能显著地缩短整机地开发时间，减少系统开发成本。所以SOC技术尤其适合数字化产品的开发，如手持设备、信息家电、

3、消费电子、工业控制、远程探测、空间技术等等领域。SOC芯片的特点有主要有三个方面，第一是其高度地复杂性，第二是大量运用可重用的IP(IntelligentProperty)模块，第三是SoC从以逻辑电路为主转变为以存储器为主。首要特点便是其高度的复杂性。以往的芯片设计，都是专注于某个特定功能模块的设计，比如cPu、DSP、MCU、网络模块、无线模块、压缩／解压，的视频／音频编码／解码器，这样的一些芯片在以往已经是比较复杂的了，需要许多的高级设计人员花费大量的时间和精力。但是一块SOC芯片，其规模一般是数个这样的独立芯片之和，

4、甚至还要巨大，所以说SOC芯片是非常复杂的。如此复杂的SOC芯片，如果每一个芯片的每～个功能模块都重新设计，工作量将是不可想象的。但是如果从系统的抽象性的结构来分析，一般一个电子系统是由输入输出接口、数据处理、数据存储这三大部分构成。所以，绝大多数SOC系统都包含一些相同或相似的模块，比如IO接口、微控制器、数字信号处理器、总线控制器、各种存储器、PLL(锁4相环)、AD／DA(数模／模数转换器)、RF电路、电源模块等。所以，这就促使了许多第三方IP供应商或者公司内部的IP开发，逐渐有许多公司提供这些标准化或者可配置甚至是可

5、定制的模块，并且其质量和性能都是经过严格验证的。同时，迫于市场的紧迫要求，设计者必须要在计划的时间内完成设计，采用已经经过严格验证的高质量的IP模块，可以缩短丌发周期和降低投资风险。所以，SOC芯片的第二个特点是大量地重用IP模块。SOC芯片的第三个特点是存储器占芯片的面积比重越来越大。根据半导体工业协会的统计，到今年底典型超大规模集成电路(尤其是系统芯片SOC)内部将有50％是存储器，而N2mO年，存储器将覆盖90％的SOC芯片裸片区域。事物的发展总是有正反两面，功能增强和规模的增大的同时也带来了许多问题，比如制造复杂度提

6、高、测试的复杂度提高、产品成品率降低、难以散热、功耗巨大等等。在这众多的问题当中，测试的棘手性尤为突出。由于芯片的复杂度高并且频率越来越快，自然而然就导致了更高的测试复杂度，并且必须要使用更高级的测试机，自然而然这样的测试机是异常昂贵的。使用传统的功能测试方式即使采用了DFT的技术用扫描链的方式，仍然不能解决测试成本逐渐走向昂贵的趋势。据DATAQUEST的研究调查表明，测试成本占芯片总体成本的比例正在逐渐加大，某些SOC芯片的测试成本竞然要高达50％的芯片总成本。SOC芯片高失效率也是SOC芯片面临的又一大难题，SOC芯片

7、失效的一个主要原因是芯片内部存储器比例增加，SOC芯片上存储器数目增加将使芯片层数增多、制造工艺更为复杂并增大单元密度。事实上，由于单元密度很高，嵌入式存储器比芯片上面的其它元件更容易造成硅片缺陷。嵌入式存储器比例不断增长，使芯片复杂性、密度、速度及晶圆缺陷造成失效的可能性也在增大。为使超大规模集成电路继续保持发展，在改进系统集成度和功能性方面仍能作为一种有效选择方式，高密度兆位存储器成品率问题必须要得到解决。第二章SOC芯片测试综述本章首先简单地介绍芯片测试的基本概念，第二部分介绍芯片的故障模型和算法，第三部分简要介绍测试

8、的分类，第四部分介绍各种测试的方法，其中详细阐述基于扫描链的测试设计方法。本章最后分析现代SOC芯片，说明SOC芯片测试因其规模和复杂性对测试提出的要求，需要我们不断研究新的测试方法，在测试覆盖率、测试效率和测试工作频率方面进一步提高。2．1测试的基本概念提到测试，人们常常会混淆两个概念：