专利名称：测试半导体器件的电源和地的连续性的方法
技术领域：
本发明一般地涉及连续性测试，并且更具体地涉及测试半导体器件的电源和地的连续性的方法。
背景技术：
连接错误，比如缺少线接合、线接合断裂、缺少锡珠、以及球接合断裂，是封装缺陷的来源。为了识别并筛选出具有连接错误的半导体器件而执行连续性测试。传统的负载板是为了参数和功能测试而典型地设计制造的，并不适合电源和地的连续性测试。因此，使用改进的或定制的负载板执行电源和地的连续性测试。但是，使用这种定制的或改进的负载板的相关成本相当可观。因此，需要有一种使用传统负载板对半导体器件进行电源和地的连续性测试的方法。
发明内容
本发明提供了一种测试半导体器件的电源和地的连续性的方法。该器件包括多个输入和输出(IO)管脚以及至少一对电源和地管脚。该方法包括识别电源和地管脚。从IO管脚中为每个电源和地管脚选择受扰管脚，并且从剩余的IO管脚中选择对于每个受扰管脚的至少一个入侵管脚。入侵管脚在第一状态和第二状态之间切换。测量每个受扰管脚上的开关噪声电平，并且将所测量的开关噪声电平与预定的数据相比较以确定器件的电源和地的连续性。
本发明也提供一种测试具有多个输入和输出(IO)管脚以及至少一对电源和地管脚的半导体器件的电源和地的连续性的方法。该方法包括步骤识别电源和地管脚，并且从IO管脚中为每个电源和地管脚选择受扰管脚。在一个实施例中，电源和地管脚是成对的，并且为每对电源和地管脚选择受扰管脚。从剩余的IO管脚中选择至少一个入侵管脚。入侵管脚在第一状态和第二状态之间切换(例如，高到低)。测量受扰管脚上的开关噪声电平，并且将所测量的开关噪声电平与预定的数据相比较以确定电源和地管脚对的连续性。对于每个所识别的电源和地管脚对重复选择受扰和入侵管脚、切换至少一个入侵管脚、测量受扰管脚上开关噪声电平、以及将所测量的开关噪声电平与预定的数据相比较的步骤。
本发明还提供一种计算机可读介质，切实地实现用于半导体器件的电源和地的连续性测试的指令的程序。该程序存储在存储器中并由处理器执行。该器件包括多个输入和输出(IO)管脚以及至少一对电源和地管脚。该程序包括识别电源和地管脚的指令。另外，该程序包括从器件的IO管脚中为每个电源和地管脚选择受扰管脚的指令，以及从剩余的IO管脚中为每个受扰管脚选择至少一个入侵管脚的指令。该程序还包括在高状态和低状态之间切换入侵管脚的指令、测量每个受扰管脚上的开关噪声的电平的指令、以及将所测量的开关噪声的电平与预定的数据相比较以确定器件的电源和地的连续性的指令。
以下对本发明优选实施例的具体描述在结合附图阅读时将更容易理解。本发明以实例的方式说明，并且不受附随附图的限制，在附图中相似的参考标号表示相似的元件。
图1是描述根据本发明的实施例的测试半导体器件的电源和地的连续性的方法的流程图；图2是在其上执行图1示出的测试电源和地的连续性的方法的半导体器件的示意俯视图；图3是示出已知好的半导体的受扰管脚上开关噪声电平的波形图；以及图4是示出半导体器件的受扰管脚上开关噪声电平的波形图。
具体实施例方式
以下结合附图进行的具体说明旨在作为对本发明当前的优选实施例的说明，并且不旨在表达本发明可以实践的唯一形式。应理解，可以由旨在包括在本发明的精神和范围内的不同实施例实现相同或等价的功能。
开关噪声表现为半导体器件的无噪声的IO管脚的信号轨迹上叠加的或正或负的电压，并且当在第一状态和第二状态之间(比如高状态和低状态之间)切换另一IO管脚时在无噪声的IO管脚上引起。特别地，当在高状态和低状态之间切换半导体器件的IO管脚时，在无噪声IO管脚上引起时变电流，其反过来又引起电压电平或者称为开关噪声的变化。发明者所进行的实验显示，在具有连接错误的半导体器件的无噪声的IO管脚上的开关噪声电平不同于已知好的半导体器件的无噪声的IO管脚上的开关噪声电平。因此，本发明利用无噪声的IO管脚上开关噪声电平的差异来检测半导体器件中连接错误的存在。因为开关噪声电平可以直接从半导体器件的IO管脚测量，所以本发明提供了一种使用传统负载板测试半导体器件的电源和地的连续性的方法。即，使用本发明，不再需要单独的、定制的负载板或改进的负载板执行电源和地的连续性测试。本发明可以在传统的数字/混合信号自动测试设备(Automated Test Equipment，ATE)上实现，像这样的ATE能够测量信号幅度。此外，本发明可以实现为封装级的测试，并且可以应用于导线封装产品，比如，具有多个电源和地管脚的方形平面封装(QFP)封装，以及球栅阵列(BGA)封装。
现在参考图1，示出了描述根据本发明实施例的测试半导体器件的电源和地的连续性的方法10的流程图。该器件包括多个输入和输出(IO)管脚和至少一对电源和地管脚。使用本发明的方法测试的典型半导体器件包括多个电源和地管脚。
在步骤12识别器件的电源和地管脚。即，当已知被测器件(DUT)的管脚输出时，将管脚输出信息编程到ATE中，本领域技术人员可很好地理解这一点。然后，在步骤14从器件的IO管脚中为每个电源和地管脚选择受扰管脚。即，为各个电源和地管脚选择各自的受扰管脚。在本发明的一个实施例中，电源和地管脚是成对的并且为每个这种管脚对选择一个受扰管脚。尽管器件的任何IO管脚都可以作为受扰或无噪声IO管脚，但是在步骤14与各个电源和地管脚相邻的IO管脚优选地被选择为受扰管脚。这是因为与电源和地管脚相邻的IO管脚受电源和地管脚中的连接错误的影响最大，并且因此受扰管脚上开关噪声的电平的差异在这些IO管脚上更显而易见并且更容易捕捉。
选择了受扰管脚之后，在步骤16从剩余的IO管脚中选择至少一个入侵管脚。在优选实施例中，所选的入侵和受扰管脚在DUT中内部地共享相同的地或电源管脚，因为检测方法中的噪声主要是地反弹噪声，而不是串扰噪声。各个电源和地管脚的受扰管脚和至少一个入侵管脚可以共事ATE的相同端口。在步骤18，当受扰管脚保持在固定状态，即，高状态或低状态时，在第一状态和第二状态之间(比如低到高)切换该至少一个入侵管脚。在步骤20测量受扰管脚上的开关噪声电平，优选地测量最大开关噪声电平。在步骤22将所测量的开关噪声电平与预定的数据相比较以确定电源和地管脚的连续性。如果所测量的开关噪声电平大于预定值，则在步骤24将器件归类为损坏的一类。如果所测量的开关噪声电平在可接受范围内(小于预定值或者在预定的范围内)，则在步骤26执行检查以确定器件中是否还存在任何未测试的电源和地管脚。如果在步骤26执行的检查指示器件中没有未测试的电源和地管脚，则在步骤28将器件归类为好的一类。否则，一直重复步骤14-22直到每个所识别的电源和地管脚都经过了测试。
预定的数据包括来自至少一个已知好的半导体器件的开关噪声测量结果，并且通过在已知好的半导体器件上执行仿真来获得该预定数据。通过将已知好的半导体器件插入负载板的测试插座中、识别已知好的半导体器件的电源和地管脚、以及为每个所识别的电源和地管脚(或所识别的电源和地管脚对)选择受扰管脚和为每个受扰管脚选择至少一个入侵管脚来执行仿真。当受扰管脚保持在固定状态时切换该至少一个入侵管脚，并且测量每个受扰管脚上开关噪声的电平。来自已知好的半导体器件的开关噪声测量结果用于好的一类半导体器件的开关噪声值的可接受范围的推导。因为开关噪声的电平根据经历连续性测试的半导体器件的类型和负载板上测试地点的位置而变化，所以对于不同类型的半导体器件在负载板上的不同地点重复该仿真。使用从仿真得出的开关噪声测量结果推导对于在负载板上特定位置处的特定类型的半导体器件的开关噪声值的可接受范围。这些范围输入到测试程序中用于半导体器件的电源和地的连续性测试。为了获得每种类型的半导体器件的开关噪声值的更精确的范围，在特定类型的许多已知好的半导体器件上重复进行用于该类型的半导体器件的仿真。例如，可以在来自不同的五(5)批晶片的已知好的半导体器件上执行仿真。
如从图1中显见的，为器件的每个电源和地管脚(或者每对电源和地管脚)选择受扰管脚，而从剩余的IO管脚中为每个受扰管脚选择至少一个入侵管脚。将所测量的每个受扰管脚上的开关噪声电平与预定的数据相比较以确定器件的电源和地的连续性。
因为通过切换更大数目的入侵管脚可以放大每个受扰管脚上的开关噪声电平，所以在步骤16优选地为每个受扰管脚选择多个入侵管脚。当切换更大数目的入侵管脚时，使得开关噪声电平中的差异更明显。因此，在一个实施例中，在步骤18切换器件的所有剩余的IO管脚。为了更大地放大开关噪声电平，通过顺序地切换每个ATE端口直到所有所选的入侵管脚都被切换而基本上同时地切换所选的入侵管脚。这样做特别针对基于CPU的集成电路，它们每次不能切换多于一个的端口(可从相同的寄存器定义状态的管脚集合)。例如，可以切换第一端口中的所选入侵管脚，接着是第二端口中的入侵管脚，直到所有所选的入侵管脚都被切换。声明ATE端口所用的时间是很短的，因此，尽管顺序地切换端口，但是其效果是基本上同时地切换入侵管脚。
当至少一个入侵管脚从高状态切换到低状态或者从低状态切换到高状态时，在步骤20测量受扰管脚上地开关噪声的电平。但是，优选地当该至少一个入侵管脚从高状态切换到低状态时测量受扰管脚上的开关噪声的电平，因为在入侵管脚信号的下降沿受扰管脚上的开关噪声电平更高并且开关噪声的电平中的差异更明显。
当要测试的，也就是已知为被测器件(DUT)的半导体器件插入传统负载板的测试插座中时执行图1所示的方法10。为了最小化反射(reflection)的影响范围，其中反射将潜在地使受扰管脚信号上的开关噪声的作用模糊，受扰和入侵管脚终端可以接端接电阻，其具有与测试半导体器件的负载板的走线特性阻抗(trace impedance)相匹配的电阻值。例如，当板的走线特性阻抗是51欧姆时，受扰和入侵管脚终端接51欧姆的端接电阻。板走线特性阻抗可以借助时域反射计(TimeDomain Reflectometry Scope)测量来或者通过使用可从California，San Jose的Mentor Graphics公司获得的Hyperlynx软件执行信号集成仿真来建模。或者，可以由设计控制负载板阻抗。即，以消除或减小反射系数的方式设计负载板。
上述方法可以作为存储在存储器中的指令的程序而在软件中实现并且由处理器执行。该程序可以切实地在计算机可读介质中实施并且包括多条指令，当执行这些指令时，使得处理器执行所述方法的功能。处理器可操作地连接至计算机可读介质并且检索该多条指令来执行。指令的程序可以在计算机硬盘、软盘、磁鼓、静态随机存取存储器(SRAM)单元、动态随机存取存储器(DRAM)单元、电可擦除(EEPROM、EPROM、闪存)单元、非易失性单元、铁电或铁磁存储器、致密盘(CD)、激光盘、光盘、和任何类似的计算机可读介质中的一个或多个上实施。
现在将参考图2-4描述本发明的示例实施例。图2是使用本发明的方法测试的一个具体的器件的俯视图。在此情况下，该器件是可从Austin，Texas的Freescale Semiconductor公司获得的MC9S12D族微处理器30。该处理器30包括四(4)个电源管脚，即VDD1、VDDR、VDD2和VDDX(即，分别是管脚13、41、65和107)，以及四(4)个地管脚，即VSS1、VSSR、VSS2和VSSX(即，分别是管脚14、40、66和106)。
图3和图4是从自动测试设备(ATE)的数字波形显示器获得的波形图。现在参考图3，波形图示出已知好的半导体器件的受扰管脚上开关噪声的电平。图3的波形图是从已知好的器件上所执行的测试获得的。两个(2)信号示于图3第一信号32示出受扰管脚上的电压电平，并且第二信号34示出所选的入侵管脚上的电压电平。
在此测试中，选择邻近电源和地对VDDX和VSSX(即，分别是管脚107和106)的IO管脚PM0(即，管脚105)作为受扰管脚，并且选择IO管脚PM1和PM2(即，分别是管脚104和103)作为入侵管脚。在该测试中，受扰管脚PM0和入侵管脚PM1和PM2共享相同的DUT端口。受扰管脚PM0保持在0伏特(V)的低状态，而入侵管脚PM1和PM2在5V的高状态和0V的低状态之间基本上同时地切换。如图3所示，当入侵管脚PM1和PM2从高状态切换到低状态时测量受扰管脚PM0上的开关噪声的电平。在已知好的器件的受扰管脚PM0上测量到830.0毫伏(mV)的最大开关噪声电平(在28.0nSec时刻)。对为其它三对电源和地管脚(即，VDD1和VSS1、VDDR和VSSR、VDD2和VSS2)的每个选择的其它各个受扰管脚PT4、PE4和PA7(即，分别是管脚15、39和64)进行类似的测量。在相同类型的但是来自不同批晶片的多个已知好的半导体器件上重复该测试。根据所测量的每个受扰管脚的开关噪声的电平确定开关噪声值的可接受范围。这些范围在以下的表1中示出。
表1
表1所示的范围存储在测试程序中并且在图1的方法中使用以从好的类中找出损坏的半导体类。即，开关噪声值的该可接受范围被用作预定的数据。
参考图4，显示了示出半导体器件的受扰管脚上开关噪声电平的波形图。图4的波形图是通过在类似图2的微处理器30的微处理器上使用图1所示的方法执行电源和地的连续性测试而获得的。两个(2)信号示于图4第一信号36示出受扰管脚上的电压电平，并且第二信号38示出入侵管脚之一上的电压电平。在所执行的测试中，选择与电源和地对VDDX和VSSX相邻的IO管脚PM0作为受扰管脚，并且选择IO管脚PM1和PM2作为入侵管脚。如图4中所示，受扰管脚PM0保持在0V的低状态，而入侵管脚PM1和PM2在5V的高状态和0V的低状态之间基本上同时地切换。可见，当入侵管脚PM1和PM2从高状态切换到低状态时测量受扰管脚PM0上的开关噪声的电平。在此测试中，发现受扰管脚PM0具有920.0毫伏(mV)的最大开关噪声电平。由于此值超过了表1中所列对于受扰管脚PM0的开关噪声值的可接受范围，所以认为图2的半导体器件未通过电源和地连续性测试，并且被归类为损坏的一类。
已示出和描述了本发明的各种实施例，很明显，本发明不仅限于这些实施例。对于本领域的技术人员来说，不脱离权利要求中所述的发明精神和范围的多种修改、变更、变化、替代和等价物是显而易见的。
权利要求
1.一种测试半导体器件的电源和地的连续性的方法，该器件具有多个输入和输出(IO)管脚以及至少一对电源和地管脚，该方法包括识别器件的电源和地管脚；从器件的IO管脚中为每个电源和地管脚选择受扰管脚；从剩余的IO管脚中为每个受扰管脚选择至少一个入侵管脚；在第一状态和第二状态之间切换入侵管脚；测量每个受扰管脚上的开关噪声的电平；将所测量的开关噪声的电平与预定的数据相比较以确定器件的电源和地的连续性。
2.如权利要求1所述的连续性测试的方法，其中，为每个受扰管脚选择多个入侵管脚。
3.如权利要求2所述的连续性测试的方法，其中，基本上同时地切换入侵管脚。
4.如权利要求1所述的连续性测试的方法，其中，通过切换入侵管脚放大每个受扰管脚上的开关噪声的电平。
5.如权利要求1所述的连续性测试的方法，其中，选择与电源和地管脚相邻的IO管脚作为各自的受扰管脚。
6.如权利要求5所述的连续性测试的方法，其中，电源和地管脚是成对的，并且为每个电源和地管脚对选择一个受扰管脚。
7.如权利要求1所述的连续性测试的方法，其中，受扰管脚保持在固定状态。
8.如权利要求1所述的连续性测试的方法，其中，预定的数据包括来自至少一个已知好的半导体器件的开关噪声测量结果。
9.如权利要求1所述的连续性测试的方法，其中，受扰和入侵管脚终端接端接电阻。
10.如权利要求9所述的连续性测试的方法，其中，该端接电阻具有与测试器件的负载板的走线特性阻抗相匹配的电阻。
全文摘要
本申请涉及一种测试半导体器件的电源和地的连续性的方法，该器件具有多个输入和输出(IO)管脚以及至少一对电源和地管脚，该方法包括识别器件的电源和地管脚。从器件的IO管脚中为每对电源和地管脚选择受扰管脚，并且从剩余的IO管脚中为每个受扰管脚选择入侵管脚。入侵管脚在高状态和低状态之间切换。测量每个受扰管脚上的开关噪声的电平，并且将所测量的开关噪声的电平与预定的数据相比较以确定器件的电源和地的连续性。
文档编号G01R31/02GK101038318SQ20071008508
公开日2007年9月19日 申请日期2007年2月28日 优先权日2006年2月28日
发明者潘伟权, 王伟萍, 陈华耀 申请人:飞思卡尔半导体公司