ATE电源测试通道扩展结构及其测试应用方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种集成电路自动测试机(ate，autotestequipment)电源测试通道扩展结构；本发明还涉及一种ate电源测试通道扩展结构的测试应用方法。

背景技术：

如图1所示，是现有ate电源测试通道扩展结构的结构图；ate的测试电源通道102(powersupply，ps)在固定配置下数量是有限的，图1中虚线框101表示ate中配置的总的测试电源通道102，包括有多个，图1中显示了2个测试电源通道102，为了分别这两个测试电源通道102，在图1中还分别用ps1和ps2表示对应的测试电源通道102。

为了提高被测器件104(deviceundertest，dut)测试同测数，通常会在ate以外对测试电源通道102进行扩展，图1所示结构为现有常见的扩展方案：主要是一个测试电源通道102的输出端并不直接连接被测器件104，而是将每个测试电源通道102的输出端都同时连接多个电源扩展支路，在电源扩展支路中包括一个支路选择开关103，电源扩展支路的输出端连接对应的被测器件104。图1中，为了区分不同支路上的支路选择开关103，对各支路选择开关103还进行了编号表示，如图1中的k11、k12至k1n以及k21、k22至k2n；各支路的被测器件104也分别用dut11、dut12至dut1n以及dut21、dut22至dut2n表示。由图1可以看出，每一个测试电源通道102都连接有n个电源扩展支路，每一个电源扩展支路分别提供电源到对应的被测器件104，提供到被测器件104的电源分别用p11、p12至p1n以及p21、p22至p2n表示。

图1所示的现有结构能够方便地扩展测试电源通道102的通道数，但是由于多个被测器件104直接共享一个测试电源通道102的资源，当测试过程中如果其中一个被测器件104因故障导致电源管脚电流过大情况，当该电流超出测试电源通道102的驱动电流能力，便会拉低测试电源通道102的设定输出电压，从而影响共享该测试电源通道102的其他被测器件104的正常测试，导致其他被测器件104的测试异常。如图2所示，是图1所示结构在一个被测器件104出现过流时状态图，图2中dut11出现了故障从而使其对应的电源扩展支路出现大电流，为了更加形象的表示，图2中还用“施害dut”表示dut11，用“受害dut”表示ps1对应的其它各dut即dut12至dut1n，在dut11对应的电源扩展支路中用箭头线表示大电流，可以看出由于dut11对应的电源扩展支路出现了大电流，使得ps1的输出电压下降，而ps1的输出电压下降后会使得dut12至dut1n对应的电源即p12至p1n的电压下降，从而会影响dut12至dut1n的正常测试，导致dut12至dut1n的测试异常。如图3a所示，是采用图1所示的结构进行多个被测器件104共享一个ps电源时的测试结果图；图3a中，标记201对应的圆圈所示的各区域中的被测器件104就存在一个被测器件104出现过流时共享相同ps电源的其它各被测器件104出现测试异常的情形；如图3b所示，是对同一晶圆上的各被测器件104进行1个被测器件104独享一个ps电源时的测试结果图，可以看出，图3b中不再出现图3a的标记201所示区域中的测试异常情形，也即图3a中存在测试过杀(overkill)情形。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种ate电源测试通道扩展结构，具有过流隔离功能，能防止多支路共享电源测试通道时由过流引起的测试过杀；为此，本发明还提供一种ate电源测试通道扩展结构的测试应用方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的ate电源测试通道扩展结构，包括：多个电源测试通道，各所述电源测试通道包括多个电源扩展支路，各所述电源扩展支路的输入端连接对应的所述电源测试通道的输出端，各所述电源扩展支路的输出端连接一个被测器件。

各所述电源扩展支路包括：支路选择开关和过流保护电路；所述过流保护电路用于检测对应的所述电源扩展支路的电流大小，在所述电流扩展支路的电流正常时保持所述电源扩展支路和所述被测器件的连接；在所述电流扩展支路过流时断开所述电源扩展支路和所述被测器件的连接，防止过流的所述电流扩展支路将对应的所述电源测试通道的输出电压拉低从而影响连接同一所述电源测试通道的其它所述电源扩展支路的测试。

进一步的改进是，所述过流保护电路包括：过流检测电阻、过流检测比较器和过流保护开关；所述支路选择开关、所述过流检测电阻和所述过流保护开关串联连接，所述过流检测电阻在所述电源扩展支路的输入端和输出端之间形成一个电压降，所述过流检测比较器检测所述过流检测电阻的电压降的大小并根据所述过流检测电阻的电压降形成一个和参考电压比较的信号，所述过流检测比较器的输出端输出一个根据比较结果形成的控制信号到所述过流保护开关，所述过流保护开关在所述控制信号的控制下导通或断开；当所述电源扩展支路过流时所述过流检测电阻的电压降会超范围，所述控制信号使所述过流保护开关断开；当所述电源扩展支路的电流正常时所述过流检测电阻的电压降在正常范围，所述控制信号使所述过流保护开关保持导通。

进一步的改进是，所述过流检测比较器的正相输入端连接所述电源扩展支路的输出端，所述过流检测比较器的反相输入端连接参考电压；所述过流保护开关为低电平常开型开关。

当所述过流检测电阻的电压降在正常范围时，所述过流检测比较器的正相输入端的电压大于所述参考电压，所述控制信号为1，所述过流保护开关导通。

当所述过流检测电阻的电压降在超范围时，所述过流检测比较器的正相输入端的电压小于所述参考电压，所述控制信号为0，所述过流保护开关断开。

进一步的改进是，所述参考电压的公式为：vref＝vcc-δvcc，vref为所述参考电压，vcc为所述电源测试通道的输出电压，δvcc为可容许误差，即在vcc至vcc-δvcc的范围内所述被测器件能进行正常测试。

所述过流检测电阻的最小值的公式为：rmin＝δvcc/itrig。

所述过流检测电阻的最大值的公式为：rmax＝δvcc/imax。

所述过流检测电阻的电阻大小在rmin和rmax之间皆可。

其中，rmin为所述过流检测电阻的最小值，rmax为所述过流检测电阻的最大值，itrig为过流触发值，imax为各所述被测器件在各种测试条件下的电流规格的最大值，itrig大于imax。

进一步的改进是，itrig为imax的3倍～5倍。

进一步的改进是，在ate的初始化过程中，所述过流检测比较器的反相输入端连接一个初始化电压，所述初始化电压小于0v，使初始化过程中所述过流检测比较器的输出端输出大小为1的所述控制信号并使所述过流保护开关导通。

初始化完成后所述过流检测比较器的反相输入端连接到所述参考电压。

为解决上述技术问题，本发明提供的ate电源测试通道扩展结构的测试应用方法包括如下步骤：

步骤一、将被测器件连接到各所述电源扩展支路的输出端并建立失效被测器件的编号列表，在进行各所述被测器件的第一项测试项目之前初始化所述编号列表。

步骤二、进入当前测试项目，根据所述编号列表设置各所述电源扩展支路的所述支路选择开关的状态，所述编号列表中对应编号的所述被测器件所对应的各所述支路选择开关设置为断开状态，其它各所述支路选择开关设置为导通状态。

步骤三、设置各所述电源测试通道的上电参数，将各所述电源测试通道上电后的输出电压设置为当前测试项目所需电压。

步骤四、进行初始化设置，初始化过程中各所述支路选择开关为导通状态的各所述电源扩展支路都导通。

步骤五、进行当前测试项目的测试，测试过程中，所述过流保护电路检测对应的所述电源扩展支路的电流大小，在所述电流扩展支路的电流正常时保持所述电源扩展支路和所述被测器件的连接；在所述电流扩展支路过流时断开所述电源扩展支路和所述被测器件的连接，防止过流的所述电流扩展支路将对应的所述电源测试通道的输出电压拉低从而影响连接同一所述电源测试通道的其它所述电源扩展支路的测试。

步骤六、当前测试项目结束，将当前测试项目中出现过流的所述电流扩展支路对应的被测器件的编号添加到所述编号列表中。

步骤七、重复步骤二至六进行各所述被测器件的下一个测试项目，直至各所述被测器件的所有测试项目都完成。

进一步的改进是，所述过流保护电路包括：过流检测电阻、过流检测比较器和过流保护开关；所述支路选择开关、所述过流检测电阻和所述过流保护开关串联连接，所述过流检测电阻在所述电源扩展支路的输入端和输出端之间形成一个电压降，所述过流检测比较器检测所述过流检测电阻的电压降的大小并根据所述过流检测电阻的电压降形成一个和参考电压比较的信号，所述过流检测比较器的输出端输出一个根据比较结果形成的控制信号到所述过流保护开关，所述过流保护开关在所述控制信号的控制下导通或断开；当所述电源扩展支路过流时所述过流检测电阻的电压降会超范围，所述控制信号使所述过流保护开关断开；当所述电源扩展支路的电流正常时所述过流检测电阻的电压降在正常范围，所述控制信号使所述过流保护开关保持导通；所述参考电压在步骤四的上电后且初始化完成之后以及步骤五进行当前测试项目的测试之前进行设置。

进一步的改进是，所述过流检测比较器的正相输入端连接所述电源扩展支路的输出端，所述过流检测比较器的反相输入端连接参考电压；所述过流保护开关为低电平常开型开关。

当所述过流检测电阻的电压降在正常范围时，所述过流检测比较器的正相输入端的电压大于所述参考电压，所述控制信号为1，所述过流保护开关导通。

当所述过流检测电阻的电压降在超范围时，所述过流检测比较器的正相输入端的电压小于所述参考电压，所述控制信号为0，所述过流保护开关断开。

进一步的改进是，所述参考电压的公式为：vref＝vcc-δvcc，vref为所述参考电压，vcc为所述电源测试通道的输出电压，δvcc为可容许误差，即在vcc至vcc-δvcc的范围内所述被测器件能进行正常测试。

所述过流检测电阻的最小值的公式为：rmin＝δvcc/itrig。

所述过流检测电阻的最大值的公式为：rmax＝δvcc/imax。

所述过流检测电阻的电阻大小在rmin和rmax之间皆可。

其中，rmin为所述过流检测电阻的最小值，rmax为所述过流检测电阻的最大值，itrig为过流触发值，imax为各所述被测器件在各种测试条件下的电流规格的最大值，itrig大于imax。

进一步的改进是，itrig为imax的3倍～5倍。

进一步的改进是，步骤四的初始化设置中设置连接所述过流检测比较器的反相输入端的小于0v的初始化电压，在ate上电后的初始化过程中，所述初始化电压使所述过流检测比较器的输出端输出大小为1的所述控制信号并使所述过流保护开关导通。

初始化完成后进行所述参考电压的设置并使所述过流检测比较器的反相输入端连接到所述参考电压。

本发明在各电源扩展支路中设置有过流保护电路，过流保护电路能检测测试时对应的电源扩展支路的电流大小，在电流扩展支路的电流正常时保持电源扩展支路和被测器件的连接；在电流扩展支路过流时断开电源扩展支路和被测器件的连接，从而能防止过流的电流扩展支路将对应的电源测试通道的输出电压拉低从而影响连接同一电源测试通道的其它电源扩展支路的测试，所以本发明能实现过流隔离，能防止多支路共享电源测试通道时由过流引起的测试过杀，从而能提高测试准确性和测试效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有ate电源测试通道扩展结构的结构图；

图2是图1所示结构在一个被测器件出现过流时状态图；

图3a是采用图1所示的结构进行多个被测器件共享一个ps电源时的测试结果图；

图3b是对同一晶圆上的各被测器件进行1个被测器件独享一个ps电源时的测试结果图；

图4是本发明实施例ate电源测试通道扩展结构的结构图；

图5是图4所示结构在测试过程中各被测器件的电流都正常时的状态图；

图6是图4所示结构在测试过程中出现被测器件的过流时的状态图。

具体实施方式

如图4所示，是本发明实施例ate电源测试通道扩展结构的结构图；本发明实施例ate电源测试通道扩展结构包括：多个电源测试通道1，如图4中虚线框301所示，在虚线框301中包括了多个所述电源测试通道1，由于各所述电源测试通道1都相同，故图4中仅显示了一个电源测试通道1，同时，在图4中还用ps1表示对应的一个电源测试通道1。

各所述电源测试通道1包括多个电源扩展支路，由图4中显示了一个电源测试通道1共有n个电源扩展支路。

各所述电源扩展支路的输入端连接对应的所述电源测试通道1的输出端，各所述电源扩展支路的输出端连接一个被测器件4。为了更清楚的表示，图4中，ps1对应的各电源扩展支路对应的被测器件4还分别用dut11、dut12至dut1n表示，各所述电源扩展支路的输出端输出的电源分别用ps11、ps12至ps1n表示。

各所述电源扩展支路包括：支路选择开关2和过流保护电路3。为了更清楚的表示支路选择开关2，图4中，ps1对应的各电源扩展支路对应的支路选择开关2还分别用k11、k12至k1n表示。

所述过流保护电路3用于检测对应的所述电源扩展支路的电流大小，在所述电流扩展支路的电流正常时保持所述电源扩展支路和所述被测器件4的连接；在所述电流扩展支路过流时断开所述电源扩展支路和所述被测器件4的连接，防止过流的所述电流扩展支路将对应的所述电源测试通道1的输出电压拉低从而影响连接同一所述电源测试通道1的其它所述电源扩展支路的测试。

本发明实施例中，所述过流保护电路3包括：过流检测电阻5、过流检测比较器7和过流保护开关6。为了更清楚的表示，图4中，ps1对应的各电源扩展支路对应的过流检测电阻5还分别用r11、r12至r1n表示,过流保护开关6还分别用kk11、kk12至kk1n表示，过流检测比较器7还分别用comp11、comp12至comp1n表示。

所述支路选择开关2、所述过流检测电阻5和所述过流保护开关6串联连接，所述过流检测电阻5在所述电源扩展支路的输入端和输出端之间形成一个电压降，所述过流检测比较器7检测所述过流检测电阻5的电压降的大小并根据所述过流检测电阻5的电压降形成一个和参考电压vref比较的信号，所述过流检测比较器7的输出端输出一个根据比较结果形成的控制信号到所述过流保护开关6，所述过流保护开关6在所述控制信号的控制下导通或断开；当所述电源扩展支路过流时所述过流检测电阻5的电压降会超范围，所述控制信号使所述过流保护开关6断开；当所述电源扩展支路的电流正常时所述过流检测电阻5的电压降在正常范围，所述控制信号使所述过流保护开关6保持导通。

较佳为，所述过流检测比较器7的正相输入端即+端连接所述电源扩展支路的输出端，所述过流检测比较器7的反相输入端即-端连接参考电压vref；所述过流保护开关6为低电平常开型开关。

当所述过流检测电阻5的电压降在正常范围时，所述过流检测比较器7的正相输入端的电压大于所述参考电压vref，所述控制信号为1，所述过流保护开关6导通。

当所述过流检测电阻5的电压降在超范围时，所述过流检测比较器7的正相输入端的电压小于所述参考电压vref，所述控制信号为0，所述过流保护开关6断开。

更优选择为，所述参考电压vref的公式为：vref＝vcc-δvcc，vref为所述参考电压，vcc为所述电源测试通道1的输出电压，δvcc为可容许误差，即在vcc至vcc-δvcc的范围内所述被测器件4能进行正常测试，vcc是根据所述被测器件4的测试项目的需要进行设置，例如，一个测试项目对应的vcc为5v，δvcc为0.01v，则vref为4.99v。

所述过流检测电阻5的最小值的公式为：rmin＝δvcc/itrig。

所述过流检测电阻5的最大值的公式为：rmax＝δvcc/imax。

所述过流检测电阻5的电阻大小在rmin和rmax之间皆可。

其中，rmin为所述过流检测电阻5的最小值，rmax为所述过流检测电阻5的最大值，itrig为过流触发值，imax为各所述被测器件4在各种测试条件下的电流规格的最大值，itrig大于imax。itrig在大于imax的条件下也不宜过大，本发明实施例中itrig为imax的3倍～5倍。

所述参考电压vref是在测试过程中加入的，由于在ate上电之前所述电源扩展支路的输出端的电压为0，为了在启动过程即初始化过程中使各所述过流保护开关6都导通，所述参考电压vref在启动过程中不能加入到所述过流检测比较器7的反相输入端，而是需要在ate的初始化过程中，所述过流检测比较器7的反相输入端连接一个初始化电压，所述初始化电压小于0v，使初始化过程中所述过流检测比较器7的输出端输出大小为1的所述控制信号并使所述过流保护开关6导通。初始化完成后所述过流检测比较器7的反相输入端才连接到所述参考电压vref。

本发明实施例电路能够很好的实现过流隔离：

如图5所示，是图4所示结构在测试过程中各被测器件的电流都正常时的状态图，为了更清楚的表示，图5中，ps1对应的各电源扩展支路对应的电流还分别用i11、i12至i1n表示，各电源扩展支路的输出端电压分别用v11、v12至v1n表示；可以看出i11、i12至i1n都没有过流，故各电源扩展支路在所述过流检测电阻5上的电压降都小于δvcc，使得各所述过流检测比较器7的正相输入端的电压即v11、v12至v1n都大于参考电压vref，使各所述过流检测比较器7的输出端都输出信号1即图5中的“1”，各过流保护开关6即kk11、kk12至kk1n都导通，各被测器件4实现正常测试。

如图6所示，是图4所示结构在测试过程中出现被测器件的过流时的状态图，图6中显示i11出现过流，这会使得v11小于参考电压vref，从而使得comp11的输出端输出信号0即图6中的“0”，kk11断开，dut11所对应的电源扩展支路断开，其它各电源扩展支路依然正常工作；由于过流的dut11所对应的电源扩展支路断开，故不会对ps1的输出电压造成降低的影响，从而也不会影响其它各电源扩展支路的测试。

本发明实施例测试应用方法采用图4所示的本发明实施例ate电源测试通道扩展结构进行测试，如下步骤：

步骤一、将被测器件4连接到各所述电源扩展支路的输出端并建立失效被测器件4的编号列表，在进行各所述被测器件4的第一项测试项目之前初始化所述编号列表。

步骤二、进入当前测试项目，根据所述编号列表设置各所述电源扩展支路的所述支路选择开关2的状态，所述编号列表中对应编号的所述被测器件4所对应的各所述支路选择开关2设置为断开状态，其它各所述支路选择开关2设置为导通状态。

步骤三、设置各所述电源测试通道1的上电参数，将各所述电源测试通道1上电后的输出电压设置为当前测试项目所需电压，如：当前测试项目所需电压为5v时，能将vcc设置为5v。

步骤四、进行初始化设置，初始化过程中各所述支路选择开关2为导通状态的各所述电源扩展支路都导通，也即所有在步骤二中被选择的各所述电源扩展支路都导通。

步骤五、进行当前测试项目的测试之前进行所述参考电压vref设置，本发明实施例中，所述参考电压vref设置为vref＝vcc-δvcc，如：vcc为5v，δvcc为0.01v时，vref为4.99v。

进行当前测试项目的测试，测试过程中，所述过流保护电路3检测对应的所述电源扩展支路的电流大小，在所述电流扩展支路的电流正常时保持所述电源扩展支路和所述被测器件4的连接；在所述电流扩展支路过流时断开所述电源扩展支路和所述被测器件4的连接，防止过流的所述电流扩展支路将对应的所述电源测试通道1的输出电压拉低从而影响连接同一所述电源测试通道1的其它所述电源扩展支路的测试。

如图5所示，各看出i11、i12至i1n都没有过流，故各电源扩展支路在所述过流检测电阻5上的电压降都小于δvcc，使得各所述过流检测比较器7的正相输入端的电压即v11、v12至v1n都大于参考电压vref，使各所述过流检测比较器7的输出端都输出信号1即图5中的“1”，各过流保护开关6即kk11、kk12至kk1n都导通，各被测器件4实现正常测试。

如图6所示，当i11出现过流时，会使得v11小于参考电压vref，从而使得comp11的输出端输出信号0即图6中的“0”，kk11断开，dut11所对应的电源扩展支路断开，其它各电源扩展支路依然正常工作；由于过流的dut11所对应的电源扩展支路断开，故不会对ps1的输出电压造成降低的影响，从而也不会影响其它各电源扩展支路的测试。

步骤六、当前测试项目结束，将当前测试项目中出现过流的所述电流扩展支路对应的被测器件4的编号添加到所述编号列表中，如图6中的dut11的编号将会添加到所述编号列表中。

步骤七、重复步骤二至六进行各所述被测器件4的下一个测试项目，直至各所述被测器件4的所有测试项目都完成。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。