虚拟仪器技术在半导体测试中的应用研究

　　摘 要 随着半导体产业的飞速发展和半导体产品性能的不断提升，对相应的半导体测试方法提出了更高的要求，为了应对半导体产业飞速发展对半导体测试带来的挑战，本文介绍了半导体测试的特点以及国内半导体测试服务的不足，比较了虚拟仪器与传统仪器的差别，探究了虚拟仪器技术应用于半导体测试领域的关键技术，提出了一种将虚拟仪器技术的优势应用在半导体测试系统当中的测试方法，使得对半导体产品的测试速度更快、准确度更高。
　　关键词 虚拟仪器；LabVIEW；半导体测试；传统仪器
　　半导体测试伴随着半导体产品从研发设计到生成加工的整个过程，其测试内容涉及Wafer测试、电气测试、良品率测试、封装测试、FT测试等，其测试结果直接关系到半导体产品的性能和半导体企业的成本，因此半导体测试是半导体产业链中非常重要的组成部分。
　　同时，半导体产业的飞速发展和半导体产品性能的不断提升对相应的半导体测试方法提出了更高的要求，其测试系统需要不断地升级和改进，其测试人员需要推出新的测试方案或开发升级补丁。由于虚拟仪器技术在测试领域的强大优势，将其扩展性强、软硬件无缝集成、性能强的特点与半导体测试系统相结合将会具有广泛的应用前景，本文提出了一种将虚拟仪器技术的优势应用在半导体测试系统当中的测试方法。
　　1 半导体测试的特点
　　1.1 半导体测试在产品成本中所占比重越来越大
　　半导体产品生产企业每日有巨大的芯片数量有待测试[1]，巨大的数量就带来了巨大的测试压力。而且每一块芯片从晶圆、光刻、掺杂、切片、封装等多个工艺过程进行加工，由于工艺过程极其精细和复杂，在每一个测试节点都需要进行测试，对那些测试不合格的芯片不再进行下一环节的加工处理，这就需要大量的员工协同工作，这又会给半导体企业带来巨大的设备投入和人员成本。随着芯片性能的不断提高，芯片不但要完成信号的计算处理和存储功能，还要有滤波、通信、数模混合的功能，复杂高性能的芯片对测试系统的要求会更高，由此导致半导体企业在测试系统的研发和设计上会投入更多的成本费用[2]。
　　1.2 国内半导体测试服务还存在很多不足
　　全球半导体业发展到今天，测试已经成为产业链中独立的、不可缺少的一环，而对于刚刚提速的国内半导体行业来说，测试服务是一个薄弱环节，虽然国内有外资企业设立的测试机构，但其测试服务只针对外资企业本身，而国内的测试服务公司大都不是从大生产企业分离出来的，而是白手起家，因此在经验上缺少积累，很多测试生产过程的管理、质量控制手段等关键技术还需要向国外的测试公司学习[3]。国内半导体产品测试不可能完全依赖外资企业，发展自己的半导体测试服务已经刻不容缓。
　　2 虚拟仪器与传统仪器的比较
　　虚拟仪器是信息技术大发展的背景下产生的，特别是计算机科学对传统仪器行业带来的冲击和碰撞，它是仪器技术与计算机技术深层次的融合。虚拟仪器比较于传统仪器，基本的操作面板和测试功能是一样的，除此之外，虚拟仪器还拥有传统仪器所不具备的特殊优势。
　　2.1 灵活的软硬件结合，节约测试成本
　　虚拟仪器的出现改变了原先传统仪器硬件固定化的局限，允许测试人员根据实际测试情况灵活地选择仪器的软硬件，这样做的优势是模块化的硬件在不同的组织搭配下，可以完成多个测试任务，从而大大地节省了硬件成本。例如，同样的虚拟仪器硬件结合不同的应用程序软件，既可以监视和记录这个电机的功率，又可以测量电机的运行位置。由此，随着任务的增加和时间的叠加，虚拟仪器累积节约的成本会越来越多。
　　传统仪器会有适用范围极限，在适用范围满足不了测试任务的情况下，就需要更换性能更高的测试仪器，这种做法会让仪器功能重叠且浪费成本。虚拟仪器硬件具有很高的性能，当有主流计算机相关的新技术出现时，只需要更换虚拟仪器有关的部件即可，能够享受到计算机飞速发展带来的红利。
　　2.2 虚拟仪器技术扩展性强且应用广泛
　　虚拟仪器采用模块式结构，以仪器的功能特点划分为许多通用的模块，基本的形式有输入、输出、数据采集、数据处理等模块，对于不同的测试任务可以选择不同的通用模块组建一台相应的虚拟仪器，如果想提高测试系统的性能或者改变测试任务，可以方便地更换或者加入某几个通用模块，这些模块都可以通过软件驱动程序在软件开发环境里调用起来，从而避免了仪器的重复购置。这样做的好处是：不但测试组件简化，而且拓宽了测试应用领域。
　　2.3 与传统仪器完全兼容
　　虚拟仪器不但可以搭载自身的硬件模块，其软件平台还提供了一些第三方函数库，通过总线连接函数库可以跟传统仪器通信。除此之外，许多传统仪器厂商也会提供一个接口函数，通过驱动程序可以连接到传统仪器，它相当于一个仪器接口，每一个驱动程序就是它独特的功能仪器接口，配合独特的驱动程序，传统仪器就可以在虚拟仪器软件平台上完全兼容[4]。由此，测试用户可以根据自身的情况，将虚拟仪器和传统仪器结合使用，使其身边拥有的资源合理高效地使用起来。
　　3 虚拟仪器技术在半导体测试中的应用
　　半导体行业的快速发展促进半导体测试的飞速前进，将计算机技术与传统仪器结合的测试方法运用在半导体测试领域当中，不但可以发挥虚拟仪器本身的优势，还能使用到计算机技术强大的数据处理与分析能力，同时，将测量记录方式从模拟调整到数字，使得半导体产品的测试速度更快、准确度更高[5]。
　　3.1 半导体测试系统功能设计
　　半导体测试涉及范围较广、实现的功能复杂，测试系统的功能实现之后还要进行分析和统计处理，测试系统设计以满足半导体测试的自动化和快速化为目的，这就需要测试系统研发和设计人员对测试对象和测试过程充分地了解，选择合适的虚拟仪器功能硬件和开发相应的应用软件以满足相应的需求，半导体测试系统结构框图如图1所示。
　　如图1所示，虚拟仪器应用软件在很大程度上决定了半导体测试系统的功能，所以要完善软件系统设计，注意软件的实用性、可靠性及运行稳定性。
　　3.2 测试系统人机界面设计
　　测试系统最终是要服务于人的，好的人机界面设计会带来一个好的用户体验，不但要有测试系统所要求的功能，还应该考虑到软件的易用性和美观。一般测控系统会碰到测试量庞大、控制量多、测试流程复杂的测试任务，再利用计算机对一些数据进行分析和处理，这时，合理的设计菜单，就会让多种子界面在主界面完成调用，实现了在一个用户界面里使用到测试系统不同的功能模块。除此之外，更不能忽略测试用户的操作习惯，设计软件交互动作时，太复杂的操作会让测试用户感到疲倦，太简单的操作会让用户觉得缺少信息，所以合理的提示信息是必要的，分层、分级、分事件的交互处理方式会让交互软件变得更友好，合理的软件界面颜色搭配也会促进测试人员与交互软件之间的交流。
　　3.3 测试数据分析与处理
　　虚拟仪器的优势之一就是可以利用计算机技术强大的功能，例如，搭载互联网技术、计算机本身的数据存储和数据处理功能等，而半导体测试领域需求最多的测试系统，都是为了验证产品的性能参数，针对不同的测试对象，所关心的性能参数千差万别，但是都可以应用相关专业的计算方法得到性能参数的结果，随后判定参数的优劣以进行下一个环节。
　　最后，产品质量监管部门对测试结果还可以进行数理统计分析，得到半导体产品质量的分布曲线，判断出半导体产品是否存在质量问题，查找和分析可以改进的生产环节，努力提高半导体产品质量。
　　4 结论
　　本文提出了一种将虚拟仪器技术的优势应用在半导体测试系统当中的测试方法，半导体测试人员不但能够灵活的自定义与测试任务相关的仪器功能，还能够简化测试系统组件以节约成本，同时，结合计算机技术强大的数据处理与分析能力，还能够使其半导体产品的测试速度更快、准确度更高。值得注意的是，虚拟仪器应用软件在很大程度上决定了半导体测试系统的功能，这就需要测试系统研发设计人员充分了解测试对象和测试过程，注意测试系统的实用性、可靠性及运行稳定性。
　　参考文献
　　[1]刘广荣.全球12英寸芯片生产线稳步推进[J].半导体信息，2007（5）：12-15.
　　[2]杨立功，于晓权，李晓红，等.半导体可靠性技术现状与展望[J].微电子学，2015（3）：391-394.
　　[3]诸玲珍.半导体测试：不可或缺的一环[N].中国电子报，2004-11-05（09）.
　　[4]徐S.虚拟仪器和传统仪器的比较[J].电子技术，2005（12）：32-34.
　　[5]潘红.基于虚拟仪器技术的数字信号检测系统研究[D].长春：吉林大学，2015.