SiP电路的测试系统设计

刘家恒

摘要：设计一款电路及其生产测试,需要投入大量的金钱和时间。随着制造工艺不断地提升,半导体产业的发展对照摩尔定律越来越难实现。如何快速低成本实现一款新的满足要求的电路,成为一个迫在眉睫的问题。

关键词：SiP电路；测试系统

系统级封装(System In Package,Si P),是将多个裸芯封装在壳体里的方式[1]。多个裸芯之间通过线键合(Wire Bonding)、覆晶接合(Flip Chip)进行连接。该方式无需开发设计新的裸芯,只需利用成熟的裸芯。因此方式能够有效降低设计风险,缩短开发周期,降低开发成本[2]。但由于裸芯之间的互联关系,就会存在相互影响,使得测试变得复杂不可控,本文针对公司的一款开发设计了一整套的测试方案,对其进行测试。如果Si P电路能够顺利通过测试,即认为该Si P电路是良品。

图1 Si P电路框图

1 Si P电路简介

该款Si P电路为一款内置DS P裸芯、FPG A裸芯、FPGA配置裸芯、SPI FLASH存储电裸芯和一些滤波电容。该Si P电路的整体框如图1所示。

Si P的内部详细连接如图2所示,其中最为主要的是DSP裸芯和FPGA裸芯之间的连接关系,采用了用XINTF总线连接方式。

该款Si P电路封装为为陶瓷柱栅阵列CCGA(ceramic column gridarray)陶瓷封装,管脚数为836。电路的管壳正反实物照片如图3所示,该图背面为未植柱图。最终成品如图4所示。

2 Si P电路测试

Si P测试主要分为连接性测试、Automatic Test Equipment(ATE)测试和老化测试。

2.1 连接性测试

为了确保电路的所有管脚连接性,设计一块测试板对其连通性进行测试。设计的思路是将所有的IO口进行相互连接。编写程序设置一个为输出,一个为输入,进行测试。通过延迟后,将输入输出互换,再次测试。电路内部含有DSP和FPGA。为了测试简便,都是DSP内部互连,FPGA内部互连。所有分别编写测试代码进行测试。二者之间采用XINTF总线进行连接,在FPGA中例化出来一个SRAM,DSP对其进行读写,来测试二者之间的互联性。通过FPGA的烧写代码,为了确保电路的所有管脚连接性。分别编写DSP和FPGA代码对内部SPI FLASH进行遍历读写。从而保证连接性[3,4]。设计的硬件测试插座板如图5所示。

图2 内部详细互连示意图

图3 壳体实物正反图

图4 成品示意图

图5 硬件测试插座板

图6 测试DSP部分的DUT测试板

2.2 ATE测试

电路的电气性能测试必须使用集成电路测试机即Automatic Test Equipment(ATE)。该款电路使用两种测试机,一种是安捷伦的Verigy93000进行DSP的性能测试,另外一种是泰瑞达的Integra J750对FPGA进行测试[5,6]。其Device Under Test Board(DUT测试板)如图6所示。

  

表1 部分测试数据

图7 老练原理示意图

由于Si P裸芯已经通过中测,所以Si P电路内部裸芯性能都能达标。部分测试数据如表1[7]。限于篇幅,不展示全部测试数据。

2.3 老化测试

按照GJB 2438B-2017中的H级设计要求,需要进行125℃条件下进行160小时的老练实验。老练板的原理图一般采用管脚标号示意的方式进行标识。老练原理如图7。经过老练后,Si P电路再进行一次连通性、性能测试,确保性能没有问题。

3 结语

本文简述了一款Si P电路的测试的设计方法。主要包括了连通性测试、ATE测试、老化测试。每一项测试都包含了硬件、软件和所使用的测试设备。通过构建这一测试方法,已顺利应用到该款Si P电路的测试验证上,对该电路的生产、测试起到了决定性作用。目前已顺利应用到该款电路的小批量试生产中。小批量试产,也证明了该测试方法设计的正确性和有效性。

参考文献

[1] 王圣辉,陆锋,苏洋,等.一种基于JTAG协议的SiP测试方法[J].测试技术学报,2020,34(3):252-256.

[2] 杨芳.双路隔离CAN驱动器微系统[J].电子与封装,2020(9):57-62.

[3] 梅亮,赵鹏,高会壮.SiP器件运行状态监测方法[J].舰船电子工程,2020(10):142-144+177.

[4] 杨亮,于宗光,魏敬和.一种基于JTAG接口的SIP测试调试系统设计技术[J].半导体技术,2018(4):316-320.

[5] 李扬.SiP系统级封装设计仿真技术[J].电子技术应用,2017(7):47-50+54.

[6] 张晓敏.SIP芯片HKY2101A的测试方法研究与测试板设计[J].航空计算技术,2017(5):119-122.

[7] 陈航.基于SiP技术弹载计算机的研究[J].机电产品开发与创新,2016(4):14-16.