新兴技术正在推动系统级测试的采用

随着半导体晶体管尺寸的减小，芯片复杂度呈指数级增长，半导体测试已成为确保只有高质量产品才能进入市场的关键。随着更严格的可接受质量级别(AQL)认证的引入，测试方法必须不断发展以满足这些标准，系统级测试(SLT)和使用自动化测试设备(ATE)的传统测试提供了全面的测试策略，以确保设备超过质量要求。

系统级测试(SLT)可以识别和解决许多测试问题，并不是新技术。自20世纪90年代末以来，它就被用于计算领域。然而，随着集成到芯片中的晶体管呈指数级增长，芯片的复杂性也在不断增加，越来越多的集成芯片(IC)制造商开始使用SLT来提高芯片的良率和质量。

什么是系统级测试?为什么它不同?

系统级测试，也称为功能测试，是一种测试被测设备(DUT)在其最终使用的方法。通过运行操作系统并使用被测设备执行一般或有针对性的应用程序测试，可以完成传统ATE测试之外的额外验证。SLT测试通常是带有额外验证步骤的正常设备操作。

行业趋势驱动系统水平测试

在过去的20年里，由于芯片行业的几个趋势，SLT市场有了很大的增长。

首先，设备质量要求越来越高。近10年来，人们对手机等电子设备的依赖程度越来越高，对芯片质量的要求也越来越高。这促使制造商对其芯片和系统进行全面测试，以减少最终用户在购买产品后遇到问题的可能性。正因为如此，移动设备的SLT经历了快速增长。

另一个趋势是汽车字段。在辅助自动驾驶汽车中，电子设备和软件用于感知和响应自动转向或制动事件。先进驾驶辅助系统(ADAS)要求更高的标准，这意味着超高功率和混合信号设备的性能，以及平台效率和热稳定性至关重要。

芯片供应商不断将技术推向极限，以提高性能、电池运行时间和产量，这意味着他们必须:

• 从新的工艺节点尽可能早地交付产品，尽管工艺故障率可能很高
• 在尽可能低的电压下操作，以延长电池的运行时间
• 微调锁相环(PLL)设置以最大限度地提高产量
• 采用尖端封装技术，提高晶体管密度和性能

此外，在汽车信息娱乐领域，汽车公司比以往任何时候都更接近技术前沿。采用尖端技术以实现更高的稳定性，使他们能够缩短汽车信息娱乐产品的上市时间。

SLT的另一个增长领域是大数据处理、边缘和云人工智能(AI)应用，这些应用对大功率的要求从数百瓦到数千瓦不等。

考虑到驱动这些不同市场的各种需求，确保高质量的组件在成品中运输变得至关重要，但也非常复杂。随着技术不断被推向极限，SLT的使用在防止故障遗漏和确保组件达到所需的质量水平方面变得越来越重要。除了提高产品质量外，在尽可能接近终端应用的地方运行设备有助于缩短上市时间。

传统的测试覆盖率变得更具挑战性

集成电路制造商不断地在一个芯片上集成更多的功能。以移动处理器为例。在早期，功能主要局限于打电话。如今，移动设备支持图形、图像处理、高级安全等功能。在过去，通信是通过数字处理完成的，但今天的设备包括语音和生物特征数据处理，甚至人工智能算法。因此，应用处理器(AP)需要与高速存储器相结合。

处理器随着时间的推移而不断发展，它们所提供的功能也在迅速扩展。跟踪健康指标、记录和存储、连接和控制、与外围汽车传感器通信以确保安全，以及通过机器学习和人工智能简化人们的生活等功能，一直在提高生产力和安全性。与这些功能块的交互相关的错误可能特别难以捕获，特别是当其中的测试接口使用不同的语言时。

所有这些新功能都集成在一个AP中，这意味着增加的晶体管数量在某些情况下超过了摩尔定律。

当然，测试挑战不仅仅局限于设备功能。当我们将多个晶体管集成到IC中时，有时必须进行权衡，从而导致通过传统方法实现的测试覆盖范围的损失。随着晶体管数量的增加，故障的概率更高，需要额外的测试来避免故障率的增加。ATE测试不再足以捕捉所有故障，因此可以使用SLT来实现更全面的测试覆盖。

如何运行SLT?

SLT是一种与产品的最终用途紧密匹配的产品功能测试。“系统”部分是在自定义的系统级测试板上实现的，测试流程包括:

• 具体操作:运行设备的一般功能和系统固有的目标应用程序，并验证它们按预期工作。这些操作可以包括启动芯片、加载操作系统或运行由模块编写的特定程序，例如性能评估程序。所使用的系统级测试板类似于提供给客户的参考设计或评估板。
• 判断手术是否成功:根据测试结果或操作的成功/失败来衡量。例如，在验证内部进程是否成功执行时，对操作系统进行验证，以确认其可以成功启动，或者测量某个特定值(例如，性能测试结果与阈值之间的比较)作为判断的基础。

在大多数情况下，SLT中的系统配备了机载处理器来执行测试流程。由于SLT主要关注的是芯片系统(SoC)和封装系统(SiP)芯片，因此测试处理器通常是被测设备的一部分。如果情况并非如此，则被测设备的外围测试系统需要配备合适的处理器。

被测设备周围的SLT板电路可能会根据要求发生变化。故障转义报告可以快速、方便地显示在屏幕上。这种类型的测试很难在ATE上实现，因为必须进行大量的故障分析，以追踪晶体管级别的功能故障。SLT更适合这种类型的测试，因为它可以使用触发错误的确切用例，并快速将此功能测试添加到SLT测试中，这几乎可以立即确定错误转义的根本原因。

然而，由于SLT是模拟真实终端使用场景的功能测试，而不是我们在ATE中看到的结构测试，因此SLT测试时间通常比传统ATE更长。因此，并行测试效率对于保持SLT的成本效益变得非常重要。ATE测试时间通常以10秒为单位，而SLT测试时间以1 ~ 10分钟为单位。为了达到最高的效率，并行测试必须比ATE高一个数量级。

成本问题

归根结底，成本很重要。全面的测试策略可确保尽可能早地捕获故障，避免下游流程成本。ATE晶圆测试在过程早期捕获故障方面表现良好，包括晶体管级问题，对频率/电压电平变化的敏感性，以及符合基本设计规范。

在包装过程中产生了一些故障，使用ATE最终测试来识别这些问题。然而，仍然有一些非常微妙和复杂的故障，如果要求低百万分率(DPPM)水平，该设备将永远无法通过测试验收过程。

对于传统的质量需求，ATE成本通常随着测试时间的增加而增加。这种增长一般是可控的，在某种程度上是线性的。然而，当需要高复杂性晶体管时，ATE的成本最终将达到曲线上的拐点并呈指数增长。

这主要是因为识别这些故障需要花费大量的时间，并且需要用外围设备进行测试。其中一些测试今天在ATE上完成，包括一些参数和功能测试。然而，在某些情况下，额外电路的数量和测试的长度意味着这种类型的测试在ATE上是不可行的。有趣的是，SLT成本/测试时间不会随着复杂性的增加而增加，因为它只是启动或运行一个应用程序。在过去的50年里，ATE一直非常擅长捕捉晶体管级设计参数故障，并将继续是最具成本效益的方法。SLT应用于无法在ATE上使用实际芯片应用场景实现的测试。

为什么很多类的错误在ATE中被捕获，而在SLT中却没有?原因是，与ATE不同，SLT不会系统地测试每个晶体管及其参数，而只是测试器件中现实应用的子集，并提供功能结果。要运行每一个可以想到的应用程序来激发每一个晶体管并产生故障几乎是不可能的。

SLT的成本效益是通过使用它来找到由ATE无法测试的问题引起的故障的合理百分比，或者同时刺激芯片和周围的多个IP模块来实现的。与ATE相比，每个设备的测试成本可能是四分之一或更少，因为并发可测试性(一次测试的设备数量)要高得多。

随着复杂性呈指数级增长，关键任务应用程序的数量不断增加，结合ATE和SLT测试是以最低成本保持高质量水平的理想解决方案。

在某种程度上，ATE成本与复杂性/晶体管数量呈线性相关，因此它应该用于捕捉晶圆和IC级别的故障。SLT在筛选出最后几个方面非常划算，在测试流的末尾很难发现故障。因此，将SLT添加到现有ATE测试流程的末尾通常是具有非常高质量要求的关键任务应用程序的最具成本效益的策略。

只有同时使用ATE和SLT测试，才能实现全面的测试策略。通过考虑许多因素，包括所需的质量水平和成本，公司可以确定ATE和SLT之间的最佳平衡。

的优点之一Teradyne Titan SLT测试仪是真正的平行测试。每个芯片完全独立于相邻的芯片，这是执行SLT和批处理更有效的方式。

此外，Teradyne拥有一个已经使用了十多年的大型自动化生产平台。通过将我们的存储自动化架构与半导体测试专业知识相结合，Teradyne泰坦提供全面的SLT自动化和测试解决方案。

SLT是补充测试步骤，也是ATE测试的扩展，以确保满足所需的质量水平。Teradyne提供支持整个测试生命周期的解决方案，确保我们的客户能够实现最大范围的测试覆盖，向市场交付最高质量的产品，同时减少测试时间和成本。

结论

SLT已经存在了近30年，主要用于尖端的大规模数字计算应用。有些错误只有在实际应用场景中才能看到，而SLT是唯一适合这种情况的。它是在系统级测试板上使用专用外设对芯片进行应用级测试，以捕获最后0.00xx%的故障，并实现尽可能低的错误逃脱率。

SLT的增长是由于对质量的需求不断增加，电子应用场景的快速增长，芯片复杂性的增加，以及市场窗口时间的缩短。通过结合ATE和SLT测试，Teradyne为大批量制造提供了全面的测试解决方案，旨在捕捉最多的故障，不仅可以解决手机应用处理器，还可以解决汽车和高性能计算终端市场的处理器。

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