基于LabVIEW 的集成电路测试数据上传和保存

王兵，王美娟，汪芳

（无锡力芯微电子股份有限公司，江苏无锡，214028）

0 引言

集成电路测试是集成电路产业中的重要环节，测试的本质是筛选参数合格的电路，在当今电路更新换代速度越来越快的前提下，测试中的数据的保存、分析就显得越发重要[1]，在电路研发前期，为了节约成本，通常会采用多项目晶圆(Multi Project Wafer，MPW) 和 工程批(Engineering Lot)来流片。在这些项目中，早期的测试数据能直观反映出电路潜在的问题，可以得出电路的指标是否满足设计要求、设计是否留有足够工艺裕量、工艺窗口选择是否最合适，是改版或优化的必要一环。

在集成电路量产过程中，测试数据同样重要，流片工艺参数的微小波动，封装工艺的细微改变等诸多环节都会影响到成品率，进而影响电路的品质，此时通过早期的测试数据分析，统计出SBL(Statistical Bin Limit，统计分类限度)[2]，CTQ(Critical-to-quality，品质关键点，集成电路测试中也叫关键失效项)、CPK(Complex Process Capability Index，制程能力指数)[3]等参数，可以提前发现有问题的环节，从而采取相应的改善措施，避免再出现大批量的失效和潜在的质量事故。

随着集成电路应用的日益广泛，其类别及需求量也与日俱增，通用的测试机往往不能满足特定芯片充分测试功能及参数的需求，另外也有测试工厂由于扩产需求而自行开发测试机，基于这些需求，很多以MCU 和FPGA 等嵌入式系统为核心的测试方案在测试中得到应用[4]。与商用ATE 不同，定制的嵌入式的测试系统一般不能保存测试数据。所以本文以LabVIEW 为平台开发了用于嵌入式测试系统的数据上传显示以及保存程序，解决了嵌入式测试系统数据监控、数据传输和保存问题，方便了后续对于测试数据的统计和分析。

1 硬件设计方案

由于目前常用的计算机（PC）基本取消了RS232 接口，取而代之的都是USB 接口，USB 接口支持热插拔，提高了使用便利性，所以这里使用USB 虚拟串口[5]芯片FT232RL[6]，将RS232 的信号转换成USB 信号，通过USB线缆来传输测试数据。FT232RL 为FTDI 生产的专用接口转换芯片，可以实现USB 到串行UART 接口的双向转换，利用USB 接口具有的即插即用和热插拔的能力可以给RS232设备提供非常容易使用的环境，另外FT232RL 通讯波特率(Baud Rate)在RS232 模式下高达3Mbps 的传输速率，完全符合测试数据的上传需求。

在本设计中， 嵌入式测试板的主控器MCU 为ATMEGA2560，使用其USART0 接口作为数据传输接口，综合考虑长线缆情况下的数据传输速度以及传输误码率，将数据波特率设定为115200bps，同时MCU 主时钟为7.3728MHz的晶振，是传输波特率115200bps 的64 倍，为整数分频，能进一步减少波特率误差，从而减少数据传输误码率[7]。

FT232RL 接口芯片的连接见图1 即本设计的硬件线路图。 其 中VCC 由USB 中5V 电 源 供 电，USBDM 和USBDP为USB 差分信号管脚。FT232RL 的TXD 发送端连接MCU的RXD 接 收 端，FT232RL 的RXD 接 收 端 连 接MCU 的TXD发送端。

图1 硬件线路图

FT232RL 运行需要安装相应的驱动，安装好驱动后，当FT232RL 连接到PC 后，PC 会显示相应的串口号如COM4。

2 软件设计及实现

对于集成电路测试系统而言，对测试数据有两个关键需求：一是要能实时显示各项测试参数、良率以及失效分布统计。二是要能按照一定数据格式保存测试数据，以便后续详细分析。根据以上两点需求，本文设计的测试数据上传和保存程序，总体上可以分为两部分：即数据显示用户界面(User Interface，UI)和后台数据处理程序。图2 为本项目的整体程序框图。

图2 整体程序框图

■2.1 VISA 串口相关函数设置

本设计中使用的LabVIEW 中的VISA 串口[8]函数包括：VISA 串口配置函数、VISA 串口读取函数和VISA 串口关闭函数。这里初始化设置串口参数：串口资源选择、波特率为115200bps，启用终止符(即接收到“ ”就停止接收串口数据)，无奇偶校验位，串口超时设置为10 秒钟，VISA 读取函数的缓冲区设置为3000Bytes.这里需要注意的是当PC端运行程序前，需要选择FT232RL 安装驱动后所对应的串口号。图3 为VISA 串口配置。

图3 VISA 串口配置

■2.2 数据保存路径设置

在集成电路测试过程中，测试数据的保存路径尤为重要，需要存放到指定服务器的特定文件夹中，以方便有权限的测试人员、质量人员调阅和分析，这时就对数据存放路径有一定要求。图4 中，path 控件中可以输入数据存放路径，举例来说，按照存放路径，在当前文件夹下存放名称为ET6282_ET6280 DATA LOG20230508090947_001.xls，其中包含的年月日时分秒信息获取自操作系统，这样就可以追溯这批电路的测试的具体时间，测试数据保存为EXCEL 能打开的.xls 格式。

图4 数据存放路径设置

■2.3 数据解析模块

数据解析的核心模块为LabVIEW 中的字符串匹配函数，可以取出字符串数据流中字符串前后等特定位置的字符串片段。

图5 为数据解析模块以及解析后的效果图，图中字符串输入控件为字符串数据流输入，项目控件为测试项匹配输入，字符串数据流经过字符串匹配1 函数后，取出项目关键字后的字符串，“=”号为等于号匹配，经过字符串匹配2 函数后，进一步取出等于号后的字符串。单位控件为测试项单位匹配，经过字符串匹配3 函数后，最终取出测试项单位前的字符串，也就是数值所对应的字符串。而图中的项目名称输入控件为将要保存到EXCEL 文档的项目名称。

图5 数据解析模块及其解析效果图

图5 中的实际数据解析模块运行效果图，可以看到该程序成功从字符串数据流中解析出具体测试项目的数据字符串后，利用字符串/数值转换函数将字符串转换为具体数值。

关于测试中不同失效BIN 的统计，当测试数据超出规范上下限后，输出带有ERROR 关键字的错误信息，如：ERROE:IDD = 10.596μA，解析程序首先匹配ERROR 的关键字，再匹配到后面的失效项IDD，同时IDD 所在的BIN号会增加一，这样就完成了BIN 的分类和统计，同时FAIL的统计也会加一。当测试完成后，会自动显示各个BIN 的失效数以及成品率数据。

■2.4 数据保存程序

数据保存程序也是本设计的重要功能，如图6 所示，这里使用LabVIEW 中VI 函数写入测量文件作为核心，将测试数据写入如EXCEL文件。合并信号函数的作用是将不同的测试参数合并后按照顺序传递到写入测量函数，然后按照项目、测试序号写入文件中。而注释输入根据测试结果写入PASS或者FAIL。图6 为实际的数据保存效果图，截取了测试数据的一部分。实际测试为了节省测试时间，测试模式为FAILSTOP 模式，即有一项失效就停止测试，输出FAIL 信号，后续保存的数据都为零。

图6 数据保存相关程序

3 系统运行效果

软件实际运行的结果见图7 和图8所示，图7 为程序实际执行后的数据显示界面。显示界面用于实时显示电路各个测试项的具体值，方便调试以及监控测试数据，包括测试数据存放路径设置以及存放路径显示、VISA 串口资源选择、PASS/FAIL 结果显示、测试良率统计、失效BIN 统计，以及各测试项的实际测试数值显示。

图7 数据显示界面实际效果图

图8 实际数据保存效果

图8 则为EXCEL 数据保存的结果，可以看到数据按照各项参数分类保存，同时失效的显示相应的失效BIN 号以及标注了PASS 和FAIL 的测试结果，达到了测试数据保存的要求。

4 总结

本文介绍了一种基于LabVIEW 的集成电路测试数据上传与保存方法，并开发了数据保存及上传系统，已经用于多种点阵LED 驱动电路的批量测试。 该系统极大方便了收集上传和保存数据，有助于工程师分析测试数据。尤其是一些关键参数，优化了测试中各项参数中的上下限的设定，提高了产品的质量，并将偏离中心值的电路批次，首先反馈到设计工程师，设计工程师在更新改版时，详细考虑设计裕量，或者优化电路拓扑结构，使相关参数指标收敛到更小的范围，提高产品性能。同时可以将异常数据批次反馈到流片工厂和封装厂，促进流片工厂完善PCM 参数的监控、促进封装厂改进封装工艺，全面提升产品质量，降低客户端的失效率，提高了客户满意度。同时，这款软件与嵌入式测试系统一起批量使用，很好的替代了测试费用昂贵的ATE 测试系统，降低了集成电路测试成本的同时也极大的方便了测试数据的保存与分析。