FT测试中的Leakage Test(漏电流测试),是检查芯片在"静态"或"高阻"状态下是否有异常电流泄漏的关键项目。它能有效筛选出工艺缺陷(如栅氧化层损伤、PN结漏电、寄生通道等),是保证芯片功耗和可靠性的基本测试。
下面从目的、原理、常见测试项、判断方法等方面做系统介绍。
一、为什么做Leakage测试?
- 发现工艺缺陷:离子污染、光刻不准、氧化层针孔、硅缺陷等都会导致漏电。
- 保证低功耗:漏电过大会使静态功耗超标,尤其在电池供电设备中无法接受。
- 确保逻辑正确:过大的输入漏电可能拉偏外部驱动电平,导致逻辑误判。
- 预防早期失效:严重漏电点往往是热斑或电迁移的起点,影响长期可靠性。
二、测试基本原理
核心思路:将被测引脚置于确定的电压状态(高/低/高阻),测量流过该引脚的电流,并与规格书限值比较。
- 对于输入引脚:通过ATE(自动测试设备)的PMU(精密测量单元)施加电压(VIL或VIH),测量电流。
- 对于输出引脚 :先将其设为高阻态(三态),再施加外部电压,测量漏向引脚或从引脚漏出的电流。
- 对于电源/地引脚:可测整体静态电流(IDDQ/ISB),或测特定电源域之间的漏电。
关键条件:芯片其他引脚需置于正确的偏置状态(通常是正常工作电压,但输出不驱动负载),确保被测引脚无其他电流通路(如驱动电路未启用)。
三、FT中常见的Leakage测试项
| 测试项 | 全称 | 被测引脚类型 | 施加条件 | 测得的漏电方向 |
|---|---|---|---|---|
| IIL | Input Leakage Low | 输入引脚 | 引脚电压 = 0V(或VIL_max) | 从VDD经输入保护/内部上拉泄漏到引脚 |
| IIH | Input Leakage High | 输入引脚 | 引脚电压 = VDD(或VIH_min) | 从引脚泄漏到地(或从引脚经内部下拉到地) |
| IOZL | Tristate Output Leakage Low | 三态输出引脚 | 引脚电压 = 0V,输出禁止 | 从VDD经输出驱动管泄漏到引脚(P管漏电) |
| IOZH | Tristate Output Leakage High | 三态输出引脚 | 引脚电压 = VDD,输出禁止 | 从引脚经输出N管泄漏到地(N管漏电) |
| IDDQ | Quiescent Supply Current | 电源引脚 | 所有输入稳定,输出无负载 | 从VDD流入芯片的总静态电流(含所有漏电和静态功耗) |
有些FT程序还会针对模拟引脚 (如ADC输入、参考电压)测试泄漏,或测试不同电源域之间的漏电流(如VDD到VDDIO)。
四、测试执行方法(以ATE为例)
- 预置状态:将芯片置于静态模式(如复位、待机或特定测试模式)。
- 设定PMU:对被测引脚施加目标电压(如0V或VDD)。
- 强制电压/测量电流 :使用PMU的
Force Voltage, Measure Current模式。 - 等待稳定:漏电通常很小(nA~μA级),需足够稳定时间(几毫秒到几十毫秒)。
- 比较判断:测得的电流绝对值与规格书限值(如±1μA)比较,超出即判为失效。
注意事项:
- 串扰影响:相邻引脚漏电可能叠加,需隔离测试(如只让一个引脚悬空,其余接地或固定电平)。
- 温度效应:漏电随温度指数上升,FT通常会在常温(25℃)及高温(如85℃或125℃)下测试。
- 电压效应:实际测试电压可能略高于工作电压(如VDD+10%)来暴露缺陷。
五、典型规格与失效判断
| 工艺节点 | 典型IIL/IIH限值 | 典型IOZL/IOZH限值 | 典型IDDQ(数字芯片) |
|---|---|---|---|
| 0.35μm及以上 | ±1 μA | ±10 μA | < 1 mA |
| 0.18μm -- 90nm | ±1 μA | ±5 μA | 几mA~几十mA |
| 65nm及以下 | ±100 nA ~ ±1 μA | ±1 μA ~ ±5 μA | 几十mA(工艺漏电大) |
失效模式:
- IIL过大 → 输入保护二极管击穿、ESD结构损坏、栅氧短路
- IOZH过大 → 输出N管未完全关断、栅极浮空
- IDDQ异常高 → 多种漏电叠加,常作为筛选"早期失效"的强力手段(IDDQ测试)
六、与其它测试的关系
- Open/Short测试:先做,确保引脚连通且无对电源/地短路。
- 功能测试:之后做,Leakage测试保证芯片在静态下功耗正常。
- IDDQ:可看作Leakage测试在电源引脚上的体现,有时单独列为静态电流测试。
七、总结
FT中的Leakage测试不是单一动作,而是一组针对不同引脚、不同电压状态下的漏电流检查。
其中IIL只是输入漏电的一部分(低电平状态),完整的漏电测试通常包含:
- 输入漏电(IIL, IIH)
- 三态输出漏电(IOZL, IOZH)
- 电源静态电流(IDDQ)
通过这些测试,可以低成本、高效率地筛掉因工艺或封装引入的漏电缺陷,保障芯片在系统级应用中的功耗和可靠性。
如果你需要更具体的测试序列(例如MCU或存储器的Leakage测试范例),可以进一步说明芯片类型,我可以提供更详细的参考。