本文来源于知乎，已获作者授权，谢谢。
作者：温戈
链接：
https://www.zhihu.com/question/20584576/answer/1538640891
知乎网友提问：半导体厂商如何做芯片的出厂测试？
例如 Intel 的 CPU、手机处理器，这样复杂的 IC 要测的功能恐怕很多。
我想得到的困难有：
1、BGA 这样的封装，应该不能多次焊接吧，那又如何上电测试呢
2、那么多的功能，真的要写软件一样一样测吗？很费时间吧
等等。。
作为前Teradyne ATE工程师，现AMD DFT+数字IC设计工程师，以亲身项目经验，来谈谈这个问题。
先来说一下完整的测试流程，再针对题主的两个问题回答一下。
一、芯片测试概述
芯片测试分两个阶段，一个是CP(Chip Probing)测试，也就是晶圆(Wafer)测试。另外一个是FT(Final Test)测试，也就是把芯片封装好再进行的测试。
CP测试的目的就是在封装前就把坏的芯片筛选出来，以节省封装的成本。同时可以更直接的知道Wafer 的良率。CP测试可检查fab厂制造的工艺水平。现在对于一般的wafer成熟工艺，很多公司多把CP给省了，以减少CP测试成本。具体做不做CP测试，就是封装成本和CP测试成本综合考量的结果。
一片晶圆越靠近边缘，die(一个小方格，也就是一个未封装的芯片)出问题的概率越大。
随着芯片规模的越来越大，测试也更为复杂。ATE(Automatic Test Equipment)也就应运而生。 目前ATE公司最大的是Teradyne和爱德万，NI目前也在做这一块，并且很多小公司都在用NI的仪器。国内的公司知名的有长川科技。
ATE作为集成了众多高精密的Instruments的设备，价格自然不菲。一台泰瑞达的高端Ultra Flex可以买上海的几套房！
二、芯片测试流程
在测试之前，当然要有ATE设备，CP测试需要Probe Card, FT测试需要Load board, Socckt等。来一张全家福吧。最下边左一是Load Board(又叫DUT Board), 左二是Probe Card.
然后由芯片设计公司来提供Design Spec和Test Spec(datasheet)来制定Test Plan,开发测试程序，建立测试项。
Test Plan示意图：
一般测试通常包含以下测试项：
DC parameters Test
主要包含以下测试，Continuity测试(又称open/short test)主要是检查芯片的引脚以及和机台的连接是否完好。其余的测试都是检查DC电气参数是否在一定的范围内。
Continuity Test
Leakage Test (IIL/IIH)
Power Supply Current Test (IDDQ)
Other Current/Voltage Test (IOZL/IOZH, IOS, VOL/IOL, VOH/IOH)
LDO，DCDC 电源测试。
以下这张图就是open/short test原理示意图，DUT(Device Under Test)的引脚都挂有上下两个保护二极管，根据二极管单向导通以及截至电压的特性，对其拉/灌电流，然后测试电压，看起是否在设定的limit范围内。
整个过程是由ATE里的instruments PE(Pin Electronics)完成的。
- Digital Functional Test
这部分的测试主要是跑测试向量(pattern)，pattern则是设计公司的DFT工程师用ATPG(auto test pattern generation)工具生成的。
pattern测试基本就是加激励，然后捕捉输出，再和期望值进行比较。
与Functional Test相对应的的是Structure Test，包括Scan，Boundary Scan等，Pattern是根据芯片制造过程中产生的的defects和fault 模型来产生的，详细介绍参见下文。
https://zhuanlan.zhihu.com/p/161185302
应用Structure Test能更好的提高覆盖率。
当然还有Build-in-Self-Test (BIST)主要是针对memory进行的测试。
- AC Parameters Test
主要是AC Timing Tests，包含Setup Time, Hold Time, Propagation Delay等时序的检查。
- ADC and DAC Test
主要是数模/模数混合测试，检查信号经过ADC/DAC后的信号是否符合期望，这个地方涉及到的信号知识比较多。总体来说包含静态测试和动态测试。
Static Test – Histogram method (INL, DNL)
Dynamic Test – SNR, THD, SINAD
除了以上常规测试项，根据芯片的类型不同可能会进行不同的测试，比如RF测试，SerDes高速测试。Efuse测试等。
一个基本的测试流程图如下：
测试流程图
所有的测试项都是在ATE上执行的，一般会执行几秒到几十秒，因为ATE是根据机时来付费的(很少有海思，苹果这种土豪公司一次买数十台)，所以缩短测试时间变得尤其重要！另外一般芯片在量产测试的时候，都是百万颗或者千万颗，每个芯片节省一秒，总体来说缩短的时间还是很可观的。
在测试执行完成后，ATE会输出一个Datalog，以显示测试结果。对于测试pass或fail测试项的不同，也会对其进行分类(Bin)，最后由Handler分拣。
datalog 示意图：
以上就是芯片的测试完整流程。再放两张芯片测试的封测厂/实验室的环境图：
封测厂需要穿静电服
图为Advantest测试机台
至于题主的两个问题：
1、BGA 这样的封装，应该不能多次焊接吧，那又如何上电测试呢？
对于封装好的芯片，通常测试是不需要进行焊接的，它和ATE机台的连接方式是通过socckt和Load board。
socckt也就是放芯片的底座，长这样：
不同大小，不同封装类型的芯片，socckt也不同，有专门的做这个的厂商。
先把芯片放到socckt里，再把socckt放到load board上，load board再放在机台上。有的load board很重，对很多女同志来说搬起来是有些辛苦啊！
一个load board上面支持放多个socckt，我们称其为site。示意图如下，共6个site，可以对6个芯片同时进行测试：
2、那么多的功能，真的要写软件一样一样测吗？很费时间吧
在这里先说明一下，芯片的逻辑功能是有IC验证工程师来完成的，是在流片之前，并不依赖于测试。
而芯片测试里的function test/structure test是跑pattern， 测试的是在制造过程中芯片是否有缺陷，从而影响功能/性能。
所以测试工程师所需要的关心的就是把pattern都跑通，如果跑不通可能会和DFT工程师一起进行diagnosis。
测试工程在写测试项的时候，也不是要一行一行代码去写，通常ATE机台的嵌入式软件都有提供测试项的Template, 只需要填写参数就好。另外针对一些大客户的成熟测试项，也会开发一些测试模板，留好必要的参数接口，这样就很方便应用到其他的芯片测试上。
写在最后：
一个完备的的芯片测试不是靠芯片测试工程师一个人完成的，而是需要设计工程师，DFT工程师的支持，以及由可靠的EDA工具，优秀的硬件支撑等多方因素共同决定的。
芯片测试是极其重要的一环，有缺陷的芯片能发现的越早越好。在芯片领域有个十倍定律，从设计-->制造-->封装测试-->系统级应用，每晚发现一个环节，芯片公司付出的成本将增加十倍！！！
所以测试是设计公司尤其注重的，如果把有功能缺陷的芯片卖给客户，损失是极其惨重的，不仅是经济上的赔偿，还有损信誉。因此芯片测试的成本也越来越高！
在 IC 行业，每一个环节都要十分小心，一次流片的费用在数十万美金，一天的ATE机台使用几百美金。而一个芯片的利润可能只有几美分。这也是IC行业投资周期长，收益少的原因，基本前几年都在亏钱。幸运的是国家越来越重视芯片了，期待国内IC发展能越来越好。
