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半導(dǎo)體集成電路廠家，依靠技術(shù)測試人員、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)等測試儀器組成完整的測試系統(tǒng)，就要求測試人員能定量掌握測試技術(shù)，了解計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)的測試原理，能按類準(zhǔn)確設(shè)定器件電參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值對計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)二次編程進(jìn)行參數(shù)測試，并能搭試線路進(jìn)行直流或交流參數(shù)測試和分析。

2 測試中應(yīng)注意的問題

運(yùn)算放大器屬于模擬電路，輸入激勵(lì)和輸出響應(yīng)都是連續(xù)量，內(nèi)部各元件參數(shù)也是連續(xù)量, 失效模型較復(fù)雜，其元件具有容差和可能存在隱性缺陷，這導(dǎo)致失效因素的模糊性和隨機(jī)性。對越是精密、開環(huán)增益和工作頻率越是高的電路越是明顯，往往外部條件的細(xì)小變化（或干擾）也會引起測試結(jié)果的較大誤差。模擬電路中電流和電壓是重要參數(shù)，也是失效信息的重要組成部分。模擬電路的復(fù)雜性決定了需要采取多種方法來解決失效診斷問題。一般可采用直流測試法和交流測試法；第三種特殊方法是有針對性地施加沖擊應(yīng)力信號。交流測試法是指測試端為頻率響應(yīng)信號，又可分為頻率測試法和頻譜分析法。頻率測試法，如果全部激勵(lì)都是同一頻率的正弦函數(shù)，則電路中的所有穩(wěn)態(tài)響應(yīng)也將是同一頻率的正弦函數(shù)，這樣被測電路的幅頻特性可用來診斷電路的失效。輸入脈沖（方波）信號，可用來檢測輸出電壓轉(zhuǎn)換速率、建立時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間等參數(shù)。施加沖擊應(yīng)力信號，可強(qiáng)制檢測一般測試不出的隱性缺陷。

3 測試系統(tǒng)的基本測試原理

該原理符合國標(biāo)GB/T3442-86《半導(dǎo)體集成電路運(yùn)算（電壓）放大器測試方法的基本原理》[1] 和GB/T6798-96[2]。被測器件DUT和輔助運(yùn)放A共同構(gòu)成一負(fù)反饋閉環(huán)放大器（見圖1所示）。A要求開環(huán)增益大于60dB，增益由精密電阻 RF和RI的比例決定，由計(jì)算機(jī)程控。A的輸出 VL，經(jīng)運(yùn)算得到各參數(shù)的數(shù)據(jù)。

（1）輸入失調(diào)電壓VI0 （Vos）

定義：使輸出電壓為零（或規(guī)定值）時(shí)，兩輸入端間所加直流補(bǔ)償電壓(見圖1)。

測試時(shí)K1，K2，K6閉合，K8接地，開關(guān)K4置“地”或規(guī)定的參考電壓 VREF，使Vo設(shè)定為零（或規(guī)定值），可得到 VL =VL0。這時(shí)有：VI0 = RI /（RI+RF）× VL0 。RI、RF滿足： II0×[RI×R F /（RI+RF）]<< VI0；RF / RI×VI0< Vopp（A輸出峰-峰電壓）

（2）輸入失調(diào)電流II0 （Ios）

定義：使輸出電壓為零（或規(guī)定值）時(shí)，流入兩輸入端的電流之差(見圖1)。

開關(guān)K8接地、K6閉合，K4置地或V REF，K1、K2閉合，測得電壓VL1 ；開關(guān)K1、K2斷開，測得電壓VL2；則： II0 = RI/（RI+R F）×（VL2-VL1 ）/R

（3）輸入偏置平均電流IIB （Ib）

定義：使輸出電壓為零（或規(guī)定值）時(shí)，流入兩輸入端電流的平均值。

開關(guān)K1斷開、K2閉合，測得電壓V L1；開關(guān)K1閉合、K2斷開，測得電壓V L2；則：IIB = RI /（RI+RF）×（ VL1-VL2）/2R ；同樣也可測試Ib+、 Ib-等參數(shù)。

（4）開環(huán)電壓增益AVD（Avo）

定義：器件開環(huán)時(shí)，輸出電壓變化與差模輸入電壓變化之比（測試原理見圖1）。

K8接地，K1，K2，K6閉合，K4開關(guān)置 VREF分別接入Vs - 、Vs+或交流信號 G。方法A(直流測試法)：K4開關(guān)置Vs -，測得電壓VL1；K4開關(guān)置 Vs+，測得電壓V L2；則：AVD =（Vs+ - Vs-）/（VL1 -VL2）×（RI+ RF）/ RI或AVD′=20lgAVD （dB）。方法B(交流測試法)：K4開關(guān)置G交流信號，測得電壓 VL0；則：AVD =Vs /VL0×（RI +RF）/ RI。 注意：（Vs+ -Vs-）< Vopp；Vs< Vopp。

（5）共模抑制比KCMR（CMRR）

定義：差模電壓增益與共模電壓增益之比。 KCMR測試方法有共模輸入法和變電源法兩種。

共模輸入法（見圖1）：K4接“地”或基準(zhǔn)電壓VREF，K8接Vi ，K1，K2斷開，K3，K6閉合，使被測器件輸出電壓V o設(shè)定為規(guī)定值。在器件兩輸入端同時(shí)施加共模電壓 Vi，測得電壓VL1；在器件兩輸入端同時(shí)施加共模電壓 Vi′，測得電壓VL2；則：KCMR =（Vi′-Vi）× RF / [ RI×（VL2-V L1）]

（6）開環(huán)差模輸入電阻RID

定義：器件開環(huán)時(shí)，差模輸入電壓變化與對應(yīng)的輸入電流之比（測試原理見圖1）。

（7）輸出峰-峰電壓Vopp

定義：器件在規(guī)定電源電壓和負(fù)載下，所能輸出的最大峰-峰電壓。

運(yùn)算放大器的Vopp

測試原理見圖1。方法A（直流測試法）：通過設(shè)置基準(zhǔn)電壓VREF，使被測器件輸出電壓 Vo設(shè)定為V+值，實(shí)際測得正輸出電壓擺幅 Vo+；同樣設(shè)置基準(zhǔn)電壓V REF，使Vo設(shè)定為V -值，實(shí)際測得正輸出電壓擺幅Vo -；則：Vopp = Vo+ -Vo- 。方法B（交流測試法）：在VREF端加入交流信號，被測器件輸出端測得Vopp。

電壓比較器的Vopp

電壓比較器與運(yùn)放不同，采用開環(huán)測試的方法（K6、K7斷開）。比較器正輸出電壓擺幅Vo +（也稱為VOH，有的器件如LM139輸出端適配器上接上拉電阻RLˊ才能得到VOH）測試原理見圖1。負(fù)輸入端接地，正輸入端輸入電壓Vi，使器件輸出達(dá)到正飽和即為Vo+；通過設(shè)置 Vi，使輸出達(dá)到負(fù)飽和即為V o-。

其它直流參數(shù)和電壓轉(zhuǎn)換速率SR 、建立時(shí)間及帶寬等交流參數(shù)測試原理圖參見GB/T3442-86標(biāo)準(zhǔn)[1]。

以上分解圖中提到的“規(guī)定值”，可根據(jù)器件的詳細(xì)技術(shù)規(guī)范確定，是相對于測試電路信號公共地而言，實(shí)際應(yīng)用時(shí)與器件的直流工作點(diǎn)電位有關(guān)。

4 測試技術(shù)在生產(chǎn)中的實(shí)踐

4.1 計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)

國內(nèi)的能生產(chǎn)滿足軍標(biāo)IC產(chǎn)品的廠家，可采用小型計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)，如北京華峰公司的STS2107C模擬器件測試系統(tǒng)等。已經(jīng)使用的美國 GenRad 1731 M線性IC測試系統(tǒng)也是一種精度較好的小型計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)。有條件的可以采用能測高頻交流參數(shù)的高性能計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)。要配備精密穩(wěn)壓電源、精密信號源、精密電壓電流表、雙蹤采樣示波器和掃頻儀等設(shè)備，以彌補(bǔ)小型機(jī)系統(tǒng)的不足。

4.2 精密運(yùn)放的測試

從精密運(yùn)放本身來看，實(shí)質(zhì)上是一種高性能的直流藕合放大器，運(yùn)放輸出滿足：Vo= Avo×（VIN+ -VIN-）。當(dāng)輸入阻抗 Ri→∞時(shí)，放大器的Ib =（VIN+-VIN -）/Ri→0。一般影響精密運(yùn)放測試精度的情況有以下幾種。

（1）高輸入阻抗運(yùn)放電路（如MC3140、輸入阻抗高達(dá)1012Ω，Ib可小到pA級，AD549電路 Ib可小到0.1pA級）計(jì)算機(jī)I b，Vos參數(shù)測試顯示超標(biāo)偏大，若裸芯片質(zhì)量合格則解決方法有：(a) 計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)精度能力不夠，如測AD549、AD811電路，更換到高級測試系統(tǒng)與測試環(huán)境測試；(b) 計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)預(yù)熱不夠，可加長通電預(yù)熱時(shí)間；(c) 機(jī)房溫濕度未達(dá)到測試環(huán)境要求，要采取除濕措施降低空氣相對濕度（特別是春天、雨季）；(d) 成品外表面沾污，經(jīng)過一些加工過程篩選試驗(yàn)，電路或多或少有所輕微污染，可對外表進(jìn)行清洗并徹底烘干，測試人員要戴清潔的手套拿取電路，要禁止電路漫浸蘸錫；(e) 計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)測試接口夾具、電路適配器沾污，要進(jìn)行清洗和徹底烘干；(f) 批量生產(chǎn)選用管殼質(zhì)量不好，引線間絕緣電阻小于10 11Ω，選用引線間絕緣電阻大于1012Ω的管殼；(g) 批量生產(chǎn)封裝后電路內(nèi)部水氣含量偏高，封裝前要采取好防潮工藝。

（2）高精密、高增益和高頻率運(yùn)放電路參數(shù)測不準(zhǔn)，這類電路除應(yīng)滿足以上（1）中要求外，還要求計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)組成的環(huán)路條件和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輔助電路要與之相適應(yīng)（更精密些更防振蕩、干擾）。a.ICL7650斬波自校零運(yùn)算放大器（Vos=1mV）的測試，適配器上要外接與之匹配的 RC元件；b.OP297雙超高增益低輸入電流運(yùn)算放大器可能需要分開制作適配器單獨(dú)測試每個(gè)片內(nèi)放大器；c.AD811這樣的150MHz視頻放大器需要補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和輸入輸出50/75Ω同軸電纜匹配傳輸；

（3）電路低溫時(shí)參數(shù)測不準(zhǔn)，解決方法除滿足以上（1），（2）中要求外，還應(yīng)特別注意的是對MC3140， LF156/157，TL081/082/084，OP297等電路進(jìn)行低溫-55℃測試時(shí)，要采取冷源（液氮）就近擺放，快速一次性測完的方法，不然因電路表面冷凝結(jié)霜（露），造成Ib電流增大到不可容忍（假象）而測不準(zhǔn)。而AD549電路不要指望能全面準(zhǔn)確進(jìn)行一般的 -55℃低溫參數(shù)測試。

4.3 交流參數(shù)測試和雜難測試

只有小型計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)，交流參數(shù)一般可采用分解電原理圖制作交流測試盒用采樣示波器和掃頻儀等儀器來人工測試。一些國家重點(diǎn)科研單位有高級IC測試系統(tǒng)，對測試難度大的電路可借助這樣的權(quán)威測量機(jī)構(gòu)的力量進(jìn)行測試，并獲得準(zhǔn)確的交、直流參數(shù)測試報(bào)告和測試對比樣管。

4.4 隱性缺陷測試和早期失效電路的剔除

電路的失效因素包括內(nèi)部容差和缺陷。容差形成的原因有硅材料本身細(xì)小的差別（如電阻率），擴(kuò)散時(shí)摻雜濃度、結(jié)深不一致，光刻窗口輕微偏離或變形等。容差一般可盡量采用在標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定的測試條件，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)測試出來。

圖2圖3所示缺陷是在光刻時(shí)光刻區(qū)有侵蝕缺口或殘留SiO2造成的，它們既可造成容差又可成為引起早期失效的禍根，往往不能通過一般的測試來發(fā)現(xiàn)。可采用對電路施加較大電壓、較大負(fù)載和較高工作溫度等應(yīng)力，強(qiáng)度以正常電路管芯最大額定值為限，以剔除易早期失效的電路。

如采用，（a）應(yīng)力后測試法：用175℃高溫貯存、125℃高溫通電動態(tài)功率老化一定時(shí)間后再進(jìn)行測試。（b）應(yīng)力中測試法：即在施加高電壓、大電流等沖擊信號時(shí)同時(shí)進(jìn)行測試。往往需要一只正常電路作為比對樣管。如打破模擬電路不能掃描的禁忌，用圖示儀對雙極型運(yùn)放電路進(jìn)行電源、輸入輸出端掃描，測試它的 V-I特性曲線。有時(shí)，一邊慢慢增加V，I 應(yīng)力信號，一邊就可看到缺陷造成的突變點(diǎn)，甚至當(dāng)即失效。（切記必須熟悉電路內(nèi)部原理，對合格電路有保護(hù)措施才能實(shí)施）。

有完整的質(zhì)量保證體系才有優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，因?yàn)橘|(zhì)量是制造出來的，但對已生產(chǎn)的產(chǎn)品，測試篩選尤為重要，可確保產(chǎn)品供貨的質(zhì)量，我們一定要重視測試技術(shù)的研究與實(shí)踐。