利用半導(dǎo)體自動測試設(shè)備測定負(fù)載板繼電器性能

邢軼斌，徐海濱，康 永

（飛思卡爾半導(dǎo)體（中國）有限公司 天津 300385）

在利用半導(dǎo)體自動測試設(shè)備進(jìn)行硬件測試的過程中，無論在測試系統(tǒng)內(nèi)部還是外部的負(fù)載板上都存在許多開關(guān)電路，其中，操縱開關(guān)電路進(jìn)行工作的主要設(shè)備就是繼電器。當(dāng)需要對那些測試項(xiàng)目繁多或者多條線路并行測試的硬件進(jìn)行測試時(shí)，半導(dǎo)體自動測試設(shè)備外部的負(fù)載板上可能會存在上百個(gè)繼電器，而繼電器的工作性能和狀態(tài)會極大地影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和測試過程的高效性，因此選取最科學(xué)合理的性能評估方法尤為重要。

1 半導(dǎo)體自動測試設(shè)備簡介

自動測試設(shè)備（ATE,automatic test equipment）是一類測試儀器集合體的統(tǒng)稱，這種自動測試設(shè)備主要是通過高性能計(jì)算機(jī)來控制，通過運(yùn)行事先設(shè)定好的測試程序來對設(shè)備下達(dá)指令從而完成對待測試硬件的測試。本文基于半導(dǎo)體自動測試設(shè)備來對自動測試設(shè)備的功能進(jìn)行簡要的論述，通常來說，半導(dǎo)體自動測試設(shè)備的功能是非常強(qiáng)大的，其可以在極短的時(shí)間內(nèi)完成對數(shù)百次的待測試硬件在工作時(shí)的電壓、電流及時(shí)序的測試，同時(shí)還能夠完成上百萬次的功能測試，半導(dǎo)體自動測試設(shè)備的測試效率非常高，測試結(jié)果的準(zhǔn)確性也相當(dāng)高[1]。

從半導(dǎo)體自動測試設(shè)備的通俗設(shè)計(jì)圖紙能夠看出，半導(dǎo)體自動測試設(shè)備通常是由主體和測試頭兩個(gè)部分組成，測試頭內(nèi)包含了絕大多數(shù)的測試通道，也配置了最大比例的資源，而主體的主要功能是提供電量并與外部數(shù)據(jù)保持聯(lián)通。

2 測試負(fù)載板簡介

測試負(fù)載板(TLB,test load board)從根本上可以說是一種將被測器件和測試設(shè)備的測試頭相連接的接口電路。通常情況下，測試負(fù)載板的一端會被固定在半導(dǎo)體自動測試設(shè)備的測試頭上，與硬件測試所需要的相應(yīng)測試系統(tǒng)的內(nèi)部資源和數(shù)據(jù)相聯(lián)通，而另一端則通過插座或連接板等特定的設(shè)備來與待測硬件相連。由于需要對不工作的電路進(jìn)行屏蔽以及根據(jù)不同的測試需要來切換不同的測試通道等，測試負(fù)載板上往往會采用大量的開關(guān)電路，從而保證了電路轉(zhuǎn)換的靈活性；同時(shí)，這些開關(guān)電路中的絕大多數(shù)動作都要通過繼電器來完成。

3 繼電器簡介

繼電器(Relay)是一種普遍使用的自動電路控制裝置，其功能是當(dāng)電力輸入量的變化值達(dá)到相關(guān)規(guī)定時(shí)，使被控量發(fā)生規(guī)定變化。繼電器有許多種類和規(guī)格，不同種類及規(guī)格所對應(yīng)的繼電器的作用往往也是不同的?；谖覈?dāng)前的半導(dǎo)體生產(chǎn)測試現(xiàn)狀，我國主要在半導(dǎo)體自動測試過程中將電磁繼電器作為開關(guān)電路，因此本文會將這類繼電器作為主要的研究對象來對其進(jìn)行性能測試。電磁繼電器（electromagnetic relay）的工作原理是輸入電路內(nèi)電磁鐵鐵芯與銜鐵間的吸力作用，其主要組成部分包括電磁鐵鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)彈簧片等。一般情況下，繼電器的線圈在未通電的條件下是處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，專業(yè)術(shù)語稱其為“常開觸點(diǎn)”，除此之外還存在一種“常閉觸點(diǎn)”。在線圈的兩端加上一定數(shù)值的電壓，線圈中就會通過一定的電流，在此狀態(tài)下就會產(chǎn)生電磁效應(yīng)，這樣一來電磁效應(yīng)會產(chǎn)生一定的引力，就會對于返回來的彈簧的拉力進(jìn)行作用，從而會形成抵消，并且銜鐵也會被吸引向鐵芯，從而帶動銜鐵的觸電和斷開狀態(tài)下的靜態(tài)觸電相互吸合。除此之外，在線圈內(nèi)的電流消失之后，電磁的引力也會隨著電流的減少而慢慢減少，所以銜鐵也會因?yàn)殡娏鞯南Ф磸椈卦帲谶@樣的過程之中就能實(shí)現(xiàn)了開通和切斷電線的目的[2]。

4 負(fù)載板繼電器的工作狀態(tài)對半導(dǎo)體自動化測試產(chǎn)生的影響

在負(fù)載板上的繼電器工作狀態(tài)出現(xiàn)異常的時(shí)候，一般表現(xiàn)為短路或者斷路的情況，就會造成沒有辦法正常開關(guān)電路，從而造成其無法開展正常的工作。除此之外，那些在工作之中的正常狀態(tài)的負(fù)載板繼電器，半導(dǎo)體測試會對于他們的響應(yīng)時(shí)間造成一定的影響，從而在控制端發(fā)布控制信息之后，繼電器會根據(jù)這一信號執(zhí)行指令動作會存在一定的延時(shí)，這個(gè)延時(shí)會對測試的精確度和效率產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。雖然這些待測試的項(xiàng)目類別較少，測試速度比較慢，且他們對于整個(gè)的問題產(chǎn)生的影響并不是很大，但是對于一些需要測試很大量的項(xiàng)目的時(shí)候，工作速度快且數(shù)量大的產(chǎn)品來講，其響應(yīng)的時(shí)間就會變得更加的重要。一般來講機(jī)械式的電磁繼電器的響應(yīng)時(shí)間為幾百微妙，可是電子繼電器的響應(yīng)時(shí)間能夠大大的縮短，最短可以為幾十微秒。當(dāng)測試負(fù)載板被初次投入工作時(shí)，其上的各個(gè)繼電器還能夠達(dá)到相關(guān)的工作標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備并不存在老化或故障的情況，因此響應(yīng)時(shí)間所反映出來的問題還處于比較隱性的階段；但是經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，各個(gè)繼電器因使用年限的增長而開始老化，反應(yīng)速度開始下降，并會出現(xiàn)間歇性的響應(yīng)超時(shí)等狀況，從而極大地影響了測試的速度和精度，進(jìn)而導(dǎo)致了生產(chǎn)測試良品率的大幅下降。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，傳統(tǒng)的萬用表測量繼電器就顯得更加力不從心，不僅很難產(chǎn)生準(zhǔn)確的判斷結(jié)果，而且測試速度非常慢，造成了時(shí)間和資源的大量浪費(fèi)。然而，不經(jīng)過準(zhǔn)確的測試和檢查就直接將老化繼電器替換的方式則可能會因?yàn)檎`判而進(jìn)一步增加成本[3]。

針對這一問題，相關(guān)的專家專門研究設(shè)計(jì)出了一套負(fù)載測試板，這類負(fù)載測試板具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，能夠與多種繼電器的測試模塊相匹配，同時(shí)這類測試版還被配備了最新研究開發(fā)出來的測試程序，能夠?qū)^電器性能做出更加快速、準(zhǔn)確、全面的了解，從而能夠極大程度地便利負(fù)載板的生產(chǎn)、測試及維護(hù)工作。當(dāng)繼電器的引腳鏈接完成后，需要用特殊的固定工具對其固定。按照一般化標(biāo)準(zhǔn)來說，每一個(gè)單刀單擲的繼電器通常包括五個(gè)有效的引腳，其中一個(gè)接地，剩下的四個(gè)引腳每一個(gè)按照連接兩個(gè)測試通道的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行計(jì)算，那么每個(gè)繼電器總共需要連接八個(gè)測試通道。而一般情況下，在繼電器的響應(yīng)電路中，繼電器和地之間的插座下部都安置了一個(gè)規(guī)定型號的溫度傳感器，而測試負(fù)載板能夠讓每兩塊測試卡同時(shí)測試五個(gè)繼電器，這無疑大大提高了測試的效率。

5 測試程序的設(shè)計(jì)

通常電壓的變化值是通過電阻來讀取的。為了能夠?qū)^電器在不同溫度條件下的工作狀態(tài)進(jìn)行更好的監(jiān)測和控制，往往需要采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方式，這一設(shè)計(jì)方式的主要針對對象是不同溫度環(huán)境下設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)條件變化時(shí)，只需要在通過OFFICE EXCEL軟件對相應(yīng)表格中的數(shù)值參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改即可，操作非常方便，既可以單獨(dú)測試?yán)^電器的性能，也可以使其在生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片的相關(guān)測試中發(fā)揮作用。

6 結(jié)論

本文對傳統(tǒng)的測試方法進(jìn)行一定的解讀和分析，得出這種測試方法無法解決半導(dǎo)體自動測試中常遇到的負(fù)載板繼電器反應(yīng)時(shí)間過長而導(dǎo)致的測試結(jié)果失真問題這一結(jié)論，并基于現(xiàn)今已有的研究成果提出一種相對來說簡便易操作的解決方法。這種新型的方法不僅可以使繼電器性能得到更加全面的了解，而且實(shí)用性也更強(qiáng)，能夠使生產(chǎn)效率大幅提高，對于突發(fā)的意外情況也能進(jìn)行一定程度的預(yù)測和防控，從而減少資源能源浪費(fèi)。