1 引言
半導體集成電路廠家，依靠技術測試人員、產品標準和計算機測試系統等測試儀器組成完整的測試系統，就要求測試人員能定量掌握測試技術，了解計算機測試系統的測試原理，能按類準確設定器件電參數標準值對計算機測試系統二次編程進行參數測試，并能搭試線路進行直流或交流參數測試和分析。
2 測試中應注意的問題
運算放大器屬于模擬電路，輸入激勵和輸出響應都是連續量，內部各元件參數也是連續量,
失效模型較復雜，其元件具有容差和可能存在隱性缺陷，這導致失效因素的模糊性和隨機性。對越是精密、開環增益和工作頻率越是高的電路越是明顯，往往外部條件的細小變化（或干擾）也會引起測試結果的較大誤差。模擬電路中電流和電壓是重要參數，也是失效信息的重要組成部分。模擬電路的復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力信號。交流測試法是指測試端為頻率響應信號，又可分為頻率測試法和頻譜分析法。頻率測試法，如果全部激勵都是同一頻率的正弦函數，則電路中的所有穩態響應也將是同一頻率的正弦函數，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換速率、建立時間、響應時間等參數。施加沖擊應力信號，可強制檢測一般測試不出的隱性缺陷。
3 測試系統的基本測試原理
該原理符合國標GB/T3442-86《半導體集成電路運算（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和輔助運放A共同構成一負反饋閉環放大器（見圖1所示）。A要求開環增益大于60dB，增益由精密電阻
RF和RI的比例決定，由計算機程控。A的輸出 VL，經運算得到各參數的數據。
3.1 運算放大器主要參數測試原理分解
無論是人工搭試電路測試還是計算機分步測試，實際上對特定的某一參數值按對應的一種特定的測試電路結構施加信號來測試。在測試時應符合器件詳細規范規定的下列條件：（a）環境溫濕度；（b）電源電壓；（c）參考電壓或信號；（d）環路條件（包括負載電阻、電容等）；（e）補償網絡及輔助電路；（f）防自激、干擾。
（1）輸入失調電壓VI0 （Vos）
定義：使輸出電壓為零（或規定值）時，兩輸入端間所加直流補償電壓(見圖1)。
測試時K1，K2，K6閉合，K8接地，開關K4置“地”或規定的參考電壓 VREF，使Vo設定為零（或規定值），可得到
VL =VL0。這時有：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）輸入失調電流II0 （Ios）
定義：使輸出電壓為零（或規定值）時，流入兩輸入端的電流之差(見圖1)。
開關K8接地、K6閉合，K4置地或V REF，K1、K2閉合，測得電壓VL1
；開關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（或規定值）時，流入兩輸入端電流的平均值。
開關K1斷開、K2閉合，測得電壓V L1；開關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。
（4）開環電壓增益AVD（Avo）
定義：器件開環時，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開關置Vs -，測得電壓VL1；K4開關置 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設定為規定值。在器件兩輸入端同時施加共模電壓
Vi，測得電壓VL1；在器件兩輸入端同時施加共模電壓 Vi′，測得電壓VL2；則：KCMR =（Vi′-Vi）× RF / [
RI×（VL2-V L1）]
（6）開環差模輸入電阻RID
定義：器件開環時，差模輸入電壓變化與對應的輸入電流之比（測試原理見圖1）。
開關K6閉合，K8接地，K4接V REF端接入低頻交流信號，K1，K2閉合，測得電壓
VL1；開關K1，K2斷開，測得電壓V L2；則：RID = VL1/（VL2-V L1）×2R（R值應與RID 相適應）。
（7）輸出峰-峰電壓Vopp
定義：器件在規定電源電壓和負載下，所能輸出的最大峰-峰電壓。
運算放大器的Vopp
測試原理見圖1。方法A（直流測試法）：通過設置基準電壓VREF，使被測器件輸出電壓
Vo設定為V+值，實際測得正輸出電壓擺幅 Vo+；同樣設置基準電壓V REF，使Vo設定為V -值，實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
電壓比較器與運放不同，采用開環測試的方法（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。負輸入端接地，正輸入端輸入電壓Vi，使器件輸出達到正飽和即為Vo+；通過設置
Vi，使輸出達到負飽和即為V o-。
其它直流參數和電壓轉換速率SR
、建立時間及帶寬等交流參數測試原理圖參見GB/T3442-86標準[1]。
以上分解圖中提到的“規定值”，可根據器件的詳細技術規范確定，是相對于測試電路信號公共地而言，實際應用時與器件的直流工作點電位有關。
4 測試技術在生產中的實踐
4.1 計算機測試系統
國內的能生產滿足軍標IC產品的廠家，可采用小型計算機測試系統，如北京華峰公司的STS2107C模擬器件測試系統等。已經使用的美國
GenRad 1731
M線性IC測試系統也是一種精度較好的小型計算機測試系統。有條件的可以采用能測高頻交流參數的高性能計算機測試系統。要配備精密穩壓電源、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備，以彌補小型機系統的不足。
4.2 精密運放的測試
從精密運放本身來看，實質上是一種高性能的直流藕合放大器，運放輸出滿足：Vo= Avo×（VIN+ -VIN-）。當輸入阻抗 Ri→∞時，放大器的Ib
=（VIN+-VIN -）/Ri→0。一般影響精密運放測試精度的情況有以下幾種。
（1）高輸入阻抗運放電路（如MC3140、輸入阻抗高達1012Ω，Ib可小到pA級，AD549電路
Ib可小到0.1pA級）計算機I b，Vos參數測試顯示超標偏大，若裸芯片質量合格則解決方法有：(a)
計算機測試系統精度能力不夠，如測AD549、AD811電路，更換到高級測試系統與測試環境測試；(b)
計算機測試系統預熱不夠，可加長通電預熱時間；(c)
機房溫濕度未達到測試環境要求，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，經過一些加工過程篩選試驗，電路或多或少有所輕微污染，可對外表進行清洗并徹底烘干，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)
計算機測試系統測試接口夾具、電路適配器沾污，要進行清洗和徹底烘干；(f) 批量生產選用管殼質量不好，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) 批量生產封裝后電路內部水氣含量偏高，封裝前要采取好防潮工藝。
（2）高精密、高增益和高頻率運放電路參數測不準，這類電路除應滿足以上（1）中要求外，還要求計算機測試系統組成的環路條件和補償網絡輔助電路要與之相適應（更精密些更防振蕩、干擾）。a.ICL7650斬波自校零運算放大器（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算放大器可能需要分開制作適配器單獨測試每個片內放大器；c.AD811這樣的150MHz視頻放大器需要補償網絡和輸入輸出50/75Ω同軸電纜匹配傳輸；
（3）電路低溫時參數測不準，解決方法除滿足以上（1），（2）中要求外，還應特別注意的是對MC3140，
LF156/157，TL081/082/084，OP297等電路進行低溫-55℃測試時，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霜（露），造成Ib電流增大到不可容忍（假象）而測不準。而AD549電路不要指望能全面準確進行一般的
-55℃低溫參數測試。
4.3 交流參數測試和雜難測試
只有小型計算機測試系統的生產企業，交流參數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。一些國家重點科研單位有高級IC測試系統，對測試難度大的電路可借助這樣的權威測量機構的力量進行測試，并獲得準確的交、直流參數測試報告和測試對比樣管。
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部容差和缺陷。容差形成的原因有硅材料本身細小的差別（如電阻率），擴散時摻雜濃度、結深不一致，光刻窗口輕微偏離或變形等。容差一般可盡量采用在標準穩定的測試條件，用計算機系統測試出來。
圖2圖3所示缺陷是在光刻時光刻區有侵蝕缺口或殘留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現�？刹捎脤﹄娐肥┘虞^大電壓、較大負載和較高工作溫度等應力，強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）應力后測試法：用175℃高溫貯存、125℃高溫通電動態功率老化一定時間后再進行測試。（b）應力中測試法：即在施加高電壓、大電流等沖擊信號時同時進行測試。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放電路進行電源、輸入輸出端掃描，測試它的
V-I特性曲線。有時，一邊慢慢增加V，I
應力信號，一邊就可看到缺陷造成的突變點，甚至當即失效。（切記必須熟悉電路內部原理，對合格電路有保護措施才能實施）。
5 結束語
有完整的質量保證體系才有優質的產品，因為質量是制造出來的，但對已生產的產品，測試篩選尤為重要，可確保產品供貨的質量，我們一定要重視測試技術的研究與實踐。 |
