MPC5675微控制器测试研究
何灏+王爽+彭文+刘诗琪
【摘 要】恩智浦（NXP）半导体公司设计生产的32位MPC5675芯片广泛用于汽车助力转向系统、先进驾驶辅助系统以及其他与汽车安全相关的设备中，为汽车安全提供了有力保障。芯片电路的高集成度给芯片测试带来更多的挑战。针对MPC5675芯片在温度测量模块测试和数模转换测试过程中出现的问题，分别采用温度测量值和室温参考值比对的方法和动态接触电阻测试的方法，优化测试程序，提高芯片良品率。该测试方案可用于MPC5675系列芯片测试中。
【Abstract】The 32-bit MPC5675 chips are designed and manufactured by NXP Semiconductors Company， which can be applied in the power steering system， advanced driving auxiliary system and other equipment related to auto safety， which provided a strong guarantee for vehicle safety. The chip circuit is highly integrated， which is giving more challenges to the chip test. The tests of MPC5675 chip are consisted of temperature measurement module test and digital analog conversion test. The test programs are optimized to improve the chip yield according to the following method， the comparison between temperature measurement and reference room temperature and dynamic contact resistance test method. The test solution can be used in MPC5675 series chips and other automotive functional chip test.
【关键词】MPC5675芯片；温度测量；模块测试；数模转换测试
【Keywords】MPC5675 microcontroller； temperature test； module test； digital mode conversion test
【中图分类号】TN06 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0172-02
1 引言
恩智浦半导体公司为了迎合全球汽车市场的高速膨胀以及汽车电子化比例不断提高的趋势，开发系列汽车电子系统，系统包含单片机、模拟器件和传感器等芯片，适用于动力传动系统、底盘控制系统、安全系统、汽车内部通信系统以及车身控制系统等汽车电子系统应用。集成电路芯片（IC）电路规模增大，但封装体积减小，功能增多；给芯片测试带来挑战，将促进相应芯片测试技术的突飞猛进 [1-2]。
2 MPC5675芯片功能特征
本文涉及MPC5675系列芯片由恩智浦（NXP）半导体公司设计生产，该芯片为32位基于Power架构（Power Architecture）的嵌入式控制系统，可应用于装有雷达，CMOS成像，激光雷达和超声波传感器等的先进驾驶辅助系统、多三相电动机控制应用在汽车和混合动力汽车（HEV）中以及对安全集成度要求高的应用中[3-4]。芯片MPC56675芯片采用MAPBGA封装技术，具有257个引脚，外观尺寸为14mm*14mm。除了上述257引脚MPC5675芯片之外，同时生产具有473个引脚的MPC5675芯片。
3 测试流程
芯片测试根据制备流程，先是在probe对wafer进行测试，随后进行全面的功能测试，最后进行质量安全测试，提高芯片的良品率。作为客户IC的提供商，在设计功能芯片的同时，提供全面完整高质量的芯片测试，以确保芯片的功能完善性、性能稳定性。根据芯片设计实现功能及设计原理，设计测试芯片的策略和方法，来验证芯片的质量和可靠性。通过对MPC5675功能说明及管脚的功能细心研究，设计出了一套完备的测试程序。MPC5675芯片测试流程包括直流参数测试、存储器测试、数字功能测试、温度测试和模拟功能测试。设计程序应用于测试机上，对芯片进行全面测试，并对数据加以分析和研究，对于协同设计、工艺等环节出现的问题进行总结分析，改善芯片的稳定性和可靠性，最终提高芯片的良品率[5-6]。本文针对温度测试中温度测量模块测试和模拟功能测试中数模转换测试的优化进行了研究和探索。
要应用于汽车助力转向系统、先进驾驶辅助系统以及其他与汽车安全相关的设备中，MPC5675必须具备良好的承受高温、低温以及室温的能力。汽车级最高的温度范围要求为-40℃至140℃，因此每一颗芯片都经过低温极限-40℃，高温极限+145℃，以及室温25℃的分别测试，其测试步骤如图1所示。汽车半导体的芯片测试成本高的原因就是因为最终要保证零缺陷，从而保证驾驶安全。
4 测试中的问题及解决方法
在温度测量模块测试、数模转换测试和数字测试过程中，根据测试中遇到的问题，修订程序，提高芯片良品率。
在温度测量模块测试中，出现因环境温度不稳定造成的测试结果偏移，好品被误测为次品的问题。因为晶圆测试的温度是室温，温度出现偏差的可能性很小，所以在晶圆测试的室温环境下读取芯片内温度传感器的测量值，并记录在芯片内部作为室温参考值，在高温和低温测试环境下，先读取传感器测量值，然后计算该值与室温参考值之差，并与理论计算值进行比对，最终判断温度测量模块是否正确工作，部分优化测试程序如下所示：
在模数转换测试中，数字输出的结果会受到测试路径上接触电阻变化的影响。为了减小接触电阻的影响，首先引入动态接触电阻测试的功能，在端口设置为输出的状态下，通过加电流测电压并计算电阻的方法，和经验值进行比较，如果计算电阻值超限，则启动自清洁功能除去接触位置上的外来杂质，减小额外的接触电阻；或使用动态计算的方法减去接触电阻造成的测量值漂移，提高测试精度及准确性。
5 结语
恩智浦（NXP）半导体公司设计生产MPC5675芯片采用32位CPU核和Power架构（Power Architecture）兼容，主要用在汽车助力转向系统、先进驾驶辅助系统以及其他与汽车安全相关的设备中。本文根据功能测试中的问题对测试程序进行优化，提高良品率。在温度测量模块测试中，采用温度测量值和室温参考值比对的方法；在模数转换测试中，采用动态接触电阻测试的方法。基于上述方法优化测试程序，提高芯片良品率，效果显著。
【参考文献】
【1】ZHI C Z， LI Z， FOREST H， NA L. Semiconductor final test scheduling with Sarsa（λ，k） algorithm[J].European Journal of Operational Research， 2011（ 215）： 446-458.
【2】张妍， 金杰. 半导体测试GPIB接口的联合调试系统[J].应用指南， 2005（12）： 83-85
【3】王公诣. 半导体工业降低复测率的研究与实现[D].天津：天津大學，2005.
【4】袁薇. 标准测试数据格式（STDF）文件的研究[J].电子元件与应用， 2009，11（4）：70-73.
【5】夏开峰，数据挖掘技术在半导体测试管理系统中的应用[J].信息与电脑，2010（12）：141.
【6】宋庆元. 基于 ADC 间歇性转换错误问题的测试程序优化[D].天津：天津大学，2002.
【摘 要】恩智浦（NXP）半导体公司设计生产的32位MPC5675芯片广泛用于汽车助力转向系统、先进驾驶辅助系统以及其他与汽车安全相关的设备中，为汽车安全提供了有力保障。芯片电路的高集成度给芯片测试带来更多的挑战。针对MPC5675芯片在温度测量模块测试和数模转换测试过程中出现的问题，分别采用温度测量值和室温参考值比对的方法和动态接触电阻测试的方法，优化测试程序，提高芯片良品率。该测试方案可用于MPC5675系列芯片测试中。
【Abstract】The 32-bit MPC5675 chips are designed and manufactured by NXP Semiconductors Company， which can be applied in the power steering system， advanced driving auxiliary system and other equipment related to auto safety， which provided a strong guarantee for vehicle safety. The chip circuit is highly integrated， which is giving more challenges to the chip test. The tests of MPC5675 chip are consisted of temperature measurement module test and digital analog conversion test. The test programs are optimized to improve the chip yield according to the following method， the comparison between temperature measurement and reference room temperature and dynamic contact resistance test method. The test solution can be used in MPC5675 series chips and other automotive functional chip test.
【关键词】MPC5675芯片；温度测量；模块测试；数模转换测试
【Keywords】MPC5675 microcontroller； temperature test； module test； digital mode conversion test
【中图分类号】TN06 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0172-02
1 引言
恩智浦半导体公司为了迎合全球汽车市场的高速膨胀以及汽车电子化比例不断提高的趋势，开发系列汽车电子系统，系统包含单片机、模拟器件和传感器等芯片，适用于动力传动系统、底盘控制系统、安全系统、汽车内部通信系统以及车身控制系统等汽车电子系统应用。集成电路芯片（IC）电路规模增大，但封装体积减小，功能增多；给芯片测试带来挑战，将促进相应芯片测试技术的突飞猛进 [1-2]。
2 MPC5675芯片功能特征
本文涉及MPC5675系列芯片由恩智浦（NXP）半导体公司设计生产，该芯片为32位基于Power架构（Power Architecture）的嵌入式控制系统，可应用于装有雷达，CMOS成像，激光雷达和超声波传感器等的先进驾驶辅助系统、多三相电动机控制应用在汽车和混合动力汽车（HEV）中以及对安全集成度要求高的应用中[3-4]。芯片MPC56675芯片采用MAPBGA封装技术，具有257个引脚，外观尺寸为14mm*14mm。除了上述257引脚MPC5675芯片之外，同时生产具有473个引脚的MPC5675芯片。
3 测试流程
芯片测试根据制备流程，先是在probe对wafer进行测试，随后进行全面的功能测试，最后进行质量安全测试，提高芯片的良品率。作为客户IC的提供商，在设计功能芯片的同时，提供全面完整高质量的芯片测试，以确保芯片的功能完善性、性能稳定性。根据芯片设计实现功能及设计原理，设计测试芯片的策略和方法，来验证芯片的质量和可靠性。通过对MPC5675功能说明及管脚的功能细心研究，设计出了一套完备的测试程序。MPC5675芯片测试流程包括直流参数测试、存储器测试、数字功能测试、温度测试和模拟功能测试。设计程序应用于测试机上，对芯片进行全面测试，并对数据加以分析和研究，对于协同设计、工艺等环节出现的问题进行总结分析，改善芯片的稳定性和可靠性，最终提高芯片的良品率[5-6]。本文针对温度测试中温度测量模块测试和模拟功能测试中数模转换测试的优化进行了研究和探索。
要应用于汽车助力转向系统、先进驾驶辅助系统以及其他与汽车安全相关的设备中，MPC5675必须具备良好的承受高温、低温以及室温的能力。汽车级最高的温度范围要求为-40℃至140℃，因此每一颗芯片都经过低温极限-40℃，高温极限+145℃，以及室温25℃的分别测试，其测试步骤如图1所示。汽车半导体的芯片测试成本高的原因就是因为最终要保证零缺陷，从而保证驾驶安全。
4 测试中的问题及解决方法
在温度测量模块测试、数模转换测试和数字测试过程中，根据测试中遇到的问题，修订程序，提高芯片良品率。
在温度测量模块测试中，出现因环境温度不稳定造成的测试结果偏移，好品被误测为次品的问题。因为晶圆测试的温度是室温，温度出现偏差的可能性很小，所以在晶圆测试的室温环境下读取芯片内温度传感器的测量值，并记录在芯片内部作为室温参考值，在高温和低温测试环境下，先读取传感器测量值，然后计算该值与室温参考值之差，并与理论计算值进行比对，最终判断温度测量模块是否正确工作，部分优化测试程序如下所示：
在模数转换测试中，数字输出的结果会受到测试路径上接触电阻变化的影响。为了减小接触电阻的影响，首先引入动态接触电阻测试的功能，在端口设置为输出的状态下，通过加电流测电压并计算电阻的方法，和经验值进行比较，如果计算电阻值超限，则启动自清洁功能除去接触位置上的外来杂质，减小额外的接触电阻；或使用动态计算的方法减去接触电阻造成的测量值漂移，提高测试精度及准确性。
5 结语
恩智浦（NXP）半导体公司设计生产MPC5675芯片采用32位CPU核和Power架构（Power Architecture）兼容，主要用在汽车助力转向系统、先进驾驶辅助系统以及其他与汽车安全相关的设备中。本文根据功能测试中的问题对测试程序进行优化，提高良品率。在温度测量模块测试中，采用温度测量值和室温参考值比对的方法；在模数转换测试中，采用动态接触电阻测试的方法。基于上述方法优化测试程序，提高芯片良品率，效果显著。
【参考文献】
【1】ZHI C Z， LI Z， FOREST H， NA L. Semiconductor final test scheduling with Sarsa（λ，k） algorithm[J].European Journal of Operational Research， 2011（ 215）： 446-458.
【2】张妍， 金杰. 半导体测试GPIB接口的联合调试系统[J].应用指南， 2005（12）： 83-85
【3】王公诣. 半导体工业降低复测率的研究与实现[D].天津：天津大學，2005.
【4】袁薇. 标准测试数据格式（STDF）文件的研究[J].电子元件与应用， 2009，11（4）：70-73.
【5】夏开峰，数据挖掘技术在半导体测试管理系统中的应用[J].信息与电脑，2010（12）：141.
【6】宋庆元. 基于 ADC 间歇性转换错误问题的测试程序优化[D].天津：天津大学，2002.
