利用半導體自動測試設備測定負載板繼電器性能

邢軼斌，徐海濱，康 永

（飛思卡爾半導體（中國）有限公司 天津 300385）

在利用半導體自動測試設備進行硬件測試的過程中，無論在測試系統內部還是外部的負載板上都存在許多開關電路，其中，操縱開關電路進行工作的主要設備就是繼電器。當需要對那些測試項目繁多或者多條線路并行測試的硬件進行測試時，半導體自動測試設備外部的負載板上可能會存在上百個繼電器，而繼電器的工作性能和狀態會極大地影響測試結果的準確性和測試過程的高效性，因此選取最科學合理的性能評估方法尤為重要。

1 半導體自動測試設備簡介

自動測試設備（ATE,automatic test equipment）是一類測試儀器集合體的統稱，這種自動測試設備主要是通過高性能計算機來控制，通過運行事先設定好的測試程序來對設備下達指令從而完成對待測試硬件的測試。本文基于半導體自動測試設備來對自動測試設備的功能進行簡要的論述，通常來說，半導體自動測試設備的功能是非常強大的，其可以在極短的時間內完成對數百次的待測試硬件在工作時的電壓、電流及時序的測試，同時還能夠完成上百萬次的功能測試，半導體自動測試設備的測試效率非常高，測試結果的準確性也相當高[1]。

從半導體自動測試設備的通俗設計圖紙能夠看出，半導體自動測試設備通常是由主體和測試頭兩個部分組成，測試頭內包含了絕大多數的測試通道，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據保持聯通。

2 測試負載板簡介

測試負載板(TLB,test load board)從根本上可以說是一種將被測器件和測試設備的測試頭相連接的接口電路。通常情況下，測試負載板的一端會被固定在半導體自動測試設備的測試頭上，與硬件測試所需要的相應測試系統的內部資源和數據相聯通，而另一端則通過插座或連接板等特定的設備來與待測硬件相連。由于需要對不工作的電路進行屏蔽以及根據不同的測試需要來切換不同的測試通道等，測試負載板上往往會采用大量的開關電路，從而保證了電路轉換的靈活性；同時，這些開關電路中的絕大多數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，其功能是當電力輸入量的變化值達到相關規定時，使被控量發生規定變化。繼電器有許多種類和規格，不同種類及規格所對應的繼電器的作用往往也是不同的?；谖覈斍暗陌雽w生產測試現狀，我國主要在半導體自動測試過程中將電磁繼電器作為開關電路，因此本文會將這類繼電器作為主要的研究對象來對其進行性能測試。電磁繼電器（electromagnetic relay）的工作原理是輸入電路內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的靜觸點，專業術語稱其為“常開觸點”，除此之外還存在一種“常閉觸點”。在線圈的兩端加上一定數值的電壓，線圈中就會通過一定的電流，在此狀態下就會產生電磁效應，這樣一來電磁效應會產生一定的引力，就會對于返回來的彈簧的拉力進行作用，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下的靜態觸電相互吸合。除此之外，在線圈內的電流消失之后，電磁的引力也會隨著電流的減少而慢慢減少，所以銜鐵也會因為電流的消失而反彈回原處，在這樣的過程之中就能實現了開通和切斷電線的目的[2]。

4 負載板繼電器的工作狀態對半導體自動化測試產生的影響

在負載板上的繼電器工作狀態出現異常的時候，一般表現為短路或者斷路的情況，就會造成沒有辦法正常開關電路，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的負載板繼電器，半導體測試會對于他們的響應時間造成一定的影響，從而在控制端發布控制信息之后，繼電器會根據這一信號執行指令動作會存在一定的延時，這個延時會對測試的精確度和效率產生十分嚴重的影響。雖然這些待測試的項目類別較少，測試速度比較慢，且他們對于整個的問題產生的影響并不是很大，但是對于一些需要測試很大量的項目的時候，工作速度快且數量大的產品來講，其響應的時間就會變得更加的重要。一般來講機械式的電磁繼電器的響應時間為幾百微妙，可是電子繼電器的響應時間能夠大大的縮短，最短可以為幾十微秒。當測試負載板被初次投入工作時，其上的各個繼電器還能夠達到相關的工作標準，設備并不存在老化或故障的情況，因此響應時間所反映出來的問題還處于比較隱性的階段；但是經過一段時間的使用后，各個繼電器因使用年限的增長而開始老化，反應速度開始下降，并會出現間歇性的響應超時等狀況，從而極大地影響了測試的速度和精度，進而導致了生產測試良品率的大幅下降。當這種情況發生時，傳統的萬用表測量繼電器就顯得更加力不從心，不僅很難產生準確的判斷結果，而且測試速度非常慢，造成了時間和資源的大量浪費。然而，不經過準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為誤判而進一步增加成本[3]。

針對這一問題，相關的專家專門研究設計出了一套負載測試板，這類負載測試板具有極強的適應能力，能夠與多種繼電器的測試模塊相匹配，同時這類測試版還被配備了最新研究開發出來的測試程序，能夠對繼電器性能做出更加快速、準確、全面的了解，從而能夠極大程度地便利負載板的生產、測試及維護工作。當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。按照一般化標準來說，每一個單刀單擲的繼電器通常包括五個有效的引腳，其中一個接地，剩下的四個引腳每一個按照連接兩個測試通道的標準來進行計算，那么每個繼電器總共需要連接八個測試通道。而一般情況下，在繼電器的響應電路中，繼電器和地之間的插座下部都安置了一個規定型號的溫度傳感器，而測試負載板能夠讓每兩塊測試卡同時測試五個繼電器，這無疑大大提高了測試的效率。

5 測試程序的設計

通常電壓的變化值是通過電阻來讀取的。為了能夠對繼電器在不同溫度條件下的工作狀態進行更好的監測和控制，往往需要采用模塊化的程序設計方式，這一設計方式的主要針對對象是不同溫度環境下設備的響應時間。當條件變化時，只需要在通過OFFICE EXCEL軟件對相應表格中的數值參數進行調整和修改即可，操作非常方便，既可以單獨測試繼電器的性能，也可以使其在生產半導體芯片的相關測試中發揮作用。

6 結論

本文對傳統的測試方法進行一定的解讀和分析，得出這種測試方法無法解決半導體自動測試中常遇到的負載板繼電器反應時間過長而導致的測試結果失真問題這一結論，并基于現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，而且實用性也更強，能夠使生產效率大幅提高，對于突發的意外情況也能進行一定程度的預測和防控，從而減少資源能源浪費。