ATE自动检测系统：对ATE设备生产厂对其校准溯源问题
ATE设备生产厂对其校准溯源问题一直是存在不同看法，我们应该怎样看待这一问题，它又是在什么背景下产生的？如下：
随着技术产业的高速发展，现代化的大型多参数自动测量仪器设备的应用越来越广泛，其量值溯源问题使传统的计量方法和理论面临了新的挑战。数字集成电路测试设备(以下简称ATE)的计量校准问题就是一例：这类设备比较复杂，不便搬运，系统操作依赖软件控制，不同型号的ATE其测试程序往往又不兼容。国家目前尚未颁布这类设备的检定规程或校准规范，也没有开展集成电路测试设备的计量校准工作。
而在国外ATE设备的生产厂对其校准溯源问题十分重视。如国内近几年引进的许多集成电路测试系统都带有专用的自校准板，生产广家要求用户定期将其自校准模块送回工厂进行校准溯源。由于多种原因国内用户往往难以用这种方法保证ATE参数的溯源性。随着ISO9000在全球范围的广泛推行，测量设备校准溯源的要求比从前更加明确。集成电路测试设备自然是属于需要进行量值溯源的关键设备。尽快解决这类设备的量值溯源是我们面临的重要问题。
基于对集成电路测试系统的理解及对其各项特征参数的分析研究.我们认为采用测量保证程序(Measurement Assurance Programs以下简称MAP)的原理来解决ATE这类大型的量值溯源问题可能是一个较好的途径。
ICMAP与传统的量值传递
1．量值传递与溯源
量值传递是通过对测量器具的检定或校准，将国家测量标准所复现的测量单位量值通过各等级测量标准传递到工作测量器具，以保证被测对象量值的准确和一致。
校准就是把测量对象（未知的装置）和一个与其相当的或者比它更好的标准进行比较的过程。把标准看成参考的依据，并认为在二者之间标准更正确。通过校准我们就能知道未知的装置与标准相差多少。
量值溯源：溯源性是从所进行的测量到国家的法定标准的连续的比较链.由用户自己根据实际情况自由去寻找符合要求的上级标准。
2. 传统的量值传递方式
按检定规程中规定的计量周期，定期将仪器送到具有高一级计量标准的计量部门由专业人员对仪器的性能进行检定；仅仅针对仪器设备的检定，对ATE来讲，往往没有考虑其测试结果的质量。
3. 目前国内对集成电路测试设备进行控制采取的几种方式
ISO9001标准要求对设备的测试量值溯源到SI单位。
为符合此条款的要求，在ATE设备的量值溯源方面人们
进行了多方面的探索工作。大致有如下几种模式：
（1）样品比对测试：选定几种器件在多台ATE上测试。如果测试条件规定明确，器件和测试参数选择适当，各系统之间会有一定的可比性。但不是真正意义上的溯源。
（2）传统量传方式：用多台标准仪器组成校准装置。对不同的ATE需要开发不同的测量软件和制作专用的适配器。可以对系统进行量值溯源，但开发成本较大。
（3）自校准模块溯源：用户用系统所带的自校准模块校准。并要定期将自校准模块送原生产广家进行校准，以保证校准的准确性。这种自校准模块由于是厂家提供，设计较上一定考虑了该产品的特点，但由于多方面的原因，国内的绝大多数的单位不能按广家的规定，定期送校准模块到厂家进行校准。这样就没有形成一个不间断的溯源链，当校准板上的某些基准失效时，用户不一定会及时发现问题。
（4）ICMAP方案：对数学集成电路测量过程建立与之相适应的数学模型。通过定期对核查标准进行测试，积累数据，按照所建立的数学模型，用统计学的方法对这些数据进行处理，从而得到过程参数。通过对过程参数的检验，可以确认测量结果是否处于受控状态。同时，中心实验室利用计量标准和传递标准，对参加实施进行量值传递。本方案课题对测量装置、人员素质、环境条件、实验方法等测量全过程进行考核检验。特点是方便、灵活，符合目前IS09000、ISO17025标准中关于过程控制与核查的要求.接近用户实际测试的环境，能较实际地反映被校对象的情况。通用性好，适合于较为通用的ATE的校准。
4. 集成电路参数测量保证方案（ICMAP）的具体实施
集成电路参数测量保证方案的具体做法是：用一组稳定的、包装良好的、可运送的传递标准，作为未知样品。当用户需要时，被送到用户实验室现场，温度平衡后，由现场工作人员按正常操作程序进行测量规定的参数。测量后的“传递标准”又被送回到ICMAP中心实验室(如在CESI)进行再次测量，然后在对在CESI的数据和实验室测得的数据进行统计分析，由CESI给出测试报告，此报告陈述实验室的测量结果与CESI的偏差和总测量不确定度。
为了使参加该项活动的实验室的测量过程处于连续的统计控制中，在经过“传递标准”测量后的时间间隔内，还必须采用实验室内部的稳定性较好的“核查标准”(Check Standard)，经常反复测量，核查随机变化是否在规定的合格值内，保证测量过程处于连续的控制状态。
数字集成电路参数的溯源
3.1 数字集成电路参数分析
数字集成电路具有直流参数、交流参数和逻辑功能三大主要特性参数。
直流参数主要有：输入高/低电压、输出高/低电压、输出高/低电流、输入电流等。
交流参数主要有：为使器件正常工作而在各输入端所施加各种驱动信号的起始时间、输入/输出端有逻辑关系的相对时间、输出端可反映器件逻辑功能的各种时间参数。
逻辑功能主要是器件本身所具有的功能，对于中、小规模的电路通常用真值表来表述。而复杂的电路有专用的数据手册来描述。
归纳起来，数字集成电路直流和交流参数中电压、电流和时间是三个基本量。
.2 数字集成电路测试设备测量参数分析
数字集成电路测试系统工作过程中，与测量参数对应有功能测试、直流测试和交流测试单元。不同型号的数字集成电路测试系统测量性能各有不同，技术指标也有差异。但基本都配备时间测量单元、驱动器、比较器、精密测量单元，有些系统还配有动态负载单元。
时间测量单元的主要参数有：时钟范围(整个系统)、每个时钟周期（范围）、时间边沿精度、时钟格式等指标。
驱动器的主要参数有：驱动电压的范围、驱动信号的上升时间和下降时间、驱动信号的最小脉冲宽度等指标。
比较器的主要参数有：比较电压的范围、准确度等。
精密测量单元的主要参数有：电压范围、加压测流、加流测压等
动态负载的主要参数有：负载电流等。
?直流参数测试：
直流参数测试用于确定被测器件输出管直流驱动特性和输入管脚的直流负载特性。对于系统而言，直流测量主要考虑准确度。因集成|电路测试的特性，用一般概念的电学标准无法直接来对此参数作量传，而要有一个特殊的传递媒介才能将此通常概念的直流量值传递至ATE。
?交流参数测试
集成电路交流参数测试是验证被测器件与时间相关的参数。在器件工作状态下，对其时间关系进行测量，考察输入激励信号后电路随时间的响应以及器件内逻辑状态的变化时间、输入、输出信号之间的时间关系、器件的极限工作频率等。
对测试仪而言.最为关键的时AC参数测试中的定时精度、分辨率、数据格式等.
?功能测试
功能测试通常用来验证一个被测电路的逻辑，检查其是否满足原设计的要求。其过程是在被测电路的输入端施加激励信号，同时测试其输出，与预期的输出要求相比较。
由上述分析可知，数字IC测试系统尽管很复杂，但其作为基本特征的就只有三大部分.这三大部分在某种意义上决定了ATE的测量准确性.特别是ATE的交直流参数.因此，我们考虑用ICMAP法对ATE的交流和直流参数进行准确溯源。
3. 传递标准的设计与技术指标
目前我们针对ATE的时间测量单元、比较器、精密测量单元、动态负载单元等部分的参数指标设计了校准方案并开发了相应的传递标准器(核查标准)。
考虑到传递标准器的使用情况，采用合金外壳锡焊密封的工艺，使标准器比较坚固，为便于广泛的适用性，传递标准器的引出管脚采用最为常见的20Pin DIP封装形式。
下面以时间测量单元校准为例，说明ICMAP的测量原理。
（1）时间测量单元的校准
选用时间参数传递标准器来模拟日常工作中对集成电路进行时间测试的情景，而此时间参数传递标准器的溯源则由专用的时间标准系统保证，该时间标准系统主要由高速信号源和高速示波器等仪器组成，再将示波器向国家标准溯源。这样，通过ATE对IC时间参数传递标准器的比较测量活动，就将ATE的时间测量量值溯源到国家时间基准。
同时，由于规定了明确的测试电平，在进行时间测量过程中也间接地考核了ATE比较器的电平准确度。由于高频分布参数的影响，在进行动态参数的传递时选定统一的参数界面非常重要。因此，本方案选用校准界面与实际测试器件用同一界面，来逼真模拟实际测试。并将IC时间参数传递标准的外部接口设计成DIP形式，在脉冲信号激励下，输出端就有一个固定延时信号送出，ATE测得该值后再与传递标准器的标准值相比较，就可知道ATE的时间测试偏差。
MAP程序与过程参数
4.l建立传递标准：经主持实验室长期考查，数据稳定。可以保存和复现参数量值的样品，其量值范围应与参加实验室核查标准相当。有主持实验室给定的实际值和不确定度。有良好的包装，以便在主持实验室和参加实验室之间往返邮寄。
在早些年我们用传统量值传递法为一些用户进行了ATE参数校准服务工作，对象涉GR1731、GR1732、TM6、M3000、3160、HP370等。要多台标准仪器搬到用户现场进行校准，对异地用户来讲就有一些困难.在校准方案设计方面：不同型号的ATE测试设备的测量操作依赖于不同系统软件。因此校准方案的设计的技术要求较高。
而采用了IC MAP方案，核查标准的运输可通过邮寄的方法；通过对用户的技术培训，测量操作由用户的技术人员自己完成。对核查标准的经常性测试、测试数据的统计分析由中心实验室完成。
传递摸块已在一些单位试用。如：电子15所、航天18所、066基地测试中心、总参56所、总参51所、华大微电子设计中心等单位。传递标准器的方便快捷操作受到了用户的认同。
用传递标准这种模式对大中型ATE系统进行校准是一种全新的思路。本课题项目是在数字IC测试系统校准技术方面的基础性和实用性的项目。它在广泛调研、深人研讨和大量技术试验的基础上，为国内数字IC测试系统的用户提供了一套灵活、便利的传递比主对媒介。对ATE交直流参数指标和总体功能的综合性能可进行有效的评价。本课题的成果稍加改变，即可用于其它大型在线测试设备上。
——杰创立ATE自动检测系统
