基于WinForm 的芯片测试管理系统设计

郭崇光，何用辉，马孝荣，廖小玲

（1.福建信息职业技术学院智能制造学院，福建 福州 350003；2.天津市智能机器人技术及应用企业重点实验室，天津 300350）

0 引言

芯片产品的测试是整个芯片产品生产环节中非常重要的环节[1]。以往较小规模的芯片测试管理方式大多依赖于人工手动操作，因此存在测试管理不规范、效率低等问题。要解决此问题，需要对芯片生产管理进行自动化、信息化处理。需要在芯片测试过程中及时得到测试过程中反馈的信息，需要实现芯片测试各个环节的标准化，需要在芯片测试中发现异常问题并及时上传，故需要开发芯片测试管理系统，实现芯片测试自动化、信息化，保证其稳定性和准确性的因此，建立一套高效、准确、信息化的芯片测试管理系统已成为某机构的迫切需求。本研究旨在通过管理系统的升级实现芯片测试的信息化和规范化，提高芯片测试的效率[2]。

1 系统功能需求分析

1.1 芯片测试功能需求

该芯片测试管理系统应具备芯片测试管理功能，能够自动调用芯片的测试程序、记录测试中的过程信息以及为测试人员提供测试工艺要求信息，包括测试方案制定、测试数据采集、测试结果分析等。测试环境搭建包括硬件设备的连接和软件环境的配置等；测试方案制定包括测试内容、测试程序的调用、测试设备的指定以及测试时间的要求等；测试数据采集包括测试数据的采集、存储和分析等；测试结果分析包括测试结果的可视化展示和分析，以及异常处理等[3]。

1.2 芯片管理功能需求

该测试管理系统应具备芯片管理功能，包括芯片的入库、出库、品检、测试、镭射、打点、烘烤、库存管理、信息查询等。芯片入库包括客户订单的登记录入、入库单的生成等；芯片出库包括芯片订单的发货记录、出库单的生成等；库存管理包括库存数量的统计、库存位置的管理等；信息查询包括芯片信息的查询、库存信息的查询等；硬件管理包括芯片测试流程中所用到硬件的登记，维修，保养，异常处理等。

1.3 系统管理功能需求

该系统应具备系统管理功能，能够对系统进行管理，包括用户管理、权限管理、日志管理等。用户管理包括用户信息的维护、用户权限的管理等；权限管理包括用户权限的分配、权限的管理等；日志管理包括系统操作日志的记录、查询等。此外，还需要考虑系统的安全性和稳定性，例如数据备份和恢复、系统升级等方面的要求[4]。

2 系统架构与组成

2.1 系统架构

芯片测试管理系统目标是实现芯片测试过程的可视化、数字化、自动化和精细化，进而提升整个芯片测试流程的效率、提高某机构管理水平及打造先进的数字化生产车间[5]。芯片测试管理系统的架构如图1所示。

图1 芯片测试管理系统架构

2.2 系统功能组成

该芯片测试管理系统功能模块有12 个，其中出入库管理、品检、测试、镭射、打点和烘烤6 个模块为测试流程中的测试执行部分；另外系统管理、硬件管理、异常处理、工艺管理和质量管理为测试流程中的管理部分；可视化管理模块主要生产信息可视化、专家数据库、数据查询等。芯片测试管理系统功能模块组成见表1。

表1 芯片测试管理系统功能组成

2.3 系统硬件设备

为保证该管理系统正常运行，需要一系列硬件设备的支撑。如图2 所示，该芯片测试管理系统所到的硬件主要有：芯片测试设备（用来测试芯片的设备），包括测试机探针台等；计算机（管理系统运行的载体），运行芯片测试管理系统；服务器，用于存储测试数据、测试结果、测试程序以及管理系统的数据库等；网络设备，用于将计算机和服务器连接在一起，以便数据的传输和共享；数据采集卡，用于将各种传感器的信号转换为计算机能够识别的数字信号。 总之，芯片测试管理系统需要与多种硬件设备进行交互，以实现对芯片测试过程的全面控制和数据的准确采集。

图2 芯片测试管理系统的硬件设备

3 功能设计

3.1 芯片测试流程设计

芯片测试流程的规范化和标准化是芯片测试管理系统设计的前提，为规范某机构芯片测试，需要根据该的实际情况制定芯片测试流程，如图3 所示。首先需要依照芯片测试设计为主要考虑，来料入库会以订单登记作为纪录点，以确认芯片是否到货，并同时订单核对，若是订单核对异常，则立即通知客户和相关管理部门；订单核对做好确认依正常进行下一步流程至来料入库做好登记并做好进料品检，芯片品检判定正常进行半成品入库；若是芯片品检异常必须开立异常单并描述异常详情应紧急反馈客户和管理部门；芯片品检判定正常则进行下一步流程至半成品入库，领料生产中巡检若发现异常，并进行评估判断是否有影响，判定异常则开立异常单并描述异常详情，应紧急反馈客户和管理部门；无发现异常则继续完成芯片测试流程四个工艺流程（测试、激光、打点、烘烤工序），再进行芯片成品品检过程中，如芯片判定异常则开立异常单进行异常判定退出测试返工，若是芯片成品品检判定正常则转为成品库并核对出库数据，核对确认无误后出库发货，最后进行订单归档结案。

图3 芯片测试流程设计

在整个芯片测试流程中主要包含三部分。第一部分为芯片正常测试流程中的各个工序，其顺序为：入库、品检、测试、镭射、打点、烘烤、成品品检和出库。在该部分中本系统采用模块化设计的方法，为各个工序设计专门的操作界面，专门收集执行数据和测试结果数据。第二部分为异常处理部分，在图3 中每次测试工序后都有判断该工序是否存在异常，如存在异常信息需及时开立异常单并向相关部门反馈处理。第三部分为芯片测试排程，在芯片来料入库前需要管理员提前录入订单信息，包括芯片的数量、型号、尺寸、甲方还有测试工艺要求等，芯片入库后可自动完成工艺匹配，按照测试工艺要求开始作业。

3.2 数据库的设计

在芯片测试管理系统中，数据库的设计需要考虑到系统的需求和实际情况，以便能够满足系统的功能要求。同时数据库的实现需要遵循一定的规范，以确保数据的安全可靠。本设计采用了SQLserver 数据库平台，在本系统数据库中创建不同的数据表[6]，以存储各种类型数据，主要包含测试流程数据、设备管理数据、系统管理数据和生产过程数据四部分，如图4 所示。建立数据库管理系统，可以确保数据管理能够有实时的反馈，对于管理者也可以针对数据库的设计统筹使用，每个相对应的细节都是环环相扣，数据库的设计要对应每个工艺流程包含测试、设备、系统、生产等需求再细分其余的项目，以确保芯片测试管理系统数据库的每项数据都依照芯片测试管理系统合理使用。

图4 芯片测试管理系统数据库结构

测试流程数据包含芯片测试流程中各个工序数据表，如测试数据表：包含有芯片的型号、编号、操作员ID、操作时间、使用的测试机型号、编号、测试程序名称和其他工艺信息等。设备管理数据中包含了有测试机、探针台、镭射机、打点机和烘烤机、针卡在内的所有设备信息。例如：在针卡数据表和设备数据表中主要列名有：设备型号、设备编号、设备状态、使用人ID，使用时间等，如管理员可以定期维修保养设备、根据设备情况进行报废删除处理。而硬件异常数据表中除了设备的基础信息和操作记录外，还包含有设备在发生硬件异常时异常硬件的部位、异常原因等。系统管理数据主要是芯片测试管理系统中的基础数据，包括有：用户信息数据、用户操作日志、权限数据表三个表。该部分数据表主要列信息为：部门、工号、密码、在系统中的权限等级（系统中各部分功能根据权限等级向用户有选择性的开放）和操作记录等，为实现芯片测试中的追溯打下了良好的基础。生产过程数据是整个芯片测试管理系统中的核心数据，比如在产品当前状态表中，除了芯片的基础信息外还包括芯片测试流程中的进度、是否异常等。在测试数据表中主要存放芯片测试后的结果数据，包括良率、疵点原因等，为后续的产品报告提供了关键数据。

3.3 设备管理的设计

设备管理功能主要是对芯片测试流程中所用到的设备进行登记、删除、状态数据更新和异常处理等，在具体的操作中可产生操作日志信息。其中硬件设备包括：针卡、测试机、探针台、镭射机、打点机和烘烤机等。本芯片测试管理系统采用了模块化设计的方法，单独把设备管理功能作为系统中的子模块来设计，芯片测试管理系统软件管理功能界面，如图5 所示。因在芯片设备端必须提供相大量的采集数据，对应于设备管理者的需求，必须要有符合相应配套措施，以更便捷的方式提供设备管理对接的需求性。因此，设备管理在硬件管理功能接口需添加设备增删管理、通知公告、操作日志、针卡登记、Load Board、设备异常详情等，对应每个功能模块接口的项目提出需求性及完整性，使得设备管理更人性化、条理性更突出、更科学。

图5 芯片测试管理系统硬件管理功能界面

设备管理员在“设备状态管理”中可对不同类型的设备进行实时监控、状态更新等，可根据每台设备自身信息生成二维码贴标，该环节操作与数据库中“设备数据表”相关联；在“操作日志”中可查看每台设备的使用记录、状态更新记录和设备异常记录等，该环节操作与数据库中“设备使用日志表”相关联；设备异常详情中汇集了各个工序环节中操作员上报的异常单，管理者可对各个异常单进行处理，比如检修、保养、报废等，该环节操作与数据库中“设备异常详情表”相关联。

3.4 可视化界面的设计

依照管理者的必要配套措施，需要追加新的数据可提供可视化界面参数，如生产操作、生产信息、人员管理、测试程序管理、工艺流程管理、订单登记；每个操作流程需要有一套设计的功能性，让管理者可以一目了然芯片测试进程，使整个芯片生产工艺流程的晶圆总数和晶圆良率具体呈现，芯片测试管理数据可视化界面如图6 所示。

图6 芯片测试管理数据可视化界面

在该测试管理数据可视化界面设计中，主要体现三部分的详细内容：第一部分为已登记芯片的测试状态信息，该信息主要体现被选中芯片的实时状态。该状态显示控件与数据库中“产品当前状态表”绑定，当前被选中的芯片型号为“z01”，批号为“asd01019-15”，该芯片产品当前已进行到品检环节；第二部分为芯片的测试过程数据，该部分功能控件的数据来源是数据库中“晶圆测试结果数据表”，该表包含了该芯片测试流程中所用到的各种硬件设备：测试机、探针台、镭射机、打点机和烘烤机等，还包含了芯片测试中各个环节的时间节点、操作员信息、某种型号的芯片良率和疵点详情等；第三部分为芯片测试中已完成的订单列表统计，可在该列表中查看已完成的订单，选中其中某一中芯片产品可查看具体的测试过程数据详情。

3.5 工艺管理的设计

管理者拟定工艺流程管理12 道工序，主要优势可以根据特殊客户的芯片案例，采取必要的手段来达到晶圆检测的目的，可通过来料入库、品检、测试、激光、打点、烘烤、品检、出库发货等了解进程。由工艺设计得知机台型号等其他详细功能介面的数据采集，从中更可以自由地采取定义工艺设计流程，不会限制规范并保留原来的制定设计模块。管理者在紧急情况下得知客户的需求性，从而采取应变措施，有效地提升了芯片的生产效率。

如图7 所示，使用者可以提前把新订单中的芯片型号工艺流程录入工艺模板库中，该订单中的芯片入库时可自动按照已录入工艺模板进行测试。工艺模板可设置内容包括：硬件型号指定，工序顺序、测试程序登记，特定工艺要求说明等。该功能的实现可明显提升芯片检测的效率和正确度。在工艺管理功能设计中，主要的设计思路是数据库中“产品工艺数据表”和“工艺模板数据表”之间的关联。当新订单芯片入库时，按照该芯片的基础信息（如型号）将其与提前在工艺模板库登记的工艺模板成功匹配，然后把工艺模板中的工艺信息复制到新订单芯片工艺中进行测试流转。每个工艺模板最多有12 个工序，每个工序都有“NO”“品检”“测试”“镭射”“打点”“烘烤”“出库”等选项，其中“品检”“出库”可以指定操作员和工艺要求的备注，“测试”工序可指定需要用到的测试机型号、测试程序和针卡型号等，“镭射”“打点”和“烘烤”工序可设置特定型号的设备和工艺要求，实现更大化的工艺定制功能。

图7 芯片测试工艺设置界面

4 使用效果及总结

基于WinForm 的芯片测试管理系统具有较高的稳定性和可靠性，可以长时间稳定运行，保证了测试结果的可靠性和一致性。另外在芯片测试流程中产生了大量的生产过程数据，可以做到数据自动录入、整理和存档，有效地降低了对管理人员工作经验的依赖。同时直观的对比数据可以提供更直接的决策数据依据，使管理层决策更准确。例如：在自动工艺模板匹配运行下，芯片测试能够稳定有效的自动进行，管理者通过监控每台设备的运行状态和过程数据提升了车间的管理水平。综上所述，基于WinForm 的芯片测试管理系统设计具有较高的质量、效率、准确度和可靠性，可以帮助某机构提高芯片测试的效率和质量，提高产品的竞争力。