【半導體測試】晶片測試基礎：Input Currents (IIL/IIH) 輸入電流觀念與測試方法
【測試工程】晶片測試基礎：Input Currents (IIL/IIH) 輸入電流觀念與測試方法
一、什麼是 IIL/IIH？
⬛ 什麼是 IIL/IIH？
❏ IIL：
① The current (I) in an input (I) when it is forced low (L).
② IIL是輸入電流。
③ IIL是input pin的輸入電流。
④ IIL是輸入端在Low時的電流。
❏ IIH：
① The current (I) in an input (I) when it is forced to High (H).
② IIH是輸入電流。
③ IIH是input pin的輸入電流。
④ IIH輸入端在High時的電流。
| 參數 | 描述 | 測試條件 | Min | Max | Unit |
| IIL, IIH | Input Load Current | Vss ≦ Vin ≦ Vdd = 5.25V | -10 | +10 | uA |
二、為什麼要測試 IIL/IIH?
IIL是量測 input pin 到 VDD 之間的電阻、阻抗；IIH是量測 input pin 到 VSS 之間的電阻、阻抗。
IIL/IIH 測試的目的，是要確保 input pin 的輸入阻抗符合設計的參數，及保證 input 不會產生超出規格的 IIL/IIH 電流。它也是一個識別 CMOS 元件是否有問題的好方法。
三、IIL/IIH -- 序列 / 靜態的測試方法
● 執行 IIL 測試的方法步驟
① 提供 VDDmax 給元件。
② 使用 functional drivers (VIH) 將所有的 input pin 都設定到邏輯 1。
③ DC 的量測系統 (PMU) force 每根 input pin 到 Low（量測時 Pin driver 和待測 pin 是分開的）。
④ 量測電流，並和規格表上的 IIL 限制值去做比較。
⑤ 重覆上述過程對每一個 INPUT PIN 施作，直到所有的 INPUT PIN 都被測試過。
● 執行 IIH 測試的方法步驟
① 提供 VDDmax 給元件。
② 使用 functional drivers (VIL) 將所有的 input pin 都設定到邏輯 0。
③ DC 的量測系統 (PMU) force 每根 input pin 到 High（量測時 Pin driver 和待測 pin 是分開的）。
④ 量測電流，並和規格表上的 IIH 限制值去做比較。
⑤ 重覆上述過程對每一個 INPUT PIN 施作，直到所有的 INPUT PIN 都被測試過。
重要注意事項： 一定要驗證 VDD, Vin (供應的電壓) 及 IIL/IIH 的值。在測試 IIL/IIH 時需要使用到 Current clamp。
對某些類型的元件，將所有的 input pin 設定到 High 或 Low 時，可能會產生一些問題。而替代的序列量測方法則是單獨的去量測每一根 Pin。序列測試的優點是可以量測到每一根的電流，且可以量測 pin 和 pin 之間的漏電路（因電壓差原故）；缺點則是測試時間較長。
● 特殊說明與注意事項
同一時間設定所有的 input 到 High 或 Low 可能會造成待測元件出現失效模式，設定前務必比對功能真值表 (Functional truth table)。此外，在測試過程中，雙向 (bi-directional) Pins 可能會在無意間被打開。如果這些 Pins 由測試機台驅動，高的 IDD 電流可能導致 DUT 內部電壓下降，導致輸入保護裝置消耗電流。
如果是 CMOS 元件且雙向腳在浮動 (Floating) 狀態下可能會出現高電流。解決方法可以在雙向腳上接一個負載，將狀態拉到固定的 1 或 0。
四、IIL/IIH 電阻阻抗的計算
當施加 VDD 時，輸入漏電測試是量測 input 到 VSS 間的電阻；施加 VSS 時則是量測 input 到 VDD 間的電阻。利用歐姆定律公式：R = E / I 即可找出最小允許的電阻值：
- R (電阻)：被測的阻抗。
- E (電壓)：穿過電阻的電壓。
- I (電流)：最大限制電流 (IIL/IIH)。
五、並列與合併測試方法比較
● 並列測試方法 (Parallel Test Method)
「並列量測」是指利用 PE Card 上的 PMU，針對每根 Pin 單獨、獨立且同時執行漏電量測。
優點：執行速度快速，且每根 Pin 的電流可以被單獨量測。
缺點：Pin 和 Pin 之間的漏電不易被偵測（因為皆停在相同電壓），且系統需具備 Per Pin PMU 規格。
● 合併量測方法 (Ganged Test Method)
將所有的 input pin 全數連接到單一個 PMU，且同時量測所有電流的總和。此方法非常適合測試具有極高阻抗、漏電趨近於零的 CMOS 輸入。
優點：快速執行，不需 per pin PMU 電路。
缺點：無法得知單一 Pin 的具體數值；若 Fail 仍必須用序列測試重跑。不能執行在電阻式或有 Pull-up/down 的輸入端。
六、IIL/IIH 故障排除與數據觀測
開啟數據記錄器 (datalogger) 觀察量測結果，通常會區分為三種可能：
① 量測值在上下限內 → PASS。
② 電流值超出限制，但並未超標（在量測範圍內） → FAIL。
③ 電流值嚴重超出限制且超標（不在量測範圍內） → FAIL (滿刻度溢位)。
除錯方向： 首先將元件從 SOCKET 上移走並重新測試。空載的 SOCKET 電流應為零。若否，代表漏電來自周邊硬體部件。此外，如上述 Datalog 範例：
- PIN_4 輕微超標：多為元件本身缺陷、製程變異或靜電損傷 (ESD) 造成。
- PIN_2 嚴重滿刻度超標：通常為元件內部有嚴重功能破壞性的缺陷。
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💡 關鍵重點小結：
• 目的：驗證輸入緩衝器 (Input buffer) 在施加 0V 和 VDD 時是否能提供高阻抗。
• DC 測試時，主要使用 PMU 來供應電壓並量測電流。
• VDDmax 為最壞情況 (Worst Case) 的標準測試條件。
• 測試的限度與限制值皆嚴格定義於元件的規格書 (Datasheet) 中。
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