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wzjs 2025/8/17 19:24:08

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大家好，我是硅言。之前的文章和大家聊了OS测试，芯片测试之Open-Short Test全解析：从原理到实战。在芯片设计与测试中，输入低漏电（Input Leakage Low, IIL）和输入高漏电（Input Leakage High, IIH）是衡量引脚电气性能的重要指标。它们不仅影响芯片的功耗，还直接关系到可靠性问题。今天，本文将从定义、原理到实际测量方法，深入剖析这两项关键参数。

在这里插入图片描述

一、定义与重要性：芯片引脚的“隐形杀手”

在芯片的微观世界里，输入引脚如同神经末梢，时刻感知外部信号。输入低漏电流（IIL, Input Leakage Low）与输入高漏电流（IIH, Input Leakage High），正是衡量这些“神经”是否健康的隐形标尺。

输入低漏电（IIL）： 当芯片的输入引脚被强制驱动至低电平（逻辑0）时，从电源（VDD）流向引脚的微小电流。理想情况下，此时输入引脚应呈现高阻抗，无电流通过，但实际因工艺缺陷或绝缘层变薄，仍会存在纳安（nA）至微安（µA）级的漏电流。
输入高漏电（IIH）： 当输入引脚被强制驱动至高电平（逻辑1）时，从引脚流向地（VSS）的微小电流。同样受工艺限制，这一电流可能因电路设计中的上拉/下拉电阻或ESD防护结构而增大。

这两项参数若超标，轻则导致静态功耗激增（如物联网芯片续航骤降），重则引发信号误判（如车载芯片误触发刹车指令）。据统计，全球每年因漏电流问题导致的芯片失效案例中，约15%直接关联IIL/IIH参数失控。

二、测量原理：从CMOS结构到电流捕捉

以下图CMOS电路示意图解释漏电流，请注意，实际芯片引脚电路与示意图不同，可能还包括ESD保护、上拉下拉等。输入引脚通过NMOS和PMOS管与电源及地连接。

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IIL测试，输入低电平（逻辑0）时，PMOS管导通，NMOS管截止，理想情况下无电流从VDD流向引脚。但实际因PN结反向漏电或绝缘缺陷，仍会检测到微小电流。
IIH测试，输入高电平（逻辑1）时，NMOS管导通，PMOS管截止，此时漏电流则通过PMOS的寄生二极管或栅极泄漏路径流向地。

随着工艺节点缩小（如7nm、5nm），绝缘层变薄，漏电流显著增加。此外，封装过程中的划痕、异物污染或电路桥接也会加剧漏电问题。

三、测试方法与技术实现

IIL和IIH的测量均基于加压测流（FVMI, Force Voltage Measure Current）对引脚施加特定电压（如VDDMAX或VSS），通过精密测量单元（PMU）检测电流值。

在这里插入图片描述

IIL测试流程
步骤1：为芯片供电至最大工作电压（VDDmax，如3.6V）。
步骤2：所有非被测引脚设为逻辑高电平（VIH=VDDmax），避免干扰。
步骤3：使用PMU强制被测引脚为0V，等待稳定后测量电流值。
判定标准：电流与技术手册限值对比。

硅言测试IlL程序Demo（不是完整代码奥，仅示意）：

power.POWER_ON(VDD);
var pinDigital = SemiContext.Digital("CS,DO,WP,DI,CLK,HOLD");
pinDigital.SetSelectedFunction("Digital");
pinDigital.SetIClamp(0.032).SetApertureTime(0.01).VForce(VDD);
var test_pin = SemiContext.Digital(IIL_TestPin);
test_pin.SetSelectedFunction("Digital");
test_pin.SetIClamp(0.000002).SetApertureTime(0.01).VForce(0);
Utility.Wait_mS(10);
for (int i = 0; i < MeasureTimes; i++)
{temp[i] = test_pin.IMeasure();
}
result = Utility.CalculateAverage(4, temp);
power.POWER_OFF();
test_pin.SetSelectedFunction("Disconnect");

IlH测试流程
步骤1：供电至VDDmax（如3.6V）。
步骤2：非被测引脚设为逻辑低电平（VIL=0V）。
步骤3：PMU强制被测引脚为VDDmax，测量流入电流。
判定标准：电流与技术手册限值对比。

硅言测试IlH程序Demo（不是完整代码奥，仅示意）：

power.POWER_ON(VDD);
var pinDigital = SemiContext.Digital("CS,DO,WP,DI,CLK,HOLD");
pinDigital.SetSelectedFunction("Digital");
pinDigital.SetIClamp(0.032).SetApertureTime(0.01).VForce(0);
var test_pin = SemiContext.Digital(IIH_TestPin);
test_pin.SetSelectedFunction("Digital");
test_pin.SetIClamp(0.000002).SetApertureTime(0.01).VForce(VDD);
Utility.Wait_mS(10);
for (int i = 0; i < MeasureTimes; i++)
{temp[i] = test_pin.IMeasure();
}
result = Utility.CalculateAverage(4, temp);
power.POWER_OFF();
test_pin.SetSelectedFunction("Disconnect");

注意上/下拉电阻的影响，若输入引脚内置上拉电阻，IIL测试时电流会显著增大（几十至几百μA），需调整限值；下拉电阻则会影响IIH。一般情况下，可进入芯片测试模式暂时关闭上/下拉电阻，然后进行测量。

上述IIL和IlH的测试方法，均使用串行测试，即依次对每个引脚施加目标电平（低/高），使用PMU逐个测量电流。该方法精度高，适用于引脚数量少或高精度要求的场景，但是效率低，耗时较长。随着芯片工艺进入纳米级，漏电流的检测精度要求从微安级迈向纳安级。新型测试设备结合AI算法，可自动识别异常模式并优化测试流程。例如，通过动态调整PMU参数，减少测试时间的同时保证准确性。

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