Design for advanced testing of image sensors

Conception en vue du test avancé pour capteurs d'images Les imageurs sont des capteurs d’images communs que l’on retrouve dans tous les appareils de notre quotidien. Leur architecture découpée en deux parties (électrique et optique) leur permet de transformer une information lumineuse en information électrique pour acquérir des images sous forme de matrice de pixels.Les exigences en termes de qualité d’images de sortie impliquent de tester tous les éléments de l’architecture. Le test est réalisé sur un testeur grâce à un flot de test comprenant des tests électrique et optique. Les tests optiques vérifient l’intégrité de l’image à partir d’algorithmes qui recherchent des défauts locaux (impact réduit sur la qualité) ou globaux (impact critique sur la qualité). Le test optique représente la majorité du temps de test à cause de contraintes techniques (matériel spécifique précis, sauvegarde d’images et traitements en 2D). Ainsi, il impacte grandement le coût final du produit comparé aux tests électriques.Pour réduire le temps de test optique, des solutions de test embarqué directement dans le capteur (BIST pour Built-In Self-Test) ont été proposées dans la littérature. Leur utilisation a peu d’impact sur le coût du test optique et ne cible qu’une partie des défauts potentiels.Ce travail de thèse propose donc 3 solutions BISTs afin de réduire le temps de test optique. Les 3 BISTs fonctionnent en 1D à la vitesse de lecture de la matrice de pixels et tendent à restreindre le plus possible le stockage de données intermédiaires. Des bases de données contenant des images et des informations de test permettent de valider le fonctionnement de ces solutions BISTs.La 1ère solution BIST (appelée PETS BIST pour Pixel Embedded Test Solution) repose sur la simplification des tests optiques actuels pour les embarquer dans le capteur. L’implémentation de PETS BIST permet d’estimer qu’il représente seulement 0.25% de la surface totale d’un capteur 1.5MPixels et embarque 50% des tests optiques. Cela permet d’économiser 30% du temps de test optique. Une limitation en termes de détection de défaut global a été identifiée lors de l’utilisation de PETS BIST.La 2ème solution appelée PRED BIST intervient donc pour combler cette limitation. PRED BIST consiste à avoir une vision globale de l’image et à "prédire" les valeurs idéales attendues. En comparant les valeurs de l’image réelle avec les valeurs idéales, PRED BIST identifie des défauts et définit si les images sont correctes. L’implémentation de PRED BIST permet d’estimer qu’il représente 1.5% de la surface totale d’un capteur 1.5MPixels et nécessite donc 6 fois plus de surface pour être implanté que PETS BIST car son fonctionnement est plus complexe. Il embarque 100% des tests optiques. Cela permet d’économiser environ 95% du temps de test optique. Une limitation en termes de détection de défaut local a été identifiée lors de l’utilisation de PRED BIST.La 3ème solution appelée HYBRID BIST combine les 2 précédents BISTs pour exploiter leur complémentarité à l’intérieur d’un seul BIST. HYBRID BIST n’a pas encore été implémenté mais en utilisant les architectures déjà existantes de PETS et PRED BIST, une estimation de la taille de HYBRID BIST montre que qu’il représenterait 1.8% de la taille totale d’un capteur 1.5MPixels. Cette estimation est la pire estimation possible car les blocs de calculs de PETS et de PRED BIST sont non optimisés. Comme pour PRED BIST, HYBRID BIST embarque 100% des tests optiques et son utilisation permet d’économiser environ 95% du temps de test optique. Le réglage de HYBRID BIST utilisé lors de la phase de validation sur les bases de données lui permet de ne manquer aucun défaut mais de rejeter des images considérées comme correctes par les tests optiques lancés actuellement sur testeur.Le futur de ce travail de thèse repose sur l’exploration de l’utilisation de HYBRID BIST sur d’autres capteurs d’images. L’objectif principal sera d’implémenter physiquement HYBRID BIST sur silicium dans des capteurs réels en production.