close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4524

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4524
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 01R 31/28
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ОТБРАКОВКИ МИКРОСХЕМ
(21) Номер заявки: a 19980408
(22) 1998.04.24
(46) 2002.06.30
(71) Заявитель:
Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
предприятие "Белмикросистемы" (BY)
(72) Авторы: Белоус А.И.; Бакуменко В.И.; Попов
Ю.П. (BY)
(73) Патентообладатель:
Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
предприятие
"Белмикросистемы" (BY)
(56)
Кузнецов Ю.Н., Макаров В.В., Черняев Н.В. Электронная техника. - Микроэлектроника. - 1982. - 2(98). С. 49, SU 1594458 A1, 1990, SU 1772772 A1, 1992, SU 1417613 A1, 1994, RU 2009517 A1, 1994, DE 3140072
A1, 1983, JP 01047975, 1989.
BY 4524 C1
(57)
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля надежности
цифровых микросхем.
Изобретение позволяет в процессе изготовления отбраковать потенциально ненадежные цифровые микросхемы, микросхемы со скрытыми дефектами путем последовательного понижения напряжения питания и
определения разности напряжений питания первого отказавшего теста и заданного числа отказавших тестов.
В основу изобретения положена задача повышения достоверности отбраковки ненадежных микросхем.
Существо изобретения заключается в том, что в способе отбраковки микросхем, состоящем в том, что на
испытываемую микросхему попадают текстовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с
микросхемы информацию с эталоном, понижают напряжение питания до величины, при которой происходит
несовпадение считанной информации с эталоном, для первого теста, измеряют это значение напряжения питания, затем понижают напряжение питания до значения, при котором имеет место несовпадение считанной
информации с эталоном для заданного количества тестов, измеряется это второе значение напряжения питания, и микросхема считается годной, если разность первого и второго значений напряжений питания по абсолютной величине не превышает заданного значения. Предложенный способ может быть использован для
отбраковки ненадежных микросхем, изготовленных по любой технологии и схемотехнике, включая КМДП,
ТТЛШ, И2Л и ЭСЛ.
Фиг. 1
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля надежности
цифровых микросхем (МС).
BY 4524 C1
Известен способ отбраковки МС, состоящий в том, что на МС попадают тестовые последовательности
сигналов, сравнивают считанную с МС информацию с эталонной информацией (эталоном) и считают микросхему годной, если считанная информация совпадает с эталоном [1].
Недостатком известного способа отбраковки является невозможность отбраковки ненадежных микросхем - отбраковываются только дефектные микросхемы, неработоспособные при установленной в технических условиях величине напряжения питания.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ отбраковки МС, состоящий в
том, что на МС попадают тестовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с МС информацию
с эталоном, понижают напряжение питания МС до заданной минимальной величины, при которой измеряют
численные значения выходных статических параметров (значение напряжений логического “нуля” и
“единицы”) и считают МС годной, если численные значения выходных статистических параметров соответствуют эталону [2].
Если измеренные численные значения выходных параметров соответствуют эталонным значениям Uвых.
1
0
эт. , Uвых. эт. , то эта МС обеспечивает работоспособность в расширенном температурном диапазоне, в противном случае - сохраняет работоспособность только в узком температурном диапазоне.
Известному способу отбраковки присущи следующие недостатки:
1. Невозможность отбраковки ненадежных МС;
2. Способ пригоден только для МС малой и ограниченно-средней степени интеграции, имеющих небольшую логическую глубину и минимальное количество элементов между входом и выходом МС;
3. Способ требует проведения дополнительных к функциональному контролю также и измерений на каждом тесте выходных статических параметров, что снижает производительность выходного контроля МС, усложняет аппаратуру, а для многовыводных (64, 128, 168 и т.д.) МС практически нереализуем. Основным
недостатком способа является невозможность отбраковки ненадежных МС, МС со скрытыми дефектами. В
процессе изготовления МС возможно образование различного рода локальных дефектов, обусловленных как
точностью воспроизведения технологических процессов (допустимые разбросы режимов операций и структурных параметров), так и уровнем чистоты исходных полупроводниковых материалов. Так, неизбежно существующий в технологическом процессе изготовления разброс величин поверхностей сопротивлений
полупроводниковых областей и материалов межсоединений (алюминий, поликремний, нихром, ванадий и
т.д.) обусловливают различие электрических характеристик даже одинаковых элементов МС в зависимости
от их местоположения по поверхности полупроводникового кристалла. Это различие в полной мере не может быть учтено при конструировании МС в силу чрезвычайного многообразия, сложности учета и определения, необходимых конструктивно-технологических и электрических факторов, и обусловливает диапазон
работоспособности МС и ее надежности. С течением времени и при воздействии дестабилизирующих факторов (температура, предельные напряжения питания) различие электрических характеристик может усиливаться (деградация параметров, старение материалов), что может привести к параметрическому или
функциональному отказу МС. В основу изобретения положена задача повышения достоверности отбраковки
ненадежных МС.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе отбраковки микросхем, состоящем в том, что на
микросхему попадают тестовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с микросхемы информацию с эталоном, понижают напряжение питания МС до величины, при которой происходит несовпадение считанной информации с эталоном, измеряют первое значение напряжения питания, при котором
имеет место первое несовпадение считанной информации с эталоном для одной тестовой последовательности
сигналов, измеряют второе значение напряжения питания, при котором имеет место несовпадение считанной
информации с эталоном для заданного количества тестовых последовательностей сигналов, и считают микросхему годной, если разность первого и второго измеренных значений напряжений питания по абсолютной
величине не превышает заданного значения.
Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показал, что заявляемый
способ отличается от известного тем, что измеряют первое значение напряжения питания, при котором имеет место первое несовпадение считанной информации с эталоном для одной тестовой последовательности
сигналов, измеряют второе значение напряжения питания, при котором имеет место несовпадение считанной
информации с эталоном для заданного количества тестовых последовательностей сигналов и считают микросхему годной, если разность первого и второго измеренных значений напряжений питания по абсолютной
величине не превышает заданного значения.
Изложенная сущность изобретения поясняется фиг. 1, фиг. 2. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 - графические зависимости, характеризующие связь
между собой напряжения питания, количества тестовых последовательностей и количества отказов ненадежных микросхем.
На фиг. 1 обозначены микросхема 1, генератор 2 тестовых последовательностей сигналов, блок 3 сравнения считанной с микросхемы информации с эталоном для текущей тестовой последовательности сигналов,
устройство 4 управления и источник питания 5 микросхемы. На испытываемую микросхему 1 от генератора
2 поступают последовательности тестовых сигналов. Блок 3 сравнивает считанную с микросхемы информа2
BY 4524 C1
цию (результат выполнения микросхемой тестовой последовательности) с эталоном (правильный ответ) и
результат сравнения передает в устройство 4 уравнения. При отрицательном результате сравнения устройство 4 останавливает процесс испытаний МС 1 от генератора 2 поступают последовательности тестовых сигналов. Блок 3 сравнивает считанную с микросхемы информацию (результат выполнения микросхемой
тестовой последовательности) с эталоном (правильный ответ) и результат сравнения передает в устройство 4
управления. При отрицательном результате сравнения устройство 4 останавливает процесс испытаний МС 1 и
классифицирует МС, как брак. При положительном результате сравнения устройство управления 4 формирует управляющий сигнал для источника питания 5, под которого источник 5 плавно изменяет напряжение
питания МС (Uc) в сторону уменьшения, за пределы установленного в технических условиях рабочего диапазона. При этом устройство управления 4 фиксирует первое значение напряжения питания Uc1, при котором
имеет место первое несовпадение считанной информации с эталоном. Номер отказавшей тестовой последовательности (далее - теста) не запоминается. Далее устройство 4 фиксирует второе значение напряжения питания Uc2, при котором отказывает заданное количество (п) тестов (например - 30 % от общего их количества).
Если абсолютная величина разности [Uc1 - Uc2] не превышает заданного значения ∆Uc max, микросхема считается годной, в противном случае - бракуется как ненадежная. Количество n тестов, также как и численные значения ∆Uc max, определяются экспериментально для каждого типа микросхемы и зависят от уровня
сложности МС и ее технологического базиса (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП и т.д.).
Согласно приведенному выше алгоритму работы в качестве представленного на фиг. 1 устройства может
быть использовано стандартное контрольно-измерительное оборудование с управляющей ЭВМ, которая может выполнять функции устройства управления 4 фиг. 1. Следовательно, заявляемый способ может быть
реализован без дополнительных аппаратных затрат.
На фиг. 2 кривые 1 и 2 характеризуют границы области, в которой наблюдается зависимость процента откаni
завших тестов γ =
⋅ 100% от величины напряжения питания Uc исследуемой выборки МС одного типа.
N
Здесь: N - общее количество тестов, используемых для контроля функционирования МС, n - номер отказавшего теста (i изменяется от 1 до N).
Кривые 3 и 4 характеризуют границы области, в которой имеет место зависимость процента отказавших
тестов от абсолютной величины разности напряжений питания ∆Umахi, = Uc1i – Uc2i, где Uc1i - первое значение напряжения питания, при котором имеет место первое несовпадение считанной и эталонной информации (первый отказавший тест) для последовательности из i тестов, Uc2i - второе значение напряжения
питания, при котором имеет место несовпадение считанной информации с эталонной для заданного числа n
тестов. Кривые 3 и 4 легко получать графическим построением из кривых 1 и 2 с общей осью γ. Необходимость
использования абсолютной величины разности напряжений обусловлена универсальными свойствами заявляемого способа - возможностью его использования для отбраковки ненадежных МС типа ЭСЛ.
Кривая 5 характеризует связь числа (m) МС, отказавших в процессе длительных испытаний на надежность (обычно t = 1000 ч при Т = +125 °С), с абсолютной величиной разности напряжений Uc1 - Uc2 определенных выше.
Для пояснения графического перехода от граничных кривых 1, 2 к граничным кривым 3, 4 на фиг. 2 введены обозначения промежуточного этапа построения для заданного количества (γ = 10 %) тестов. U11 и U12 первое значение напряжений питания МС, при которых имеют место первые отказавшие тесты, причем U11 минимальное, а U12 - максимальное для исследуемой выборки значение. Аналогично U21 и U22 - вторые значения напряжений питания, при которых имеют место несовпадения считанной информации с эталоном для
заданного количества тестов γ = 10 % от общего количества N, причем U21 - минимальное, а U22 - максимальное значение напряжений для исследуемой выборки. Тогда точка ∆Uс1 кривой 3 вычисляется простым
вычитанием отрезков U11 - U21 и, соответственно, ∆Uс2 = U12 - U22.
Значения ∆Uс1 и ∆Uс2 в точках кривых 3 и 4 характеризуют границы численных значений разности между
первыми и вторыми напряжениями питаний с заданным количеством отказавших тестов γ = 10 % от всего
количества используемых тестов контроля МС.
Анализ характера изменения кривой 5 показывает, что первые отказавшие (ненадежные) микросхемы появляются уже в том случае, если абсолютная величина разности первого и второго напряжения питания превышает величину ∆Uс mах, затем количество отказавших МС резко возрастает с увеличением численных
значений ∆Uс. Следовательно, в качестве критерия отбраковки ненадежных МС может быть выбрана величина ∆Uс max. Конкретный выбор численного значения величины ∆Uс max производится эмпирически и зависит от
типа элементной базы МС (КМОП, И2 Л, ТТЛ, ЭСЛ, ТТЛШ и др.), типа микросхемы, от допустимых значений риска поставщика и заказчика, условий производства, от степени интеграции, экономических факторов.
Область, ограниченная кривыми 3, 4 и прямой ∆Uс max (заштрихована), характеризует надежные МС, с
низкой вероятностью отказов. Анализ области позволяет сделать вывод и о выборе оптимального численного
значения заданного по заданному способу отбраковки количества n отказавших тестов. Так, если ужесточить
требования к численному значению ∆Uс, количество тестов n, выбираемых при заявляемом способе, можно
существенно сократить, что позволяет повысить производительность процедуры отбраковки ненадежных
МС, снизить стоимость МС.
3
BY 4524 C1
Теоретически минимальная величина напряжения питания МС, при которой МС еще функционирует
(речь идет о нормальных температурных условиях) показана на фиг. 2 как UcТ min i. Так, численное значение
Ucn min для ТТЛ схем составляет величину порядка 2,8 В, для И2Л схем - порядка 0,8 В, для низкопороговых
(часовых ) КМДП БИС - порядка 1,2 В, для высокопороговых КМПД БИС - порядка 2,0 В и т.д. Однако на
практике, как указано выше, в силу неизбежно существующего разброса электрофизических характеристик
компонентов, их структурных и технологических параметров в пределах кристаллов МС, данная величина
обычно существенно выше. Известно, что для МС средней степени интеграции величина Uc min, составляет от
3,1 до 3,2 В.
Из фиг. 2 видно, что кривая 1, характеризуемая минимальной величиной ∆Uc в наибольшей степени приближается к идеальному виду Uc min.
Простая физическая модель поясняет эффективность предлагаемого способа отбраковки на примере биполярных МС. Известно, что основными видами дефектов, снижающих качество и надежность ЭСЛ, И2Л и
ТТЛ МС являются локальные дефекты, приводящие к утечкам между различными элементами и узлами схемы, например - резиновая связь “подложка-база биполярного транзистора” при номинале резистора 5 ком может быть выявлена только при Т = -60 °С, а при более высоких температурах не выявляется [3]. А утечка
более 5 ком и температурными испытаниями не выявляется, при длительной эксплуатации, вследствие протекания физико-химических процессов величина утечки может изменяться, что приводит к катастрофическому отказу. С уменьшением напряжения питания резко возрастает чувствительность усилительных свойств
биополярных транзисторов к утечкам, аномальные транзисторы (с утечками) будут отказывать в первую
очередь. Такие отказы появляются в виде первого измеренного напряжения отказа Uci. Другие блоки, где нет
дефектных транзисторов, будут работать и при дальнейшем снижении Uc, вплоть до Uc2, когда начинаются
отказы ввиду приближения к минимальной теоретической границе Uc min. Если дефектных элементов нет, то
и различие Uc1 - Uc2 будет минимальное.
Таким образом, предлагаемый способ отбраковки микросхем в сравнении с прототипом позволяет повысить достоверность отбраковки ненадежных микросхем.
Источники информации:
1. Измерение параметров цифровых интегральных микросхем / Под ред. О. Эйдукаса и Б. Орлова. - М.:
Радио и связь, 1972. - C.71.
2. Прогнозирование температурной устойчивости по результатам испытаний на пластине. - Электронная
техника. - Сер. 3. - Микроэлектроника. - 1982. - Вып.2 (98). - С.49.
Способ отбраковки микросхем, состоящий в том, что на микросхему подают тестовые последовательности сигналов, сравнивают считанную с микросхемы информацию с эталоном, понижают напряжение питания микросхемы до величины, при которой происходит несовпадение считанной информации с эталоном,
отличающийся тем, что измеряют первое значение напряжения питания, при котором имеет место первое
несовпадение считанной информации с эталоном для одной тестовой последовательности сигналов, измеряют второе значение напряжения питания, при котором имеет место несовпадение считанной информации с
эталоном для заданного количества тестовых последовательностей сигналов и считают микросхему годной,
если разность первого и второго измеренных значений напряжений питания по абсолютной величине не
превышает заданного значения.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
168 Кб
Теги
by4524, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа