Установка диагностического неразрушающего контроля КМОП-микросхем

УДК 621.382:681.518.54

Installing diagnostic non-destructive control

of CMOS chips

Mishanov Roman Olegovich - the post-graduate student of Faculty of Design and technology of electronic systems and devices, Samara State Aerospace University named after academician Sergey Korolev (National Research University), Samara.

Piganov Michail Nikolaevich - Dr.Sci.tech., Professor of Design and technology of electronic systems and devices, Samara State Aerospace University named after academician Sergey Korolev (National Research University), Samara.

Abstract: Due to the complexity of the functions performed by modern equipment and its growing complexity, which estimated the number of its elements, which requires the use of highly reliable components. In modern radio electronic devices most widely used semiconductor integrated circuits ( ICs ), CMOS type , which significantly affect the reliability of the operation of the device as a whole.

Keywords: diagnostic non-destructive testing, chip.

Установка диагностического неразрушающего контроля КМОП-микросхем

Мишанов Роман Олегович - аспирант кафедры КТЭСиУ, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара.

Пиганов Михаил Николаевич - д.т.н., профессор кафедры КТЭСиУ, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара.

Аннотация: В связи с усложнением выполняемых современной аппаратурой функций растет и ее сложность, которая оценивается числом входящих в нее элементов, что требует использования высоконадёжной элементной базы. В современных радиоэлектронных приборах наибольшее распространение получили полупроводниковые интегральные микросхемы (ИМС) КМОП-типа, надёжность которых значительно влияет на функционирование устройства в целом.

Ключевые слова: диагностический неразрушающий контроль, микросхемы.

Отбор микросхем повышенного качества осуществляют обычно на основе методов электрофизического диагностирования (ЭФД) или диагностического неразру-шающего контроля (ДНК). На данном этапе разработаны различные методы и средства ДНК элементной базы, которая используется в ответственной аппаратуре [1-3]. Однако постоянно идущий рост номенклатуры ЭРИ различного функционального назначения, использование новых материалов, конструкций, технологических процессов изготовления требуют новых информативных параметров, более точных критериев отбраковки, а значит и разработки новых средств контроля.

Рассматриваемая в данной работе установка ДНК реализует диагностический контроль ИМС путём сравнения с эталоном, который заключается в проверке истинности логических функций ИМС, в частности, в формировании на входах проверяемой ИМС тестовых последовательностей сигналов и сравнении выходных сигналов контролируемой ИМС с выходными сигналами эталонной ИМС. По результатам сравнения вырабатывается сигнал рассогласования, на основании которого

осуществляется разбраковка или диагностика надежности ИМС. Структурная схема установки представлена на рис. 1.

Установка состоит из следующих основных блоков: наборного поля; двух генераторов прямоугольных импульсов с частотой 10 кГц и 10 МГц; блока питания, который состоит из трех стабилизированных источников напряжения: +5 В, 1 А; +10 В, 50 мА; +0...10 В (регулируемый), 50 мА; адаптера, к которому подключаются контролируемая и эталонная микросхема; компаратора, сравнивающего выходные сигналы контролируемой и эталонной ИМС и вырабатывающего сигнал рассогласования; схемы усреднения сигнала рассогласования; устройства индикации.

Принцип работы заключается в следующем. Сигнал с генератора 10 кГц подается на три делителя на два, соединенных последовательно, в результате образуются сигналы с частотами 5 кГц; 2,5 кГц и 1,25 кГц, которые используются для задания тестовой последовательности на входах контролируемой и эталонной ИМС. Все четыре сигнала подаются на наборное поле, куда также подается питающее напряжение 10 В (50 мА) для эталонной ИМС и регулируемое напряжение 0...10 В (50 мА) для контролируемой ИМС.

Адаптеры с устанавливаемыми ИМС подключены к наборному полю. Для подачи на нужные выводы ИМС питающего напряжения и тестовых последовательностей сигналов используются перемычки, чем достигается многофункциональность прибора.

Рис. 1. Структурная схема неавтоматизированной установки ДНК для микросхем КМОП-типа

Выходные сигналы контролируемой и эталонной ИМС через коммутационную систему наборного поля подаются на переключатель выходов ИМС, который выведен на лицевую панель установки. Затем сигналы подаются на компаратор, вырабатывающий сигнал рассогласования, который заполняется импульсами частотой 1 МГц. Длительность сигнала рассогласования равна задержке между фронтами выходных сигналов контролируемой и эталонной ИМС. При диагностическом контроле ИМС питающее напряжение контролируемой ИМС понижается (вольтметр выведен на лицевую панель установки), поэтому задержка выходного сигнала контролируемой ИМС может быть значительной. Диагностика надежности контролируемой ИМС заключается в определении времени задержки выходного сигнала контролируемой ИМС по сравнению с эталонной ИМС при пониженном напряжении питания контролируемой ИМС. По экспериментально найденным зависимостям определяют надежность контролируемой ИМС. Сигнал рассогласования подается на

схему усреднения сигнала, которая подсчитывает количество импульсов с частотой 1 МГц в 256 пачках (пачка - один импульс сигнала рассогласования), которые могут следовать с частотой максимум 10 кГц. Полученное число делится на 256, таким образом получаем среднее количество импульсов в пачке. Данная операция повышает достоверность информации. На устройство индикации выводится количество импульсов заполнения (частотой 1 МГц) сигнала рассогласования, т.е. время задержки выходного сигнала контролируемой ИМС по сравнению с эталонной. Полученная информация анализируется с целью выявления потенциально ненадежных ИМС.

Для внедрения такой установки была произведена её доработка с целью автоматизации контроля, заключающаяся в замене наборного поля системой заглушек (СЗ), что резко снизило время подготовки прибора к работе и повысило надежность данного блока, и введении дополнительного блока - интерфейсной платы (ИП) сопряжения установки ДНК с ПЭВМ. ИП подключается ко входу схемы усреднения сигнала, заменяя схему усреднения сигнала рассогласования и устройство индикации, и производит ввод данных в ПЭВМ используя магистраль Industry Standard Architecture (ISA). Усреднение сигнала, анализ и вывод информации производится программно при помощи ПЭВМ. Структурная схема автоматизированной установки представлена на рис. 2.

Преимуществом такой установки является универсальность её применения для различных типов ИМС. Установка показала высокую эффективность в определении надёжности контролируемых ИМС.

Вольтметр

Задатчик-формирователь импульсов

Блок питания

Интерфейсная плата

м—

ПЭВМ

Генератор на 10 кГц

Схема Схема

Система выделения 1 усреднения

-*> заглушек импульса по 256

рассогласования отсчетам

Адаптер Адаптер

испытуемой эталонной

ИМС ИМС

Генератор на 10 МГц

Рис. 2. Структурная схема автоматизированной установки ДНК для микросхем КМОП-типа

Библиографический указатель:

1. Пиганов М.Н., Шопин Г.П., Тюлевин С.В., Козлова И.Н. Устройство для контроля и отбраковки двуха-нодных стабилитронов// Сборник научных трудов SWorld. - Одесса, 2013. Т.10. №3. - С. 85-91.

2. Тюлевин С.В., Пиганов М.Н. Методика и установка диагностического контроля полупроводниковых диодов// Сборник научных трудов по материалам международной конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований». - Одесса, 2008. Т.4. - С. 62-67.

3. Пиганов, М.Н. Пат. 2445640. Российская Федерация, МПК в01Я 31/26. Устройство для отбраковки двуха-нодных стабилитронов [Текст]/ М.Н. Пиганов, Г.П. Шопин, С.В. Тюлевин, И.Н. Козлова; заявитель и патентообладатель: Самарский государственный аэрокосмический университет. - № 2010140421/28; заявл. 01.10.2010, опубл. 20.03.2012. Бюлл. №8. - 8 с.

Об авторах:

Мишанов Роман Олегович - аспирант кафедры КТЭСиУ, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара.

Пиганов Михаил Николаевич - д.т.н., профессор кафедры КТЭСиУ, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара.

About the authors:

Mishanov Roman Olegovich - the post-graduate student of Faculty of Design and technology of electronic systems and devices, Samara State Aerospace University named after academician Sergey Korolev (National Research University), Samara.

Piganov Michail Nikolaevich - Dr.Sci.tech., Professor of Design and technology of electronic systems and devices, Samara State Aerospace University named after academician Sergey Korolev (National Research University), Samara.