СПОСОБ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ (ДНК) ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ИНОСТРАННОГО ПРОИЗВОДСТВА (ПЛИС ИП)
METHOD FOR DIAGNOSTIC NONDESTRUCTIVE TESTING (DNT) OF ERASABLE PROGRAMMABLE LOGIC DEVICE OF FOREIGN MANUFACTURE (EPLD FM)

Изобретение относится к области вычислительной и контрольно-измерительной техники и может быть использовано для диагностического контроля программируемых логических интегральных схем иностранного производства (ПЛИС ИП).
Из уровня техники известно, что изделия, такие как ПЛИС ИП, могут поставляться со скрытыми дефектами, которые проявляются через непрогнозируемый, в ряде случаев длительный период времени.
В качестве контролируемого параметра при проведении ДНК ПЛИС ИП обычно принимается ток потребления в различных статических состояниях. Структура кристалла ПЛИС ИП нерегулярна, что приводит к различным потреблениям тока в разных статических состояниях, и различия в потреблении тока между кристаллами, содержащими множество полупроводниковых переходов, достаточно велики. Исходя из вышесказанного, отклонение в потреблении тока не может служить объективным критерием надежности ПЛИС ИП.
Из уровня техники известен способ контроля цифровых интегральных микросхем (см. авторское свидетельство SU 1417613 A1, опубл. 15.12.1994). Однако данный способ не позволяет оценивать качество (надежность) интегральной схемы. Данный способ позволяет контролировать только работоспособность микросхем.
Из уровня техники известен способ контроля надежности интегральных микросхем (см. авторское свидетельство SU 1596288 A1, опубл. 30.09.1990). Однако с помощью данного способа производится контроль только герметичности корпуса интегральных микросхем.
Из уровня техники известен способ контроля интегральных микросхем (см. авторское свидетельство SU 1250997 A1, опубл. 15.08.1986). Данный способ основан на проведении функционального контроля на максимальной частоте, при этом контролируют только температуру. Данный способ непригоден для автоматического контроля ПЛИС ИП.
Из уровня техники известны способы контроля интегральных схем (см. авторские свидетельства SU 1458842 A1, опубл. 15.08.1986 и SU 1056088 A, опубл. 23.11.1983), в которых проводимая оценка характеризует только входные и выходные буферы микросхемы.
Из уровня техники известны способы контроля интегральных схем (см. авторское свидетельство SU 1430913 A1, опубл. 15.10.1988 и патент Российской Федерации RU 2018148 C1, опубл. 15.08.1994), в которых затруднительно выбрать критерии отбраковки из-за наличия ручных операций в критериях отбраковки и невозможно осуществлять автоматическую проверку ИС.
Технический результат - автоматическая проверка ПЛИС ИП без снижения качества отбраковки. Технический результат достигается проведением диагностического неразрушающего контроля (ДНК), который позволяет выявить в ПЛИС ИП аномальные значения параметров, значения которых выходят за пределы закона распределения для конкретной партии изделий (ИС), отражающих надежность кристалла. Надежность ПЛИС ИП оценивается по изменению в потреблении тока при переключении из одного стационарного состояния в другое с учетом знака (+, -).
Способ диагностического неразрушающего контроля ПЛИС ИП включает следующие этапы:
а) проводят измерения потребления тока ПЛИС ИП в различных стационарных состояниях.
Рекомендуется в первую очередь задействовать глобальные линии, так как они равномерно распределены по всей площади кристалла и вызывают значительные перепады в потреблении тока, а также отражают совокупность многочисленных внутренних утечек на кристалле ПЛИС ИП. Минимально необходимо провести два измерения тока. Рекомендуется же перебрать все возможные стационарные состояния на глобальных и программируемых входах. Результаты измерений сохраняются в двумерном массиве:
где
n - номер стационарного состояния, от 1 до N;
m - номер испытуемой ПЛИС ИП, от 1 до М;
б) для каждой ПЛИС ИП вычисляется разница потреблений тока между соседними стационарными состояниями, и с учетом знака (+, -) результаты сохраняются в массиве:
где
n - номер статического состояния, от 1 до N-1;
m - номер испытуемой ПЛИС ИП, от 1 до М;
в) рассчитывают математические ожидания (средние арифметические) значений различий в потреблении тока:
г) рассчитывают среднеквадратические отклонения значений
Δ
д) рассчитывают коэффициенты β, характеризующие отклонение значений I[n, m] от :
Δ
е) сравнивают значения коэффициентов β[n, m] с указанными в таблице 1 значениями коэффициентов β для соответствующего объема выборки, и если β[n, m] больше β, то значения I[n, m] считаются аномальными, т.е. микросхема считается потенциально ненадежной.
Таблица 1
M
β
5-10
2,5
11-20
2,8
21-50
3,0
51-100
3,5
>100
4,0
где М - количество ПЛИС ИП в партии, а коэффициенты β рассчитаны на основе анализа накопленной статистики по партиям ПЛИС ИП, а также литературы [1]-[3];
ж) если после выполнения этапа (е) есть ненадежные ПЛИС ИП, то они исключаются из выборки, и проводят новые вычисления с этапа (в) по этап (е) до тех пор, пока все кристаллы ПЛИС ИП не будут соответствовать заданной статистике.
На фиг.1 представлены примеры зависимости потребления тока от различных стационарных состояний для 4-х ПЛИС ИП.
На фиг.1 видно, что ПЛИС ИП потребляют различные токи в стационарных состояниях, но сами зависимости тока от текущего стационарного (логического) состояния на входах ПЛИС ИП сильно коррелированны, и только микросхема №2 выбивается из общего ряда при переходе из 10 в 11 состояние. Именно отклонение в разнице токов между соседними стационарными состояниями и будет ключевым параметром, по которому выявляются потенциально ненадежные микросхемы.
Сильные перепады в статическом потреблении ПЛИС ИП, показанные на фиг.1 в опытах с 1 по 16, вызваны переключениями с участием глобальных линий и глобальных входных буферов.
Выбранный для диагностирования информативный параметр - различие токов потребления между соседними идентичными состояниями - имеет критичный характер, т.е. связан с потенциально возможными дефектами, приводящими к отказам ПЛИС ИП.
Заявленный способ выявления в ПЛИС ИП аномальных значений отклонений различия токов между различными стационарными состояниями применяется только при наличии следующих условий:
1) для обеспечения приемлемой полноты статистического приемочного контроля, изделий в партии должно быть не менее 5 штук;
2) разброс значений потребляемого тока в партии изделий не должен превышать измерительную погрешность для всех измерений, т.е. быть больше D, причем:
D - мультиизмерительный предел погрешностей, который в большинстве случаев составляет
где
- верхний предел приборной погрешности;
- нижний предел приборной погрешности;
ст
δ=5% - предел основной статистической погрешности измеряемого тока.
Величина предела связана с привносимыми внешними факторами, такими как: нестабильность внешних условий (температура, давление, влажность и пр.), квалификация персонала, уровень готовности измерительной комнаты и т.д.
Таким образом, заявленный способ диагностического неразрушающего контроля (ДНК) распространяется на программируемые логические интегральные схемы иностранного производства (ПЛИС ИП) и позволяет выявить ненадежные ПЛИС ИП.
Литература
1. ГОСТ Р 50779.53-98 Статистические методы. Приемочный контроль качества по количественному признаку для нормального закона распределения.
2. ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.
3. ГОСТ Р 50779.21-2004 Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным. Часть 1. Нормальное распределение.