Методические указания по диагностированию цис.

Согласно ГОСТу 17021-75 интегральная микросхема (ИС) – микроэлектронное изделие, выполняющее определённую функцию преобразования и обработки электрических сигналов и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединённых элементов или элементов и компонентов.

Исходя из функционального назначения интегральные микросхемы делятся на две категории: цифровые интегральные схемы (ЦИС) и аналоговые интегральные схемы (АИС).

К ЦИС относятся микросхемы, с помощью которых преобразуются и обрабатываются сигналы, выраженные в двоичном или в другом цифровом коде. Учитывая, что операции с двоичном кодом описываются с помощью логической алгебры, часто эту категорию интегральных схем называют логическими микросхемами.

С точки зрения выполняемой функций ЦИС представляют собой электронные устройства типа сумматоров, счётчиков, регистров, элементов запоминающих устройств, а также типа простейших комбинированных логических элементов. В настоящее время ЦИС позволяют осуществлять построение практически всех узлов и блоков современных ЭВМ и устройств дискретной автоматики.

Для достижения высокого уровня качества и надёжности ИС проводят тщательный до операционный контроль их производства, а именно контроль материалов, контроль качества изготовления подложек, фотошаблонов, контроль процессов напыления, окисления, эпитаксии, диффузии, контроль качества сборочных операций и др. Полностью изготовленные микросхемы подвергаются приёмочному контролю.

С целью обеспечения выпуска ИС высокой надёжности проводят также диагностический контроль микросхем. Диагностический контроль занимает особое место в системе контроля ИС. Контроль ИС включает различные параметрические измерения. К ним относятся контроль параметров ИС на постоянном токе – статический контроль; контроль параметров ИС на переменном токе – динамический контроль; контроль правильности функционирования ИС по параметрам – функциональный контроль.

Статический контроль – предусматривает либо контроль тока на выходе ЦИС при заданном напряжении, либо контроль напряжения при заданном токе.

Контроль тока при заданном напряжении представляет собой весьма сложную технологическую задачу, связанную с необходимостью измерения тока в развязанных от земли цепях, например при контроле входного тока.

Классическое решение этой задачи сводится к преобразованию тока в напряжение и последующем контроле напряжения относительно земли.

Контроль напряжения при заданном токе для выпускаемых ЦИС трудностей не представляет и осуществляется известными методами электроизмерительной техники.

Статические параметры (входные пороговые и выходные напряжения логического 0 и логический I; входные токи логического 0 и логической I и т.д.) измеряются с малой погрешностью при передаче на входы схемы калиброванных уровней тока или напряжения. При этом токовые параметры (Iвх. , Iвх. - входные токи логического 0 и логической I; In , In - потребляемые токи при напряжении на выходе Uвых. , Uвых. )

измеряются с помощью микро- и миллиамперметров, а так же определяются после измерения падения напряжения на калибровочном точном резисторе, подключённом ко входу схемы, с помощью цифрового вольтметра и расчёта величины тока по формуле закона Ома.

Статические параметры напряжения схемы измеряются с помощью цифрового вольтметра с большим входным сопротивлением. Погрешность измерения статических параметров схемы не должна превышать +/-5% (ГОСТ 18683-73. Микросхемы интегральные, логические. Методы измерения электрических параметров).

Результаты измерения статических параметров дают ценные сведения о качестве ИС и могут использоваться при анализе отказов микросхем, а также для выявления потенциально ненадёжных схем.

Динамический контроль сводится к измерению таких динамических параметров, как время задержки включения схемы ( ) время задержки распространения информации для двух уровней выходного напряжения схемы ( ).

Эти параметры измеряются на выходе схемы, если на её входы подаются импульсные сигналы или синусоидальное напряжение.

При этом широко используются два метода:

• сравнение с выходным напряжением аналогичной эталонной схемы при возбуждении обеих схем одним источником сигналов;

• прямое измерение, при котором оценивается ответная реакция схемы на входной импульс определённой формы.

При динамическом контроле производится также измерение времени задержек выходного сигнала относительно входного на заданных уровнях амплитуды.

Динамические параметры являются важнейшим комплексом информационных параметров, позволяющих судить о качестве изготовления ЦИС, анализировать причину отказов и тем самым браковать потенциально ненадёжные схемы.

Функциональный контроль включает динамические и статические измерения, позволяющие установить правильность функционирования схемы.

Измерения для схем с малой степенью интеграции производятся на постоянном токе по принципу “годен - не годен”, также при подаче на входы схемы всех возможных комбинаций напряжения и изменении требуемых состояний выходных напряжений.

Последние называется проверкой соответствия работы ЦИС таблицы истинности.

Схемы со средней и большой степенью интеграции – большие интегральные схемы (БИС) требуют для проведения функциональных измерений применения таблицы истинности с использованием тестовых комбинаций типа “бегущий 0” и “бегущий I”,

С учётом минимизации количества входных кодовых возможных состояний.

Несмотря на то, что функциональные измерения являются важным критерием оценки работоспособности ИС и БИС, следует отметить свойственные этому контролю существенные недостатки:

• измерения производятся в идеальных условиях входных напряжений, нагрузок;

• некоторые серьёзные дефекты схемы (загрязнение кристалла, дислокация и др.) при этих измерениях установлены быть не могут.

В настоящее время статический, динамический и функциональный контроль, как правило, являются регламентированной частью приёмочного контроля ИС и БИС.

При определённом подходе измерение параметров микросхем в статике и динамики может успешно использоваться при диагностировании.