Основы диагностического контроля цис.

Диагностический контроль интегральных схем имеет своей целью определение состояния устройства с точки зрения степени его работоспособности и выявления потенциально ненадёжных образов. Существует ряд методов такого контроля. Электрофизический, диагностический контроль ЦИС включает целый ряд параметрических измерений, в числе которых важное место занимает статический и динамический контроль. Основной особенностью диагностического контроля ЦИС является выбор определённых контролируемых параметров, являющихся диагностическими, т.е. несущие максимальную информацию о степени работоспособности ИС и некоррелирующими между собой. Для того, чтобы определиться с такими параметрами, необходимо знать принципы работы ИС, представлять структуру и связанные с ней свойства.

Рассматривая состав серий ЦИС можно видеть, что целый ряд типов представляют собой логические элементы, выполняющие функции НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ. Они являются базовыми для ряда более сложных функциональных схем цифровых серий. Их основные электрические параметры характеризуют работоспособность ИС и могут представлять основу диагностики.

Рассмотрим эти параметры.

Логические элементы при работе в составе цифрового устройства могут находиться либо в статическом режиме, который характеризуется одним из двух состояний – “0” или “I”, либо в стадии переключения – динамическом режиме.

В статическом режиме каждому состоянию соответствует определённое напряжение, остающееся в установленных пределах при заданных нормах напряжения питания. При этом логические элементы должны также обладать и определённой статической помехоустойчивостью. Статическая помехоустойчивость, например, логических ключевых элементов определяет величину напряжения, которое может быть подано на вход ключа относительно уровня “0” или “I”, не вызывая его ложного срабатывания.

Таким образом, поставив ЦИС в предельные режимные условия, например по питанию, но допустимые с точки зрения требований ТУ, можно диагностировать состояние работоспособности рассматриваемой логической ИС по её поведению в статике.

Работоспособность логического элемента с точки зрения быстродействия, т.е. в динамическом режиме, характеризуется известными динамическими параметрами (рис.1), как то:

- время перехода из состояния логической единицы в состояние логического нуля;

- время перехода из состояния логического нуля в состояние логической единицы;

- время задержки включения;

- время задержки выключения;

- время задержки распространения при включении;

- время задержки распространения при выключении;

- длительность импульса;

- рабочая частота.

Динамические параметры также являются комплексом информативных параметров, позволяющих характеризовать степень качества ЦИС, диагностировать состояние работоспособности, так как эти параметры отражают взаимосвязь большого числа локальных характеристик ИС. К числу последних относятся пороговые напряжения транзисторов, входящих в состав микросхем, подвижность носителей, ёмкость р-п переходов и др. Такие параметры, как зд. По сравнению со статическими параметрами более чувствительны к аномальным отклонениям сопротивления контактов, причём как внутренних контактов металлизации, так и контактов выводов микросхемы. Сопротивление открытого транзистора составляет 5-10 Ом, следовательно, на время задержки уже могут повлиять паразитные сопротивления порядка 0,25-1 кОм.

0

В динамическом режиме , как правило, происходит автоматический перебор всех логических состояний вентилей, образующих микросхему, что обеспечивает более тщательное её исследование, в то время как перебор всех состояний ИС в статическом режиме, особенно для больших интегральных схем, является очень трудоёмкой задачей.

Для уменьшения времени и стоимости измерений при диагностике ЦИС пользуются оптимальными измерительными программами, включающими измерение наиболее информативных динамических параметров в определённых предельных режимных условиях работы рассматриваемых микросхем, делающих эти параметры чувствительными к состоянию работоспособности (характеризующимися наибольшим разбросом значений).

Из представленной группы динамических параметров в качестве информативных и чувствительных следует отметить прежде всего и

Диагностические параметры, условия диагностирования, используемые критерии оценки состояния микросхемы и метрологические средства определяют метод диагностирования.

Диагностирование с помощью принятых диагностических электрических параметров относятся, как уже отмечалось, к электрофизическим методам. Для диагностирования степени работоспособности, а, следовательно, и надёжности ИС, могут использоваться также оптические, рентгеновские, тепловые и другие методы.

В лабораторной работе рассматривается метод диагностирования ЦИС и классификация их по уровням надёжности, исходя из результатов измерения информативных динамических параметров.