Розділ 4 Напівпровідникові пристрої та інтегральні Мікросхеми

Тема 4.1 Вимірювання параметрів напівпровідникових діодів та транзисторів.

Перевірка інтегральних схем. У міру збільшення виробництва приладів вартість їх виготовлення знижується. Вартість випробувань також знижується, але повільніше, так що відношення вартості випробувань до вартості приладу зростає, як показано на рис. 13.51. Це свідчить про важливість оптимізацій процесу випробувань компонентів. На рис. 13.52 представлені типові криві, що відображають розвиток технології виготовлення інтегральних схем. Рішення фізичних проблем призводить до виготовлення приладу, визначення області його застосувань і створення випробувальних систем. Зазвичай технологія випробувань відстає від технології виготовлення. Проте істотно те, що в міру росту швидкодії і складності ІС зростає і складність випробувальних систем, оскільки успішне вдосконалення ІС неможливо без контролю їх характеристик. Інтегральні схеми піддаються випробуванням трьох типів: на постійному струмі, функціональним і динамічним. На постійному струмі виміряються основні параметри, такі, як струм витоку, споживана потужність, напруга пробою, рівні логічних нуля і одиниці. Функціональні випробування покликані підтвердити, що ІС виконує свої функції. Отже, мова йде про логічні випробуваннях, які проводять

за допомогою тестових структур і таблиць істинності. Динамічні випробування складаються у вимірі тимчасових інтервалів, наприклад часу вибірки з пам'яті, зберігання, наростання і спаду. Випробування проводяться кілька разів протягом часу життя ІС. Спочатку вони необхідні в процесі розробки та конструювання. Кристал інтегральної схеми зондується після дифузії, а зібрані прилади перевіряються перед відправкою споживача. Виробник устаткування зазвичай проводить ретельний вхідний контроль, а потім перевірку компонентів змонтованих друкованих плат. Установки для випробування ІС повинні володіти рядом характеристик. Від них потрібні висока точність і надійність, а їх параметри, наприклад швидкодію, повинні перевершувати відповідні параметри вимірюваної схеми. Інструменти для контролю в процесі виготовлення повинні

ладан високою продуктивністю, автоматичної калібруванням і простотою у використанні. Розробка програмного забезпечення не повинна бути занадто складною; установка потребує наборі робочих програм. Багато випробувальні установки розраховані на підключення за допомогою стандартних інтерфейсів до периферійних контролерів та маніпуляторам. Різноманітні типи установок для випробувань ІС можна згрупувати в чотири категорії, як показано ня рис. 13.53. Як слід було очікувати, вартість вимірювального приладу прямо пов'язана з його багатофункціональністю.Одне крило «спектру» займають дуже гнучкі випробувальні установки з відмінним програмним забезпеченням, які використовуються переважно при конструюванні. Їх вартість досягає мільйона фунтів стерлінгів. Інше крило представлено цільовими або спеціалізованими установками, які створюються для перевірки обмеженого числа типів компонентів. Такі установки можуть коштувати менше п'ятдесяти тисяч фунтів і зазвичай застосовуються для вхідного контролю компонентів. На рис. 13.54 приведена схема типової цифровий установки для випробування ІС. Компонент встановлюється в головку випробувальної установки, яка може містити до 256 контактів. Кожен з них пов'язаний з швидкодіючим збудником н детектором. Часто збудники та детектори розміщуються у випробувальній голівці, тобто як можна ближче до випробують приладу, щоб уникнути прийому паразитних сигналів. Для вимірювання параметрів необхідні декілька джерел постійного напруження і постійного струму з програмним управлінням

Тестові структури, необхідні для контролю компонентів, можуть генеруватися у випробувальній установці за допомогою лічильників та генераторів випадкових чисел. Складні тестові структури, які зазвичай імітують ушкодження, генеруються незалежно і заздалегідь вводяться в оперативну пам'ять. Для перевірки складної ІС необхідні від 50 000 до 60000 тестових структур. Іноді використовують накопичення вихідних сигналів, що дозволяє виконувати кілька випробувальних циклів без зчитування результату після кожного циклу. Вимірювальна система здатна записувати напруга і струм з високими точністю і дозволом протягом короткого інтервалу вимірювання. Тактовий генератор складається з таких блоків, як генератори тактових імпульсів і адресні строб (для перевірки пам'яті)

які необхідні для перевірки синхронізації. Тривалість і частота повторення імпульсів програмуються, причому при їх установці необхідна хороша точність, краще ніж 0,5 не, оскільки, наприклад, невизначеність в 1 не призведе до похибки 20% при вимірюванні інтервалу 5 не.  Всі великі випробувальні установки мають пульт оператора і пристрій для налагодження програм. Перетворення і обробка даних здійснюються в центральному блоці керування таким чином, щоб представити результати вимірювань у формі, зрозумілою користувачеві. Багато випробувальні установки можуть містити від двох до чотирьох паралельно працюють головок, що прискорює контроль великих партій складних приладів. 

Принцип перевірки компонента за допомогою тестових структур полягає у додатку набору структур до його вхідним штирьовим контактам, так що сигнали на виходах справного та пошкодженого компонентів виходять різними. Зазвичай ЕІЄ вдається охопити всі можливі комбінації, оскільки для цього треба було б занадто багато часу. Тому моделюють прилад без ушкоджень і з ушкодженнями, щоб переконатися, в яких випадках справний і пошкоджений прилади дають різні результати. Цей метод носить назву імітації пошкоджень і показує частку ушкоджень, які виявляються за допомогою того чи іншого набору тестових структур.

У випадку логічного елемента І з двома входами, показаного на рис. 13.55, якщо вихід С відповідає константними логічному нулю, тільки одна тестова структура, в якій Л і В є логічними одиницями, може виявити це. Такий метод моделювання ушкоджень називають константним. Тестові структури можуть генеруватися автоматично за допомогою комп'ютерної програми, що містить опис логіки приладу, з урахуванням очікуваної частки ушкоджень, які виявляються шляхом імітації. Це особливо корисно для комбінаційних логічних схем. Складні компоненти часто містять власні або вбудовані тести зі своїми програмами для генерації тестових векторів.Такий підхід забезпечує більш високу швидкодію, ніж у випадку введення всіх необхідних тестових структур через зовнішні штирові контакти .