Использование контрольно-диагностических стендов для тестирования микросхем



Заключительный этап в производстве электронного продукта является его серийное производство. С помощью этого в конечном итоге определяется качество произведенных устройств. Потребитель не сможет в полной мере оценить созданную программную или аппаратную платформу изготавливаемой электроники, в случае если во время производства изделия произошел сбой. Из этого следует, что контроль и тестирование электронных продуктов являются важными и обязательными этапами массового производства электронных изделий.

Маршрут тестирования микросхем.

Технологический процесс тестирование пластин или уже готовых микросхем включает нижеследующие операции (Рисунок 1):

1. Получение тестового образца (пластины или микросхемы)
2. Определение тестируемых параметров полученного образца
3. Подготовка контрольно-измерительного стенда в зависимости от полученной микросхемы и тестируемых параметров
4. Создание тестового программного обеспечения (для алгоритмизации тестирования с помощью контрольно-измерительных стендов)
5. Запуск тестирования полученного образца тестируемой программой на измерительном стенде
6. Обработка полученных результатов после процесса тестирования полученного образца.

Рис. 1. Блок схема маршрута тестирования микросхем

Контрольно-диагностический стенд.

В НПК «Технологический центр» МИЭТ разработан контрольно-диагностический стенд (КДС) на основе программно-аппаратного комплекса компании National Instruments. КДС включает в себя следующие модули (Рисунок 2):

Рис. 2. Контрольно-диагностический стенд

1. Компьютерный модуль (контроллер);
2. Программируемый источник питания;
3. Цифровой мультиметр;
4. Генератор сигналов произвольной формы;
5. Осциллограф;
6. Матрица коммутаций;
7. 7,8,9) Логический генератор/анализатор;
8. 10) Кабель для высокоскоростных цифровых устройств;
9. 11) Контактное устройство микросхемы;
10. 12) Измеряемая микросхема.

Модульное шасси (Рисунок 3) позволяет изменять конфигурация измерительного стенда. Пользователь может самостоятельно убирать либо добавлять необходимые для измерения модули.

Рис. 3. Модульное шасси

Модули объединены программной оболочкой LabVIEW, которая позволяет не только исследовать полный спектр аналоговых и цифровых характеристик микросхем, но и автоматизировать все измерения, что дает возможность паспортизировать микросхемы в краткие сроки. [1–3]

На данный момент с помощью КДС аттестован ряд микросхем, которые находят применение как в аппаратуре космического, так и специального назначения.

Кроме контрольно-диагностического стенда для тестирования интегральных схем НПК «Технологический центр» использует зондовую установку «ЭМ-6190» и измерительную установку HP 82000.

Описание измерительной системы HP-8200 D50.

Назначение иобласть применения.

Анализатор логический HP 82000 модель D100X (Рисунок 4) предназначен для измерений статических и динамических параметров цифровых микросхем и полупроводниковых кристаллов с числом двунаправленных сигнальных выводов до 200, числом источников питания положительной полярности для тестируемых микросхем — до четырех и частотой функционального контроля — от 10 кГц до 100 МГц.

Анализатор применяется для выходного контроля параметров и правильности функционирования больших интегральных схем (БИС) при их разработке и производстве, а также для входного контроля качества БИС, используемых в радиотехнической аппаратуре, вычислительной технике, на объектах промышленности.

Рис. 4. Измерительная система HP-82000 D50

Описание.

Анализатор представляет собой измерительный блок и персональный компьютер с архитектурой IBM PC. Конфигурация и конструкция компьютера определяются в договоре на поставку анализатора.

Измерительный блок анализатора конструктивно выполнен в отдельном корпусе, в котором расположены: специализированные блоки питания; плата, на которой расположены программируемые источники питания и измеритель; плата, содержащая генератор тестовых векторов, канал тактовых импульсов, синусоидальный генератор и быстрый АЦП; плата с источником опорного напряжения.

Принцип действия анализатора основан на сравнении с помощью быстродействующих АЦП выходных сигналов БИС с известным эталонным откликом на задаваемую тестовую последовательность функционального контроля (ФК), формируемую анализатором.

Установка зондовая ЭМ-6190А.

Установка зондовая ЭМ-6190А (Рисунок 5) предназначена для обеспечения контактирования измерительных зондов с контактными площадками интегральных микросхем. Установка осуществляет:

− автоматическую ориентацию пластин,

− автоматическое контактирование по заданной программе,

− маркирование кристаллов краской, в том числе свободных от кристаллов зон по периметру пластины,

− вывод результатов контроля (количество кристаллов, количество годных кристаллов) на экран монитора,

− вывод карты годных кристаллов.

Измерительный зонд также может быть оснащен загрузочным устройством и системой технического зрения, что значительно может ускорить процесс тестирование и минимизировать время работы человека с оборудованием [4–9].

Рис. 5. Установка зондовая ЭМ-6190

Схема подключения измерительного стенда кзондовой установке «ЭМ-6190».

Для осуществления связи между контрольно-диагностическим стендом и зондовой установкой необходимо произвести их взаимное подключение по интерфейсу GPIB (Рисунок 6).

Рис. 6. Структурная схема подключения КДС и ЗУ

Интерфейс GPIB.

Канал общего пользования (КОП, General Purpose Interface Bus — GPIB) был разработан компанией Hewlett Packard в конце 1960 года для обеспечения связи между компьютерами и измерительными приборами. Под каналом понимают способ соединения, с помощью которого компьютеры и приборы обмениваются данными и командами. Канал общего пользования обеспечил необходимые спецификации и протокол для управления процессом передачи. Первоначальной целью создания КОП было обеспечение компьютерного управления устройствами тестирования и измерения. Однако использование КОП довольно быстро расширилось до таких областей, как осуществление связи между компьютерами и управление универсальными измерительными приборами, сканерами и осциллографами [10–15].

В результате удалось провести соединение зондовой установки «ЭМ-6190» с контрольно-диагностическим стендом с помощью цифровой параллельной шины для связи цифровых приборов — GPIB (Рисунок 8).

Рис. 8. Подключение ЗУ к КДС

Заключение.

Аттестация и тестирование интегральных микросхем является важной и неотъемлемой частью в их производстве. Научно-производственные комплексы ставят перед собой различные задачи, среди которых модернизация тестирующего оборудования, усовершенствования тестового программного обеспечение и автоматизация всего измерительного процесса.

Автоматизация позволяет сократить время тестирования ИС, что позволяет за сжатые сроки аттестовать большее количество микросхем, и исключить человеческий фактор.

На основе выше описанных измерительных систем, предприятие, изготавливающие интегральные микросхемы может осуществить современное функционально-полное тестирование параметров разрабатываемых микросхем.

Литература:

1. Бобков С. Г., Евлампиев Б. Е. Схема тестирования высокочастотных блоков одно-кристального графического контроллера. Научная сессия МИФИ 2003 // Сборник научных трудов. В 14 томах. Том 1. Автоматика. Электроника. Электронные измерительные системы. 2003. c. 173–174.
2. Аряшев С. И., Бобков С. Г. Разработка микросхемы графического ускорителя с использованием ПЛИС FPGA Altera. 3-я научно-техническая конференция // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сборник научных трудов / Под ред. В. Я. Стенина. 2001. с. 28–33.
3. Бобков С. Г., Евлампиев Б. Е. Разработка методик проектирования быстродействующих СБИС со сложной структурой класса микросхем графического контроллера // Информационные технологии и вычислительные системы. 2005. с. 88–104.
4. Бобков С. Г. Евлампиев Б. Е., Сидоров А. Ю. Блок самотестирования внутренней памяти. 1-я Всероссийская научно-техническая конференция // Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем. Сборник научных трудов под общ. ред. А. Л. Стемпковского. — М.: ИППМ РАН. 2005. с. 222–228.
5. Буренков В. С., Тимин Л. С. Применение скан-технологии для обеспечения контролепригодности СБИС // Схемотехника и наноэлектроника. 2007. с. 50.
6. Малышева И. А. Технология производства интегральных микросхем // Микроэлектроника. — 2001. с. 47–85.
7. Курносов А. И. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем // Микроэлектроника. — 2003 с. 95–140.
8. Модульные измерительные системы для автоматизированных испытаний // журнал контрольно-измерительные приборы и системы № 4, 2010. — C. 25.
9. Herer Y., Raz T. IIE Transactions on Quality and Reliability // Springer Science Media. — 2003. P. 529–540.
10. Данилина Т. И., Кагадей В. А. Технология СБИС // учебное пособие. — 2007. C. 56–87.
11. ГОСТ 22261–94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия.
12. Mike Tooley PC Based Instrumentation and Control // Nanoscale. 2013. p. 375–456.
13. Halit Eren Electronic portable Instruments // Design and Application. – 2012. – P. 223–300.
14. Owen Bishop Circuits and Systems. // Electronics. – 2007. – P. 186–233.
15. Eugene Ralph Fisher, C. William Jensen PET and the IEEE 488 Bus // CRC Press. – 2008. – P. 144–169.