УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБРАКОВКИ ЦИФРОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ Российский патент 2002 года по МПК G01R31/28 

Изобретение относится к технике контроля тепловых параметров полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и может быть использовано на выходном и входном контроле качества МОП и КМОП цифровых интегральных микросхем для отбраковки дефектных микросхем по величине теплового сопротивления.

Известно устройство для измерения теплового сопротивления и отбраковки по его величине цифровых интегральных микросхем [см. А.С. СССР N 1310754. Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус цифровых интегральных микросхем. Бюл. изобр. 1987 г. N 18], содержащее контактную колодку для подключения контролируемой цифровой интегральной схемы (ИС), источник питания, генератор переключающих импульсов, модулятор, генератор гармонических колебаний, масштабный усилитель и селективный вольтметр. В указанном устройстве на один или несколько логических элементов (ЛЭ) контролируемой ИС подают переключающие импульсы, частоту следования которых модулируют по гармоническому закону с периодом, на порядок большим тепловой постоянной времени переход-корпус данного типа ИС, а тепловое сопротивление переход-корпус определяют по амплитуде переменной составляющей температурочувствительного параметра на частоте модуляции. В известном устройстве в качестве температурочувствительного параметра используется напряжение логической "1" одного из тех ЛЭ ИС, логическое состояние которого не изменяется.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие: время, необходимое для контроля одной ИС, составляет несколько десятков тепловых постоянных времени переход-корпус данного типа ИС.

Технический результат - повышение быстродействия контроля и отбраковки.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее контактную колодку с клеммами для подключения выводов контролируемой микросхемы, источник питания, соединенный с клеммами для подключения выводов питания контролируемой микросхемы, генератор переключающих импульсов и модулятор, один из входов которого соединен с выходом генератора переключающих импульсов, а выход - с клеммами для подключения выводов, являющихся входами нескольких логических элементов контролируемой микросхемы, введены генератор линейно нарастающего напряжения, устройство управления, устройство формирования порогового напряжения, устройство сравнения, схема формирования строб-импульса, временной селектор, счетчик и индикатор, при этом выход устройства управления соединен с управляющим входом счетчика, одним из входов устройства формирования строб-импульса и управляющим входом генератора линейно нарастающего напряжения, выход которого соединен с вторым входом модулятора, клемма для подключения вывода того логического элемента контролируемой микросхемы, логическое состояние которого не изменяется, соединена с входом устройства формирования порогового напряжения и с одним из входов устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом устройства формирования порогового напряжения, а выход - со вторым входом устройства формирования строб-импульса, выход устройства формирования строб-импульса соединен с управляющим входом временного селектора, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора переключающих импульсов, а выход - со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с входами индикатора.

Структурная схема устройства представлена на фиг.1. На фиг.2 представлены эпюры, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит контактную колодку 1 для подключения контролируемой микросхемы, источник питания 2, генератор переключающих импульсов 3, модулятор 4, устройство управления 5, генератор линейно нарастающего напряжения 6, устройство формирования порогового напряжения 7, устройство сравнения 8, устройство формирования строб-импульса 9, временной селектор 10, счетчик 11, индикатор 12.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемую микросхему устанавливают в контактную колодку 1, на соответствующие выводы контролируемой микросхемы поступает напряжение питание с источника питания 2. С генератора переключающих импульсов 3 на вход модулятора 4 поступают переключающие импульсы фиксированной частоты F_м. В момент времени t₁= 0 устройство управления 5 вырабатывает управляющий импульс (см. фиг. 2, а), который обнуляет счетчик 11, запускает устройство формирования строб-импульса 9 и генератор линейно нарастающего напряжения 6. Напряжение с выхода генератора линейно нарастающего напряжения 6 (фиг.2, б) поступает на управляющий вход модулятора 4, который изменяет (модулирует) частоту следования переключающих импульсов F₁(t) по закону изменения модулирующего напряжения, то есть по линейному закону (фиг.2, в)
F(t)=S_F•t, (1)
где S_F - крутизна нарастания частоты, t - время. Переключающие импульсы линейно нарастающей частоты с выхода модулятора 4 поступают на входы нескольких логических элементов контролируемой микросхемы. При этом для МОП и КМОП цифровых интегральных микросхем рассеиваемая контролируемой микросхемой мощность P(t) и температура перехода (поверхности) T_п(t) будут также изменяться по линейному закону (см., например, Афанасьев Г.Ф., Сергеев В.А., Тамаров П.Г. Устройство для автоматизированного контроля теплового сопротивления переход-корпус мощных биполярных транзисторов/ Межвуз. сборник научных трудов "Автоматизация измерений" - Рязань.: РРТИ, 1993 - с. 86-90). Там же показано, что в приближениии двухэлементной тепловой модели микросхемы и через некоторое время после начала линейного нарастания рассеиваемой мощности, превышающее 3τ_ТП-К, где τ_ТП-К - тепловая постоянная времени переход-корпус данного типа микросхем, изменение температуры перехода может быть аппроксимировано (с погрешностью не более 5%) выражением
ΔT_П = T₀-T_П(t) = S_P•S_F•R_ТП-К•(t-τ_ТП-К), (2)
где Т₀ - температура корпуса микросхемы, S_p - крутизна частотной зависимости рассеиваемой мощности (P(t)=S_p•F), R_ТП-К - тепловое сопротивление переход-корпус контролируемой микросхемы. По такому же закону будет изменяться температурочувствительный параметр u_тп(t) контролируемой микросхемы, в качестве которого в данном устройстве используется напряжение логической "1" на выходе того элемента, логическое состояние которого не изменяется
u_ТП(t) = u_ТП(0)+k_T•S_P•S_F•R_ТП-К•(t-τ_ТП-К), (3)
где u_ТП(0) - значение температурочувствительного параметра до начала изменения частоты переключающих импульсов и, соотвественно, до начала линейного нарастания рассеиваемой мощности, k_T - температурный коэффициент температурочувствительного параметра. Напряжение логической "1" с выхода логического элемента, логическое состояние которого не изменяется, поступает на вход устройства формирования порогового напряжения 7 и на один из входов устройства сравнения 8. Устройство формирования порогового напряжения 7 вырабатывает постоянное пороговое напряжение (фиг.2, г)
u_пор = u_ТП(0)+Δu₀ (4)
где Δu₀ - постоянное смещение, определяемое для каждого типа контролируемых микросхем исходя из целей и задач отбраковки. Пороговое напряжение u_пор поступает на второй вход устройства сравнения 8. В момент сравнения текущего значения температурочувствительного параметра u_ТП(t) с пороговым напряжением u_пор (фиг. 2, г), устройство сравнения 8 вырабатывает короткий управляющий импульс (фиг. 2, д), который с выхода устройства сравнения 8 поступает на второй вход устройства формирования строб-импульса 9. В результате устройство формирования строб-импульса 9 формирует строб-импульс (фиг. 2, ж) длительностью Т_с=t₂-t₁, который поступает на управляющий вход временного селектора 10, на сигнальный сход которого поступают переключающие импульсы фиксированной частоты F_м. За время действия строб-импульса на счетчик 11 пройдет m импульсов
m = T_C•F_M = (t₂-t₁)•F_M. (5)
Это число высветит индикатор 12.

Число импульсов, подсчитанных счетчиком, связано с тепловым сопротивлением переход-корпус контролируемой микросхемы простым соотношением, которое получается, если записать условие равенства u_ТП(t) и u_пор в виде
Δu₀ = k_T•S_P•S_F•R_ТП-К•(T_C-τ_ТП-К), (6)
откуда

или

Задавая предельно допустимое значение теплового сопротивления переход-корпус R_ТП-К ^пред для данного типа контролируемых микросхем, нетрудно рассчитать граничное значение числа m m_гр, соответствующее уровню отбраковки

При m < m_гр контролируемая микросхема подлежит отбраковке.

Предложенный алгоритм справедлив при условии, что τ_ТП-К = const для данного типа микросхем. Для уменьшения влияния разброса значений τ_ТП-К от образца к образцу на эффективность отбраковки следует выбирать параметры узлов устройства и режимы их работы из условия
а

Использование: в выходном и входном контроле качества для отбраковки дефектных микросхем по величине теплового сопротивления. Технический результат заключается в повышении быстродействия контроля и отбраковки. В устройство для отбраковки цифровых интегральных микросхем, содержащее контактную колодку с клеммами для подключения выводов контролируемой микросхемы, источник питания, соединенный с клеммами для подключения выводов питания контролируемой микросхемы, генератор переключающих импульсов и модулятор, один из входов которого соединен с выходом генератора переключающих импульсов, а выход - с клеммами для подключения выводов, являющихся входами нескольких логических элементов контролируемой микросхемы, введены генератор линейно нарастающего напряжения, устройство управления, устройство формирования порогового напряжения, устройство сравнения, устройство формирования строб-импульса, временной селектор, счетчик и индикатор, при этом выход устройства управления соединен с управляющим входом счетчика, одним из входов устройства формирования строб-импульса и управляющим входом генератора линейно нарастающего напряжения, выход которого соединен с вторым входом модулятора, клемма для подключения вывода того логического элемента контролируемой микросхемы, логическое состояние которого не изменяется, соединена с входом устройства формирования порогового напряжения и одним из входов устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом устройства формирования порогового напряжения, а выход - с вторым входом устройства формирования строб-импульса, выход устройства формирования строб-импульса соединен с управляющим входом временного селектора, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора переключающих импульсов, а выход - со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с входами индикатора. 2 ил.

Устройство для отбраковки цифровых интегральных микросхем, содержащее контактную колодку с клеммами для подключения выводов контролируемой микросхемы, источник питания, соединенный с клеммами для подключения выводов питания контролируемой микросхемы, генератор переключающих импульсов и модулятор, один из входов которого соединен с выходом генератора переключающих импульсов, а выход - с клеммами для подключения выводов, являющихся входами нескольких логических элементов контролируемой микросхемы, отличающееся тем, что в него введены генератор линейно нарастающего напряжения, устройство управления, устройство формирования порогового напряжения, устройство сравнения, устройство формирования строб-импульса, временной селектор, счетчик и индикатор, при этом выход устройства управления, вырабатывающего управляющий импульс, который обнуляет счетчик, запускает устройство формирования строб-импульсов и генератор линейно нарастающего напряжения, соединен соответственно с управляющим входом счетчика, одним из входов устройства формирования строб-импульса и управляющим входом генератора линейно нарастающего напряжения, выход которого соединен с вторым входом модулятора, клемма для подключения вывода того логического элемента контролируемой микросхемы, логическое состояние которого не изменяется, соединена с входом устройства формирования порогового напряжения и одним из входов устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом устройства формирования порогового напряжения, а выход - с вторым входом устройства формирования строб-импульса, выход устройства формирования строб-импульса соединен с управляющим входом временного селектора, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора переключающих импульсов, а выход - со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с входами индикатора.