СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ ЦИФРОВЫХ КМОП-УСТРОЙСТВ Российский патент 2003 года по МПК G01R31/28 G01R31/00 

Способ контроля качества соединений цифровых КМОП-устройств.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при допусковом контроле качества изготовления КМОП-устройств, а также при диагностировании КМОП-устройств.

Известные способы контроля качества соединений КМОП-устройств основаны на формировании входного возбуждающего сигнала импульсной формы и сравнении выходного кода с эталонным, например, с помощью логического анализатора (Кредендер Б. П. , Жердев П.К., Лучко Н.Н. Способ контроля логических схем. Авторское свидетельство СССР 840770, кл. G 01 R 31/28, опубл. 23.06.81 г., бюллетень 23; Кузнецов В. А. Измерения в электронике: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г.-С. 486-490).

Недостаток указанного способа заключается в сложности систем контроля, в большом объеме избыточной информации и малой производительности.

Известен также способ контроля, основанный на одновременной подаче возбуждающего импульсного сигнала на входы одинаковых плат контролируемого и образцового устройства и оценке идентичности их выходных сигналов (Кузнецов В.А. Измерения в электронике: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г.- С. 491).

Недостатком такого способа контроля является сложность и низкая производительность, так как время контроля увеличивается пропорционально сложности аппаратуры.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля качества цифровых устройств, основанный на формировании возбуждающего сигнала, подаваемого на входы контролируемого устройства, и сравнении выходного кода с заданным или известным значением (Калявин В.П., Мозгалевский А.В., Галка В.Л. Надежность и техническая диагностика судового электрооборудования и автоматики. -СПб.: Элмор, 1996 г.-C.89).

Недостатком этого способа является трудоемкость процесса контроля и сложность контролирующей аппаратуры, причем достоверность контроля понижается при возрастании количества входов устройства из-за влияния коммуникационных устройств или разъемов, через которые возбуждающий сигнал подводится к входам остальных микросхем.

Техническая задача изобретения - упростить и облегчить процесс допускового контроля.

Это достигается тем, что в способе контроля качества соединений цифровых КМОП-устройств предварительно измеряют начальный ток, потребляемый КМОП-устройством, формируют токовый сигнал гармонической формы, который пропускают через катушку электромагнита, размещают контролируемое КМОП-устройство в зазоре электромагнита для обеспечения электрической наводки на плате контролируемого КМОП-устройства, затем повторно измеряют ток потребляемый контролируемым КМОП-устройством, и судят о качестве соединений по изменению среднего значения тока, потребляемого КМОП-устройством, относительно значения начального тока.

На фиг.1 показана схема, реализующая способ контроля качества соединений цифровых КМОП-устройств; на фиг.2 - принципиальная схема логического инвертора, используемого в качестве примера КМОП-устройства; на фиг.3 - график зависимости сквозного тока I_ск - протекающего через транзисторы инвертора, от входного напряжения U_ВХ.

Устройство, реализующее способ контроля качества соединений цифровых КМОП-устройств, включает источник синусоидальных колебаний 1, подключенный к катушке 2 электромагнита 3, сердечник которого имеет зазор, в котором размещена плата 4 с КМОП-микросхемами 5, подключенная к блоку питания 6 через микроамперметр 7.

В соответствии с предложенным способом устройство работает следующим образом. На катушку 2, размещенную на сердечнике 3 электромагнита, подается ток возбуждения от источника синусоидальных колебаний 1. Переменный ток, протекающий по обмотке 2, возбуждает в электромагните переменный магнитный поток Ф, который проходит через зазор с находящейся в нем контролируемой платой 4 с КМОП-микросхемами 5. При этом наводится напряжение U_BX на входах логических микросхем 5, каждая из которых содержит МДП-транзистор с индуцированным n-каналом VT1 и МДП-транзистор с р-каналом VT2 (фиг.2). При изменении входного напряжения U_BX от нулевого до порогового уровня U_ПОР2 транзистор VT1 открыт, а транзистор VT2 находится в закрытом состоянии, и потребляемая КМОП-устройствами мощность определяется только обратным током I_ОБР охранных диодов VD1 - VD3, служащих для защиты входа микросхемы от пробоя электрическим зарядом. При уменьшении напряжения U_BX от уровня напряжения питания U_П до уровня U_ПОР1 закрыт транзистор VT1, а VT2 находится в открытом состоянии.

Уровни открывания транзисторов VT1, VT2 практически не зависят от напряжения питания U_П=(3...15)B и для микросхем К561, 564 и К176 серий составляют U_ПОР2=(0,8...0,9) В и U_П-U_ПОР1=(1,1... 1,2) В.

При U_ПОР2<U_BX<U_П - U_ПОР1 транзисторы VT1, VT2 (фиг.2) находятся в открытом состоянии и через них протекает сквозной ток I_СК, достигающий максимального значения при U_BX≈ U_П/2. Максимальное значение I_МАКС сквозного тока (фиг.3) нелинейно зависит от напряжения питания и типа логического элемента, а изменение питающего напряжения U_П в диапазоне от 3 до 15 В приводит к возрастанию I_МАКС от единиц - сотен микроампер до (10...15) мА. Учитывая типовые свойства КМОП-устройств контроль качества соединений предложенным способом проводится в два этапа. Сначала на плату 4 с КМОП-устройством подают напряжение питания от источника 6 и микроамперметром 7 измеряют начальный ток, потребляемый КМОП-устройством I_П.НАЧ.. Затем контролируемую плату 4 размещают между полюсами сердечника 3 электромагнита, на обмотку 2 которого подают токовый сигнал от источника 1. При этом в платах со 100%-ным качеством соединений входные сопротивления всех КМОП-элементов зашунтированы малыми выходными сопротивлениями других микросхем, либо низкими выходными сопротивлениями источников логических сигналов, размещенных на плате 4 КМОП-устройства, поэтому наводимое напряжение U_BX мало и не превышает порога открывания КМОП-элементов. При отсутствии хотя бы одного соединения на плате КМОП-устройства входное сопротивление отключенного КМОП-элемента возрастает до десятков МОм. Поэтому резко возрастает амплитуда напряжения U_BX, наводимого на разомкнутом входе микросхемы, значение которого может превышать напряжение питания U_П. В процессе изменения U_BX пo синусоидальному закону, при значении U_ПОР2<U_BX<U_П - U_ПОР1 через микросхему протекают импульсы сквозного тока I_СК. Это приводит к увеличению среднего значения тока, потребляемого КМОП-устройством, который измеряется микроамперметром 7, по изменению показаний микроамперметра относительно исходного значения I_П.НАЧ. можно судить об отсутствии соединений на плате.

При построении устройства, реализующего предложенный способ, в качестве электромагнита можно использовать обычный сетевой трансформатор с разомкнутым магнитопроводом и использовать типовые источники постоянного и переменного напряжения и цифровой микроамперметр, например, типа D 830 В.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при допусковом контроле КМОП-устройств, а также при их диагностировании в процессе эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что качество соединений КМОП-устройств контролируют по изменению среднего значения тока, потребляемого ими, относительно значения начального тока при воздействии электрической наводки на плате контролируемого КМОП-устройства путем его размещения в зазоре электромагнита, через катушку которого пропускают токовый сигнал гармонической формы. О качестве соединений КМОП-устройств судят по изменению среднего значения тока, потребляемого КМОП-устройством, относительно значения начального тока. Техническим результатом изобретения является упрощение и сокращение времени процесса допускового контроля. 3 ил.

Способ контроля качества соединений цифровых КМОП-устройств, основанный на формировании сигнала, который подают на контролируемое КМОП-устройство, отличающийся тем, что предварительно измеряют начальный ток, потребляемый КМОП-устройством, формируют токовый сигнал гармонической формы, который пропускают через катушку электромагнита, размещают контролируемое КМОП-устройство в зазоре электромагнита для обеспечения электрической наводки на плате контролируемого КМОП-устройства, затем повторно измеряют ток, потребляемый контролируемым КМОП-устройством, и судят о качестве соединений по изменению среднего значения тока, потребляемого КМОП-устройством относительно значения начального тока.