СИСТЕМА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА БЕЗОТКАЗНОСТЬ И ЭЛЕКТРОТЕРМОТРЕНИРОВКИ ЦИФРОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ (ИС) И СВЕРХБОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ (СБИС) Российский патент 2013 года по МПК G01R31/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для проведения испытаний на безотказность и электротермотренировки корпусированных цифровых интегральных схем (ИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС).

В настоящий момент на мировом рынке представлено множество систем для проведения испытаний (см. Л1-Л6).

Известно также устройство для отработки цифровых интегральных схем (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2187126, опубл. 10.08.2002), 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.

Вышеуказанные технические решения обладают рядом недостатков для решения задачи проведения испытаний современных цифровых ИС и СБИС для испытательных центров:

- готовые системы для СБИС часто ориентированы на проведение испытаний до этапа корпусирования кристалла;

- количество каналов в системах недостаточно для осуществления непрерывного функционального контроля, что не позволяет получить информацию о кратковременных отказах;

- отсутствует контроль контактирования СБИС с контрольно-измерительной оснасткой, что приводит к недостоверным результатам испытаний;

- нагрузка выводов не регулируется программным образом;

- отсутствует контроль температуры корпуса СБИС и тока потребления СБИС, что может привести к выходу в недопустимые режимы работы;

- отсутствует возможность сохранения контролируемых параметров СБИС в базе данных для последующей статистической обработки.

Заявленное техническое решение направленно на устранение вышеописанных недостатков.

Технический результат состоит в повышении качества проведения испытаний, возможности проведения испытаний после корпусирования кристалла, увеличении количества каналов, повышении контроля проведения испытаний.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что система для проведения испытаний на безотказность и электротермотренировки цифровых ИС и СБИС состоит из приборной стойки с размещенными на ней тестерами, сетевым концентратором, источником постоянного тока, промышленным компьютером, источником бесперебойного питания; сети Ethernet; камеры тепла с установленными контрольно-измерительными оснастками, состоящими из печатной платы и контактирующих устройств для испытуемых ИС и СБИС, при этом первый выход источника бесперебойного питания соединен с входом сетевого концентратора, второй выход соединен с входом источника постоянного тока, третий выход соединен с входом промышленного компьютера, вход-выход промышленного компьютера соединен с первым входом-выходом сетевого концентратора, второй вход-выход которого соединен с первыми входами-выходами тестеров, вторые входы-выходы тестеров соединены с входами-выходами печатных плат контрольно-измерительных оснасток, контактирующие устройства закреплены на печатной плате с помощью пайки, входы тестеров соединены с выходом источника постоянного тока.

Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:

На фиг.1 - Структурная схема системы для испытаний на безотказность и электротермотренировки цифровых ИС и СБИС, где

1 - приборная стойка для размещения испытательного оборудования;

2₁…2_n - тестеры для осуществления контроля за основными параметрами испытуемых ИС и СБИС и контролем функционирования;

3 - сетевой концентратор;

4 - источник постоянного тока;

5 - промышленный компьютер;

6 - источник бесперебойного питания;

7 - сеть Ethernet;

8 - камера тепла;

9 - контрольно-измерительная оснастка для испытуемых ИС и СБИС;

10 - печатная плата;

11 - контактирующие устройства.

На фиг.2 - Алгоритм работы системы для испытаний на безотказность и электротермотренировки цифровых ИС и СБИС, где показаны последовательные операции:

12 - начало;

13 - установка ИС в оснастку;

14 - включение тестера;

15 - конфигурирование тестера в системе;

16 - установка оснастки в систему;

17 - контроль контактирования ИС;

18 - извлечение оснастки из системы;

19 - переустановка ИС в оснастке;

20 - запуск испытаний;

21 - периодический контроль результатов функционального контроля;

22 - информирование оператора и отключение питания с ИС;

23 - анализ работоспособности ИС инженерами;

24 - устранение неисправностей в оснастке;

25 - забракование ИС;

26 - окончание испытаний;

27 - информирование оператора и отключение питания с ИС;

28 - отключение тестера;

29 - извлечение оснастки из системы;

30 - извлечение ИС из оснастки;

31 - конец.

Принцип работы заявленного изобретения заключается в следующем. Устанавливают ИС в оснастку (13), далее включают тестер (14), оператор посредством удаленного доступа и специального программного обеспечения через сеть Ethernet осуществляет конфигурацию тестера (15), оператор устанавливает контрольно-измерительную оснастку в камеру тепла, обеспечивающую унифицированное подключение испытуемых ИС и СБИС к тестерам, и, если необходимо, загружает требуемые конфигурационные проекты или исполняемые программы в испытуемые ИС и СБИС (16). Оператор включает камеру тепла и устанавливает требуемый температурный режим. Тестер согласно загруженной конфигурации контролирует наличие должного сопротивления контакта выводов испытуемых ИС и СБИС с контрольно-измерительной оснасткой (17), в случае отрицательного результата извлекают оснастку из системы (18), переустанавливают ИС в оснастке (19), затем оснастка повторно устанавливается в систему (16), если контроль контактирования ИС (17) дает положительный результат, то происходит запуск испытаний (20), если во время периодического контроля результатов функционального контроля, токопотребления и контактирования (21) возникают ошибки, связанные с риском теплового перегрева испытуемых ИС и СБИС и/или нарушением должного сопротивления контакта выводов испытуемых ИС и СБИС, и/или нарушением функционирования ИС и СБИС во время проведения испытаний (результат отрицательный), то происходит информирование оператора и отключение питания с ИС, далее проводится анализ работоспособности ИС инженерами (23), если ИС не исправна происходит забракование ИС (25) и испытания заканчиваются (31), если ИС исправна, то производится этап устранения неисправностей в оснастке инженерами (24), затем происходит повторный запуск испытаний (20). Если результат периодического контроля результатов функционального контроля, токопотребления и контактирования (21) положительный, то испытания заканчиваются (26), информируются операторы и отключается питание ИС (27), отключается тестер (28), оснастка извлекается из системы (29), извлекается ИС из оснастки (30). Результаты функционального контроля, измерения тока потребления, контроля контактирования и контроля температур корпусов испытуемых ИС и СБИС передаются на промышленный компьютер, а далее посредством интерфейса Ethernet на промышленные компьютеры операторов и в сервер для хранения последующей статистической обработки - что является окончанием испытаний (31).

Контрольно-измерительная оснастка для испытуемых ИС и СБИС выполняет следующие функции:

- программирование напряжения питания испытуемых ИС или СБИС;

- использование произвольных алгоритмов функционального контроля;

- автоматический непрерывный контроль температуры корпусов испытуемых ИС или СБИС, на основании которого производится коррекция температуры в испытательном объеме системы и формируются команды аварийного останова испытаний;

- программное регулирование токов нагрузки высокого и низкого уровней на выходы испытуемых ИС или СБИС;

- контроль контактирования испытуемых ИС или СБИС с контрольно-измерительной оснасткой;

- непрерывный функциональный контроль испытуемых ИС или СБИС с регистрацией результатов тестирования на промышленном компьютере;

- контроль тока потребления испытуемых ИС или СБИС;

- сбор и обработка результатов измерений и функционального контроля испытуемых ИС или СБИС;

- управление системой посредством программного обеспечения и сети Ethernet, оповещения диспетчеров в случае возникновения сбоя в системе.

Приборная стойка выполняет следующие функции:

- надежное механическое крепление испытательного оборудования;

- необходимое охлаждение испытательного оборудования;

- защита от пыли;

- снижение уровня шума испытательного оборудования при его работе.

Тестер выполняет функции для осуществления функционального контроля, такие как:

- загрузка исполняемой программы или конфигурационного проекта (файла) внутренней логики ИС и СБИС,

- необходимые входные воздействия для испытуемых ИС и СБИС с логическими уровнями;

- выполнение последовательности элементарных тестов (векторов), описывающих алгоритм функционального контроля;

- регистрация и обработка данных результатов выполнения функционального контроля ИС и СБИС.

Кроме того, тестер выполнен с возможностью контроля наличия должного сопротивления контакта выводов испытуемой СБИС во время проведения испытаний. При наличии у ИС и СБИС JTAG-интерфейса, контроль контактирования осуществляется посредством периферийного сканирования. При этом на выводы СБИС последовательно подают уровни логической единицы и логического нуля. После этого производится последовательное считывание с выводов СБИС поданного напряжения по цепочке периферийного сканирования JTAG-интерфейса. Если СБИС не имеет JTAG-интерфейс, то контактирование осуществляется другими возможными способами, зависящими от конкретной СБИС.

Сетевой концентратор объединяет промышленные компьютеры и тестеры в единую локальную вычислительную сеть для обмена данными по сети Ethernet, обеспечивает автосегментацию портов для изоляции неисправных портов и улучшения сохранности сети, обнаруживает ошибку полярности при использовании кабеля на витой паре и автоматически переключает полярность для устранения ошибки монтажа.

Источник постоянного тока позволяет получить высокостабильное постоянное напряжение и постоянный ток для тестеров в приборной стойке системы, а также ограничивает ток потребления испытательного оборудования. В случае если потребляемый ток превышает установленный предел, источник постоянного тока снимает напряжение с испытательных систем, тем самым предотвращая их от выхода из строя.

Промышленный компьютер обеспечивает управление тестерами и сбор результатов посредством интерфейса Ethernet. Результаты отправляются на сервер, где происходит накопление статистики о работе ИС и СБИС.

Источник бесперебойного питания контролирует наличие и величину напряжения переменного тока в питающей сети. Если уровень напряжения выходит за допустимые пределы, или оно исчезает полностью, источник бесперебойного питания обеспечивает бесперебойное питание всего оборудования в стойке, включая в работу блок аккумуляторных батарей.

Сеть Ethernet объединяет промышленные компьютеры и тестеры в единую локальную вычислительную сеть для обмена данными и для удаленного управления промышленным компьютером с рабочих мест операторов. Промышленный компьютер по сети Ethernet управляет тестерами и производит сбор результатов.

Камера тепла обеспечивает повышение температуры окружающей среды в момент проведения испытаний на безотказность и электротермотренировку ИС и СБИС. Все испытания ИС и СБИС проводятся внутри камеры тепла в конструктиве, необходимом для крепления оснастки с контролируемыми ИС и СБИС и эффективным использованием рабочего объема камеры. Температурная стабильность внутри всего рабочего объема камеры во время испытаний обеспечивается за счет создания воздушных конвекционных потоков. Также камера тепла обеспечивает защиту от электростатического разряда всех тестируемых ИС и СБИС. Камера тепла обладает наличием сигнализации о выходе из штатного режима работы камеры для предотвращения возможности перегрева СБИС во время проведения испытаний.

Контрольно-измерительная оснастка состоит из печатной платы и контактирующих устройств для тестируемых ИС и СБИС. При изготовлении печатных плат и контактирующих устройств используются материалы, не теряющие своих свойств при температуре до +150°C. Контрольно-измерительная оснастка обеспечивает унифицированное подключение испытуемых элементов к тестерам для управления и контроля испытаниями.

Источники информации

1. «Formula 2K» фирмы «Форм», Россия (www.form.ru) - (Л1).

2. «Integra J750» фирмы «Teradyne», США (www.integra-tech.com) - (Л2).

3. «MicroATE Semicon Tester» фирмы «Qmax Test Equipments», США (www.qmaxtest.com) - (Л3).

4. «S680» фирмы «Keithley», США (www.keithley.com) - (Л4).

5. «ВТЦМ-32» фирмы Трейлер, Россия (www.stanok.cncinfo.ru) - (Л5).

6. «Волна» фирмы «ЦНИИИА», Россия (www.cime.ru) - (Л6).

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для проведения испытаний на безотказность и электротермотренировки корпусированных цифровых интегральных схем. Устройство состоит из приборной стойки для размещения испытательного оборудования; тестера для осуществления контроля за основными параметрами испытуемых ИС и СБИС и контроля функционирования; сетевого концентратора; источника постоянного тока; промышленного компьютера; источника бесперебойного питания; сети Ethernet; камеры тепла; контрольно-измерительной оснастки, состоящей из печатной платы и контактирующих устройств для испытуемых ИС и СБИС. При этом первый выход источника бесперебойного питания соединен с входом сетевого концентратора, второй выход соединен с входом источника постоянного тока, третий выход соединен с входом промышленного компьютера, вход-выход промышленного компьютера соединен с первым входом-выходом сетевого концентратора, второй вход-выход которого соединен с первыми входами-выходами тестеров, вторые входы-выходы тестеров соединены с входами-выходами печатных плат контрольно-измерительных оснасток, контактирующие устройства закреплены на печатной плате с помощью пайки, входы тестеров соединены с выходом источника постоянного тока. Технический результат заключается в повышении качества проведения испытаний, возможности проведения испытаний после корпусирования кристалла, увеличении количества каналов, повышении контроля проведения испытаний. 2 ил.

Система для проведения испытаний на безотказность и электротермотренировки цифровых интегральных схем (ИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС) состоит из приборной стойки с размещенными на ней тестерами, сетевым концентратором, источником постоянного тока, промышленным компьютером, источником бесперебойного питания; сети Ethernet; камеры тепла с установленными контрольно-измерительными оснастками, состоящими из печатной платы и контактирующих устройств для испытуемых цифровых ИС и СБИС, при этом первый выход источника бесперебойного питания соединен с входом сетевого концентратора, второй выход соединен с входом источника постоянного тока, третий выход соединен с входом промышленного компьютера, вход-выход промышленного компьютера соединен с первым входом-выходом сетевого концентратора, второй вход-выход которого соединен с первыми входами-выходами тестеров, вторые входы-выходы тестеров соединены с входами-выходами печатных плат контрольно измерительных оснасток, контактирующие устройства закреплены на печатной плате с помощью пайки, входы тестеров соединены с выходом источника постоянного тока.