СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ КЛАССА "СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ" ПО НАДЕЖНОСТИ Российский патент 2019 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности интегральных схем (ИС), и может быть использовано для разбраковки ИС по критерию потенциальной надежности, как на этапе производства, так и на входном контроле на предприятиях изготовителях радиоэлектронной аппаратуры.

Существует большое количество способов неразрушающей диагностики ИС (см., например, Горлов М.И., Емельянов В.А., Смирнов Д.Ю. Диагностика в современной электронике // Минск: Интегралполиграф, 2011. - 375 с.; Номоконова Н.Н., Гаврилов В.Ю., Алмина Н.А. Контроль микроэлектронных устройств методом критических питающих напряжений // Информатика и системы управления. - 2010. - №1(23). - С.115-120; Винокуров А.А. и др. Диагностика интегральных схем по частотным характеристикам при различных напряжениях питания и температурах // Вестник ВГТУ. - 2014. - №3-1. - С. 128-132), однако эти способы разработаны для конкретных типов схем и трудно применимы для ИС других типов. К тому же, известные способы не учитывают особенностей ИС класса «система на кристалле» (в частности, выбранного для исследования микроконтроллера (МК) ATMega8A). К особенностям ИС этого класса можно отнести наличие блоков, вьшолненных по разной технологии, наличие нескольких внутрисхемных источников питания, стабилизаторов напряжения и т.п. Разрабатываемые производителями «систем на кристалле» тесты, такие как JTAC (см. JTAG Manager - www.jtag-test.ru/SoftAndHarad/JTAG-Manager.php), позволяют осуществлять контроль работоспособности в определенных условиях, но не дают информацию о надежности. Поэтому разработка методов диагностики ИС типа «система на кристалле» является актуальной.

Для диагностики современных больших интегральных схем методы, созданные для ИС малой степени интеграции, не подходят.Это обусловлено несколькими причинами и особенностями ИС класса «система на кристалле». КМОП ИС класса «система на кристалле» имеют встроенную систему питания, которая состоит в генерировании для отдельных функциональных блоков ИС напряжения питания, отличающегося от питания всей ИС. Необходимо также учитывать наличие защитных систем. В МК серии AVR Mega имеется система Brown out Detection (BOD), которая не позволяет МК работать при напряжениях питания ниже определенного уровня (см. Ламберт Е. 8-разрядные микроконтроллеры AVR корпорации Atmel: новинки и тенденции развития // Компоненты и технологии. - 2009. - №6. - С. 62-65). Для обеспечения работы МК при диагностике по значениям критического напряжения питания (КНП), систему BOD нужно отключать, записывая в конфигурационную ячейку BODEN значение «1».

Диагностику ИС класса «система на кристалле» по КПН осложняет то, что причиной отказа может стать блок, функционально связанный со смежными блоками, и его нельзя исключить. Поэтому, по возможности нужно минимизировать количество используемых для контроля блоков МК.

Известен способ выделения ИС повышенной надежности путем измерения КНП при нормальной и повышенной температуре и расчета относительного изменения КНП (Патент 2365930 РФ. Способ выделения интегральных схем повышенной надежности // Н.Н. Козьяков, М.И. Горлов, Е.А. Золотарева. - Опубл. 28.08.2009, бюл. №24). Недостатком этого способа является то, что он неприменим для ИС, состоящих из нескольких функциональных блоков.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и повышение эффективности способа разделения ИС класса «система на кристалле» по надежности. Это достигается следующим образом.

У пяти образцов МК ATMega8A было определено КНП следующих функциональных блоков: память данных, таймер-счетчик, аналоговый компаратор. Значения КНП составляющих блоков представлены в таблице.

Затем было исследовано влияние температуры на КНП функциональных блоков МК, путем размещения контролируемых МК в термостате. Измерения проводились в диапазоне температур +25 до +85°С (максимально допустимая для данного типа ИС). Температурные зависимости КНП исследованных блоков МК представлены на фиг.1.

У всех исследованных образцов МК КНП функциональных блоков при повышении температуры снижается, при этом разброс КНП при высоких температурах увеличивается (фиг. 1). Для памяти данных сильного расхождения в зависимостях КНП от температуры не наблюдалось, а для таймер-счетчика МК №2 температурная зависимость КНП имеет форму, отличную от других, а для МК №4 при температуре 85°С наблюдался отказ. При этом у аналогового компаратора МК №4 при температуре 85°С КНП сильно возросло. На основании этих результатов можно сделать вывод, что МК №4 будет потенциально ненадежной ИС.

Способ разделения ИС класса «система на кристалле» по надежности осуществляется следующим образом.

На представительной выборке ИС класса «система на кристалле» измеряют КНП отдельно у каждого функционального блока ИС при нескольких значениях температуры (например, при 25°С, 50°С, 75°С и верхней допустимой для данного типа ИС температуре) и строят графики усредненных по выборке зависимостей значений КНП от температуры для каждого функционального блока ИС, и относят ИС к надежным или потенциально ненадежным по степени отклонения индивидуальных температурных зависимостей критического напряжения питания одного или нескольких функциональных блоков ИС от усредненных по выборке зависимостей.

Использование: для разбраковки ИС класса «система на кристалле» по критерию потенциальной надежности. Сущность изобретения заключается в том, что на представительной выборке ИС класса «система на кристалле» измеряют значения критических напряжений питания (КНП) отдельно для каждого функционального блока ИС при различных температурах (например, при 25°С, 50°С, 75°С и верхней допустимой для ИС данного класса температуре), строят графики усредненных по выборке зависимостей значений КНП от температуры для каждого функционального блока. ИС относят к надежным или потенциально ненадежным по степени отклонения индивидуальных температурных зависимостей КНП функциональных блоков ИС от усредненных по выборке. Технический результат: обеспечение возможности повышения эффективности способа. 1 ил., 1 табл.

Способ разделения интегральных схем (ИС) класса «система на кристалле» по надежности, в соответствии с которым на представительной выборке ИС данного класса проводится измерение критического напряжения питания, отличающийся тем, что значения критического напряжения питания измеряют отдельно для каждого функционального блока ИС при различных температурах (например, при 25°С, 50°С, 75°С и верхней допустимой для ИС данного класса температуре), строят графики усредненных по выборке зависимостей значений КНП от температуры для каждого функционального блока ИС и относят ИС к надежным или потенциально ненадежным по степени отклонения индивидуальных температурных зависимостей критического напряжения питания одного или нескольких функциональных блоков ИС от усредненных по выборке зависимостей.