Способ контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении Советский патент 1988 года по МПК G01R31/28 

114

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам контроля качества полупроводниковых аналоговых интегральных схем, преимущественно операционных усилителей, и может быть использовано для прогнозирования отказов и отбраковки некачественных . аналоговых интегральных схем, в частности, с аномальной тем- пературной зависимостью основных электрических параметров.

Цель изобретения - упрощение и повышение точности прогнозирования отказов операционных усилителей для всего рабочего диапазона темперутр.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Способ контроля качества изготовления операционных усилителей в ин- тегральном исполнении основывается на том, что причиной аномальной температурной зависимости основных электрических параметров (напряжения смещения нуля , входного тока I д„ , разности входных токов ul, коэффициента усиления по напряжению К„, коэффициента ослабления синфазного сигнала , и. потребляемого тока „), указанных в технических условиях на конкретный . тип операционного усили- теля, является наличие дефектов в интегральных схемах. Эти дефекты в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, незначительно влияют на.основные электрические параметры, но оказывают существенное влияние на параметры, называемые информативными, аналоговых интегральных схем, содержащих дифференциальные усилители, в частности операционных усилителе, компараторов и т.д.

Причинами возникновения аномальной температурной зависимости основных электрических параметров операци-

онного усилителя являются асимметрия

дифференциальных каскадов, поверхностные .и объемные дефекты, отклонение и разброс параметров технологического процесса, которые вызывают повышение токов утечки и уменьшение пробивных напряжений р-п-переходов, К асимметрии дифференциальных каскадов может привести локальное повышение концентрации объемных и поверхностных дефектов (вакансии, дислокации, линии дислокаций). К нарушениям технологии можно отнести недостаточную или повы- шеинзто толщину эпитаксиальных слоев,

142

отклонение глубин формируемых диффузионных слоев от заданных, дефекты фотошаблонов и т.д. Ввиду большого разнообразия дефектов, приводящих к возникновению аномальной температурной зависимости основных электрических параметров операционных усилителей, выполненных в интегральном исполнении, контроль качества изготовления их проводят по совокупности шести информативных параметров.

По предлагаемому способу сначала осзпцествляется измерение в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, основных электрических параметров операционного усилителя, приведенных в технических условиях

IBX &1&х Kj,, KOCC и 1ц),сравнение их с нормами, указанными в эти технических условиях, и определение годности или негодности изделий по величине отклонений измеренных значений от норм.

После этого изделия, прошедшие отбраковку по основным электрическим параметрам из технических условий, подвергаются проверке также в диапазоне температур, близких к нормально или равных ей, по системе дополнительных информативных параметров.

При этом измерение и определение изменения напряжения смещения нуля Аи,„„(Е) в зависимости от изменения

. ,

напряжения питания ЁГ осуществляются с помощью последовательной подачи на шины питания операционного усилителя номинального и повьш1енного напряжени питания, превышающего номинальное значение на 30-50%.

Вычисление прогнозируемого напряжения смещения нуля U. для заданной минимальной (отрицательной) рабочей температуры осуществляется по формуле

исм,о„ Ue.,o(E)-AUcM.o(E))- К-&Т, где , - напряжение смещения нуля

СЛ.О

в диапазоне температур, близких к нормальной (Т 25 С);

сгл о сРВДнее значение изменени Vf. о при номинальном и повышенном напряжении питания, превышающем .номинальное значение на 30-50%, устанавливаемое экспериментально для каждого тип операционного усилителя;

314

К - тангенс угла наклона прямой линии корреляционного поля параметров iUc,,o(&T) и iUcM-o) устанавливав- мый экспериментально для конкретного типа операционного усилителя; ДТ Т -

Т - значение температуры, при которой производится измерение;

Т - значение прогнозируемой минимальной (отрицательной) рабочей температуры, для которой рассчитываетс прогнозируемый параметр. Далее для измерения тока короткого замыкания между отрицательной шиной источника питания и контактом частот- ной коррекции выходного каскада операционного усилителя 1,() подают на его шины питания напряжение, превышающее номинальное на 30-50%, а на его входы - напряжение, запираю- щее выходной каскад операционного усилителя.

Измерение тока смещения второго каскада ICMU производится с помощью подачи на шины питания операционного усилителя номинального напряжения, а на его входы - отрицательного напряжения, равного по величине напряжению питания.

Далее, осуществляя подачу на шины питания операционного усилителя номинального напряжения, осуществляют измерение отношения входных, токов первого дифференциального каскада.

Измерение добротности емкости Q между отрицательной шиной и точкой соединения всех остальных контактов операционного усилителя, кроме кон- ,тактов, имеющих резистивную связь с отрицательной шиной источника питания, осуществляется подачей на отрицательную шину питания и указанную вьшзу точку соединения контактов переменного напряжения с амплитудой ни- же порога отпирания р-п-переходов,

По мере получения численных величин каждого из дополнительных информативных параметров производят их сравнение с соответствующими эталон- ными значениями и определение годности или негодности операционных усилителей по величинам отклонений между ними.

Вся совокупность дополнительных информативных параметров может быть использована также для других типов аналоговых схем в интегральном исполнении, конструктивное выполнение которых включает наличие вывода частотной коррекции выходного каскада и входа второго каскада и не зависит от конкретного типа интегральной схемы и технологии их изготовления. Для различных типов интегральных схем варьируют лишь допусковые нормы годности на измеряемые информативные па- рамет ры.

На чертеже представлена структурная схема устройства для контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении в части измерения дополнительных информативных параметров.

Устройство содержит колодку 1 с клеммами для подключения проверяемой интегральной схемы, измерительный пост 2, коммутатор 3 измеряемых параметров, блок 4 управления, генератор 5 импульсов, блок 6 индикации, тестовый модуль 7 с выходом 8 отношения входных токов, выходом 9 изменения напряжения смещения нуля и выходом 10 напряжения смещения нуля, запоминающий элемент 11, вычислитель 12, измеритель 13 тока смещения второго каскада, измеритель 14 тока короткого замыкания и измеритель 15 добротности емкости.

Через коммутатор 3 параметров и измерительный пост 2 входная шина 16 тестового модуля 7, входы измерителя 13 тока смещения второго каскада и измерителя 14 тока короткого замыкания и входная шина 17 измерителя 15 добротности емкости поочередно подключаются к колодке 1, причем первый 18, второй 19 и третий 20 входы измерителя 13 тока смещения второго каскада подключаются соответственно к клемме 21 входа второго каскада,клемме 22 выхода и объединенным клеммам 23 и 24 входов первого каскада проверяемой интегральной схемы, а первъй 25, второй 26, третий 27 и четвертьй 28 входы измерителя 14 тока короткого замыкания - к клемме 29 частотной коррекции, клемме 30 отрицательного напряжения питания и клеммам 23 и 24 входов первого каскада проверяемой интегральной схемы.

5U

Далее первьй 8 и второй 9 выходы тестового модуля 7, выход вычислителя 12, выход 31 измерителя 13 тока смещения второго каскада, выход 32 измерителя 14 короткого замыкания и выход измерителя 15 добротности емкости подключаются поочередно с помощью коммутатора 3 параметров к входу блока 6 индикаций. Управляющая шина 33 коммутатора 3 параметров вместе с управляющим входом генератора 5 импульсов соединены с выходной шиной блока А управления. Выход генератора 5 импульсов подключен к входам 34-36 соответственно измерителя 15 добротности емкости, запоминающего элемента 11 и тестового модуля 7, Третий выход 10 тестового модуля 7 подключен к сигнальному входу запоминающего элемента 11,.выход которого подключен к первому входу 37 вычислителя 12. Второй вход 38 вычислителя 12 подключен к выходу источника опорного напряже

ния &UJ;MO - третий вход вычислителя 12 соединен с вторым входом 9 тестового модуля 7. Колодка 1 с клеммами для,подключения проверяемой интегральной схемы содержит также клем -ВХ, - ВХ 2. СМц K-J П.КОР

генератор 5 импульсов блокируется

измерении

генерато

блоком 4 управления.

их 2. K-J п.коя

Измерение uU, (Е)

пЛ .V

в зависимости

от изменения напряжения питания uE в заданных пределах происходит следующим образом.

Клеммы 30 и 39 соответственно отрицательного и положительного напряжения питания через входную шину 16 подключены к выходной шине управляемого источника питания, входящего в состав тестового модуля 7. Выходное напряжение управляемого источника питания изменяется под воздействием генератора 5 импульсов. В состав тестового модуля 7 входит также схема измерения, на которую поступает вся

необходимая информация от проверяемой интегральной схемьз и на выходе которой после вьщеления на синхронном детекторе постоянной составляющей формируется напряжение, пропорциог

нальное (Е) (второй выход 9 тестового модуля 7),

Определение U обеспечивается в устройстве с , помощью тестового модуля 7, запоминающего элемента П

Изобретение .-относится к электронной технике, а именно к способам контроля качества полупроводниковых аналоговых интегральных схем, преимущественно операционных усилителей. Целью изобретения является упрощение и повышение точности прогнозирования отказов операционных усилителей для всего рабочего диапазона температр. По настоящему способу сначала осуществляется измерение в диапазоне температур, близких к нормальной или равньпс ей, основных электрических параметров операционного усилителя, приведенных в технических условиях, сравнение их с нормами и определение годности или негодности по величине отклонений измеренных значений от норм. После этого для изделий, прошедших отбраковку по основным электрическим параметрам из технических условий, осуществляют проверку также в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, по системе дополнительных информативных параметров, в частности зависимости напряжения смещения нуля от изк гнения напряжения питания, отнощения входных токов, тока смещения второго каскада, тока короткого замыкания. 1 ил. (Л

му 39 положительного напряжения пита- ЗО и вычислителя 12. Для этого на перння.

Устройство для контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении в части измерения дополнительных информативных параметров тестового модуля 7 напряжение, проработает следующим образом.

Проверяемый операционный усилитель подключается к клеммам колодки 1. G помощью коммутатора 3 параметров, управляемого от блока 4 управления,проверяемое изделие подключается к соответствующей измерительной схеме. Результат измерения отображается на блоке 6 индикации.

Измерение дополнительных информативных параметров производится в следующей последовательности: измерение напряжения смещения нуля в зависимости от изменения напряжения питания в заданных пределах ()); прогнозируемое напряжение смещения нуля (.о„); отношение входных токов (Ig,/Ig); ток смещения второго кас40

45

50

када (Ijn, ); ток короткого замыкания 1,(-Еп,,др); добротность емкости (Q)

i.xop

При измерении ) и Ig,,,/

55

ex.

клеммы с подключенной проверяемой интегральной схемой соединяются с входной шиной 16 тестового модуля 7, При

порциональное напряжению смещения нуля, для соответствующего фиксированного напряжения питания. На второ и третий входы вычислителя 12 постут пают соответственно величины uU (Е) и й,и.. (Е) . Вычислитель 12 обеспечиС гЛ .О

вает получение величины UC.D соответствии с выражением UcM«n cM.o-(uU,E)-UUcMo(E)) -К- ЛТ.

Измерение Ig, осуществляетс с помощью генератора двухполярных им пульсов, состоящего из интегратора и триггера Шмитта, и фильтра низких частот тестового модуля 7. При этом длительность положительных и отраца- тельных импульсов, формируемых генератором, соответственно пропорциональна величинам 1/Ig, и про веряемой интегральной схемы. Информа ция для формирования импульсов посту пает на входы генератора со схемы из мерения тестового модуля 7, а значение Igx, / BXii снимается с выхода фильтра низких частот.

вый вход вычислителя 12 поступает напряжение с выхода запоминающего элемента 11, который вьоделяет из выходного сигнала схемы измерения

0

5

0

5

порциональное напряжению смещения нуля, для соответствующего фиксированного напряжения питания. На второй и третий входы вычислителя 12 постут пают соответственно величины uU (Е) и й,и.. (Е) . Вычислитель 12 обеспечиС гЛ .О

вает получение величины UC.D соответствии с выражением UcM«n cM.o-(uU,E)-UUcMo(E)) -К- ЛТ.

Измерение Ig, осуществляется с помощью генератора двухполярных импульсов, состоящего из интегратора и триггера Шмитта, и фильтра низких частот тестового модуля 7. При этом . длительность положительных и отраца- тельных импульсов, формируемых генератором, соответственно пропорциональна величинам 1/Ig, и проверяемой интегральной схемы. Информация для формирования импульсов поступает на входы генератора со схемы измерения тестового модуля 7, а значение Igx, / BXii снимается с выхода фильтра низких частот.

Для измерения 1 клемьп-i для подключения проверяемого изделия соединяются с входами измерителя 13 тока смещения второго каскада. На объединенные клеммы 23 и 24 входов первого каскада подается отрицательное напряжение, запирающее первый каскад проверяемого изделия. С помощью операционного усилителя измерителя 13 тока смещения второго каскада через резистор на вход второго каскада проверяемого изделия подается ток, устанавливающий на выходе проверяемой интегральной схемы нулевое напряжение. Этот ток и является током смещения второго каскада ICMH- Измерение его в измерителе 13 тока смещения второго каскада осуществляется с помощью cor ответствующего повторителя и диффе- ренциального усилителя.

Для измерения 1,() между выводом частотной коррекции третьего каскада и выводом отрицательного напряжения питания клеммы для подключе- НИН проверяемого операционного усилителя соединяются с входами измерителя 1Л тока короткого замыкания. Для создания необходимого, режима измерения клемма инвертирующего входа пррверяе- мого изделия подключается при этом к шине нулевого потенциала, а на клемму неинвертирующего входа подается положительное напряжения от специального источника опорного напряжения, входящего в состав измерителя 14 тока короткого замыкания, причем операционный усилитель измерителя 14 тока короткого замыкания обеспечивает нулевое напряжение (режим короткого за- мыкания) между клеммой 29 частотной коррекции третьего каскада и клеммой 30 отрицательного напряжения питания. При этом ток короткого замыкания течет через резистор обратной связи one рационного усилителя измерителя 14 тока короткого замыкания и по величине выходного напряжения этого операционного усилителя можно судить о значении 1, (-Еп.кор) .

При измерении Q клемма 30 отрицательного напряжения литания и соеди- ненные вместе остальные клеммы, кроме клемм, к которым подключены контакты операционного усилителя, имеющие ре- зистивную связь с отрицательной шиной источника питания. Подключаются к - входной шине измерителя 15 добротности емкости.

48

Формула изобретения

Способ контроля качества операционных усилителей в интеграль))ом исполнении, включающий измерение в диапазоне температур, близких к нормальной, или равных ей, основных параметров операционных усилителей, сравнение их с нормами и определение годности или негодности изделий, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повьшения точности прогнозирования отказов операционных усилителей для всего рабочего диапазона, температур, после определения годности изделий по величине отк;1оне.- ния измеренных значений основных электрических параметров от норм для годных изделий проводят измерения в диапазоне температур, близких к нор- мяльной или равных ей, дополнительных информативных параметров, включающее последовательную подачу на шины питания операционного усилителя номинального напряжения питания и повьпиенно- го, превышающего номинальное..значение на 30-50%,. определение изменения напряжения смещения нуля ли.о в зависимости от изменения напряжения питания и вычисление прогнозируемого напряжения смещения нуля U-.o для заданной минимальной отрицательной рабочей температуры по формуле исмх,,.,-(ли,„.„(Е) -uU,.jE))-K-uT, где и - Напряжение смещения нуля р диапазоне температур, близких к нормальной температуре (Т,25 С);

bUj.jj(E) - среднее значение изменения Up о при номинальном напряжении питания и повышенном, превьпиающем номинальное значение на 30- 50%, устанавливаемое экспериментально для каждого типа операционного усилителя;

К - тангенс угла наклона прямой линии корреляционного поля параметров ьи.(ьТ) И- 4U5.o(E), устанавливаемый экспериментально для конкретного типа операционного усилителя; &Т Т -TO;

Т - значение температуры, при которой производится измерение;

т о

91

значение прогнозируемой минимальной отрицательной рабочей температуры, для которой рассчитывается про гнозируемый параметр, ггодачу на шины питания напряжения, 11гревышающего номинальное на 30-50%, а на входы операционного усилителя - напряжения, запирающего его выходной каскад, и измерение тока короткого замыкания между отрицательной , щиной источника питания и контактом частотной коррекции выходного каскада операционного усилителя (En.kop) подачу на шины питания операционного усилителя номинального напряжения, а на его входы - отрицательного напряжения, равного по величине напряжению питания, и измерение тока емеще-

;ния второго каскада I

СМц

подачу на

шины питания операционного усилителя

Г

г/

2г гъ гч

т

з

1А10

номинального напряжения и измерение

отношения входных токов первого дифференциального каскада

вх.

-вх

подачу на отрицательную шину питания и точку соединения всех остальных контактов операционного усилителя, кроме контактов, имеющих резистивную связь с отрицательной шиной источника питания, переменного напряжения с амплитудой ниже порога отпирания р-п-переходов и измерение добротности емкости Q медду отрицательной шиной питания и указанной выше точкой соединения контактов операционного усилителя, при этом по мере получени численных значений каждого из дополнительных информативных параметров производится его сравнение с соответствующим эталонным значением и определение годности операциоиных усилителей по величине отклонения между ними.