數(shù)字電子電路測(cè)試技術(shù)

張鵬濤 宋會(huì)良 李京華

摘要 近年來(lái)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)得到了一定程度的發(fā)展，使得芯片的體積也變得越來(lái)越小，內(nèi)部數(shù)字電子電路的設(shè)計(jì)也變得越來(lái)越復(fù)雜，給予數(shù)字電子電路的測(cè)試工作也帶來(lái)了一定的難度。借助于一種安全可靠的測(cè)試模式，還能夠促進(jìn)我國(guó)的數(shù)字電子電路行業(yè)得到更進(jìn)一步的發(fā)展，并對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的提升有著一定的積極意義。本文主要就數(shù)字電子電路的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了深入的探究與分析。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字電子電路 測(cè)試技術(shù)

近年來(lái)我國(guó)的數(shù)字電子電路技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，而集成電路工藝技術(shù)跟器件物理也都會(huì)圍繞著“等比例縮小”的趨勢(shì)來(lái)進(jìn)行發(fā)展，并且取得了良好的發(fā)展效果。此外隨著我國(guó)微電子行業(yè)的迅速發(fā)展，使得電子電路的復(fù)雜程度以及精密程度都得到了一定程度的提升，任何一些微小的缺陷也都會(huì)直接導(dǎo)致芯片的效果無(wú)法得到正常的發(fā)揮。在這一基礎(chǔ)上也就需要相關(guān)技術(shù)人員能夠不斷加強(qiáng)對(duì)數(shù)字電子電路測(cè)試技術(shù)的研究力度，并需要對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)試方法進(jìn)行不斷的優(yōu)化與完善，只有這樣才能夠保障數(shù)字產(chǎn)品的應(yīng)用性能，并促進(jìn)我國(guó)的數(shù)字電子產(chǎn)品行業(yè)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

1 數(shù)字電子電路測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用重要性簡(jiǎn)析

近年來(lái)我國(guó)的集成電路行業(yè)得到了迅速的發(fā)展，其特征尺寸也得到了一定程度的降低，現(xiàn)階段也進(jìn)入到了深亞微米階段。在這一發(fā)展形勢(shì)下，也就使得單一的集成電路芯片上面能夠進(jìn)行上億個(gè)晶體管以及上千萬(wàn)邏輯門(mén)的有效集成，并導(dǎo)致了傳統(tǒng)的測(cè)量模式難以對(duì)現(xiàn)階段的集成電路取得良好的測(cè)試結(jié)構(gòu)。為了保障數(shù)字產(chǎn)品的應(yīng)用合格率，還需要在生產(chǎn)出IC之后對(duì)其采取及時(shí)有效的測(cè)試，而只有將整個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)貫穿到IC設(shè)計(jì)、生產(chǎn)跟應(yīng)用的全過(guò)程中，才能夠獲得一個(gè)良好的測(cè)試效果，對(duì)于相關(guān)電子產(chǎn)品的應(yīng)用質(zhì)量也能夠起到良好的寶航效果。

隨著超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得芯片內(nèi)的晶體管數(shù)量也得到了大幅度的增加，給予其測(cè)試工作也造成了非常大的困難，并使得IC測(cè)試過(guò)程中所需要消耗的成本得到有效的提升，并占據(jù)了整個(gè)IC生產(chǎn)過(guò)程的80%左右。因此說(shuō)如何進(jìn)行安全可靠測(cè)試方法的研究，也就具備有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)階段的集成電路可以根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)的不同而分為模擬集成電路跟數(shù)字集成電路兩大類(lèi)，而后者的主要作用在于對(duì)離散值信號(hào)的電路來(lái)進(jìn)行有效的傳遞以及處理，對(duì)于我國(guó)電子行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展也具備有積極的促進(jìn)意義。而在進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試過(guò)程中，主要測(cè)試內(nèi)容需要包含有數(shù)字系統(tǒng)功能、邏輯關(guān)系以及時(shí)序關(guān)系這三個(gè)方面。

在具體的測(cè)試過(guò)程中主要是對(duì)被測(cè)電路進(jìn)行測(cè)試激勵(lì)的外加，然后激活故障，借助于外部端口對(duì)故障的具體響應(yīng)過(guò)程來(lái)進(jìn)行觀察。只有對(duì)所有的輸入激勵(lì)都能夠讓電路的輸出端作出正確的響應(yīng)，該CUT才能夠被認(rèn)為是無(wú)故障的電路，如果在某一輸入激勵(lì)之后導(dǎo)致該電路出現(xiàn)了錯(cuò)誤的相應(yīng)，可以直接將該CUT認(rèn)定為故障電路。一般情況下的測(cè)量向量多指的是故障電路跟無(wú)故障電路產(chǎn)生不同輸出響應(yīng)后的輸入組合。

2 數(shù)字電子電路測(cè)試

2.1 進(jìn)行數(shù)字電子電路的測(cè)試目的以及作用

某一系統(tǒng)或者VLSI設(shè)備在自身的設(shè)計(jì)、加工以及裝運(yùn)等環(huán)節(jié)之中都有可能導(dǎo)致出現(xiàn)一些故障問(wèn)題，并導(dǎo)致產(chǎn)品存在有質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)于電子數(shù)字產(chǎn)品的生產(chǎn)商而言，進(jìn)行測(cè)試的目的在于對(duì)導(dǎo)致該類(lèi)型產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷的原因盡早的獲取，從而進(jìn)行產(chǎn)品的有效改進(jìn)，只有這樣才能夠避免用戶們購(gòu)買(mǎi)到廢品或者次品，并使得該企業(yè)的社會(huì)聲譽(yù)得到有效的提升與保障。此外在具體的生產(chǎn)過(guò)程中，如果不合格產(chǎn)品的數(shù)量過(guò)多，這些產(chǎn)品的制作成本也需要分擔(dān)到那些合格產(chǎn)品之上，這也就容易導(dǎo)致該企業(yè)的生產(chǎn)成本得到一定程度的提升。因此說(shuō)通過(guò)合理科學(xué)的測(cè)試方法來(lái)對(duì)產(chǎn)品是否合格進(jìn)行有效的測(cè)試，其對(duì)于該企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益的提升也有著非常重要的意義。就電力產(chǎn)品的用戶們而言，部分芯片還需要在一些精密的儀器上面來(lái)進(jìn)行使用，這也就要求用戶們?nèi)ザㄆ谶M(jìn)行數(shù)字產(chǎn)品的測(cè)試以及維護(hù)工作，只有這樣才能夠充分保障該系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性以及運(yùn)行安全性。近年來(lái)我國(guó)的電路集成技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，對(duì)于芯片等電子產(chǎn)品的質(zhì)量也就提出了更高的要求，而任何小的故障也都有可能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并會(huì)給予用戶造成嚴(yán)重的損失，因此說(shuō)對(duì)數(shù)字電子電路進(jìn)行定期的檢測(cè)工作有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

2.2 測(cè)試類(lèi)型

2.2.1 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

當(dāng)新產(chǎn)品被試制出來(lái)之后，還需要對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行必要的檢測(cè)處理，以保障該產(chǎn)品能夠在規(guī)定的環(huán)境跟工作條件下能夠充分發(fā)揮出自身的預(yù)期功能，各項(xiàng)性能指標(biāo)也能夠充分滿足用戶們的實(shí)際需求。在完成產(chǎn)品的測(cè)試工作之后，要求測(cè)試人員在結(jié)合了具體結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品使用性能的合理評(píng)估，這樣也就能夠?qū)Σ糠之a(chǎn)品出現(xiàn)失效的原因進(jìn)行有效的分析與了解，并能夠再次基礎(chǔ)上完成產(chǎn)品的改進(jìn)以及優(yōu)化工作。只有在完成了產(chǎn)品的完善工作之后，才能夠?qū)⑵浯罅客度氲缴a(chǎn)之中，并借此來(lái)獲得一個(gè)良好的產(chǎn)品生產(chǎn)效果。

2.2.2 生產(chǎn)測(cè)試

一般情況下的生產(chǎn)測(cè)試主要指的是產(chǎn)品投產(chǎn)之后，在生產(chǎn)線上面所進(jìn)行的一系列測(cè)試工作。進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試的目的在于保障出廠產(chǎn)品的質(zhì)量合格性，對(duì)于提升制造企業(yè)的社會(huì)聲譽(yù)也有著一定的促進(jìn)意義。通過(guò)生產(chǎn)測(cè)試的模式來(lái)進(jìn)行不合格產(chǎn)品的適度挑選，然后借助于故障診斷的模式來(lái)找出產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷的原因，從而為生產(chǎn)工藝的進(jìn)一步優(yōu)化與改善提供足夠多的數(shù)據(jù)支撐，并使得產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量得到有效提升。

2.2.3 可靠性測(cè)試

部分產(chǎn)品在通過(guò)了生產(chǎn)測(cè)試之后，其在工作了幾小時(shí)或者幾天之后還有可能出現(xiàn)一些運(yùn)行故障，并直接威脅到產(chǎn)品的使用可靠性以及安全性。這也就需要廠家能夠做好產(chǎn)品的可靠性測(cè)試工作，具體的測(cè)試內(nèi)容包含有產(chǎn)品在規(guī)定條件下的應(yīng)用安全性以及使用壽命等等。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性測(cè)試的過(guò)程中，還能夠通過(guò)提升測(cè)試應(yīng)用時(shí)間、升高產(chǎn)品運(yùn)行環(huán)境溫度以及調(diào)高供電電壓等諸多模式，來(lái)進(jìn)行性能不穩(wěn)定的IC產(chǎn)品的提前挑選工作，并能夠使得產(chǎn)品的返修率得到大幅度的降低。

2.2.4 成品檢測(cè)

在將所購(gòu)買(mǎi)到的元件集成在系統(tǒng)之前，還要求用戶以及系統(tǒng)的制造商們進(jìn)行相應(yīng)的成本檢測(cè)工作，然后在保障器件運(yùn)行良好無(wú)缺陷的基礎(chǔ)上才能夠?qū)⑵浞湃氲较到y(tǒng)之中，這樣也能夠有效的減少后期的檢修成本，從而幫助該企業(yè)獲取到良好的經(jīng)濟(jì)效益。一般在進(jìn)行成品檢測(cè)的過(guò)程中，還需要根據(jù)工作條件的差異性進(jìn)行在線測(cè)試跟離線測(cè)試兩種測(cè)試方法的合理選擇。其中在線測(cè)試主要值得是IC系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下所進(jìn)行的一系列測(cè)試內(nèi)容，而離線測(cè)試則是通過(guò)專(zhuān)用的測(cè)試設(shè)備來(lái)對(duì)非正常運(yùn)行狀態(tài)下的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 故障類(lèi)型簡(jiǎn)析

2.3.1 固定型故障

固定型故障作為近年來(lái)比較成功而且應(yīng)用最為廣泛的一種邏輯故障模型，在該故障類(lèi)型中，電路內(nèi)部信號(hào)線的邏輯狀態(tài)處于不變的情況，也就是固定在邏輯O跟邏輯1。應(yīng)用固定型故障來(lái)進(jìn)行電子產(chǎn)品的檢測(cè)過(guò)程中，可以對(duì)絕大部分的制造缺陷進(jìn)行有效的反映，并能夠檢測(cè)到90%以上的常規(guī)物理故障。但是在應(yīng)用該故障檢測(cè)模式中對(duì)于一些邏輯故障則無(wú)法起到良好的檢測(cè)效果，這也就需要在結(jié)合其它檢測(cè)模式的基礎(chǔ)上，來(lái)獲得一個(gè)良好的故障檢測(cè)效果。

2.3.2 晶體管故障

晶體管故障是屬于開(kāi)關(guān)級(jí)故障的一種主要故障模型，在晶體管出現(xiàn)故障之后，也就會(huì)出現(xiàn)永遠(yuǎn)無(wú)法導(dǎo)通的問(wèn)題，因此也被認(rèn)定是一種固定開(kāi)路。此外若晶體管永遠(yuǎn)處于導(dǎo)通的狀態(tài)，也可以表示其存在有固定短路的情況。但是因?yàn)镃MOS邏輯門(mén)一般包含有多個(gè)晶體管，因此應(yīng)用固定型故障模型時(shí)也就無(wú)法進(jìn)行相關(guān)CMOS邏輯電路中晶體管故障的有效反映。通過(guò)晶體管故障檢測(cè)模式的應(yīng)用，則能夠起到良好的檢測(cè)效果，并能夠使得數(shù)字電子電路的測(cè)試水平得到更進(jìn)一步的提升。

2.3.3 時(shí)延故障

對(duì)于邏輯電路而言，其日常的工作流程除了對(duì)正常的邏輯功能進(jìn)行準(zhǔn)確無(wú)誤的執(zhí)行之外，還要求其能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)來(lái)將一些正確的邏輯信號(hào)傳播到輸出端跟存儲(chǔ)單元之中，這樣才能夠獲得良好的應(yīng)用效果。一般情況下對(duì)于某種短暫影響到電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的故障，并對(duì)系統(tǒng)邏輯功能不造成影響的故障，也將其稱(chēng)作是時(shí)延故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，使得大規(guī)模集成電路技術(shù)也變得越來(lái)越成熟，也導(dǎo)致了數(shù)字電子電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度得到了迅速的提升。在這一背景下，就導(dǎo)致了傳統(tǒng)的數(shù)字電子電路測(cè)試模式無(wú)法充分滿足IC測(cè)試的相關(guān)需求，對(duì)于各類(lèi)電力產(chǎn)品的生產(chǎn)合格率也難以進(jìn)行有效的保障。這也就要求相關(guān)的技術(shù)人員能夠加強(qiáng)對(duì)數(shù)字電子電路測(cè)試方法的研究力度，借此來(lái)為產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)質(zhì)量的提升起到一定的促進(jìn)意義。

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