Методики измерения норм электрических параметров микросхем с использованием тестера Advantest V93000



В статье рассказывается про тестер Advantest V93000, его характеристики и функциональные возможности. Описываются методики измерения норм электрических параметров с использованием тестера Advantets V93000.

Ключевые слова: тестер, контроль, методика, электрические параметры, функциональный контроль, параметрический контроль, входные и выходные напряжения низкого и высокого уровней, динамический ток потребления

Тестер Advantest V93000 предназначен для измерения и воспроизведения силы постоянного тока и напряжения, частоты следования прямоугольных импульсов при высокопроизводительном параметрическом и функциональном контроле полупроводниковых кристаллов, КМОП и ЭСЛ микросхем с количеством выводов до 512 и рабочей частотой последовательности функционального контроля до 800 МГц [1]. На рисунке 1 изображен тестер Advantest V93000.

Технические характеристики [1]:

– Количество универсальных двунаправленных каналов: 512;

– Максимальная частота тестовых векторов: 1600 Mbps;

– Количество временных меток на канал: 8;

– Дискретность задания временных параметров: 39 пс;

– Глубина памяти тестовых векторов на канал: 128 Мбит;

– Максимальное рассогласование каналов: ±150 пс;

– Диапазон задания напряжения: -1,5...+6,5 В;

– Система охлаждения: водяное.

Рассмотрим подробнее о методе тестирования статистических и динамических параметров на примере тестера Advantest V93000.

Принцип работы тестера основан на методах функционального и параметрического контроля.

Для проведения функционального контроля на тестируемую микросхему подается входной набор сигналов, а затем сравнивается выходной набор сигналов проверяемого устройства с ожидаемым набором сигналов. Создание входного набора сигналов совершается тестовым генератором последовательностей и драйверами измерительных каналов в соответствии с заранее определенным программно-аппаратным комплексом контроля. Выходной набор сигналов от проверяемого устройства переводится компараторами измерительных каналов в цифровой код, и сравнивается с ожидаемыми данными, с выводом результатов контроля [2].

Рис. 1. Тестер Advantest V93000

Для контроля параметрических параметров используются источники-измерители и измерительные источники питания. На тестируемую микросхему подается некоторое значение силы постоянного тока (напряжения), и измеряется соответствующее значение постоянного напряжения (силы тока).

Методы параметрического и функционального контроля, чаще всего, реализуются с помощью программно-аппаратного комплекса, который создает инженер для каждого тестируемого устройства. Создание и выполнение программно-аппаратного комплекса контроля производятся средствами специализированного пакета программного обеспечения, который входит в комплект поставки [2].

В режиме функционального контроля каждый из измерительных каналов осуществляет измерения и контроль параметров микросхемы в определенной тестовой последовательности. Каждый канал имеет следующие режимы: контроль ожидаемых состояний, двунаправленный режим, формирование тестовой последовательности. В двунаправленном режиме любой канал может переходить из режима контроля в режим формирования и обратно во всех векторах тестовой последовательности. Для формирования тестовой последовательности в виде импульсов с изменяемыми параметрами на входе тестируемой микросхемы используется драйвер канала. Амплитуда импульса определяется значениями напряжения верхнего и нижнего уровня драйвера. Положения спадов импульса и фронтов определяется временными метками. Для контроля ожидаемых состояний (последовательность импульсов) используется компаратор. Параметры компараторов (время контроля, нижний и верхний уровни напряжения) могут задаваться независимо по любому каналу [2].

Временные интервалы контроля уровней напряжения определяются метками, которые формируют стробирующие импульсы компаратора. Для формирования токов отрицательной и положительной полярностей на выходах тестируемого устройства применяется активная нагрузка канала. Значения активной нагрузки по уровням напряжения, силе тока и режимы работы задаются независимо по любому каналу. При переходе канала в режим формирования тестовой последовательности в динамическом режиме активная нагрузка автоматически отключается, а в режиме контроля автоматически включается. В статическом режиме активная нагрузка включена всегда. Динамический режим используется только для каналов, которые сконфигурированы в двунаправленный режим. Статический режим используется для каналов, которые сконфигурированы в режим контроля [2].

При параметрических измерениях применяется источник-измеритель или прецизионный источник-измеритель в режиме воспроизведения напряжения и измерения силы тока, или в режиме воспроизведения силы тока и измерения напряжения. Значения источника-измерителя задаются независимо по любому каналу. Для создания требуемых значений питания, тестируемых микросхем, применяются измерительные источники питания MSDPS и DPS32 [2].

Тест входного напряжения высокого уровня измеряет сопротивление выходного вывода, когда этот вывод находится в состоянии логической 1. Тест проверяет транзистор с p-каналом или верхний логический элемент выходного вывода. Этот тест гарантирует, что сопротивление выходного вывода соответствует проектным параметрам и что вывод обеспечит выходной ток высокого уровня при сохранении требуемого напряжения высокого уровня. Например, если вывод сделан неправильно из-за производственного дефекта или ошибки при проектировании, то транзистор с p-каналом может не полностью открыться, что приведет к более высокому, чем ожидалось, прямому сопротивлению. В результате входное напряжение высокого уровня упадет ниже минимально допустимой и тест будет провален.

Алгоритм проведения теста [3]:

1. Выбрать минимальное U_CC;
2. Установить вывод в состояние логической 1;
3. Используя тестер, задать выходной ток высокого уровня согласно спецификации;
4. Ожидать от 1 до 5 мс;
5. Измерить напряжение;
6. Тест считается неудачным, если измеренное напряжение меньше, чем требуемое в спецификации.

Тест входного напряжения низкого уровня измеряет сопротивление выходного вывода, когда этот вывод находится в состоянии логической 0. Тест проверяет транзистор с n-каналом или нижний логический элемент выходного вывода. Этот тест гарантирует, что сопротивление выходного вывода соответствует проектным параметрам и что вывод обеспечит выходной ток низкого уровня при сохранении требуемого напряжения низкого уровня.

Алгоритм проведения теста [3]:

1) Выбрать минимальное U_CC;

2) Установить вывод в состояние логической 0;

3) Используя тестер, задать выходной ток низкого уровня согласно спецификации;

4) Ожидать от 1 до 5 мс;

5) Измерить напряжение;

6) Тест считается неудачным, если измеренное напряжение меньше, чем требуемое в спецификации.

Тест входного тока низкого уровня измеряет сопротивление между входным выводом и питанием. Тест входного тока высокого уровня измеряет сопротивление между входным выводом и землей. Эти тесты гарантируют, что сопротивление на входе отвечает параметрам устройства и что входной ток высокого и низкого уровней соответствует значениям, указанных в спецификации. Микросхемы, которые пострадали от статического электричества, часто не проходят этот тест из-за проблем, связанных с входными уровнями или защитными диодами.

Для проведения теста входного тока низкого уровня устанавливают максимальное U_CC и все входные выводы переводят в состояние логической 1. При тестировании драйвер вывода отключают и измеряют ток, который затем сравнивается с входным током низкого уровня, указанного в спецификациях [3].

Для проведения теста входного тока высокого уровня устанавливают максимальное U_CC и все входные выводы переводят в состояние логического 0. При тестировании драйвер вывода отключают и измеряют ток, который затем сравнивается с входным током высокого уровня, указанного в спецификациях.

Тест выходного тока низкого уровня в состоянии «выключено» измеряет сопротивление от выходного вывода до U_CC, когда вывод находится в высокоимпедансном состоянии. Тест выходного тока высокого уровня в состоянии «выключено» измеряет сопротивление от выходного вывода до земли, когда вывод находится в высоко импедансом состоянии. Этот тест гарантирует, что сопротивление вывода, который находится в состоянии «выключено», отвечает параметрам устройства и что выходной ток высокого и низкого уровней в состоянии «выключено» соответствует значениям, указанных в спецификации.

Для проведения теста входного тока низкого уровня устанавливают максимальное U_CC и все входные выводы переводят в высокоимпедансное состояние. С тестера на каждый вывод подается высокое и низкое напряжение и измеряется ток [3].

Тест динамического тока потребления гарантирует, что устройство не будет потреблять тока больше, чем значения, указанного в спецификации, при этом полностью, выполняя свои функции.

Тест динамического тока потребления измеряет ток на всех выводах и суммирует его. При помощи тестера непрерывно выполняется некоторый тестовый алгоритм (как правило, «шахматный код») на максимальной рабочей частоте. И затем суммарный измеренный ток сравнивается со значением тока, указанного в спецификации. На результат теста могут влиять следующие параметры: входные напряжения верхнего и нижнего уровней, напряжение питания, частота теста. Поэтому эти значения точно указываются в спецификациях тестируемого устройства.

Алгоритм проведения теста [3]:

1) Выбрать максимальное U_CC;

2) Запустить непрерывный тестовый алгоритм;

3) Ожидать от 5 до 10 мс;

4) Измерить ток на выводах питания, когда устройство выполняет тестовый алгоритм;

5) Тест считается неудачным, если измеренный динамический ток потребления больше, чем указанный в спецификации.

Литература:

1. Advantets Technologies. V93000 SOC Basic. [Текст] — Deutschland GmbH., 2015. — 809 с.;
2. http://all-pribors.ru/docs/61075–15.pdf актуален на 20.05.2016;
3. Soft Test Inc. The Fundamentals of Digital Semiconductor Testing [Текст] — Copyright, 2011. — 651 с.