Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ КЛАССА "СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ" ПО НАДЕЖНОСТИ

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.