Интегральная микросхема (ИМС) – небольшое устройство, перевернувшее мир. Едва ли найдется человек, не слышавший о микросхемах, ведь сейчас они повсюду – от космических спутников до стиральных машин. Большинство достижений прогресса так или иначе связаны с применением этих небольших, на первый взгляд, устройств.
Размер – понятие относительное, а современные ИМС на самом деле являются устройствами сверхбольшой степени интеграции (СБИС). В 1965 году один из основателей компании Intel Гордон Мур сформулировал небезызвестный эмпирический закон, предрекший увеличение степени интеграции ИМС в 2 раза каждые 2 года. Закон работает: первые производимые ИМС содержали единичное число транзисторов, сейчас их число превысило миллиард на один кристалл ИМС. Драматический рост степени интеграции ИМС, в свою очередь, повлиял на количественный и качественный рост всех потребительских характеристик ИМС, таких как:
• объем памяти (для запоминающих устройств);
• количество логических элементов (для ПЛИС и БМК);
• тактовые частоты (для широкой номенклатуры цифровых ИМС);
• количество доступных выводов.
Кроме того, благодаря высокой степени интеграции появилась возможность размещать на одном кристалле ИМС целый ряд устройств самого разного назначения (т.н. «системы на кристалле», System-On-a-Chip). Таким образом, если раньше стремительный прогресс ИМС позволял сравнивать производительность настольных ПК с машинными залами прошлых десятилетий, то сегодня наиболее современные решения SoC – это уже целые здания, где на каждом этаже свои вычислительные мощности.
Итак, ИМС – это сверхсложные устройства с множеством электронных компонентов внутри, которые практически безотказно работают на нас в каждый момент времени и во всех сферах жизни. Ваш смартфон содержит десятки или даже сотни микросхем, и если откажет хотя бы одна из них, прибор в целом прикажет долго жить, лишив Вас связи. А если это бортовая авионика пассажирского лайнера или система управления жизнеобеспечением международной космической станции? То есть, микросхемы и прочие электронные компоненты, входящие в состав упомянутых и многих других приборов и машин должны быть не просто надежны, а очень надежны. Ключевой вопрос – как этого достичь?
Этот вопрос актуален вдвойне, т.к. мы знаем, что не существует совершенной технологии производства. Это в полной мере относится и к микроэлектронному производству, откуда выходят полупроводниковые пластины с кристаллами – сердце микросхем. В зависимости от технологии, специфики изделия и прочих условий на каждой полупроводниковой пластине может быть в среднем от 1 до 10 и более (!) процентов заведомо неработоспособных или некорректно функционирующих кристаллов. Огромные усилия мировых лидеров микроэлектронной отрасли тратятся на совершенствование технологий, но с каждым новым шагом приходят новые вызовы, и на выходе всегда имеется определенное число заведомо дефектных ИМС. Таким образом, в рамках обеспечения качества выпускаемой продукции главной целью микроэлектронного производства становится гарантированное недопущение к потребителю изначально дефектных микросхем.
Электрическое тестирование интегральных микросхем – ключевая операция в структуре обеспечения качества микроэлектронного производства, суть которой заключается в проверке электрических параметров ИМС на соответствие заданным техническим условиям и выявлении тех самых заведомо дефектных изделий.
Автоматическое тестовое оборудование (Automatic Test Equipment, ATE) или коротко говоря «тестер» (рис.1) – тип промышленного оборудования, обеспечивающего электрическое тестирование интегральных микросхем по всему объему параметров в соответствии с техническими условиями.
Рисунок 1. Тестер интегральных микросхем модель FT-17DT производства ООО «Совтест АТЕ», Россия.
Вот лишь часть из типового набора параметров цифровых ИМС, автоматизированная проверка которых выполняется на тестере:
• контроль контактирования;
• токи утечки;
• статический и динамический токи потребления;
• напряжения выходных уровней;
• проверка работы цифровой логики (функциональный контроль).
Тестер интегральных микросхем относится к сложным программируемым интеллектуальным комплексам, которые объединяют в себе достижения целого ряда самостоятельных дисциплин, таких как:
• конструирование радиоэлектронной аппаратуры;
• разработка программного обеспечения;
• конструирование механических узлов, в т.ч. деталей прецизионной механики;
• теория измерений, метрология, математическая статистика и др.
Важнейшей задачей при организации любого электронного производства, лаборатории входного контроля ИМС, сертификационного центра или иных предприятий, где применяется электрическое тестирования ИМС, – это выбор оптимального тестового оборудования. Почему эта задача является наиважнейшей? Потому что Ваша технология может быть сколь угодно несовершенна, но если Вы располагаете эффективным контролем качества, потребитель останется доволен.
Можно говорить о «трех китах», на которых держится тестовое оборудование, или, иными словами, о трех основных составляющих, на которые стоит обратить пристальное внимание при выборе любого тестера.
Аппаратное обеспечение
Это так называемое «железо» тестера (не путать с механическими деталями). Именно характеристики аппаратного обеспечения (рис.2), как правило, в первую очередь приводятся в технических описаниях на тестовое оборудование, что неслучайно. ИМС – это, электрический объект, оперирующий в терминах токов и напряжений, поэтому такие параметры тестеров, как диапазоны измеряемых и воспроизводимых токов и напряжений, а также соответствующие погрешности являются первостепенными.
Рисунок 2. Плата канальной электроники тестера FT-17HF/DT
Программное обеспечение
На примере персональных компьютеров мы знаем, что любое даже самое продвинутое «железо» будет бесполезно без соответствующего программного обеспечения (рис.3), эффективно и в полной мере раскрывающего потенциал радиоэлектронной аппаратуры конечному пользователю. В отношении тестового оборудования с помощью программного обеспечения реализуется:
• управление аппаратными ресурсами тестера (задание режимов работы, диагностика работоспособности, включение/выключение и др.), а также вспомогательным технологическим оборудованием (зондовые установки, проходные камеры, сортировщики и пр.);
• предоставление пользователю программной среды и инструментов разработки
и отладки программ автоматизированного тестирования ИМС;
• выполнение разработанной программы тестирования ИМС в автоматическом режиме;
• исследование режимов работоспособности тестируемой ИМС;
• сохранение в базе данных и последующая обработка результатов выполнения программ тестирования.
Рисунок 3. Панель логического и стробоскопического анализатора среды разработки тестовых программ XperTest (ООО «Совтест АТЕ», Россия)
Механика
Известно шутливое выражение, не лишенное, тем не менее, практического смысла: «электроника – наука о контактах». И в самом деле, прежде чем ИМС может быть протестирована, она должна быть подключена к измерительным каналам тестера. Тестер – универсальное оборудование, способное тестировать широкую номенклатуру ИМС в самых разных корпусах. Это означает, что особую роль в практике применения тестовых систем играют механические средства контактирования, обеспечивающие повторяемость электрического контакта, его стабильность при изменении температурных режимов тестирования ИМС.
Заключение
Организация входного контроля электроники – важная составляющая процесса производства и выпуска высококачественной продукции. Именно поэтому предприятиям-изготовителям необходимо иметь в своем распоряжении современное измерительное и испытательное оборудование, которое позволит проводить комплекс испытаний каждого элемента на соответствие требуемым характеристикам и выполнять проверку его работоспособности в критических и предельных условиях. В этой связи большое значение имеет выбор ответственного и надежного поставщика автоматического тестового оборудования, от которого в высокой степени зависит ритмичность и стабильность производства, качество выпускаемой продукции и статус компании перед ее заказчиками. Кроме того, немаловажным моментом является внесение оборудования в Государственный реестр средств измерения. Приобретая оборудование с утвержденным типом средств измерений, заказчик может быть уверен в его метрологических характеристиках и, самое главное, в достоверности результатов проводимых тестов своей ЭКБ.