集成电路高温动态老化测试系统的设计

集成电路高温动态老化测试系统的设计

摘要:为了替换早期失效的IC芯片,进一步提高整机的产品质量,文章针对系统采用的上位机、下位机,通过串口通信,构成分散式检测系统,对IC芯片进行高温老化并检测。并且本系统已成功应用于本公司筛选室对入厂的IC芯片进行老化筛选,测试出效果良好。

关键词:集成电路;高温老化;动态测试

随着信息技术的迅猛发展,半导体集成电路被广泛地应用于各个领域,集成电路的可靠性也越来越得到人们的关注。众所周知,电子元器件的失效现象因工作阶段(加电应力时间)而异,可分为“早期失效”、“随机失效”和“耗损失效”。批量很大的一批产品,未经任何老化措施即投入使用,会发现该批产品在开始时失效率很高,但很快就逐渐降低,这就是“早期失效”现象,其原因是由于元器件的制造缺陷所至。对电子元器件进行老化筛选试验的目的正是剔除易发生“早期失效”的元器件,使批量元器件缩短失效期,提前进入稳定的工作期,从而提高整机可靠性。

1国内同类产品的现状,发展趋势及对比分析

在国内同类产品中,经相关用户使用后反映较好的是杭州可靠性仪器厂生产的高温动态老化系统,它通用性好,测试工位多,但缺点是测试功能少,只能测试老化板两边几个芯片的输出信号,其余的测不到,且价格比较高。相比之下,文章介绍的设计方案虽没有那么多工位,但针对性强,而且对每个输出管脚都进行完备性测试,有数据可查(保存历史数据),还有自动巡检功能等,价格也比较低。

2设计依据本系统根据集成电路的电性能及老化的具体要求设计。

3设计的基本原则该系统是一个集信号检测、数据传输和处理于一体的实时数据采集与处理系统。要求性能好,工作稳定可靠,操作、使用、维修灵活方便。

设计的基本原则如下:①系统各项指标满足相关的国家标准。②部件选用要求质量好,安全、可靠,以保证系统具有优良的性能。③系统的结构应合理,设备要经济,以达到最佳性能价格比。④因器件老化时间较长(数十小时) ,在此期间上位机可能被关闭或用于其它工作,因此专门制作了测试板(含独立CPU)作为下位机,产生被老化IC所需的各种工作信号、并依据上位机的要求完成各类数据的采集及上传工作。⑤上、下位机之间的通讯采用RS-232标准。⑥设备制作整体协调、整齐,便于操作、维修。

4系统检测规模和设计指标

4.1检测规模

①单板老化数量。DIP 14和DIP 16:单板最多可老化16片;DIP 20:单板最多可老化12片。②单次老化品种。根据IC所需工作电压划分,最多可同时老化4种不同工作电压的芯片;如果是相同的工作电压,则最多可同时老化14种不同的芯片。③系统最大老化工位数。同时老化14块板,每芯片可检测最大输出路数据为8路。以DIP14(或DIP16)为例,系统可老化数量为:14×16=224片。

4.2设计指标

①功能。可对门电路、计数器、触发器等类型的集成电路进行高温老化并动态测试;可实时查看被老化芯片的加载信号及逻辑功能;具备数据保存功能,方便查看。

②测试原理。依据IC器件的逻辑关系进行状态判定。

③测试周期。连续工作时间不小于96 h。

④巡检时间为5 min。

⑤测试项目。74/54系列IC芯片的逻辑功能测试。

⑥输入信号指标。类型:方波;100 kHz以下(含100 kHz)占空比20 %～80 %可选,100 kHz(不含100 kHz)以上为50 %;频率:8～200 kHz,系统提供12个固定频率点供用户选择。

⑦高温烘箱(空载)。具有超温双重自动识别断电保护功能;温度范围:RT+10℃～200℃;使用环境:-10℃～50℃;升温速度:平均每分钟≥2.5℃;温度均匀度:≤ 3℃;温度偏差:≤±2℃;工作电源:AC 220V±10%。

⑧单板老化电源。输出范围:测试板端:DC 4.75～5.25 V/2A;烘箱内部转接端:DC 4.75～5.25 V/0.45A。具有过压保护功能。

⑨单板线性电源。输出范围:DC15±0.5V/机内负载、DC-15±0.5V/机内负载、DC5±0.5V/机内负载,输出共地。具有过压、过流保护功能。

⑩软件。由上、下位机两组软件构成软件系统,上位机数据处理软件采用VB 6.0 编制,下位机数据采集软件采用MCS-96汇编语言编制。

5系统结构

系统用PC机作为上位机,用Intel 80196单片机组成下位机系统,通过RS-232口通讯,构成分散式检测系统。上位机作为管理机,可对下位机上传的数据信息进行处理,完成监测、显示及管理功能,下位机则给被老化IC施加所需的各类信号,并依据上位机的要求完成数据的实时采集和预处理任务,并将数据上传至上位机。考虑到调试、维修的方便,老化板与测试板之间采取一对一的设计,通过串行

通讯与上位机联系,多机通讯模式。

上位机软件采用VB6.0语言编制,具有友好的人机对话界面,便于操作人员使用,下位主机采集软件采用MCS-96汇编语言编制。

图1为老化系统结构示意图。

5.1硬件结构

①下位机系统构成。80C196 测试板;老化板;编程板;线性电源;老化电源;L-BX1老化电源保险板/ L-BX2老化电源保险板;X-BX1线性电源保险板/ X-BX2线性电源保险板;波士G485C转换器,依据上位机的指令对老化板施加所需的各种信号,同时实施控制及监测,并将采集到的数据上传给上位机进行处理显示。

②上位机系统构成。IBMP42.8G 计算机及打印机。

③高温烘箱。根据器件老化要求提供被老化器件所需的环境试验温度。

5.2软件结构

5.2.1 下位机软件采用MCS-96汇编语言编程,编译系统为E2000P仿真系列编译软件。

功能:系统自检:检测测试板本身系统是否完全复位;老化参数传递:接收上位机发送的测试参数,进行整理、保存,以备后用;实时检测:通过上位机发送的指令,对系统定时采样,并将采样的数据向上位机发送;老化开始:接收到上位机发送的老化开始指令,测试板开始向老化板加老化电压,根据接收到的老化参数,向老化板施加信号,同时向老化板提供IC芯片老化时所需的电源电压,开始老化,并向上位机返回开始指令;老化过程中的输出电压检测:检测是否正常老化。

5.2.2 上位机软件

上位机为Windows操作平台,数据处理软件采用VB6.0编制。系统软件采用结构化程序设计方法,易于修改扩充,整机系统也易于扩展。由于结构简单,便于现场安装调试。系统人机界面友好,使用操作简单、方便,易于操作人员使用。

功能:系统自检模块:主要与下位机进行数据通讯后,了解下位机各测试板的性能状态,即是否能正常工作。采用标准RS-232C接口,波特率为:9600 bps;参数设定模块:在此模块内可设定各个下位机老化IC的型号、所需的信号频率、占空比及老化时间等参数,并发送下位机;实时监测模块:根据选择,可监测系统状态和单个测试板状态。在系统状态里,可监测所有老化板的工作情况,是否正在工作及老化品种。在单板状态中,可监测每个测试板上具体到每个IC的详细工作情况,并可通过示波器,将波形显示出来;历史查询模块:主要提供以往的IC老化情况;系统管