淺談數(shù)字集成電路靜態(tài)參數(shù)實驗室間比對

孫灝 陳啟航

摘 要 隨著我國經濟建設水平的不斷提升，對于各類電子元器件的需求也是與日俱增。目前，國內數(shù)字集成電路的可靠性水平與國際水平相比仍存在差距，因此對電子元器件進行二次篩選十分重要。本文介紹了一種針對數(shù)字集成電路靜態(tài)參數(shù)的特殊形式測量審核方法，主要測試構架分為測試系統(tǒng)工控機和主測試系統(tǒng)兩大部分。測試系統(tǒng)工控機可保證整個測試環(huán)節(jié)的高效性及高質性，主測試系統(tǒng)主要由各類直流交流電源通道板組成的測試主機、外圍電路搭建集成的測試夾具以及待測試的標準樣品組成，采用模塊化設計，確保了整個過程的快速、靈活與準確。最后，通過具體案例對各實驗室間結果進行比對，證明該方法二次篩選結果的準確性。

關鍵詞 集成電路;靜態(tài)參數(shù);測量審核

引言

針對數(shù)字集成電路二次篩選的效果評定，目前仍未有成熟的標準評價體系[1]，一般情況下，采用各類實驗室之間的對比方式來確保其有效性，并且該類實驗室均應通過中國合格評定國家認可委員會（CNAS）的能力認可。同時，各實驗室為了確保所開展的試驗檢測活動具有社會公證效益，根據(jù)中國合格評定國家認可委員會的要求，在一定時間內，需要開展各類能力驗證活動。

測量審核是通過對一件狀態(tài)穩(wěn)定的物品進行各類參數(shù)的測試[2]，并與其標準值進行對比分析，按照已經規(guī)定的活動規(guī)則進行評價，最終用于確認參與實驗室具備該類檢測活動能力的一種方式。通過這種方式可以對實驗室相關檢測活動開展結果形成有效支撐。實驗時間比對是指按照預定的活動規(guī)則評價參與者所具備的能力。其目的不同，稱謂方式也有所差別，測量審核是實驗時間比對這一寬泛概念的一種專業(yè)化具體化方法，這一過程中所形成的數(shù)據(jù)也是中國合格評定國家認可委員會（CNAS）判斷實驗室能力的關鍵技術憑證。考慮到數(shù)字集成電路測試的標準特殊性，這里采用其他相關實驗室得到的各類參數(shù)測量值作為標準值。

1數(shù)字集成電路測試

1.1 數(shù)字集成電路測試參數(shù)

數(shù)字集成電路是各類電子設備內部為實現(xiàn)不同功能所采用的最為廣泛的一類半導體器件[3]。它是一種通過氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等工藝，將具有各自功能的電路需要的電阻、電容、二極管、三極管等元件相連通并集成于極小的硅片上，再經由特殊的焊接工藝封裝于管殼中，最終可實現(xiàn)不同邏輯功能的電子元器件。根據(jù)數(shù)字集成電路內所包含的元件規(guī)模，又分為小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（ULSI）。一個中小規(guī)模數(shù)字集成電路具有靜態(tài)與動態(tài)兩類測試參數(shù)[4]。典型的靜態(tài)測試參數(shù)有輸入（出）高（低）電平電壓、輸入（出）高（低）電平電流、電源電流等;典型的動態(tài)測試參數(shù)有輸入電容、脈沖寬度、輸入脈沖上升（下降）時間等。本文中所舉案例主要為中小規(guī)模數(shù)字集成電路靜態(tài)測試參數(shù)的比對分析。

1.2 測試原理及構架

本次數(shù)字集成電路靜態(tài)參數(shù)采用的測試原理如下圖1、圖2所示：

其主要測試構架分為測試系統(tǒng)工控機和主測試系統(tǒng)兩大部分。測試系統(tǒng)用工控機可保證整個測試環(huán)節(jié)的高效性及高質性，同時，較其他主流計算機而言具備更高的處理性能，在實際測試的各個環(huán)節(jié)實時對生成的測試數(shù)據(jù)進行分析并直觀的顯示最終結果。主測試系統(tǒng)主要由各類直流交流電源通道板組成的測試主機、外圍電路搭建集成的測試夾具以及待測試的標準樣品組成，采用模塊化設計，確保了整個過程的快速、靈活與準確。本次使用STS6100大規(guī)模數(shù)字集成電路測試系統(tǒng)進行測試。參數(shù)包括輸出高電流IOH、輸出低電流IOL、輸出高電壓VOH和輸出低電壓VOL。

1.3 標準樣品與測試條件

測試用標準樣片管腳分布及描述分別見下圖3和表1：

樣片測試條件如下：

電源1與電源2均設置為 5V，Vil設置為0，Vih設置為5V，Voh與Vol均設置為2.5V。測試周期為10μs，第13管腳施加一低電平，第6、7、9、10、12管腳施加00100電平序列。當測試輸出低電平電壓時，第26號管腳施加低電平，第20號管腳負載電流灌入100μA，測得20號管腳輸出電壓即為輸出低電平電壓VOL。當測試輸出高電平電壓時，第26號管腳施加高電平，第20號管腳負載電流抽出-100μA，測得20號管腳輸出電壓即為輸出高電平電壓VOH。當測試輸出低電平電流時，第26號管腳施加低電平，第20號管腳施加電平為1V，測得20號管腳輸出電流即為輸出低電平電流IOL。當測試輸出高電平電流時，第26號管腳施加高電平，第20號管腳施加電平為4V，測得20號管腳輸出電流即為輸出高電平電流IOH。

2測試結果與分析

2.1 VOL測量結果與分析

測試對象為STS6100的VoL。在重復性條件下，測量標準樣片的VoL參量，其6次結果如下表2所示：

由表2可得，VOL平均值Ave=100.237m V，其中：

重復測量所引入的不確定度，A類評定，使用bessel公式計算重復測量引入的不確定度：

（1）

電壓測量分辨力所引入的不確定度，B類評定，視為均勻分布（最小分辨力為0.35mV）：

（2）

電壓測量準確度所引入的不確定度，B類評定，視為均勻分布（準確度為3.2mV）：

（3）

合成標準不準確度：

（4）

擴展不確定度（k=2）：

（5）

由此可得：標準樣片在STS 6100上測得的 VoL= 100.237mV，不確定度為3.704mV。

2.2 VOH測量結果與分析

測試對象為STS6100的VOH。在重復性條件下，測量標準樣片的VOH參量，其6次結果如下表3所示：

由表可得，VOH平均值Ave=4.896 V，其中：

重復測量所引入的不確定度，A類評定，使用bessel公式計算重復測量引入的不確定度：

（6）

電壓測量分辨力所引入的不確定度，B類評定，視為均勻分布（最小分辨力為0.35mV）：

（7）

電壓測量準確度所引入的不準確度，B類評定，視為均勻分布（準確度為12.79mV）：

（8）

合成標準不準確度：

（9）

擴展不確定度（k=2）：

（10）

由此可得：標準樣片在STS6100上測得的VOH= 4.896V，不確定度為14.77mV。

2.3 IOL測量結果與分析

測試對象為STS6100的IOL。在重復性條件下，測量標準樣片的IOL參量，其6次結果如下表4所示：

由表可得，IOL平均值Ave=100.135μA，其中：

重復測量所引入的不確定度，A類評定，使用bessel公式計算重復測量引入的不確定度：

（11）

電流測量分辨力所引入的不確定度，B類評定，視為均勻分布（最小分辨力為8nA）：

（12）

電流測量準確度所引入的不準確度，B類評定，視為均勻分布（準確度為0.6μA）：

（13）

合成標準不準確度：

（14）

擴展不確定度（k=2）：

（15）

由此可得：標準樣片在STS 6100上測得的IOL= 100.135μA，不確定度為0.732μA。

2.4 IOH測量結果與分析

測試對象為STS6100的IOH。在重復性條件下，測量標準樣片的IOH參量，其6次結果如下表5所示：

由表可得，IOH平均值Ave=998.676μA，其中：

重復測量所引入的不確定度，A類評定，使用bessel公式計算重復測量引入的不確定度：

（16）

電流測量分辨力所引入的不確定度，B類評定，視為均勻分布（最小分辨力為80nA）：

（17）

電流測量準確度所引入的不準確度，B類評定，視為均勻分布（準確度為6μA）：

（18）

合成標準不準確度：

（19）

擴展不確定度（k=2）：

（20）

由此可得：標準樣片在STS 6100上測得的IOH= 998.676μA，不確定度為6.93μA。

得到測量的參數(shù)值如下表所示：

3測量審核比對結果

樣片通過其他實驗室得到的標準參考值及本方法得到的實際測量值如表7所示：

測量審核的最終結論由En值表示，，若≤1則滿意，若>1則不滿意，可得結果如下：

最終可證參與的實驗室數(shù)字集成電路靜態(tài)測試參數(shù)具有證明效力。

總結： 本文介紹了一種數(shù)字集成電路靜態(tài)參數(shù)實驗室測量的方法，參數(shù)包括輸出高低電流和輸出高低電壓。可以得到以下結論：

（1）該方法測量得到的參數(shù)值與其他同類實驗室得到的測量標準值誤差較小，可以作為一種推廣的測量方式。

（2）該方法測量得到的不確定度相比較其他實驗室獲得的不確定度范圍更大，可以進一步在測量技術手段上進行深入研究。

（3）本次試驗獲得的數(shù)據(jù)量并不多，在數(shù)據(jù)處理上可能存在些許偶然性偏差，在后續(xù)研究中，考慮加大數(shù)據(jù)量，對該方法的可適用性進行更好的論證說明。

參考文獻

[1] 2017年中國集成電路產業(yè)現(xiàn)狀分析[J].集成電路應用，2017（4）：6-11.

[2] 集成電路測試技術的應用研究[J].電子測試，2018（9）：93.

[3] 集成電路測試的意義和作用[J].電子技術與軟件工程，2018（11）：99.

[4] 集成電路測試技術的應用研究[J].電子測試，2017（16）：96，90.