Обнаружение неисправностей ИС

Аппаратные дефекты микросхем обычно относятся к физическим несовершенствам чипов. Отказ интегральной схемы (Fault) - это ошибка логической функции схемы или аномальная работа схемы, вызванная дефектом интегральной схемы. Общими факторами, которые приводят к отказу чипа интегральной схемы, являются изменение параметров компонентов, приводящее к резкому снижению производительности, плохой контакт компонентов, неисправность сигнальной линии, плохая рабочая среда оборудования, приводящая к тому, что оборудование не может работать и так далее. Неисправность цепи можно разделить на жесткую и мягкую. Мягкая неисправность является временной и не наносит постоянного ущерба микросхемам. Обычно он появляется случайным образом, что приводит к аномалиям, когда чип работает нормально. При устранении таких неисправностей необходимо только перепрофилировать систему с теми же параметрами конфигурации, что и при возникновении неисправности, чтобы вернуть устройство в нормальное состояние. Ущерб, причиненный жесткой неисправностью цепи, является постоянным и не может быть восстановлен без ремонта.
Обычно для обнаружения неисправностей чипов ИС требуется три модуля: модуль возбуждения источника, модуль сбора информации наблюдения и модуль обнаружения. Модуль возбуждения источника используется для доставки тестовых векторов на чипы ИС, чтобы привести чипы в различные режимы работы. Обычно требуется, чтобы набор тестовых векторов содержал как можно больше возможных входных векторов. Модуль сбора информации о наблюдениях отвечает за сбор информации, которая затем используется для анализа и обработки. Выбор информации наблюдений имеет решающее значение для обнаружения неисправностей, и она должна содержать как можно больше информации о характеристиках неисправности и быть легко собрана. Модуль обнаружения отвечает за анализ и обработку собранной информации наблюдений и идентификацию признаков неисправности, скрытых в информации наблюдений, для диагностики паттернов неисправности схемы.
Самые ранние методы диагностики неисправностей цепи в основном полагались на простые инструменты для тестирования и диагностики, которые в значительной степени полагались на теоретические знания и опыт экспертов или техников. Среди этих методов тестирования наиболее часто используются четыре основные категории: виртуальные тесты, функциональные тесты, структурные тесты и тесты на дефекты. Виртуальное тестирование не требует обнаружения фактического чипа, а тестирует только эмулятивный чип, который подходит для проведения до производства чипа. Он может своевременно обнаруживать сбои в конструкции чипа, но он не учитывает шум или различия в фактическом производстве и эксплуатации чипа. Функциональные тесты определяют, является ли чип неисправным, основываясь на том, может ли чип выполнить желаемые функции в тесте. Этот метод легко реализовать, но не может обнаружить неисправности, которые не имеют функциональных последствий. Структурное тестирование - это улучшение встроенного тестирования, которое сочетает в себе технологию сканирования и в основном используется для проверки неисправностей производимых чипов. Тест на дефекты основан на фактическом производстве чипа, который проверяет качество процесса производства чипа, чтобы определить, содержит ли он неисправность. Тесты на дефекты и неисправности требуют больших знаний и опыта со стороны специалистов и техников. Производители чипов обычно объединяют эти четыре технологии тестирования, чтобы гарантировать надежность и безопасность всего процесса от проектирования до производства и применения чипов интегральных схем. Однако для все более сложных схемных систем эти ранние методы становятся все более растянутыми. Благодаря постоянному совершенствованию и инновациям появилось много новых идей и методов.
Диагностика напряжения появилась раньше и широко используется. Наблюдаемая информация для испытания напряжения является логическим выходом измеренной схемы. Этот метод позволяет получить логический выход соответствующей схемы путем ввода различных тестовых векторов схемы, а затем сравнить собранный логический выход схемы с ожидаемым логическим выходом схемы, соответствующим входному вектору, для достижения цели проверки того, может ли схема выполнять ожидаемые логические функции в реальной рабочей среде. Этот метод прост, но не подходит для крупномасштабных интегральных схем с большим запасом. Если дефект появляется в избыточной части, его невозможно обнаружить. И когда схема больше, набор тестовых векторов также удваивается, что напрямую приводит к таким проблемам, как сложность генерации тестовых векторов и неэффективность диагностики. Кроме того, диагностика напряжения не может быть обнаружена, если неисправность влияет только на производительность схемы, а не на логическую функцию схемы. Поскольку логические значения напряжения, выводимые интегральной схемой, не обязательно связаны со всеми узлами в схеме, испытание напряжения не может обнаружить нефункциональный отказ интегральной схемы. Таким образом, в начале 1980 - х годов была предложена диагностическая технология, основанная на электрическом токе питания интегральных схем. Электрический ток обычно напрямую или косвенно связан со всеми узлами в цепи, поэтому диагностика на основе тока может покрывать больше отказов цепи. Однако технология диагностики тока была предложена не для того, чтобы заменить тест напряжения, а для того, чтобы дополнить его, чтобы улучшить обнаружение и охват диагностики неисправностей. Диагностика тока делится на статическую диагностику тока и динамическую диагностику тока. В основе метода статической диагностики тока лежит сравнение тока питания измеренной цепи в стабильном рабочем состоянии с заранее установленным порогом, чтобы определить, есть ли неисправность в измеренной цепи. Можно видеть, что выбор порога является ключом к определению скорости обнаружения этого метода. Ранние методы статической диагностики тока использовали фиксированные пороги, но фиксированные пороги не соответствовали развитию чипов интегральных схем в глубокие субмикроны. Таким образом, потомки в методах статического обнаружения тока постоянно совершенствуются, последовательно предлагали дифференциальную статическую технологию обнаружения тока, метод диагностики коэффициента тока, метод статического обнаружения тока на основе кластерной технологии и так далее. Технология динамической диагностики электрического тока появилась в 1990 - х годах. Динамический ток может напрямую реагировать на частоту переключения внутреннего напряжения цепи при преобразовании состояния. Технология обнаружения, основанная на динамическом токе, может обнаруживать неисправности, которые не могут быть обнаружены двумя предыдущими методами, и еще больше расширять охват неисправностей. С развитием и постепенной зрелостью интеллектуальных технологий технология обнаружения неисправностей чипов интегральных схем также движется к интеллектуальной тенденции