Система контроля интегральных схем¶

Система контроля интегральных схем (сокращённо СК интеграл, также встречается написание «СК „Интеграл“») — это комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для проверки параметров, электрических характеристик и функциональной работоспособности интегральных микросхем (ИМС) на различных этапах их производства и эксплуатации. Подобные системы применяются в микроэлектронной промышленности, при входном контроле компонентов на сборочных предприятиях, а также в испытательных лабораториях и центрах сертификации электронной компонентной базы.

Термин объединяет два смысловых элемента: «СК» — система контроля, и «интеграл» — сокращение от «интегральная схема». В профессиональной среде под этим названием понимают как автоматизированные измерительные стенды, так и специализированное программное обеспечение, управляющее процессом тестирования.

¶Назначение и задачи

Основная задача системы контроля — выявление дефектных или не соответствующих заявленным параметрам микросхем до их установки в конечное изделие. Это позволяет снизить долю отказов готовой продукции и сократить издержки производства.

Система контроля интегральных схем решает следующие задачи:

• измерение статических и динамических электрических параметров (напряжения, токи, времена переключения);
• проверка логической функции цифровых микросхем путём подачи тестовых наборов сигналов;
• контроль аналоговых характеристик (коэффициент усиления, полоса пропускания, уровень шума);
• температурные и климатические испытания в составе термокамер;
• сортировка изделий по группам качества и отбраковка несоответствующих образцов;
• накопление и статистическая обработка результатов для управления качеством.

¶История развития

Развитие систем контроля интегральных схем неразрывно связано с эволюцией самой микроэлектроники. В 1960-е годы, с появлением первых интегральных схем, контроль осуществлялся преимущественно вручную с помощью осциллографов, мультиметров и простейших генераторов сигналов. Производительность такого подхода была низкой, а результаты во многом зависели от квалификации оператора.

В 1970-е годы начали появляться автоматизированные тестовые системы (ATE — англ. automated test equipment), управляемые мини-ЭВМ. Они позволяли автоматически подавать тестовые воздействия и сравнивать отклики с эталонными. В СССР и России разработкой подобного оборудования занимались предприятия электронной промышленности, в том числе в Зеленограде — центре отечественной микроэлектроники.

С 1980-х годов системы контроля развивались в направлении повышения быстродействия, увеличения числа контролируемых выводов и интеграции с системами автоматизированного проектирования. Современные комплексы способны одновременно тестировать микросхемы с сотнями и тысячами контактов.

¶Классификация

Системы контроля интегральных схем классифицируют по нескольким признакам.

По этапу производства:

• входной контроль — проверка компонентов, поступающих от поставщика;
• пооперационный контроль — контроль на стадиях изготовления кристалла и сборки;
• приёмо-сдаточные испытания — финальная проверка готовых изделий;
• эксплуатационный контроль — периодическая проверка в составе аппаратуры.

По типу контролируемых сигналов:

• цифровые тестеры;
• аналоговые и смешанные системы;
• радиочастотные измерительные комплексы.

По степени автоматизации:

• ручные стенды;
• полуавтоматические установки;
• полностью автоматизированные линии с манипуляторами и сортировкой.

¶Устройство и состав

Типовая система контроля интегральных схем включает несколько подсистем.

Измерительный блок содержит источники питания, генераторы тестовых сигналов, компараторы и аналого-цифровые преобразователи. Он формирует воздействия на испытуемое изделие и регистрирует отклики.

Коммутационная подсистема обеспечивает подключение выводов микросхемы к измерительным каналам. Для корпусных изделий применяются контактирующие устройства и тестовые панели, для кристаллов — зондовые станции.

Управляющий контроллер на базе микропроцессора или промышленного компьютера координирует работу блоков, хранит тестовые программы и обрабатывает результаты.

Программное обеспечение включает среду разработки тестов, библиотеки типовых проверок, средства визуализации и протоколирования.

Манипулятор (для автоматизированных линий) перемещает изделия между позициями загрузки, тестирования и сортировки.

¶Применение в России

В отечественной практике системы контроля интегральных схем востребованы на предприятиях микроэлектронной отрасли, в том числе при производстве компонентов для вычислительной техники, телекоммуникационного оборудования, приборов специального назначения. Входной контроль импортной и отечественной элементной базы применяется на сборочных заводах радиоэлектронной аппаратуры.

Отдельное направление — испытательные центры, где проводится сертификация электронной компонентной базы, в том числе на стойкость к внешним воздействующим факторам. Такие центры оснащаются комплексами, позволяющими совмещать электрические измерения с климатическими и радиационными испытаниями.

¶Метрологическое обеспечение

Достоверность результатов контроля зависит от метрологического обеспечения. Системы подлежат периодической поверке и калибровке, для них разрабатываются методики измерений и применяются эталонные меры. Погрешность измерительных каналов нормируется, а результаты контроля должны быть воспроизводимы при повторных прогонах.

Важным элементом является аттестация тестовых программ: корректно составленный набор тестовых воздействий должен покрывать возможные неисправности модели изделия. Для этого применяются методы генерации тестов и оценки полноты покрытия.

¶Тенденции развития

Современные тенденции связаны с ростом степени интеграции микросхем и переходом к системам на кристалле. Это требует увеличения числа измерительных каналов, повышения частот тестирования и внедрения встроенных средств самоконтроля (BIST — англ. built-in self-test). Развиваются методы параллельного тестирования нескольких изделий одновременно, что повышает производительность линий. Отдельное направление — применение машинного обучения для анализа результатов и прогнозирования отказов.

Источники: техническая документация предприятий микроэлектронной промышленности; учебные пособия по испытаниям интегральных микросхем; материалы отраслевых конференций по электронной компонентной базе.