DE19836361C1

DE19836361C1 - Verfahren zur Leckstromprüfung einer Kontaktierungsstelle einer integrierten Schaltung

Info

Publication number: DE19836361C1
Application number: DE19836361A
Authority: DE
Inventors: Thilo Schaffroth; Helmut Schneider; Florian Schamberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2018-08-12
Also published as: US6313656B1

Abstract

Das Verfahren zur Leckstromprüfung einer Kontaktierungsstelle (1) einer integrierten Schaltung (IC) sieht vor, daß die Kontaktierungsstelle (1) über einen Ausgang einer Beaufschlagungseinrichtung (3, 6) mit einem Testpotential (T) beaufschlagt wird, daß der Ausgang (6) der Beaufschlagungseinrichtung hochohmig geschaltet beziehungsweise von der Kontaktierungsstelle (1) getrennt wird und daß das Potential (P) der Kontaktierungsstelle (1) als Maß des aufgetretenen Leckstromes ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckstromprüfung ei ner Kontaktierungsstelle einer integrierten Schaltung. Unter "Leckstrom" wird hier ein Strom verstanden, der bei Anlegen eines Potentials an die Kontaktierungsstelle zwischen dieser und Versorgungspotentialen der integrierten Schaltung fließt.

Ein Verfahren zur Leckstromprüfung einer Kontaktierungsstelle besteht darin, die Kontaktierungsstelle mit einer Konstant spannungsquelle zu verbinden und den dabei auftretenden Leck strom direkt zu messen. Hierfür ist eine entsprechende Strom meßeinrichtung notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Leckstromprüfung einer Kontaktierungsstelle einer integrier ten Schaltung anzugeben, das mit geringem Hardwareaufwand oh ne eine Strommeßeinrichtung durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 ge löst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Leckstromprüfung einer Kontaktierungsstelle einer integrierten Schaltung sieht vor, daß die Kontaktierungsstelle über einen Ausgang einer Beauf schlagungseinrichtung mit einem Testpotential beaufschlagt wird, daß der Ausgang der Beaufschlagungseinrichtung hochohmig geschaltet beziehungsweise von der Kontaktierungs stelle getrennt wird und daß das Absinken des Potentials der Kontaktierungsstelle als Maß für den aufgetretenen Leckstrom ausgewertet wird.

Bei der Erfindung findet also keine direkte Messung des Leck stromes der Kontaktierungsstelle statt. Somit ist eine Strom meßeinrichtung zur Messung des Leckstromes nicht notwendig. Statt dessen wird untersucht, wie sich das Potential der Kon taktierungsstelle nach der Beaufschlagung mit dem Testpoten tial verhält. Der Potentialunterschied zwischen dem Testpo tential und dem ermittelten Potential ist ein Maß für die von der Kontaktierungsstelle abfließende elektrische Ladung und damit für den Leckstrom der Kontaktierungsstelle. Da der Aus gang der Beaufschlagungseinrichtung hochohmig geschaltet ist, kann während der vorgegebenen Zeitspanne keine Ladung von der Kontaktierungsstelle zur Beaufschlagungseinrichtung oder in umgekehrter Richtung fließen, so daß Einflüsse der Beauf schlagungseinrichtung auf den Leckstrom ausgeschlossen sind.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren zur Leckstromprüfung zuerst mit einem Testpotential mit einem er sten Potentialpegel und anschließend mit einem Testpotential mit einem zweiten Potentialpegel durchgeführt. Dies bietet den Vorteil, für verschiedene Potentialzustände der Kontak tierungsstelle die unterschiedlichen dabei auftretenden Leck ströme zu ermitteln. Insbesondere, wenn die beiden Potential pegel Versorgungspotentialpegel der integrierten Schaltung sind, läßt sich auf diese Weise jeweils der von der Kontak tierungsstelle zum jeweils entgegengesetzten Versorgungspo tential fließende Leckstrom der Schaltung ermitteln.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Potential der Kontaktierungsstelle nach einer vorgegebenen Zeitspanne ermittelt und überprüft, ob das ermittelte Potential einen Grenzwert über- bzw. unterschritten hat. Durch die Vorgabe einer Zeitspanne und eines Grenzwertes wird auf diese Weise ein maximaler zulässiger Leckstrom vorgegeben. Gegenüber ei ner direkten Messung des Potentials weist diese Ausführungs form den Vorteil auf, daß eine Grenzwert-Überwachung mit ein facheren technischen Mitteln realisierbar ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ermit telt, nach welcher Zeitspanne nach der Beaufschlagung der Kontaktierungsstelle mit dem Testpotential ihr Potential ei nen Grenzwert über- bzw. unterschreitet. Hierfür ist eine Zeitgebereinrichtung notwendig, die die Zeitspanne ermittelt. Der aufgetretene Leckstrom läßt sich in diesem Fall als Pro dukt aus der Ladungsdifferenz zwischen dem Testpotential und dem ermittelten Potential der Kontaktierungsstelle sowie der gemessenen Zeitspanne berechnen.

Nach einer Weiterbildung erfolgt die Ermittlung des Potenti als der Kontaktierungsstelle durch eine Ermittlungseinheit, die Bestandteil der integrierten Schaltung ist. Dies hat den Vorteil, daß zur Ermittlung des Potentials keine externe Schaltungseinheit notwendig ist.

Besonders einfach erfolgt die Ermittlung des Potentials der Kontaktierungsstelle mittels einer Eingangsschaltung der in tegrierten Schaltung als Ermittlungseinheit mit einer Schalt schwelle. Mit dieser wird ermittelt, ob das Potential der Kontaktierungsstelle oberhalb oder unterhalb ihrer Schalt schwelle liegt. Dies hat den Vorteil, daß die Ermittlung des Potentials mit einer sehr einfachen Komponente erfolgt, die während eines Normalbetriebs der Schaltung der Zuführung ex terner Signale dienen kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Prüfverfahren mit der Beaufschlagungseinrichtung durchgeführt, die Bestand teil der integrierten Schaltung ist. Es ist dann keine exter ne Beaufschlagungseinrichtung zur Beaufschlagung der Kontak tierungsstelle mit dem Testpotential notwendig, so daß die Leckstromprüfung im Rahmen eines Selbsttests der integrierten Schaltung durchführbar ist.

Nach einer Weiterbildung wird die Zeitspanne, nach der das Potential der Kontaktierungsstelle ermittelt wird bzw. nach der das Potential den Grenzwert über- bzw. unterschritten hat, mittels einer Zeitgebereinrichtung ermittelt, die Be standteil der integrierten Schaltung ist. Auf diese Weise kann darauf verzichtet werden, der integrierten Schaltung ein entsprechendes externes Zeitsignal zuzuführen und einen hier für benötigten weiteren externen Anschluß vorzusehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsge mäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 3 und 4 Signalverläufe zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine integrierte Schaltung IC, die zur Ausfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Leckstromprüfung geeignet ist. Sie weist eine Kontaktierungsstelle 1 zu ihrer externen Kontaktierung auf. Die Kontaktierungsstelle 1 ist über eine Eingangsschaltung 2 in Form eines Inverters mit ei ner Schaltungseinheit 5 verbunden. In einer Normalbetriebsart können externe Signale über die Kontaktierungsstelle 1 und die Eingangsschaltung 2 zur Schaltungseinheit 5 übertragen werden. Die integrierte Schaltung IC weist eine weitere Schaltungseinheit 4 auf, die über eine Ausgangsschaltung 6 (ebenfalls in Form eines Inverters) mit der Kontaktierungs stelle 1 verbunden ist. In der Normalbetriebsart der inte grierten Schaltung können Signale von der weiteren Schal tungseinheit 4 über die Ausgangsschaltung 6 zur Kontaktie rungsstelle 1 und von dort nach außerhalb der integrierten Schaltung IC übertragen werden. Die integrierte Schaltung IC weist weiterhin eine Selbsttesteinrichtung 3 auf, die die Leckstromprüfung der Kontaktierungsstelle 1 vornimmt. Die Selbsttesteinrichtung 3 steuert die Ausgangsschaltung 6 über ein erstes Aktivierungssignal EN1 und die Eingangsschaltung 2 über ein zweites Aktivierungssignal EN2. Die Selbsttestein richtung 3 weist eine Zeitgebereinrichtung CLK auf, die der zeitlichen Steuerung der für die Leckstromprüfung notwendigen Signale dient.

Weiterhin ist ein Ausgang der Selbsttesteinrichtung 3 mit dem Eingang der Ausgangsschaltung 6 verbunden. Die Selbsttestein richtung 3 und die Ausgangsschaltung 6 bilden eine Beauf schlagungseinrichtung zur Beaufschlagung der Kontaktierungs stelle 1 mit dem Testpotential T. Ein Eingang der Selbstte steinrichtung 3 ist mit dem Ausgang der Eingangsschaltung 2 verbunden.

Der Leckstrom der Kontaktierungsstelle 1 ist in diesem Fall abhängig von der Eingangskapazität C_IN der Eingangsschaltung 2 sowie eines parasitären Leckstromwiderstands R_L, die beide in Fig. 1 zur Veranschaulichung eingezeichnet wurden.

Fig. 3 zeigt die Verläufe einiger Signale aus Fig. 1. An hand von Fig. 3 soll im folgenden das Verfahren zur Leck stromprüfung erläutert werden. Die Eingangsschaltung 2 und die Ausgangsschaltung 6 sind jeweils deaktiviert, wenn die entsprechenden Aktivierungssignale EN2, EN1 einen niedrigen Pegel aufweisen und aktiviert, wenn die Aktivierungssignale einen hohen Pegel aufweisen. Im deaktivierten Zustand sind die Ausgänge der Ausgangsschaltung 6 und der Eingangsschal tung 2 jeweils hochohmig geschaltet. Die Leckstromprüfung er folgt in einer Testbetriebsart der integrierten Schaltung IC, in die diese durch Anlegen entsprechender externer Signale versetzbar ist. In Fig. 3 sind von oben nach unten das erste Aktivierungssignal EN1 der Ausgangsschaltung 6, das Potential P der Kontaktierungsstelle 1, das zweite Aktivierungssignal EN2 der Eingangsschaltung 2 sowie das Ausgangssignal der Ein gangsschaltung 2 in Form eines Ergebnissignales R der Leck stromprüfung dargestellt.

Zu Beginn der Leckstromüberprüfung sind die Ausgänge sowohl der Ausgangsschaltung 6 als auch der Eingangsschaltung 2 hochohmig geschaltet. Dann wird zunächst durch einen hohen Pegel des ersten Aktivierungssignals EN1 die Ausgangsschal tung 6 durch die Selbsttesteinrichtung 3 aktiviert, so daß ein Testpotential T mit einem hohen Pegel von der Selbstte steinrichtung 3 über die Ausgangsschaltung 6 zur Kontaktie rungsstelle 1 übertragen wird. Das Potential P der Kontaktie rungsstelle 1 steigt dabei auf den hohen Pegel des Testpoten tials T an. Anschließend wird die Ausgangsschaltung 6 über das erste Aktivierungssignal EN1 deaktiviert, indem dieses einen niedrigen Pegel annimmt. Der Ausgang der Ausgangsschal tung 6 ist somit hochohmig geschaltet. Während einer vorgege benen Zeitspanne t1, die mittels der Zeitgebereinrichtung CLK der Selbsttesteinrichtung 3 ermittelt wird, ist die Eingangs schaltung 2 durch den niedrigen Pegel des zweiten Aktivie rungssignals EN2 weiterhin deaktiviert. Bereits zu Beginn der vorgegebenen Zeitspanne t1 beginnt das Potential P der Kon taktierungsstelle 1 aufgrund des auftretenden Leckstromes zu sinken. Mit Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne t1 wechselt das zweite Aktivierungssignal EN2 auf einen hohen Pegel, wo durch die Eingangsschaltung 2 aktiviert wird. Diese liefert an ihrem Ausgang daraufhin das Ergebnissignal R entweder mit einem hohen Pegel, wenn das Potential P der Kontaktierungs stelle 1 bereits eine Schaltschwelle der Eingangsschaltung 2 unterschritten hat, oder mit einem niedrigen Pegel, sofern das Potential P der Kontaktierungsstelle 1 die Schaltschwelle noch nicht unterschritten hat.

Das Potential des Ergebnissignals R nach Ablauf der vorgege benen Zeitspanne t1 ist daher ein Maß dafür, um wieviel das Potential P der Kontaktierungsstelle 1 während der vorgegebe nen Zeitspanne t1 abgefallen ist. Dem Ergebnissignal ist so mit auch zu entnehmen, ob der Leckstrom der Kontaktierungs stelle 1 während der vorgegebenen Zeitspanne t1 einen gewis sen Grenzwert überschreitet, wobei dieser Grenzwert von der Dauer der Zeitspanne t1 abhängt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird das Ergebnissignal R von der Eingangsschaltung 2 zur Selbsttesteinrichtung 3 übermittelt, die ein entsprechendes externen Ergebnissignal R' nach außerhalb der integrierten Schaltung IC übermittelt. Alternativ zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 kann die Ein gangsschaltung 2 das Ergebnissignal R auch direkt nach außer halb der integrierten Schaltung IC übermitteln (in Fig. 1 durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt).

Fig. 3 ist im rechten Teil eine zweite Phase der Leckstrom prüfung zu entnehmen, bei der die Kontaktierungsstelle 1 vor Beginn der Zeitspanne t1 mit dem Testpotential T beaufschlagt wird, welches im Gegensatz zu vorher keinen hohen Pegel ("1", VCC), sondern einen niedrigen Pegel ("0", Masse) aufweist. Während der Zeitspanne t1 steigt das Potential P der Kontak tierungsstelle 1 aufgrund des auftretenden Leckstromes auf einen Wert, der zwischen dem hohen und dem niedrigen Pegel liegt. Nach Ablauf der Zeitspanne t1 wird durch Aktivierung der Eingangsschaltung 2 über das zweite Aktivierungssignal EN2 von dieser wiederum das Ergebnissignal R generiert, wel ches einen unterschiedlichen Pegel aufweist, je nachdem, ob das Potential P der Kontaktierungsstelle 1 zu diesem Zeit punkt oberhalb oder unterhalb der Schaltschwelle der Ein gangsschaltung 2 liegt.

Durch die beschriebene Überprüfung des Leckstromes mit zwei unterschiedlichen Testpotentialen T ist die Leckstromprüfung abgeschlossen.

Die beiden in Fig. 3 eingezeichneten Zeitspannen t1, die für die Leckstromprüfung bei der Beaufschlagung mit einem Testpo tential T eines hohen Pegels beziehungsweise eines niedrigen Pegels vorgegeben sind, können entweder gleich lang gewählt sein oder unterschiedliche Dauer aufweisen.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Leckstrom prüfung, die mittels einer externen Prüfvorrichtung 9 durch geführt wird. Gleiche Komponenten wie in Fig. 1 weisen glei che Bezugszeichen auf. Die externe Testvorrichtung 9 weist eine Steuereinheit 11 auf, deren Bestandteil eine Zeitge bereinrichtung CLK ist. Die Steuereinheit 11 ist über eine Ausgangsschaltung 7 und eine Prüfnadel 10 mit der Kontaktie rungsstelle 1 verbunden. In Fig. 2 wird die Beaufschlagungs einrichtung zur Beaufschlagung der Kontaktierungsstelle 1 mit dem Testpotential T durch die Steuereinheit 11 und die Aus gangsschaltung 7 der externen Testvorrichtung 9 gebildet.

Die Kontaktierungsstelle 1 ist außerdem über die Prüfnadel 10 und eine Eingangsschaltung 8 auch mit einem Eingang der Steu ereinheit 11 verbunden, die Ausgangsschaltung 7 und die Ein gangsschaltung 8 der externen Testvorrichtung werden durch die Steuereinheit 11 über ein drittes Aktivierungssignal EN3 und ein viertes Aktivierungssignal EN4 aktiviert beziehungs weise deaktiviert. Die Leckstromüberprüfung der Kontaktie rungsstelle 1 gemäß Fig. 2 erfolgt analog derjenigen aus Fig. 1, nur daß die Zuführung des Testpotentials T von extern über die Ausgangsschaltung 7 erfolgt und das Ergebnissignal R als Ausgangssignal der Eingangsschaltung 8 der Testvorrich tung 9 außerhalb der integrierten Schaltung IC generiert wird. Fig. 3 zeigt auch den Verlauf der Leckstromprüfung für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2, wenn in Fig. 3 das er stes Aktivierungssignal EN1 durch das dritte Aktivierungs signal EN3 und das zweite Aktivierungssignal EN2 durch das vierte Aktivierungssignal EN4 ersetzt wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kann anstelle des Hochohmig-Schaltens der Ausgangsschaltung 7 der Testvorrich tung 9 während der Zeitspanne t auch die Prüfnadel 10 von der Kontaktierungsstelle 1 entfernt werden, so daß die Ausgangs schaltung 7 von der Kontaktierungsstelle 1 elektrisch ge trennt ist.

Die anhand von Fig. 1 und Fig. 2 erläuterten Ausführungs beispiele zeichnen sich durch einen besonders geringen Hard wareaufwand aus. Das Beispiel aus Fig. 1 hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Leckstromprüfung im Rahmen eines Selbst tests der integrierten Schaltung IC durchgeführt werden kann, ohne daß eine externe Testvorrichtung wie beim Ausführungs beispiel nach Fig. 2 notwendig ist.

Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Er fassung des Potentials P der Kontaktierungsstelle 1 nach Ab lauf der vorgegebenen Zeitspanne t1 statt der digitalen Ein gangsschaltung 2; 8 (die nur eine Über- bzw. Unterschreitung eines Grenzwertes registriert) auch mittels einer Spannungs meßeinrichtung durchgeführt werden, die das Potential direkt ermittelt und nicht nur relativ zu einem Grenzwert betrach tet. Der Aufwand hierfür ist zwar beträchtlich höher, jedoch kann dafür der Leckstrom aus der abgeflossenen Ladung während der vorgegebenen Zeitspanne t1 genau berechnet werden.

Abweichend von Fig. 1 kann die Zeitsteuerung der Leckstrom prüfung statt durch die Zeitgebereinrichtung CLK auch über ein extern zugeführtes Zeitsignal erfolgen, für welches dann ein zusätzlicher externer Anschluß der integrierten Schaltung IC notwendig ist.

Fig. 4 ist ein zu Fig. 3 alternativer Signalverlauf zum Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 zu entnehmen. Während der Leckstromprüfung hat in diesem Fall das zweite Aktivierungs signal EN2 ständig einen hohen Pegel, so daß die Eingangs schaltung 2 ständig aktiviert ist. Mittels der Zeitgeberein heit CLK wird in diesem Fall nicht ermittelt, ob nach einer vorgegebenen Zeitspanne ein Grenzwert durch das Potential P der Kontaktierungsstelle bereits über- bzw. unterschritten wurde. Vielmehr wird mittels der Zeitgebereinheit CLK dieje nige Zeitspanne t2 ermittelt, die verstreicht, bevor die Schaltschwelle der Eingangsschaltung 2 über- bzw. unter schritten wird (in Fig. 4 ist nur der letztgenannte Fall dargestellt). In Abhängigkeit vom ersten Aktvierungssignal EN1 wird die Ausgangsschaltung 6 aktiviert, so daß die Kon taktierungsstelle 1 mit dem Testpotential T beaufschlagt wird, daß im gezeigten Fall einen hohen Pegel aufweist. Wäh rend das Potential P der Kontaktierungsstelle während der Be aufschlagung auf den hohen Pegel steigt, überschreitet es die Schaltschwelle der Eingangsschaltung 2, womit das Ergeb nissignal R an deren Ausgang einen Pegelwechsel vom hohen zum niedrigen Pegel aufweist. Mit einer negativen Flanke des er sten Aktivierungssignals EN1 wird die Ausgangsschaltung 6 de aktiviert, so daß die Kontaktierungsstelle 1 floatet und ihr Potential P aufgrund des auftretenden Leckstromes langsam sinkt. Sobald das Potential P die Schaltschwelle der Ein gangsschaltung 2 unterschreitet, wechselt das Ergebnissignal R wiederum auf den hohen Pegel. Die Zeitspanne t2 zwischen dem Ende der Beaufschlagung (negative Flanke des ersten Akti vierungssignals EN1 und der positiven Flanke des Ergeb nissignals R wird entweder außerhalb der integrierten Schal tung, vorzugsweise aber mittels der Zeitgebereinheit CLK der Selbsttesteinrichtung 3 erfaßt. Diese Zeitspanne t2 dient ge meinsam mit der (bekannten) Schaltschwelle der Eingangsschal tung 2 zur Ermittlung des aufgetretenen Leckstromes pro Zeiteinheit.

Claims

1. Verfahren zur Leckstromprüfung einer Kontaktierungsstelle (1) einer integrierten Schaltung (IC),

1. bei dem die Kontaktierungsstelle (1) über einen Ausgang ei ner Beaufschlagungseinrichtung (3, 6) mit einem Testpoten tial (T) beaufschlagt wird,
2. bei dem der Ausgang der Beaufschlagungseinrichtung (3, 6) hochohmig geschaltet bzw. von der Kontaktierungsstelle (1) getrennt wird
3. und bei dem die Änderung des Potentials (P) der Kontaktie rungsstelle (1) als Maß für den aufgetretenen Leckstrom ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem das Potential (P) der Kontaktierungsstelle (1) nach einer vorgegebenen Zeitspanne (t1) ermittelt wird
und bei dem überprüft wird, ob das ermittelte Potential einen Grenzwert über- bzw. unterschritten hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ermittelt wird, nach welcher Zeitspanne (t2) nach der Beaufschlagung der Kontaktierungsstelle (1) ihr Potential (P) einen Grenzwert über- bzw. unterschreitet.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Ermittlung des Potentials (P) der Kontaktierungs stelle (1) durch eine Ermittlungseinheit erfolgt, die Be standteil der integrierten Schaltung (IC) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
wobei die Ermittlungseinheit eine digitale Eingangsschaltung der integrierten Schaltung (IC) mit einer Schaltschwelle ist
und wobei von der Eingangsschaltung (2) ermittelt wird, ob das Potential (P) der Kontaktierungsstelle (1) oberhalb oder unterhalb ihrer Schaltschwelle liegt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das mit der Beaufschlagungseinrichtung (3, 6) durchgeführt wird, die Bestandteil der integrierten Schaltung (IC) ist.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Zeitspanne (t1; t2) mittels einer Zeitgebereinrichtung (CLK) ermittelt wird, die Bestandteil der integrierten Schaltung (IC) ist.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das zuerst mit einem Testpotential (T) mit einem ersten Po tentialpegel 0 und anschließend mit einem Testpotential mit einem zweiten Potentialpegel 1 durchgeführt wird.