DE2615787A1

DE2615787A1 - Schaltungsanordnung zur pruefung der wechselstromeigenschaften von monolithisch integrierten halbleiterschaltungen

Info

Publication number: DE2615787A1
Application number: DE19762615787
Authority: DE
Inventors: Robert R Elam; Eugen I Muehldorf
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-04-29
Filing date: 1976-04-10
Publication date: 1976-11-11
Also published as: US4058767A; FR2309879B1; GB1515245A; FR2309879A1; JPS6029906B2; JPS51132945A; DE2615787C2

Description

Böfolingen, den 9, April 1976

ne/se

Anmelderin; International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

9 R 1 R 7 R 7 Aktenzeichen der Anmelderin: MA 974 004 *-° ^{f J}' ' ° '

Schaltungsanordnung zur Prüfung der Wechselstromeigenschaften von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum automatischen Prüfen elektrischer Schaltungen, insbesondere zur Prüfung von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen,

Datenverarbeitungsmaschinen verwenden Halbleiterschaltungen, um die logischen und Speicheroperationen mit Schaltgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 10 bis 100 Nanosekunden durchzuführen. Die Halbleiterkomponenten werden als monolithisch hochintegrierte Schaltungen hergestellt. Einige tausend Schaltungen können in einem Halbleiterplättchen realisiert werden, dessen Fläche weniger

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als 40 mm beträgt. Die Schaltungen werden kombiniert, um die verschiedenen Maschinenfunktionen auszuführen. Jede Schaltungskomponente muß Gleich- und Wechselstromprüfungen unterworfen v/erden, um sicherzustellen, daß die Maschinenfunktionen ausgeführt v/erden« Das Prüfen von monolithisch integrierten Schaltungskomponenten wird zunehmend schwieriger, weil (1) die Schaltzustände der verschiedenen aktiven Elemente in der Komponente sich so schnell (Nanosekunden) ändern, daß nur ein geringer oder kein stabiler Gleichstrompegel erreicht wird, um anzuzeigen, ob eine Schaltung in einem binären "1"- oder binären "O"-Zustand ist und weil (2) die Schaltzustände der aktiven Elemente in der Schaltung bei gleicher· Schaltungen sich aufgrund von Unterschieden in ver-

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teilten Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten sich unterschiedlich ändern. In der Veröffentlichung "Digest of Papers 1974, Semiconductor Test Symposiom", 5-7 November, 1974, die durch die IEEE Computer Society gefördert wurde, sind zusätzliche, bei der Wechselstromprüfung von monolithisch hochintegrierten Schaltungen auftretende Probleme beschrieben.

Eine bekannte Prüfanordnung arbeitet so, daß die richtige Arbeitsweise des Prüfsystems nicht abhängig ist von der Anstiegszeit, der Abfallzeit oder der minimalen Verzögerung irgend einer Schaltung in einer logischen Einheit. Die einzige Abhängigkeit besteht darin, daß die gesamte Verzögerung durch eine Reihe logischer Stufen kleiner ist als irgend ein bekannter Wert. Ein solches Prüfsystem wird als pegelempfindliche Abtastlogik bezeichnet und ist in den US-Patenten 3 751 695, 3 783 254 und 3 784 907 beschrieben. Kurz gesagt schließen die zu prüfenden Komponenten Gleichstrom-Verriegelungsschaltungen ein, die mit kombinatorischen Netzwerken und Folgeschaltungen verbunden sind. Die Verriegelungsschaltungen sind mit den kombinatorischen Netzwerken gruppenweise angeordnet. Die Gruppen der Verriegelungsschaltungen werden über kombinatorische Schaltungen zu anderen Gruppen von Verriegelungsschaltungen gekoppelt und durch Taktimpulsfolgen gesteuert. Alle Verriegelungsschaltungen sind zusammengekoppelt, um ein Schieberegister mit einem Eingang und einem Ausgang für die Verschiebungssteuerung zu bilden. Mit den verschiedenen Taktgebern verbundene logische Netzwerke können von dem zu prüfenden logischen Netzwerk isoliert werden. Prüfmuster werden nacheinander den zu prüfenden logischen Einheiten zugeführt. Jede Gruppe von Prüfmustern wird in das Register geschoben und als Eingangssignale dem die logische Einheit bildenden Netzwerk zugeführt. Die Inhalte der Schieberegister-Verriegelungsstufen werden an den Ausgängen der Einheit gemessen gegen die erwarteten ^usgan^ssigaaie des betreffenden Prüfmusters, woäuroh san eine anfängliche Anzeige des Sustandes der Speicherschaltungen erhält. Das wiederholen dieses Verfahrens mit weiteren Prüfmustern liefert eine klare Aussige des Prüfzustandes der

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einzelnen logischen Wetzwerke und der Schaltungskomponente als Ganzes.

Bei einem anderen bekannten Prüfsystern ist die zu prüfende Schaltung in einer geschlossenen Schleife mit Eingangstreiberschaltungen, Verzögerungsschaltungen und Decodierschaltungen verbunden. Ein Prüfmuster wird sowohl den Eingängen als auch dem Ausgang der Schaltung zugeführt. Als Ergebnis der geschlossenen Schleife treten Isolationen auf. Diese Isolationen werden gemessen durch nacheinandererfolgendes Ändern der binären Signale, die der Anordnung zugeführt werden, und bilden eine Anzeige für den Prufzustand der Anordnung.

Die bekannten Prüfschaltungen schließen entweder Schaltungselemente auf einem Halbleiterplättchen ein, die die Anzahl der für die Datenverarbeitung zur Verfugung stehenden logischen Schaltungen vermindern oder sie stellen komplizierte Prüfsysteme dar, um die Wechselstromeigenschaften der Schaltungen zu bestimmen. In beiden Fällen sind die Prüfsysteme kostspielig und hinsichtlich des Grades beschränkt, bis zu welchem sie Komponenten prüfen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostensparende Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Wechselstromeigenschaften von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen anzugeben, die Schaltzeiten in der Größenordnung von 10 bis 20 Nanosekunden aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung der vorher genannten Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine an jede Ausgangsleitung der Halbleiterschaltung angeschlossene Zählschaltung, mittels derer das Schaltverhalten der Halbleiterschaltung bestimmt und in einer Anzeigevorrichtung angezeigt wird.

⁹⁷⁴ °⁰⁴

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer zu prüfenden monolithisch

hochintegrierten Schaltung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Prüf-'

systems, das eine Reihe logischer Elemente ein-

schließt, die zu Leitungszählern gehören,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zu dem Prüfsystem nach

Fig. 2 gehörenden logischen Schaltung eines LeitungsZählers _f

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines anderen zu dem Prüf-

system nach Fig. 2 gehörenden logischen Schaltung für einen Leitungszähler_f

Fign, 5A-5K sind Impulsdiagramme der Eingangsimpulse, die dent

Prüfsystem nach Fig. 2 zugeführt werden,

Fig. 1 zeigt eine monolithisch hochintegrierte zu prüfende Schaltung. Die monolithisch hochintegrierte Schaltung 10 kann ein Halbleiterplättchen mit logischen Schaltungen sein, wie sie beispielsweise in dem US-Patent 3 697 318 beschrieben werden, oder sie kann ein Halbleiterplättchen mit Speicherschaltungen sein, wie sie in dem US-Patent 3 508 209 beschrieben sind oder sie kann eine Schaltung ^! sein, die sowohl logische Schaltungen als auch Speicherelemente ι umfaßt. Prüfmuster werden einer Reihe von Eingangsleitungen 11 zu-; geführt und sollen die Funktion der Schaltung 10 im Betrieb überprüfen, üblicherweise bei Schaltzeiten, wie sie in einer Datenverarbeitungsanlage erwartet werden. Die Prüfung erfolgt mit Hilfe von Prüfmustern, die für die Prüfung von monolithisch hochinte- ; grierten Schaltungen erzeugt wurden. Ein Algorithmus für die Berechnung von Prüfungen auf Fehler ist beschrieben in der Ver-

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öffentlichung "Diagnosis of Automata Failures: A Calculus And Method" von J, Paul Roth im IBM Journal Research and Development, Juli 1966. Darin ist die Entwicklung eines Programmalgorithmus für die Erzeugung von Prüfmustern und für die Auswertung der Prüfergebnisse beschrieben. Dies schließt die Erzeugung von angenommenen fehlerhaften Daten ein, die notwendig sind für das automatische System zur Erzeugung von Prüfmustern. Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht in der Erzeugung von Prüfmustern für eine £u prüfende Schaltung beruht, sondern daß sie gerichtet ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung einer Schaltung, wenn ihr Prüfmuster zugeführt werden.

Es existiert eine große Anzahl von Möglichkeiten für Schaltvorgänge, die in verschiedener Reihenfolge an den Ausgangsleitungen 12 auftreten. Für η Ausgangsleitungen werden diese Möglichkeiten durch die Beziehung gegeben:

P = Anzahl der möglichen Fälle von Schaltvorgängen, die

bei η Ausgangsleitungen auftreten, q = Zählervariable für die rekursive Formel (1). η = Anzahl der Ausgangsleitungen, an denen das Schalten

beobachtet wird,
n! = 1,2.3,4...n

P schließt die Schaltfälle ein, in denen zwei oder mehr Leitungen gleichzeitig schalten. Die Anzahl der Augenblicke, in denen zwei Leitungen gleichzeitig schalten, wächst stark mit der Anzahl der Leitungen, wie die folgende Tabelle beweist:

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η	P
2	3
3	13
4	69
5	431

Die relativen Schaltzeiten auf den Ausgangsleitungen sind bedeutsam, um die gewünschten Datenverarbeitungsfunktionen auszuführen, insbesondere, wenn die Geschwindigkeiten der Anlage wachsen. Eine fehlerhafte Schaltreihenfolge einer Schaltungskomponente kann den Ausfall der Anlage für das Ausführen der gewünschten Funktion zur Folge haben.

Fig, 2 zeigt ein Prüfsystem, das die relative Schaltreihenfolge eines Halbleiterplättchens mit monolithisch hochintegrierten Schaltungen nach Fig* 1 mißt, das Schaltgeschwindigkeiten von 10 bis 20 Nanosekunden aufweist. Das Halbleiterplättchen besitzt 1 bis η Ausgangsleitungen 12. Jede Leitung ist mit einem logischen Element 14 für einen Leitungszähler verbunden. Jedes Element 14 liefert ein Eingangssignal an eine Anzeigeeinheit 16, Die Elemente 14 werden genauer in Verbindung mit den Fign. 3_f 4 und 5 beschrieben. Die Anzeigeeinheit ist eine übliche digitale Anzeigevorrichtung oder ein digitales Voltmeter für jede Leitung, Alternativ können die Ausgänge mit nur einer Anzeigeeinheit kombiniert werden^ z.B, mit einem Hochgeschwindigkeits-Abtastoszillographen, wie er beispielsweise in einem Aufsatz in der schon zitierten Veröffentlichung "Digest of Papers 1974 Semiconductor Test Symposium", auf den Seiten 7-32 beschrieben ist. Jedes Element spricht an auf ein Einstell-, ein Zählbeginn-, ein Rückstell- und ein Stoppsignal sowie auf Zählimpulsa, wie im folgenden genauer beschrieben wird.

In Fig. 3 ist die Leitung 12 mit einem UND-Glied 20 und einem Äquivalenzglied 24 verbunden. Diese Schaltglieder sind bekannt und beispielsweise in dem Buch "Pulse and Digital Circuits" von J.Millman und H.Taub, McGraw Hill Book Co., Inc., 1956 im Kapitel

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13 beschrieben. Dem UND-Glied 20 wird auch ein Einstellsignal zugeführt, so daß es einer üblichen Verriegelungsschaltung 22 ein Eingangssignal zuführt. Ein Rückstellsignal wird der Verriegelungsschaltung 22 ebenfalls geliefert, die der Schaltung 24 das andere Eingangssignal zuführt. Die Verriegelungsschaltung ist eine übliche Flipflop-Schaltung, die ebenfalls in dem vorher erwähnten Buch von J.Millmann und H.Taub beschrieben ist. Das UND-Glied 26 wird durch die Schaltung 24, die Verriegelungsschaltung 28 und durch Zählimpulse beeinflußt. Die Verriegelungsschaltung 28 spricht auf das Signal "Zählbeginn" und auf das Rückstelloder Stoppsignal an. Einem Zähler 30 wird das Ausgangssignal des UND-Gliedes 26 und auch das Rücksetz- oder Stoppsignal zugeführt. Der Zähler kann mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von einer Zählung pro Nanosekunde zählen und ist beispielsweise in dem Buch "Basic Electronic Instrument Handbook" _f von CF, Coombs, McGraw Hill_f New York, New York, das 1972 veröffentlicht wurde auf der Seite 33,7 beschrieben,

Die in Fig, 5A dargestellten Zählimpulse werden einem Eingang des UND-Gliedes 26 zugeführt. Der Zähler 30 wird jedoch nicht _;eher aktiviert als das UND-Glied 26 auf Signaländerungen der Schaltungen 24 und der Verriegelungsschaltung 28 anspricht, ι Die Schaltung 24 spricht auf das Ausgangssignal auf der Leitung 12 der zu prüfenden Schaltung und das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 22 an. Ein in Fig. 5B dargestellter und dem I UND-Glied 20 zugeführter Einstellimpuls aktiviert zusammen mit

!dem in Fig. 5D dargestellten Signal auf der Leitung 12 die Verriegelungsschaltung 22, um der Schaltung 24 ein Eingangssignal zuzuführen, deren Ausgangssignal in Fig. 5F dargestellt ist. Die

; Schaltung 24 liefert ein in Fig. 5H dargestelltes Eingangssignal an das UND-Glied 26, Kurz danach wird das. in Fig, 5C dargestellte Signale "Zählbeginn" der Verriegelungsschaltung 28 zugeführt, die , ein Signal mit hohem Pegel dem UND-Glied 26 zuführt, wie das in ' Fig. 51 dargestellt ist. Der hohe Signalpegel aktiviert das UND-Glied 26, das das Zählen des ZÄhlers 30 einleitet, wie das in der Fig. 5J dargestellt ist. Wenn das Ausgangssignal auf der

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Leitung 12 verschwindet, wie das in Fig. 5D dargestellt ist, wird die Schaltung 24 deaktiviert, wie das in der Fig. 5H dargestellt ist und die Zählimpuls für den Zähler 30 werden blockiert, wie das in Fig. 5J dargestellt ist. Die in dem Zähler gespeicherte Zahl erscheint in der Anzeige für die betreffende Ausgangsleitung. Entsprechend erscheinen Zahlen in den anderen Anzeigevorrichtungen, die die Schaltzeit für die betreffende Ausgangsleitung anzeigen. Die relativen Schaltzeiten für die Ausgangsleitungen können durch Beobachten der entsprechenden numerischen Werte in der Anzeigeeinheit bestimmt werden. Alternativ kann ein Hochgeschwindigkeits-Abtastoszillograph Vergleiche an allen Ausgangsklemmen durchführen!.

Ein in Fig. 5G dargestellte Rückstellsignal wird am Ende des Vergleichs geliefert oder nachdem die Anzeigen abgelesen wurden _f um die relativen Schaltzeiten der Ausgangsleitungen für ein nachfolgendes Prüfmuster zu messen. Das Rückstellsignal ändert das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 22 von seinem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel, wie das in Fig, 5F dargestellt ist. Der Ruckste11impuls bringt auch den Zähler 30 in seinen Anfangszustand, Der Rückstellimpuls kann auch als Stoppimpuls für die Verriegelungsschaltung 28 dienen, um deren Ausgangssignal von einem hohen Pegelwert in einen niedrigen zu ändern_f wie das in Fig. 5J dargestellt ist. Die logische Schaltung des Leitungszählers ist nun für das nächste Prüfmuster bereit.

Ein binäres "O"-Signal auf der Leitung 12 verhindert einen Ausgangsimpuls des UND-Gliedes 20, auch wenn ein Einstellsignal ihm zugeführt wird, wie das in den Fign, 5B und 5E dargestellt ist. Die Verriegelungsschaltung 22 bleibt in einem Zustand mit niedrigem Ausgangspegel, wie das in Fig. 5F dargestellt ist, aber die Schaltung 24 liefert als Äquivalenzglied ein Signal mit hohem Pegel an das UND-Glied 26, dessen übrige Eingänge niedrige Pegel aufweisen, wie das in den Fign. 5D und 5F dargestellt ist. Der in Fig, 5C dargestellte Impuls für den Zählbeginn hat zur Folge, daß die Verriegelungsschaltung 28 ein Signal mit hohem j Pegel an das UND-Glied 26 liefert, wie das in Fig. 5J dargestellt

Die Zählimpulse werden durch das UND-Glied 26 dem Zähler 30 geliefert, wie das in Fig. 5J dargestellt ist, bis der Pegel auf der Ausgangsleitung 12 von dem dem Binärwert O entsprechenden Wert auf den dem Binärwert 1 entsprechenden Wert umschaltet, wie das in Fig. 5D dargestellt ist. Ein (nicht dargestellter) Rückstellimpuls wird der VerriegeTungsschaltung 28 zugeführt. Nach dem Lesen der Anzeigevorrichtungen ist die logische Schaltung des LeitungsZählers berei't für das nächste Prüfmuster und die Signale für das Einstellen und den Zählbeginn werden geliefert, um die Schaltzeit der Ausgangsleitung anzuzeigen.

Fig. 4 zeigt die gleiche logische Schaltung für den Leitungszähler, wie in Fig, 2, mit der Ausnahme, daß der Zähler 30 nach Fig, 3 ersetzt ist durch eine Integrierschaltung aus einem Widerstand 40 und einem Kondensator 42, Jeder Zählimpuls erhöht die Ladung des Kondensators 42, der eine Spannung aufbaut, die an einem (nicht dargestellten) digitalen Voltmeter abgelesen werden kann. Ein Monovibrator 44 und ein UND-Glied 46 dienen dem Entladen des Kondensators 42, Der Monovibrator 44 spricht auf das Rückstellsignal an, wenn die Verrlegelungsschaltungen 22 und 28 rückgestellt werden.

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6 0 9 R k 67 0

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Wechselstromeigenschaften monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen, gekennzeichnet durch eine an jede Ausgangsleitung (12; Fig. 2) der Halbleiterschaltung angeschlossene Zählschaltung (14), mittels derer das Schaltverhalten der Halbleiterschaltung bestimmt und in einer Anzeigevorrichtung (16) angezeigt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung ein Äquivalenzglied (24; Fig, 3) enthält, dessen einer Eingang an die zugehörige Ausgangsleitung der Halbleiterschaltung und dessen zweiter Eingang an eine Verriegelungsschaltung (22) angeschlossen ist, ^; die über ein UND-Glied (20) gesetzt wird, dessen einer Eingang ebenfalls mit der Ausgangsleitung der Halbleiterschaltung verbunden ist, und daß der Ausgang des Äquivalenzgliedes über ein UND-Glied (26) , dessen zweiter Eingang mit einer weiteren Verriegelungsstufe (28) verbunden und dessen drittem Eingang Zählimpulse zugeführt werden, an einen Zähler (30) angeschlossen ist. '■

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung anstelle eines Zählers ein Integrierglied (40, 42; Fig. 4) enthält, dessen! Spannung der Anzahl der dem vorgeschalteten UND-Glied

(26) zugeführten Zählimpulse entspricht und das über ein von einem Monoflop gesteuertes UND-Glied entladbar ist.

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