JP3609687B2 - 断線位置検出機能を備えた電子機器及び断線位置検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、断線位置検出機能を備えた電子機器及び断線位置検出方法に関し、例えばマルチチップモジュール(multi chip module,以下MCMと称する)等の少なくとも2つの電子部品が電気的に接続されて構成された電子機器、特に、電子部品の配線同士が1対1で接続されている電子機器に適用して好適である。
【0002】
【従来の技術】
近年における電子機器の高速化、小型化に伴い、BGA(ball grid array)やMCM等の利用が拡大され、更にプリント基板のビルドアップ化も進んでいる。このため、これらの電子機器を検査する場合、直接半導体チップのリードや配線パターンにテストプローブを当てて検査を行うことが困難になってきている。
【0003】
部品実装後の断線不良は、配線パターンに接続されたチップのデバイスピン近傍における断線が多く、配線パターン自体が断線することはほとんどない。従って、デバイスピン近傍の断線を調べればほとんどの断線を検出することができる。
【0004】
しかし、例えばBGA等のチップでは、ハンダブリッジのように配線がショートしている場合にはX線を利用した外観検査装置等によってこれを検出することは可能であるが、配線の断線を検出することはできなかった。また、BGAなどのデバイス同士の配線パターンでは、デバイスピンがチップの裏に隠れてしまうため、直接テストプローブを当てることもできなかった。従って、リードの断線を検出することができなかった。
【0005】
このため、近時においてはLSIの中にバウンダリスキャン等のテスト機能を組み込むことにより、テストプローブを直接当てなくても断線自体の検出を行う方法が用いられるようになってきた。この方法は、電気的に断線を調べる方法として用いられている方法であって、チップの中にバウンダリスキャン回路等のテスト機能を組み込むことにより、直接デバイスピンや配線パターンにテストプローブを接触させずにチップ間の断線を検出するようにしたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バウンダリスキャンテスト等のテスト機能を利用した場合であっても、配線の断線の有無は検出できるものの、断線位置まで検出することはできなかった。
【0007】
バウンダリスキャンテストでは、信号の受け渡しのみで断線検出を行うため、配線同士が1対nの接続の場合では、送信側:受信側=1:nの関係でデータを送り、その結果、受信側で受けた全てのデータが送信された元のデータと異なれば送信側の断線と検出できる。一方、受信側の数本のデバイスピンにおける受信結果が元のデータと異なれば、その異なった結果が検出された受信側のデバイスピンが断線していると検出できる。
【0008】
しかし、配線が1対1に接続されている場合は、パターン上にテストプローブを立てない限りどちら側のデバイスピンが断線しているかは検出できない。このため、BGAのチップ同士を接続した場合等には、断線自体を検出できても、どちら側で断線が発生しているかが判別できないため、修理のとき問題のないチップまで付け直してしまう虞があった。
【0009】
また、修理を行う場合においても、チップの取り外し、実装には非常に高度な技術が要求され、付け直しでのミスが発生する確率が高くなる。これにより、修理した後に発生する不良も増加し、部品や基板が使用不可能な状態に陥るという問題が生じていた。特に、大型コンピュータに使用されているMCM等は、搭載されるチップ1個あたりの値段が非常に高額なものであるため、過剰な廃棄品を出すことはできない。しかも、BGAなどのデバイスではチップの付け直しを複数回行うことはできなかった。
【0010】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、配線に直接プローブを当てることなく、配線が1対1で接続された電子部品間における断線位置を検出できるようにすることにより、作業効率を向上させ、過剰廃棄品の削減を達成することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の断線位置検出機能を備えた電子機器は、少なくとも2つの電子部品が電気的に接続されて構成された電子機器であって、前記電子部品の少なくとも1つが、ハイインピーダンス制御可能な送信手段と、前記送信手段から送信された信号を受信する受信手段と、前記送信手段から送信された信号のレベルをプルアップ又はプルダウンして遷移させるプルアップ手段又はプルダウン手段とを備え、前記送信手段から送信された信号をハイインピーダンス制御し、前記受信手段で受信した信号のレベル遷移に応じて前記電子部品間の電気的接続の断線位置を検出するようにしている。
【0012】
本発明の断線位置検出方法は、少なくとも2つの電子部品が電気的に接続されて構成された電子機器における当該電気的接続部位の断線位置を検出する方法であって、特定の電子部品から信号を出力するとともに当該信号をハイインピーダンス制御する第1のステップと、前記信号のレベルをプルアップ又はプルダウンにより遷移させる第2のステップと、前記特定の電子部品において前記信号のレベルの遷移状態を検出することにより断線位置を検出する第3のステップとを有する。
【0013】
【作用】
本発明は上記技術手段より成るので、送信手段によりハイインピーダンス制御した信号をプルアップして受信手段で検出すると、断線位置の違いにより送信手段に接続された配線パターン、配線リードの静電容量が異なるため、受信手段においては断線位置に応じた信号の遷移状態が検出されることとなる。従って、遷移状態を検出することによって断線位置を特定することが可能となる。
【0014】
また、本発明は上記技術手段より成るので、バウンダリスキャンのアップデートステート時にデータの送信が行われ、キャプチャーステート時にデータの受信が行われることとなる。従って、バウンダリスキャンによる一連の動作で複数の接続箇所における断線位置の検出が可能となるとともに、バウンダリスキャンによって断線の有無を検出した後、断線が生じている箇所のみで断線位置検出を行うことも可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係るMCMの半導体装置を示す模式図である。この半導体装置では、基板3上に少なくとも2つの半導体チップ1,2が配置されている。基板3上には導電薄膜から成る配線パターン3aが形成されており、半導体チップ1,2は配線パターン3aを介して電気的に接続されている。なお、図1において、各半導体チップ1,2に形成された回路(ドライバ4、レシーバ5、抵抗6)等は、便宜上回路ブロックの状態で示している。
【0016】
半導体チップ1の外周には図示しない複数のデバイスピン(電極パッド)が設けられており、電極パッドは半導体チップ1内でドライバ4、レシーバ5、プルアップ抵抗6等の各素子と電気的に接続されている。同様に、半導体チップ2の外周にも複数のデバイスピンが設けられており、ここでは図示を省略するが、半導体チップ2のデバイスピンは、半導体チップ1で形成されたレシーバ4または、半導体チップ1と同様な素子に接続されている。ドライバ4はハイインピーダンス制御が可能なドライバであり、レシーバ5はドライバ4からの信号を検出可能な構成とされている。
【0017】
半導体チップ1の電極パッドと基板3の配線パターン3aとはリード7を介して電気的に接続され、半導体チップ2の電極パッドと基板3の配線パターン3aとはリード8を介して電気的に接続され、これにより上述したように配線パターン3aを介して各半導体チップ1,2が接続されている。BGAの場合は、半導体チップ1,2の裏面に形成された電極パッドと配線パターン3aとが金属バンプ等を介して接続されることになる。
【0018】
ここで、図1ではリード7,8と配線パターン3aとの接続に不良が生じた状態を示している。図1(a)はリード8と配線パターン3aとの接続が不良となった状態を示しており、図1(b)はリード7と配線パターン3aとの接続が不良となった状態を示している。このように、半導体チップ1,2の接続状態に不良が生じた場合には、半導体装置の正常な機能が損なわれるため、不良部分を特定して補修する必要が生じる。
【0019】
以下、半導体チップ1に設けたドライバ4、レシーバ5、プルアップ抵抗6の各素子を用いて配線パターン3aとリード7、リード8の接続状態を検出する方法を説明する。図2は、ドライバ4から送信した信号をレシーバ5で受信した際の信号波形を示すタイミングチャートである。図2を参照しながら、プルアップによる断線位置の検出について説明する。
【0020】
半導体チップ1に形成されたドライバ4は、当初Lowレベルの信号を配線パターン3aに向かって送信し、図2に示すようにレシーバ5において当該Lowレベルの信号が検出される。そして、図2に示す時刻t0からドライバ4のハイインピーダンス制御を行う。
【0021】
これにより、レシーバ5においてプルアップによる信号波形の遷移を測定することができる。そして、所定時間を経過すると、レシーバ5で検出された信号は、プルアップによりHiレベルに到達し、定常状態となる。
【0022】
ここで、図2に示す実線は、図1(b)に示すように半導体チップ1に近い側のリード7と配線パターン3aの接続が不良の場合の信号の遷移を示している。この時の遷移波形の時定数は、τ1=C1×Rである。
また、破線は、図1(a)に示すように半導体チップ1に遠い側のリード8と配線パターン3aの接続が不良の場合の信号の遷移を示している。この時の遷移波形の時定数は、τ2=(C1+CP)×Rである。
【0023】
このように信号の遷移の状態に差が生じるのは、リード7の接続が不良である場合と、リード8の接続が不良である場合とで配線の静電容量に差が生じるためである。すなわち、図1(b)に示すようにリード7と配線パターン3aの接続が不良の場合には、ドライバ4から半導体チップ2へ向かう配線のうち、配線パターン3aが含まれないため、静電容量が比較的小さくなるが、図1(a)に示すようにリード8と配線パターン3aの接続が不良の場合には、図1(b)の場合と比較すると配線パターン3aの静電容量が加算されるためである。
【0024】
すなわち、半導体チップ1内のプルアップ抵抗6の抵抗値をRとすれば、観測点近傍すなわち半導体チップ1側のリード7が断線している場合には、スレッショルドレベルに達する時間は半導体チップ1内部の静電容量C1だけに影響を受けることとなる。この場合の時定数をτ1で表す。
【0025】
一方、観測点から遠方の断線、すなわち半導体チップ2側のリード8が断線している場合には、スレッショルドレベルに達する時間は基板3の配線パターン3aの静電容量CPの影響をも受けることとなる。この場合の時定数をτ2で表す。
【0026】
従って、時定数τ1、τ2は以下の式で表される。
τ1=C1×R
τ2=(C1+CP)×R
【0027】
この時定数が大きいほど、遷移時間に遅延が発生する。従って、観測点近傍の断線の方がスレッショルドレベルまで速く遷移し、観測点から遠方の断線の方が遅く遷移する。これにより、図2中に実線と破線で示したような遷移差を検出することができ、リード7、リード8のどちら側が断線しているかを識別できるようになる。
【0028】
遷移状態の差を検出する方法としては、主として以下の2通りの方法を用いることができる。
【0029】
第1の方法は、図2(a)に示すように所定のスレッショルドレベル(図2(a)中の一点鎖線)を設定し、ハイインピーダンス制御を開始してからスレッショルドレベルに到達するまでの時間を検出することにより、断線位置を特定する方法である。図2(a)の例では、リード7が導通不良の場合には、レシーバ5で受信する信号の遷移が実線で示す状態となり、スレッショルド電圧に到達する時刻はt1となる。一方、リード8が導通不良の場合には、レシーバ5の受信信号の遷移は破線で示す状態となり、スレッショルド電圧に到達する時間はt2となる。そして、ハイインピーダンス制御を開始した時刻t0から時刻t1,t2に到達するまでの時間を予め定めておいた所定のしきい値と比較することにより、断線位置の特定を行うことができる。
【0030】
第2の方法は、ハイインピーダンス制御を開始した後、所定時間後における信号の値を検出する方法である。図2(b)に示すように、ハイインピーダンス制御を開始した後、時刻t3が経過した後には、リード7が導通不良の場合にはレシーバ5の受信信号のレベルがv1となり、リード8が導通不良の場合にはv2となる。従って、時刻t3における信号値v1、v2を予め定めておいた所定のしきい値と比較することにより、断線位置の特定を行うことができる。時刻t3の設定は、例えば図1に示すようにフリップフロップ回路10をレシーバに接続しておき、フリップフロップ回路10に入力するクロックのタイミングによって設定することができる。
【0031】
なお、上述の第1及び第2の方法において、比較のための所定のしきい値は、良品状態の値を予め検出することにより得ておくことができる。また、ドライバ4から電極パッドまでの距離、配線幅、配線材等の設計データから予め静電容量C1,CPを求め、これらのデータから断線時の遷移時間、遷移レベルを予め算出しておき、実際の観測データと比較するようにしても良い。
【0032】
遷移時間による断線位置の検出は、プルダウンにより行うことも可能である。図3は、図1に示した半導体装置におけるプルアップ抵抗6の代わりにプルダウン抵抗9を接続した半導体装置を示しており、プルダウン抵抗9以外の構成は図1の半導体装置と同様である。
【0033】
そして、図4は、プルダウン抵抗9を用いた場合において、レシーバ5で受信した際の信号波形を示すタイミングチャートである。プルダウン抵抗9を用いた場合には、ドライバ4から当初Hiレベルの信号を出力する。そして、時刻t0からハイインピーダンス制御を行うことにより、ドライバ4からの出力をレシーバ5で受信した際の信号波形はLowレベルに向かって遷移し、所定時間の経過後、Lowレベルに到達して定常状態となる。この場合においても、リード7が断線している場合と、リード8が断線している場合とでは静電容量の違いにより遷移状態が異なり、図4に示すようにリード7が断線している場合は実線、リード8が断線している場合には破線に示すように信号状態が遷移する。従って、プルアップ抵抗6を用いた場合と同様に、所定のスレッショルドレベル(図4中に示す一点鎖線)に到達するまでの時間を検出することにより、あるいは所定時間経過後における信号のレベル値を検出することにより、遷移状態を識別して断線位置を特定することが可能となる。
【0034】
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、各半導体チップ1,2の回路構成としてハイインピーダンス制御可能なドライバ4と、ドライバ4が発生させた信号を受信可能なレシーバ5と、プルアップ抵抗6(プルダウン抵抗9)とを設けたため、特に図1の半導体チップ1と半導体チップ2のように、配線同士が1対1で接続されているような場合でも、ハイインピーダンス制御後の遷移をレシーバ5で測定し、断線位置の違いにより遷移時間、レベル差を検出することができるため、配線パターン3aやリード7,8に直接プローブを当てることなく、断線の発生の有無のみならず断線の位置までも詳細に検出することが可能となる。このように、プローブを当てる必要がないことから、BGAのようにテストプローブを直接当てることが物理的に不可能なデバイスについても断線位置の検出を行うことができる。
【0035】
(第2の実施形態)
次に、図5〜図8を参照しながら、本発明の第2の実施形態について説明する。図5は、本発明の第2の実施形態の半導体装置を示す模式図である。第2の実施形態では、第1の実施形態で説明した半導体装置及び断線検出方法をバウンダリスキャン機能を備えた半導体装置に適用し、バウンダリスキャンを利用して断線の有無及び断線位置を検出するようにしたものである。
【0036】
先ず、図5を参照しながら、バウンダリスキャンの概要について説明する。図5は、バウンダリスキャンレジスタを備えた半導体装置を示しており、基板23上に少なくとも2つの半導体チップ21,22が配置されたものである。第1の実施形態と同様、半導体チップ21と半導体チップ22は基板23上に形成された配線パターン及びリードによって電気的に接続されている。各半導体チップ21,22間の接続の状態及び断線が発生した場合のリード及び配線パターンの状態は図1に示したものと同様であるため、ここでは図示を省略する。
【0037】
各半導体チップ21,22は、内部ロジック21a,22aをそれぞれ備え、外周部には複数のデバイスピン21c,22cが設けられている。内部ロジック21a,22aと各デバイスピン21c,22cとの間には、バウンダリスキャンレジスタセル群21b,22bがそれぞれ配置されている。バウンダリスキャンレジスタセル群21b,22bは、個々のデバイスピン21c,22cと接続された複数のバウンダリスキャンレジスタセルから成り、図5に示すように、バウンダリスキャンレジスタセルが一連に接続されてバウンダリスキャンレジスタセル群21b,22bを構成している。より具体的には、個々のバウンダリスキャンレジスタセルは、隣接するセル間でデータをシフトさせるためのシフトレジスタと、データを保持するラッチとを備えている。
【0038】
セルへの入力がデバイスピン21cあるいは22cに接続され、出力が内部ロジック21aあるいは22aに接続されたセルが入力セル、セルへの入力が内部ロジック21aあるいは22aに接続され、出力がデバイスピン21cあるいは22cに接続されたセルが出力セルとなるが、本実施形態のバウンダリスキャンレジスタセルは、入力セルと出力セル双方の機能を備えたものである。そして、出力セルが第1の実施形態で説明したドライバ4の機能を、入力セルがレシーバ5の機能を保有している。また、各バウンダリスキャンレジスタセルは第1の実施形態で説明したプルアップ抵抗6も備えている。
【0039】
そして、各半導体チップ21、22は、TAPコントローラ21d,22dを備えている。TAPコントローラ21d,22dは、インストラクションレジスタとデータレジスタへのデータビットの流れをコントロールするテストモードセレクタ(TMS)信号及びテストクロックであるTCK信号の入力によってプログラミングされる16ステートマシンである。
【0040】
TAPコントローラ21d,22dの動作の概要は以下の通りである。TAPコントローラ21d,22dは複数のステートに従って動作が遷移する。遷移するかしないかは、TCK信号の立ち上がりエッジ時のTMS信号の値によって決定される。複数のステートのうち、特にキャプチャーステート(Capture−DR)、シフトステート(Sift−DR)、アップデイトステート(Update−DR)の動作が重要である。以下、主要ステートの概略について説明する。
【0041】
キャプチャーステートでは、入力からシフトレジスタへデータを獲得する動作を行う。図5において、半導体チップ22を受信側、半導体チップ21を送信側とし、半導体チップ22の特定のバウンダリスキャンレジスタセル22eが選択されているときに、キャプチャーステートを通過すると、バウンダリスキャンレジスタセル22eに接続されたデバイスピン22cの状態が取り込まれることにより、半導体チップ21側から送信された状態がバウンダリスキャンレジスタセル22eに設定される。
【0042】
シフトステートでは、バウンダリスキャンレジスタセル22eの内容がTDO信号ピン22f側に隣接するバウンダリスキャンレジスタセルへシフト出力され、新しいデータがTDI信号ピン21g側のバウンダリスキャンレジスタセルからシフト入力される。つまり、このステートを1回通過すると、TDI信号ピン21gとTDO信号ピン22f間に接続されているレジスタの内容が1ビット分シフトする。
【0043】
アップデイトステートでは、バウンダリスキャンレジスタセル22eの内容がバウンダリスキャンレジスタセル22eのラッチに固定される。固定された内容は、実際にセルの出力として現われる。
【0044】
次に、図6を参照しながら、バウンダリスキャンにおける断線検出方法について説明する。図6は、レシーバ5の機能を有する入力セルで受信した信号の遷移波形とバウンダリスキャンのステートを示すタイミングチャートである。ここでは、図5のバウンダリスキャンレジスタセル21eに対応するデバイスピン21cに断線が発生しているものとして、バウンダリスキャンレジスタセル21eにおける断線位置の検出を例に挙げて説明する。
【0045】
先ず、最初にモードをシフトステートに設定する。シフトステートでは、バウンダリスキャンレジスタセル21eのシフトレジスタの内容がTDO信号ピン21f側にシフト出力され、新しいデータがTDI信号ピン21g側から入力される。この場合、例えばバウンダリスキャンレジスタセル21eにLowレベルの信号が設定される。次のイクジット1ステート(Exit1)では、シフトステートを抜ける動作が行われる。
【0046】
次のアップデートステートでは、バウンダリスキャンレジスタセル21eの内容がバウンダリスキャンレジスタセル21e内のラッチに固定される。固定された内容は、実際にバウンダリスキャンレジスタセル21eから半導体チップ22側への出力として現われる。そして、図6に示すように、アップデートステートにおけるTCK信号の立ち下がりから、第1の実施形態で説明したハイインピーダンス制御を開始する。これにより、Lowレベルの信号がバウンダリスキャンレジスタセル21eのプルアップ抵抗6によってHiレベル側へ遷移する。
【0047】
その後、セレクトステートを経て、キャプチャーステートへモードを遷移させる。キャプチャーステートでは、図6に示すようにTCK信号の立ち上がりのタイミングでバウンダリスキャンレジスタセル21eへデータを獲得する動作を行う。具体的には、バウンダリスキャンレジスタセル21eが備える入力セルによってデータを獲得する。そして、受信した信号のレベルと所定のスレッショルドレベル(図6中の一点鎖線)を比較して、受信した信号のレベルがスレッショルドレベルよりも大きければ半導体チップ21側のリードで断線が生じていることが検出でき、スレッショルドレベルよりも小さければ半導体チップ22側のリードで断線が生じていることが検出できる。このように、TCK信号のタイミングを速くすることで、観測点近傍の断線の場合にはスレッショルドレベルより大きい値の信号が検出され、観測点より遠方側の断線では遷移が遅いため、スレッショルドレベルより小さい値の信号が検出される。従って、この違いから断線位置を特定することができる。
【0048】
次に、モードをシフトステートへ遷移させ、バウンダリスキャンレジスタセル21eに次のデータを入力する。今までのデータは隣接するシフトレジスタへ転送され、上述した断線検出を隣接セルにおいて行うことが可能となる。
【0049】
次に、図7を参照しながら、バウンダリスキャンレジスタを用いて、断線の有無及びショートの有無を検出する方法の概略について説明する。図7は、半導体チップ21と半導体チップ22の接続の一部を模式的に示したものである。ここで説明する断線の有無及びショートの有無の検出は、上述の断線位置の検出の前提として行うものである。
【0050】
先に説明したように、半導体チップ21及び半導体チップ22は複数のバウウンダリスキャンレジスタセルを備えている。そしてバウンダリスキャンレジスタセルにはプルアップ抵抗6が設けられている。図7(a)は半導体チップ21の特定のバウウンダリスキャンレジスタセル21hと半導体チップ22の特定のバウウンダリスキャンレジスタセル22hとの接続状態を示している。また、図7(b)は半導体チップ21の特定のバウウンダリスキャンレジスタセル21i,21jと半導体チップ22の特定のバウウンダリスキャンレジスタセル22i,22jとの接続状態を示している。そして、図7(b)は、隣接する配線パターン3a同士がショートした状態を示している。
【0051】
バウンダリスキャンの配線検査における断線、ショートの検出は、基本的にデバイス間でセル同士がデータをやり取りし、出力したデータと受け取ったデータを比較することで検査を行う。
【0052】
データのやり取りは、半導体チップ21のバウウンダリスキャンレジスタセル21h側から、最初はLowレベルの信号“0”を出力し、次にHiレベルの信号“1”を半導体チップ22に向かって出力する。出力するデータは、あらかじめTDI信号ピンからシリアルで入力し、目標のセルにセットしておく。信号の出力後、半導体チップ22のバウウンダリスキャンレジスタセル22hではデータを取り込む。その後、取り込んだデータをシリアルでシフトしていき、TDO信号ピンでデータを確認する。
【0053】
先ず、図7(a)を参照しながら配線間で断線(オープン)があった場合について説明する。図7(a)に示すように、リード7、リード8のいずれの近傍においても断線が生じていない場合には、図7に示すように半導体チップ21から出力したLowレベルの信号“0”は、半導体チップ22においてLowレベルの信号“0”として受信される。
【0054】
一方、半導体チップ21側のリード7又は8において断線が生じていれば、この場合、バウウンダリスキャンレジスタセル21hから“0”が出力されているが、配線がオープンしているため、その信号はバウウンダリスキャンレジスタセル22hには届かない。従って、バウウンダリスキャンレジスタセル22hは開放状態になる。ここでは、プルアップ抵抗6によってバウウンダリスキャンレジスタセル22h側がプルアップ状態とされているため、バウウンダリスキャンレジスタセル22hは出力側がどんな信号を出力したとしても“1”しか取り込まず変化しない。
【0055】
従って、半導体チップ21からLowレベルの信号“0”を発信し、半導体チップ22で受信される信号のレベルを検出することにより、断線自体が生じているか否かを検出することができる。そして、上述の断線位置の具体的な検出は、断線が生じている接続部位のみで行うことが可能となる。
【0056】
次に、図7(b)を参照しながら、ショートの有無を検出する方法の概略について説明する。バウウンダリスキャンレジスタセル21i,21j側から、最初はLowレベルの信号“0”を出力し、次にHiレベルの信号“1”の信号を出力すると、ショートがない場合には、バウンダリスキャンレジスタセル22iでは信号“1”が、バウンダリスキャンレジスタセル22jでは信号“0”が受信される。すなわち、2つの隣接するバウンダリスキャンレジスタセル22i,22jでは互いに異なったデータが受信される。
【0057】
ところが、配線パターン3a同士がショートしている場合には、半導体チップ22のバウウンダリスキャンレジスタセル22iでは、本来バウウンダリスキャンレジスタセル21iからHiレベルの信号“1”が送信されているにもかかわらず、バウウンダリスキャンレジスタセル21jのLowレベルの信号“0”に引っ張られてLowレベルの信号“0”が出力される。
【0058】
一方、半導体チップ22のバウウンダリスキャンレジスタセル22jでは、バウウンダリスキャンレジスタセル21jから出力されたLowレベルの信号“0”がそのまま出力される。
【0059】
従って、一方の半導体チップ側の隣接するバウウンダリスキャンレジスタセルから異なったデータを出力しているにも関わらず、受信側のバウンダリスキャンレジスタセルが同じデータを取り込んだ場合には、隣接する2つのバウウンダリスキャンレジスタセルに接続された配線間でショートが発生していることが検出できる。
【0060】
次に、図8のフローチャートを参照しながら、断線位置の検出方法の手順について説明する。
【0061】
先ず、ステップS1では、図7で説明した方法により断線の有無、ショートの有無を検出する。すなわち、ここでの検出では断線位置の検出までは行わない。そして、この結果を受けてステップS2では良品か否かを判定する。断線、ショートの両方が発生していない場合には、良品と判定してステップS4の次工程へ進む。
【0062】
ステップS2の判定によって、ショート不良が生じており、不良品と判定された場合には、ステップS3へ進みショート不良である旨の結果を出力する。
【0063】
そして、ステップS2の判定によって、オープン不良が生じており、すなわち断線が発生していて不良品と判定された場合には、ステップS5へ進み、以降、本実施形態による断線位置の検出を行う。先ず、ステップS5では、ドライバ4からLowレベルの信号を出力する。
【0064】
次に、ステップS6では、アップデートステートにおいて、ドライバ4をハイインピーダンス制御する。次のステップS7では、キャプチャーステートにおいて、レシーバ5によって図6に示したような出力の遷移を測定する。
【0065】
次に、ステップS8では、遷移差により断線位置の検出を行う。遷移動作が速い場合には、観測側の半導体チップ21近傍の断線と特定する(ステップS9)。動作速度が遅い場合には、観測側の半導体チップ21に対して遠方の断線と特定する(ステップS10)。
【0066】
以上説明したように、本発明の第2の実施形態によれば、第1の実施形態の半導体装置及び断線検出方法をバウンダリスキャンレジスタを備えた半導体装置に適用することによって、バウンダリスキャンを利用して断線の有無を検出し、断線が生じている接続箇所のみで断線位置検出を行うようにすることができる。
【0067】
また、第2の実施形態によれば、バウンダリスキャンによって入力側からの信号の送信をシフトレジスタによって順次行うことにより、半導体チップ21と半導体チップ22の間の各デバイスピンの接続状態を順次検出することができる。従って、1度の検査で半導体チップ21と半導体チップ22を接続する複数の配線の断線位置を検出することが可能となる。
【0068】
なお、本発明の特徴をまとめると以下に記載の通りとなる。
【0069】
(1)少なくとも2つの電子部品が電気的に接続されて構成された電子機器であって、前記電子部品の少なくとも1つが、ハイインピーダンス制御可能な送信手段と、前記送信手段から送信された信号を受信する受信手段と、前記送信手段から送信された信号のレベルをプルアップ又はプルダウンして遷移させるプルアップ手段又はプルダウン手段とを備え、前記送信手段から送信された信号をハイインピーダンス制御し、前記受信手段で受信した信号のレベル遷移に応じて前記電子部品間の電気的接続の断線位置を検出するようにしたことを特徴とする断線位置検出機能を備えた電子機器。
【0070】
(2)前記断線位置の検出は、前記ハイインピーダンス制御の開始時から前記受信手段での受信信号のレベルが所定のしきい値に到達するまでの時間を検出することによって行うことを特徴とする(1)に記載の断線位置検出機能を備えた電子機器。
【0071】
(3)前記断線位置の検出は、前記ハイインピーダンス制御の開始時から所定時間経過後における前記受信手段での受信信号のレベルを検出することによって行うことを特徴とする(1)に記載の断線位置検出機能を備えた電子機器。
【0072】
(4)前記受信手段に接続されたフリップフロップ回路を更に有し、前記フリップフロップ回路へ入力されるクロックによって前記所定時間を設定するようにしたことを特徴とする(3)に記載の断線位置検出機能を備えた電子機器。
【0073】
(5)前記電子部品がバウンダリスキャン機能を備えた半導体チップであって、 前記半導体チップの複数のデバイスピンに接続されたそれぞれのバウンダリスキャンレジスタセルが前記送信手段、前記受信手段及び前記プルアップ手段を備え、 はじめのアップデートステート時に前記バウンダリスキャンレジスタセルに保持させたLレベル信号を前記送信手段で送信するとともに次のアップステート時に前記ハイインピーダンス制御を開始し、TCKクロックサイクルを変更し、キャプチャーステート時に前記受信手段で受信した信号のレベルを検出することにより断線位置を検出するようにしたことを特徴とする(1)に記載の断線位置検出機能を備えた電子機器。
【0074】
(6)少なくとも2つの電子部品が電気的に接続されて構成された電子機器における当該電気的接続部位の断線位置を検出する方法であって、特定の電子部品から信号を出力するとともに当該信号をハイインピーダンス制御する第1のステップと、前記信号のレベルをプルアップ又はプルダウンにより遷移させる第2のステップと、前記特定の電子部品において前記信号のレベルの遷移状態を検出することにより断線位置を検出する第3のステップとを有することを特徴とする断線位置検出方法。
【0075】
(7)前記第3のステップにおける前記断線位置の検出は、前記ハイインピーダンス制御の開始時から所定時間経過後の前記信号のレベルを検出することによって行うことを特徴とする(6)に記載の断線位置検出方法。
【0076】
(8)前記第3のステップにおける前記断線位置の検出は、前記ハイインピーダンス制御の開始時から前記信号のレベルが所定のしきい値に到達するまでの時間を検出することによって行うことを特徴とする(6)に記載の断線位置検出方法。
【0077】
(9)良品状態の電子機器を用いて前記所定時間経過後の前記信号のレベルを予め検出してこれを記憶し、前記第3のステップで検出した前記信号のレベルと前記記憶しておいた信号のレベルとを比較することにより、前記遷移状態を検出することを特徴とする(7)に記載の断線位置検出方法。
【0078】
(10)良品状態の電子機器を用いて前記所定のしきい値に到達するまでの時間を予め検出してこれを記憶し、前記第3のステップで検出した前記所定のしきい値に到達するまでの時間と前記記憶しておいた時間とを比較することにより、前記遷移状態を検出することを特徴とする(8)に記載の断線位置検出方法。
【0079】
(11)前記電子部品がバウンダリスキャン機能を保有している場合の断線位置検出方法であって、前記第1のステップをバウンダリスキャンのアップデートステート時に行い、前記第3のステップをバウンダリスキャンのキャプチャーステート時に行うことを特徴とする(6)に記載の断線位置検出方法。
【0080】
(12)前記第1のステップの前に、前記バウンダリスキャン機能などのオープン・ショート検出機能を用いて、前記電気的接続部位に断線が生じているか否かを検出する第4のステップを更に有し、前記第4のステップにおいて断線が生じていると認められた接続部位のみにおいて前記第1〜第3のステップを行うことを特徴とする(11)に記載の断線位置検出方法。
【0081】
【発明の効果】
本発明によれば、配線パターン、デバイスピン、リードに直接プローブを当てずに、配線が1対1で接続されたチップ同士間における断線位置を検出することができる。従って、断線検査の作業効率の向上させることができるとともに、過剰廃棄品の削減を達成することのできる断線位置検出機能を備えた電子機器、断線位置検出方法を提供することができる。
【0082】
また、本発明によれば、バウンダリスキャン機能を備えた半導体チップ間を接続する複数の配線間において、簡素な検査工程で複数箇所の断線位置の検出を1度に行うことが可能となる。従って、接続箇所が多数存在する場合であっても、煩雑な検査工程を経ることなく断線位置を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を構成する2つの半導体チップとその接続状態を示す模式図である。
【図2】本発明の第1の実施形態において、半導体チップのドライバから送信した信号をレシーバで受信した際の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図3】図1に示した半導体装置をプルダウン抵抗を備えた半導体チップによって構成した例を示す模式図である。
【図4】本発明の第1の実施形態において、プルダウン抵抗を用いた場合にレシーバで受信した信号波形を示すタイミングチャートである。
【図5】本発明の第2の実施形態に係るバウンダリスキャンレジスタを備えたMCM構造の半導体装置を示す模式図である。
【図6】本発明の第2の実施形態において、レシーバで受信した信号の遷移波形とバウンダリスキャンのステートを示すタイミングチャートである。
【図7】本発明の第2の実施形態において、2つの半導体チップ間の接続状態を示す模式図である。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る断線位置の検出方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1,2 半導体チップ
3 基板
3a 配線パターン
4 ドライバ
5 レシーバ
6 プルアップ抵抗
7,8 リード
9 プルダウン抵抗
10 フリップフロップ回路
21,22 半導体チップ
21a,21a 内部ロジック
21b,21b バウンダリスキャンレジスタセル群
21c,21c デバイスピン
21d,22d TAPコントローラ
21e,21h,21i,21j,22h,22i,22j バウンダリスキャンレジスタセル
21f TDO信号ピン
21g TDI信号ピン
Claims (2)
- 少なくとも2つの電子部品が電気的に接続されて構成された電子機器であって、
前記電子部品の少なくとも1つが、ハイインピーダンス制御可能な送信手段と、
前記送信手段から送信された信号を受信する受信手段と、前記送信手段から送信された信号のレベルをプルアップ又はプルダウンして遷移させるプルアップ手段又はプルダウン手段とを備え、
前記送信手段から送信された信号をハイインピーダンス制御し、前記受信手段で受信した信号のレベル遷移に応じて前記電子部品間の電気的接続の断線位置を検出するようにしたことを特徴とする断線位置検出機能を備えた電子機器。 - 少なくとも2つの電子部品が電気的に接続されて構成された電子機器における当該電気的接続部位の断線位置を検出する方法であって、
特定の電子部品から信号を出力するとともに当該信号をハイインピーダンス制御する第1のステップと、
前記信号のレベルをプルアップ又はプルダウンにより遷移させる第2のステップと、
前記特定の電子部品において前記信号のレベルの遷移状態を検出することにより断線位置を検出する第3のステップとを有することを特徴とする断線位置検出方法。
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