SE433782B - Forfarande och anordning for testning av elektriska ledarelement - Google Patents

Description

7811012-9 10 15 20 25 30 35 40 senare ge upphov till ett i förtid uppträdande fel under anord- ningens drift. För att man skall kunna identifiera dylika poten- tiellt kortlivade ledarelement, har för testning av ledarremsor en metod föreslagits, somvanligen gär under namnet “tredje över- tons-metoden" ("third harmonic method"). Denna metod baseras p den observationen, att ledarremsor som är benägna till fel, exem- pelvis beroende på olikformig bredd, tjocklek eller sammansättning eller beroende på adhesion vid substratet, vanligen uppvisar en olinjäritet med avseende på resistansen som funktion av strömmen.

I enlighet med nyssnämnda metod pâtrycker man en sinusformad grundtonssignal på en linjär, växelströmskopplad krets, över vars utgângsklämmor man ansluter det element som skall testas. Genom mätning av amplituden av utsignalens tredje överton erhålles ett mått på olinjäriteten hos kretselementets resistans. Framgångrik tillämpning av denna metod beskrivas i Electronic Engineering, november 1965, sid. 722-726 (P.L. Kirby: "The Non-linearity of Fixed Resístors") och i Electronics, 11 juli 1966, sid. 93-100 (Vilhelm Peterson, Per-Olof Harris: “Harmonic Testing Pinpoints Passive Component Plaws"). Behovet av en signalgenerator som läm- nar en signal med extremt låg övertonshalt medför emellertid att § testutrustning för tredje övertons-metoden tenderar att bli kom- plicerad, varför den är föga lämpad för användning vid masstest- ning av integrerade kretsar.

I enlighet med föreliggande uppfinning kan resistansen hos 3 ett nominellt linjärt ledarelement fastställas genom att man pla- É cerar detta element över utgângsklämmorna hos ett växelströms- kopplat linjärt nät, vilket påtryckes ett pulståg. Genom att mäta medelströmmen genom eller medelspänningen över elementet, erhål- les ett mått på olinjäriteten hos ledarelementets resistans.

Detta nya sätt att testa olinjäriteten kan utnyttjas samtidigt för ett flertal ledarelement, exempelvis remsledare av tunnfilm- typ hos en integrerad krets och möjliggör således en uppskattning av dylika remsledares tillförlitlighet.. _ Uppfinningen beskrives närmare nedan i form av några i rit- ningen visade utföringsexempel. Pig. 1 visar kopplingsschemat för ett exempel på en krets som kan användas för att fastställa en resistans linjäritet med metoden enligt föreliggande uppfin- ning. Fig. 2 visar kopplingsschemat för en alternativ krets av nyssnämnt slag. Pig. 3 visar testresultaten i grafisk form. §ig¿L visar en testutrustning för att testa en mikrokrets. Pig. 5 är 10 15 20 25 30 35 HD ett kopplingsschema för en annan utföringsform av en krets för fastställande av en resistans olinjäritet medelst metoden enligt föreliggande uppfinning.

I fig. 1 visas en strömgenerator 11 och en växelströmskopp- lad krets 15, som består av en likströmsspärrande kondensator 12.

En medelvärdesmätande voltmeter 13 visar medelvärdet av spänning- en över ett ledarelement 14, som medelst metoden enligt förelig- gande uppfinning testas med avseende på olinjäritet i resistan- sen. Generatorn 11, kretsen 15 och voltmetern 13 visas inuti inneslutningen 16.

Pig. 2 visar en strömgenerator 21 och en växelströmskopplad krets 25 bestående av en transformator 22. En medelvärdesmätande voltmeter 23 visar medelvärdet av spänningen över ett ledarele- ment 24, som medelst metoden enligt föreliggande uppfinning tes- tas med avseende på resistansens olinjäritet. Generatorn 21, kretsen 25 och voltmetern 23 är belägna i inneslutníngen 26.

Pig. 3 visar utefter ordinaten strömmen i nA som funktion av tiden i timmar (utefter abskissan) under en i steg utförd högströmstest på ett antal aluminiumledare. De markerade och siffermärkta punkterna indikerar fel hos kretselementet, varvid sifferbeteckningens numeriska värde utgör den av voltmetern 13 (fig. 1) uppmätta spänningen. Det framgår tydligt, att en hög uppmätt spänning står i direkt relation till ett tidigt inträf- fat fel hos kretselementet. .

Pig. 4 visar ett elektriskt isolerande, ringformat organ 41 hos en testanläggning för mikrokretsar. Sonder 42 är mekaniskt fästa vid organet #1 och elektriskt anslutna till en icke visad testkrets. Sondernas ändar är inriktade med avseende på och pressade mot kontaktytor belägna utefter kanterna pà den anord- ning 43 som testas.

I fig. 5 visas en spänningsgenerator 51 och en av en trans- formator 52 bestående växelströmskopplad, linjär krets 55. Le- dande element SH, som testas med avseende på resistansens olin- järitet medelst föreliggande metod, är anslutna till en krets bestående av kondensatorer 56 och 57, en operationsförstärkare 58 och ett variabelt âterkopplingsmotstånd 59. Den av voltmetern 53 uppmätta spänningen är proportionell mot medelvärdet av den genom elementet 5% flytande strömmen. Detta medelvärde utgör, såsom nämnts, ett direkt mätt på olinjäriteten hos elementets 5H resistans. 7811012-9 “7s11o12-9 Q 10 15 20 25 30 35 Metoden enligt föreliggande uppfinning syftar till att fast- ställa tillförlitligheten hos ledarelement genom att man bestäm- mer resistansens olinjäritet, dvs avvikelsen från det linjära förhållande som enligt Ohms lag skall råda mellan påtryckt spän- ning och den gemmnelementet flytande strömmen. En dylik avvikelse har vanligen sin grund i en resistansförändring som resultat av en ökning av spänningen eller strömmen och kan kvantitativt ut- tryckas medelst parametern Äx i formeln RI = Rom + 1:2) som approximativt representerar relationen mellan strömmen I, den nominella resistansen Ro och den faktiska resistansen RI hos ett ledarelement. Det kan visas att denna funktion överensstäm- mer med den fysikaliska förklaring enligt vilken resistansens - Ä olinjäritet beror på resistans- eller Jmflesk uppvärmning av le- i darelementet. _ Metodens genomförande kan lätt förklaras med hänvisning till fig. 1. Det kan visas, att om generatorn 11 alstrar en ström av rektangelvågstyp med amplituden I och pulskvoten P, så kan den av Å medelvärdesvoltmetern 13 visade spänningen uttryckas medelst , formeln v = Å Roïartl-*rvu-zf) av vilken framgår det direkta förhållandet mellan spänningen V och olinjäriteten Ä\. Likaså är det uppenbart att om en pulskvot F = 0,5 användes, så gäller V = 0 oberoende av parameterns )\ värde. En kurvform med pulskvoten 0,5 är således inte användbar för testning av olinjäriteten. Å andra sidan har det fastställts, att pulskvoterna Fl = 0,21 och P2 = 0,79 ger ett maximalt värde Vm på spänningen V. Pulskvoter pâ approximativt 20 % (0,2) och 80 % (0,8) är således speciellt gynnsamma för att fullt utnyttja förmågan hos voltmetrar med begränsad känslighet. Mer generellt gäller, att pulskvoter mellan 10 och H0 % eller mellan 60 och' 90 %.är lämpliga för att man skall uppnå tillräcklig noggrannhet vid fastställandet av olinjäriteten.

Relationer liknande de ovanstående mellan spänningens medel- värde V och olinjäriteten Å gäller även för andra kurvformer än rektangelvâg. Vidare kan med fördel även andra kretsar än den i fig. 1 visade kretsen 15 användas vid genomförande av förfarandet 10 15 20 25 30 5 7811012-9 enligt uppfinningen. Speciellt kan, såsom visas i fig. 2, en transformator 22 användas i stället för spärrkondensatorn 12 i fig. 1. Det som erfordras är - generellt sett - att kretsen 15 är linjär och växelströmskopplad.

Förutom att såsom beskrivits ovan, mäta spänningens medel- värde över ett ledarelement som gensvar på en ström med tids- medelvärdet noll, ligger det även inom uppfinningens ram att använda en metod och motsvarande apparatur, som bayflfis på ström- -spänningsdualiteten. En metod av detta slag grundar sig närmare bestämt på det faktum att om en spänningssignal med tidsmedel- värdet noll matas till ett ledarelement, kommer medelvärdet av den genom elementet flytande strömmen att utgöra ett mått på re- sistansens olinjäritet. En anordning för genomförande av detta förfarande visas i fig. 5, av vilken det framgår att strömmedel- värdet mäts med hjälp av en operationsförstärkare.

Slutligen skall ett praktiskt exempel ges på genomförandet av förfarandet enligt uppfinningen. 45 aluminiumledare utfällda på en anordning av magnetbubbel- typ testades med hjälp av föreliggande metod. Ledarnas tjocklek var 0,5 pm och hade varierande bredd, dock minst 3 pm. Som gene- rator användes Hewlett-Packards pulsgenerator HP8007, som kan alstra rektangelvågspulser med upp till 10 V amplitud vid en utimpedans på 50 ohm. Pulsupprepningsfrekvensen valdes till 20 kHz och den över testledarna uppträdande spänningen filtrerades i en RC-krets med tidskonstanten 10 ms och uppmättes med en digi- talvoltmeter med känsligheten 10 FV. De H5 ledarna gav värden pà spänningen Vm i området 0,1-1,0 mV med majoriteten av värdena mellan 0,1 och 0,2 mV. De tillstånd vid vilka fel uppträdde i ledarna är markerade i fig. 3 och visar hur ledarnas livslängd är korrelerad till den uppmätta spänningen.

Claims (9)

,7s11o12-9 b \. Patentkrav

1. l. Förfarande för testning av ett elektriskt ledarelement (1U; 24; Sü) genom fastställande av olinjäriteten hos elementets elektriska resistans som funktion av den genom elementet flytan- de strömmen, vilket förfarande speciellt är tillämpbart vid till- verkning av integrerade kretsar, k ä n n e t e c k n a t av att ledarelementet (lä, 24, SH) via en växelströmskopplad linjär krets (15, 25, 55) påtryckes en vågformad signal av sådant slag att tids- medelvärdet av antingen strömmen genom ledarelementet eller spän- ningen över detsamma är noíl, varvid en spänning över respektive en ström genom elementet alstras, och att tidsmedelvärdet av den- na spänning respektive ström mätes.

2. Anordning för testning av åtminstone ett elektriskt le- darelement (143 2H; 5#) för utförande av förfarandet enligt kra- vet 1, vilken anordning innefattar dels en testenhet (16; 26) för fastställande av olinjäriteten hos ledarelementets elektriska resistans som funktion av den genom elementet flytande strömmen, och dels anslutningsorgan (H2) för elektrisk anslutning av ledar- elementet till testenheten, k ä n n e t e c k n a d därav,-att testenheten innefattar en generator (11; 21; 51) för alstring av en vågformad signal, och en växelströmskopplad linjär krets (15; : 25; 55), vars ingângsklämmor är anslutna till generatorn och vars i utgångsklämmor är anslutna till en medelvärdesmätande ampere- eller voltmeter (135 23; 53, 58), och av att anslutningsorganen (H2) är inrättade att elektriskt förbinda ledarelementet med nämnda linjära krets.

3. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att generatorn (11; 21; 51) är en rektangelvågsgenerator för _ alstring av ett pulståg bestående av rektangelpulser.

4. Anordning enligt kravet 3, k ä n n e t e o k n a d av att det av generatorn alstrade pulståget har en pulskvot mellan 10 och H0 % eller mellan 60 och 90 %. '

5. Anordning enligt något av kraven 2-4, k ä n n e t e c k- n a d av att den växelströmskopplade linjära kretsen (15; 25; 55) innefattar en likströmsspärrande kondensator (12) eller en transformator (22; 52).

6. Anordning enligt något av kraven 2-4, k ä n n e t e c k- n a d av att, vid mätning av spänningsmedelvärdet, den växel- strömskopplade linjära kretsen (15) innefattar en likströmsspär- rande kondensator (12). 1 7811012-9

7. Anordning enligt något av kraven 2-6, k ä n n e t e c k- n a d av att den medelvärdesmätande voltmetern (135 23) är en digital voltmeter.

8. Anordning enligt något av kraven 2-Q, k ä n n e t e c k- n a d av att, vid mätning av strömmens medelvärde, den växel- strömskopplade linjära kretsen (55) innefattar en transforma- tor' (52).

9. Anordning enligt något av kraven 2-5 och 8, k ä n n e- t e c k n a d av att en operationsförstärkare (58) är inrättad för mätning av strömmens medelvärde.