微電子計量測試技術(shù)

前言

　　自從1958年杰克·基爾比（JackS.Kilby）研制出第一塊集成電路以來，微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，發(fā)展了50年，成為信息時代的推動力，也成為儀器儀表行業(yè)的支撐技術(shù)。但是，微電子產(chǎn)品本身也需要計量測試。公元前4世紀(jì)的秦國統(tǒng)一度量衡，只在全國統(tǒng)一了長度、質(zhì)量、體積標(biāo)準(zhǔn)，但可以認(rèn)為是開啟了計量測試之先河。微電子計量測試需要比一般微電子設(shè)備更高、精、尖的儀器儀表，而這些先進(jìn)的測試設(shè)備，沒有軟件又開動不起來。所以，微電子計量測試是近代電子設(shè)備的關(guān)鍵工程任務(wù)和基礎(chǔ)專業(yè)技術(shù)。在航空、航天、交通、通信，尤其是在國防領(lǐng)域，其重要程度有時可謂生命攸關(guān)；有時又差之毫厘，失之千里。在我國，人們常常對產(chǎn)品重數(shù)量，輕質(zhì)量，而質(zhì)量就是生命。計量測試是保證質(zhì)量關(guān)鍵的一環(huán)?！　‰m然，從我國第一個微電子計量站建立算起，已有20多年歷史了，但是，我國的微電子量值還不能完全準(zhǔn)確一致，集成電路的測試還沒有得到應(yīng)有的重視。這說明，微電子計量與測試工作的開展確有難度，特別是在微電子產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的今天，更是如此。當(dāng)前，微電子系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能越來越強(qiáng)大，使微電子計量與測試面臨極大的挑戰(zhàn)。這是我國各單位在微電子參數(shù)計量測試、測試設(shè)備計量檢定等方面普遍遇到的難題，也是計量測試基礎(chǔ)行業(yè)中比較薄弱的環(huán)節(jié)。這里，既有技術(shù)問題，也有大量的組織管理工作。　　沈森祖研究員和他在中船重工第709所第六研究室（國防微電子一級計量站）的同事們，經(jīng)過25年的堅持不懈、奮勇拼搏，做了許多實(shí)際工作，在微電子計量測試技術(shù)方面積累了大量的經(jīng)驗。本書就是這些經(jīng)驗的總結(jié)，也是我國第一部有關(guān)微電子計量測試技術(shù)的專著。本書對微電子計量技術(shù)、微電子測試技術(shù)、微電子測試設(shè)備以及微電子測試程序設(shè)計，從概念到具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，都作了系統(tǒng)的介紹，具有很好的實(shí)用價值。我相信，本書對從事微電子計量測試的專業(yè)技術(shù)人員、相關(guān)的管理干部，以及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生們都有很好的參考價值。本書在微電子計量測試技術(shù)方面所積累的經(jīng)驗，對促進(jìn)我國微電子計量和測試技術(shù)的蓬勃發(fā)展，將起到承前啟后、繼往開來的作用。

內(nèi)容概要

《微電子計量測試技術(shù)》對微電子計量技術(shù)、微電子測試技術(shù)、微電子測試設(shè)備以及微電子測試程序設(shè)計，從概念到具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，都作了系統(tǒng)的介紹，具有很好的實(shí)用價值。我相信，《微電子計量測試技術(shù)》對從事微電子計量測試的專業(yè)技術(shù)人員、相關(guān)的管理干部，以及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生們都有很好的參考價值。

作者簡介

　　沈森祖，男，浙江省桐鄉(xiāng)市人，研究員。原任國防微電子一級計量站常務(wù)副站長，中船重工集團(tuán)公司第七○九所第六研究室主任兼微電子測試校準(zhǔn)實(shí)驗室首席執(zhí)行者。1977年畢業(yè)于南開大學(xué)數(shù)學(xué)系，進(jìn)所后從事操作系統(tǒng)研究工作，1983年起負(fù)責(zé)微電子測試研究。在主持檢測、計量工作的25年中，用軟件工程和可測性設(shè)計的思想和方法開發(fā)測試程序，解決測試程序開發(fā)中的規(guī)范管理和可靠性驗證。解決過PLD自動測試操作平臺設(shè)計模擬算法、自動生成和無網(wǎng)卡異種機(jī)互連互操作等關(guān)鍵技術(shù)。在微電子計量技術(shù)，測試程序的設(shè)計、開發(fā)，集成電路變量的相關(guān)分析和測試設(shè)備檢定方法等研究中有獨(dú)到見地。曾獲兩項部、省級科技進(jìn)步獎。先后在國家中文核心刊物和國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表過數(shù)十篇論文。

書籍目錄

第一部分 基本概念
第1章 微電子計量測試的基本概念
1.1 微電子計量的基本概念
1.1.1 微電子計量的目的與任務(wù)
1.1.2 微電子計量的技術(shù)領(lǐng)域和地位
1.1.3 微電子計量的工作和研究范圍
1.1.4 微電子計量的單位制
1.1.5 微電子計量的主要術(shù)語和名詞
1.1.5.1 微電子器件
1.1.5.2 微電子器件參數(shù)
1.1.5.3 測試設(shè)備
1.1.5.4 (測試設(shè)備的)系統(tǒng)量
1.1.5.5 工程量
1.1.5.6 系統(tǒng)量和工程量的對應(yīng)關(guān)系
1.1.5.7 內(nèi)部參考源法
1.1.5.8 通道末端法
1.1.5.9 標(biāo)準(zhǔn)樣片法
1.1.5.10 量值傳遞體系
1.1.5.11 測試設(shè)備量值的穩(wěn)定性指標(biāo)
1.2 微電子測試的基本概念
1.2.1 微電子測試的目的與任務(wù)
1.2.2 微電子測試的技術(shù)領(lǐng)域和地位
1.2.3 微電子測試的工作和研究范圍
1.2.4 微電子測試的單位制
1.2.5 微電子測試的主要術(shù)語和名詞
1.2.5.1 與微電子計量單位相同的名詞
1.2.5.2 微電子測試
1.2.5.3 功能測試法
1.2.5.4 窮舉法
1.2.5.5 基于輸入向量的有限擴(kuò)展法(狀態(tài)窮舉)
第二部分 微電子計量技術(shù)
第2章 微電子測試設(shè)備的計量技術(shù)
2.1 綜述
2.2 微電子測試設(shè)備的計量檢定技術(shù)
2.2.1 微電子測試設(shè)備的計量確認(rèn)
2.2.2 微電子測試設(shè)備的溯源性規(guī)則
2.2.3 微電子測試設(shè)備的計量檢定原理
2.2.4 微電子測試設(shè)備的計量檢定方法
2.2.4.1 微電子測試設(shè)備的內(nèi)部參考源檢定法
2.2.4.2 微電子測試設(shè)備的通道末端檢定法
2.2.4.3 微電子測試設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)樣片檢定法
2.2.4.4 微電子測試設(shè)備的內(nèi)部參考源檢定方法實(shí)例
2.2.5 設(shè)備計量的不確定度評定
2.2.5.1 影響因素分析
2.2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)計量器具或裝置固有的不確定度
2.2.5.3 環(huán)境條件引起的不確定度
2.2.5.4 人員素質(zhì)引起的不確定度
2.2.5.5 測量方法和過程引入的不確定度
2.2.5.6 輔助硬件如夾具、引線等引起的不確定度
2.2.5.7 測量重復(fù)性引起的不確定度
2.2.5.8 設(shè)備計量的不確定度的合成
2.2.5.9 設(shè)備計量的不確定度評定實(shí)例
參考文獻(xiàn)
第3章 微電子標(biāo)準(zhǔn)樣片的制備、維護(hù)和應(yīng)用技術(shù)
3.1 綜述
3.2 微電子數(shù)字器件標(biāo)準(zhǔn)樣片的制備技術(shù)
3.2.1 制備內(nèi)容
3.2.2 制備方法
3.2.3 制備過程
3.2.3.1 原材料(器件類型)的確認(rèn)
3.2.3.2 采購
3.2.3.3 臨時標(biāo)識
3.2.3.4 三溫檢測
3.2.3.5 老化(靜態(tài)和動態(tài)老化)
3.2.3.6 檢漏
3.2.3.7 常溫終測
3.2.3.8 賦值參量的確定
3.2.3.9 賦值及穩(wěn)定性驗證
3.2.3.10 命名及包裝(標(biāo)識)
3.2.3.11 申請定級
3.2.3.12 定級鑒定
3.2.3.13 審批(發(fā)證書)
3.2.4 微電子標(biāo)準(zhǔn)樣片的維護(hù)技術(shù)
3.2.4.1 微電子標(biāo)準(zhǔn)樣片的維護(hù)
3.2.4.2 微電子標(biāo)準(zhǔn)樣片的復(fù)驗和周期檢定
3.2.5 微電子標(biāo)準(zhǔn)樣片的應(yīng)用技術(shù)
3.2.5.1 應(yīng)用規(guī)范
3.2.5.2 軟件開發(fā)
3.2.5.3 輔助硬件開發(fā)及誤差消除技術(shù)
3.2.5.4 消除輔助硬件誤差實(shí)例
3.2.5.5 通道復(fù)用技術(shù)
3.2.5.6 通道冗余測量技術(shù)
3.2.5.7 通道變換技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第4章 微電子器件參數(shù)的計量檢定技術(shù)
4.1 綜述
4.2 微電子器件參數(shù)的計量檢定技術(shù)
4.2.1 微電子器件參數(shù)的計量檢定原理
4.2.1.1 輸入低電流Iil的計量檢定原理
4.2.1.2 輸入高電流Iih的計量檢定原理
4.2.1.3 輸出高阻態(tài)時的高電平電流Iozh的計量檢定原理
4.2.1.4 輸出高阻態(tài)時的低電平電流Iozl的計量檢定原理
4。2.1.5 電源電流Idd的計量檢定原理
4.2.1.6 輸出高電平Voh的計量檢定原理
4.2.1.7 輸出低電平Vol的計量檢定原理
4.2.1.8 輸入電容Ci的計量檢定原理
4.2.1.9 輸出電容Co的計量檢定原理
4.2.1.10 數(shù)據(jù)延遲時間TD(Q)的計量檢定原理
4.2.1.11 地址延遲時間TD的計量檢定原理
4.2.2 微電子器件參數(shù)的計量檢定依據(jù)
4.2.3 微電子器件參數(shù)的計量檢定方法
4.2.3.1 當(dāng)前存在的致命問題
4.2.3.2 解決方法
4.2.4 參數(shù)檢定程序設(shè)計規(guī)范實(shí)例
4.2.4.1 目的和適用范圍
4.2.4.2 引用文件
4.2.4.3 定義
4.2.4.4 職責(zé)
4.2.4.5 要求
4.2.4.6 記錄
4.2.5 參數(shù)計量的不確定度評價
4.2.5.1 基礎(chǔ)知識
4.2.5.2 AC參量的量值校準(zhǔn)方法
4.2.5.3 不確定度評定／計算
參考文獻(xiàn)
第三部分 微電子測試技術(shù)
第5章 微電子測試技術(shù)
5.1 綜述
5.2 微電子測試技術(shù)
5.2.1 微電子器件的分類
5.2.1.1 按規(guī)模分類的方法
5.2.1.2 按用途分類的方法
5.2.1.3 按結(jié)構(gòu)分類的方法
5.2.1.4 按功能分類的方法
5.2.2 微電子器件的參數(shù)
5.2.2.1 TTL器件參數(shù)
5.2.2.2 HTL器件參數(shù)
5.2.2.3 ECL器件參數(shù)
5.2.2.4 CMOS器件參數(shù)：
5.2.2.5 雙極形隨機(jī)存儲器參數(shù)
5.2.2.6 MOS器件參數(shù)
5.2.2.7 微處理器及外圍接口器件參數(shù)
5.2.2.8 運(yùn)算放大器參數(shù)
5.2.2.9 線性放大器參數(shù)
5.2.2.10 穩(wěn)壓器參數(shù)
5.2.2.11 時基電路參數(shù)
5.2.2.12 模擬鎖相環(huán)參數(shù)
5.2.2.13 數(shù)字鎖相環(huán)參數(shù)
5.2.2.14 模擬乘法器參數(shù)
5.2.2.15 模擬開關(guān)參數(shù)
5.2.2.16 電壓比較器參數(shù)
5.2.2.17 D／A轉(zhuǎn)換器參數(shù)
5.2.2.18 A／D轉(zhuǎn)換器參數(shù)
5.2.2.19 讀出放大器參數(shù)
5.2.2.20 外圍驅(qū)動器參數(shù)
5.2.2.21 磁芯存儲器參數(shù)
5.2.2.22 顯示驅(qū)動器參數(shù)
5.2.2.23 電平轉(zhuǎn)換器參數(shù)
5.2.2.24 線電路參數(shù)
5.2.3 微電子器件的測試原理、技術(shù)和方法
5.2.3.1 功能測試
5.2.3.2 交流參數(shù)測試
5.2.3.3 直流參數(shù)測試
5.2.3.4 微電子器件參數(shù)的重要性分析
5.3 微電子測試的操作規(guī)范
5.3.1 微電子測試的人員要求
5.3.2 微電子測試設(shè)備的要求
5.3.3 微電子測試的環(huán)境要求
5.3.4 微電子測試的操作規(guī)程要求
5.3.5 微電子測試的記錄和報告要求
參考文獻(xiàn)
第6章 十大專用的測試技術(shù)
6.1 內(nèi)建自測試
6.1.1 綜述
6.1.2 器件級離線BIST的體系結(jié)構(gòu)
6.1.3 BIST的功能和關(guān)鍵元素
6.1.4 BIST的測試過程
6.1.5 當(dāng)前BIST的水平
6.2 Iddq參數(shù)測試
6.2.1 Iddq參數(shù)測試原理
6.2.2 Iddq參數(shù)測試集生成
6.2.3 Iddq參數(shù)測試方法
6.2.4 Iddq參數(shù)測試的將來
6.3 Iddt參數(shù)測試
6.3.1 Iddt參數(shù)測試的基本原理
6.3.2 Iddt參數(shù)測試的基本方法
6.3.3 進(jìn)一步研究
6.3.3.1 CMOS電路電流成分
6.3.3.2 Iddt參數(shù)的特性分析
6.3.4 Iddt參數(shù)解析模型研究
6.3.4.1 橇杠電流解析模型
6.3.4.2 橇杠電流解析模型韻修正
6.4 存儲器測試
6.4.1 存儲器的分類
6.4.2 存儲器的結(jié)構(gòu)
6.4.3 存儲器的故障模型
6.4.4 存儲器的常見故障現(xiàn)象
6.4.5 測試圖形及其作用
6.4.5.1 N類測試圖形
6.4.5.2 N2類測試圖形
6.4.5.3 N2／3類測試圖形
6.4.6 存儲器的測試技術(shù)
6.4.6.1 EPROM測試技術(shù)
6.4.6.2 靜態(tài)RAM測試技術(shù)
6.4.6.3 動態(tài)RAM測試技術(shù)
6.4.7 存儲器測試中存在的問題
6.5 微處理器測試
6.5.1 實(shí)裝法
6.5.2 比較(測試)法
6.5.3 圖形(測試)法
6.5.3.1 輸入／輸出(I／O)通道設(shè)置
6.5.3.2 時鐘發(fā)生器(TG)設(shè)置和數(shù)據(jù)格式的設(shè)置
6.5.3.3 測試圖形的編制和調(diào)試
6.5.3.4 交流參數(shù)測試
6.6 PLD芯片測試
6.6.1 ispLSI器件測試
6.6.2 對E2CMOS單元和編程通路的測試
6.6.3 對I／O單元和GLB，ORP的測試
6.6.4 具體實(shí)現(xiàn)
6.6.4.1 輔助硬件設(shè)計
6.6.4.2 程序設(shè)計
6.7 FPGA測試
6.7.1 FPGA器件資源
6.7.2 FPGA測試的特殊性
6.7.3 FPGA測試方法
6.7.3.1 FPGA測試方法之
……
第四部分 微電子測試設(shè)備
第五部分 微電子測試程序設(shè)計開發(fā)技術(shù)

章節(jié)摘錄

　　1.1.1 微電子計量的目的與任務(wù)微電子計量是無線電電子學(xué)計量專業(yè)的重要項目之一。微電子計量的目的是保證被測量的微電子器件的電性能參數(shù)（以下簡稱器件參數(shù)）量值的準(zhǔn)確可靠。其主要任務(wù)是建立各級微電子器件參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證微電子器件參數(shù)測量的量值的準(zhǔn)確統(tǒng)一。微電子器件參數(shù)的測量的量值的準(zhǔn)確統(tǒng)一，是靠量值傳遞實(shí)現(xiàn)的。量值傳遞是將國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的基本量值通過標(biāo)準(zhǔn)器具逐級傳遞到工作計量器具，從而保證復(fù)現(xiàn)的微電子器件的參數(shù)量值的準(zhǔn)確和一致?！　?.1.2 微電子計量的技術(shù)領(lǐng)域和地位微電子計量的技術(shù)領(lǐng)域是屬十大計量之一的無線電電子學(xué)的一個專業(yè)門類。十大計量都屬基礎(chǔ)技術(shù)。十大計量的其他九個計量名稱是幾何量、熱學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、時間頻率和電離輻射。當(dāng)前，我國十大計量的104個計量考核項目正在按學(xué)科進(jìn)行調(diào)整，國防科技工業(yè)首先把104個計量考核項目整合成56個學(xué)科，并通過行政許可，設(shè)置17個一級計量站分工管理。由此初步建立了布局合理、精干高效的國防法制計量體系和考核系統(tǒng)，從而極大地提高了國防微電子計量測試結(jié)果的可信度?！　∥㈦娮悠骷址Q集成電路，是電子設(shè)備的重要組成部分。而微電子元件一般指分立器件，有別于集成電路。微電子器件是隨著微電子技術(shù)的出現(xiàn)而產(chǎn)生的。近半個世紀(jì)以來，微電子技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，使得微電子器件充斥到人類生活的方方面面，而且隨著信息化、自動化的不斷深入，微電子器件的重要地位將越來越突出。所以，和其他技術(shù)領(lǐng)域相比，微電子計量測試具有“差之毫厘，失之千里”的重要地位?！　?.1.3 微電子計量的工作和研究范圍微電子計量的工作包括微電子器件參數(shù)計量以及用于復(fù)現(xiàn)參數(shù)量值所必需的測試設(shè)備的計量。用于復(fù)現(xiàn)參數(shù)量值所必須使用的測試設(shè)備，必須經(jīng)過周期檢定，合格才能使用。所以，微電子計量的量值溯源是通過測試設(shè)備檢定裝置或標(biāo)準(zhǔn)樣片溯源到國家基準(zhǔn)的。標(biāo)準(zhǔn)樣片是在溯源合格的測試設(shè)備上制備而得的具有穩(wěn)定量值的集成電路，它屬于標(biāo)準(zhǔn)計量器具的組成部分。狹義地講，微電子計量的工作范圍就是管好這些設(shè)備和參數(shù)，但是，廣義地理解還有許多不同的見解。例如：從器件參數(shù)的層面擴(kuò)展到分離元件也未嘗不可；從測試設(shè)備的層面擴(kuò)展到器件制造的工藝設(shè)備層面，也有一定的道理。可是，由于器件的制造工藝設(shè)備的參數(shù)涉及電量、非電量和化學(xué)量（和器件的物理參數(shù)／部分可靠性參數(shù)相對應(yīng)），因而，涉及微電子計量的領(lǐng)域也就非常寬廣，單靠微電子計量能否勝任，如何勝任值得探討。

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