Способ контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении

 

Изобретение .-относится к электронной технике, а именно к способам контроля качества полупроводниковых аналоговых интегральных схем, преимущественно операционных усилителей. Целью изобретения является упрощение и повышение точности прогнозирования отказов операционных усилителей для всего рабочего диапазона температр. По настоящему способу сначала осуществляется измерение в диапазоне температур , близких к нормальной или равньпс ей, основных электрических параметров операционного усилителя, приведенных в технических условиях, сравнение их с нормами и определение годности или негодности по величине отклонений измеренных значений от норм. После этого для изделий, прошедших отбраковку по основным электрическим параметрам из технических условий, осуществляют проверку также в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, по системе дополнительных информативных параметров , в частности зависимости напряжения смещения нуля от изк гнения напряжения питания, отнощения входных токов , тока смещения второго каскада, тока короткого замыкания. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) (5)) 4 G 01 R 31/26

О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 327 1798/24-2 1 (22) 08. 04. 81 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (72) Э.С.Юкманис, Ю.P.Êëÿâèíüø, Б.Я.Иткин, О.Г.Мисуркин, И.Я.Слайдиньш и Ю.В.Эйзентал (53) 621.382.2 (088.8) (56) Заявка Японии ¹ 54-6355, кл. 99(5) С6, 1979, Авторское свидетельство СССР № 438947, кл. G 01 R 31/26, 1975. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ В ИНТЕГРАЛЬНОМ

ИСПОЛНЕНИИ (57) Изобретение:относится к электронной технике, а именно к способам контроля качества полупроводниковых аналоговых интегральных схем, преимущественно операционных усилителей.

Целью изобретения является упрощение и повышение точности прогнозирования отказов операционных усилителей для

I в се го рабоче го диапазон а темпера тр.

По настоящему способу сначала осуществляется измерение в диапазоне аемператур, близких к нормальной или равных ей, основных электрических параметров операционного усилителя, приведенных в технических условиях, сравнение их с нормами и определение годности или негодности по величине отклонений измеренных значений от норм. После этого для изделий, прошедших отбраковку по основным электрическим параметрам из технических условий, осуществляют проверку также в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, по системе дополнительных информативных параметров, в частности зависимости напряжения смещения нуля от изк нения напряжения питания, отношения входных токов, тока смещения второго каскада, тока короткого замыкания. t ил.

1401414

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам контроля качества полупроводниковых аналоговых интегральных схем, преиму5 щественно операционных усилителей, и может быть использовано для прогнозирования отказов и отбраковки некачественных, аналоговых интегральных схем, в частности, с аномальной температурной зависимостью основных электрических параметров.

Цель изобретения — упрощение и повышение точности прогнозирования отказов операционных усилителей для всего рабочего диапазона темперутр.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Способ контроля качества изготовления операционных усилителей в ин- 20 тегральном исполнении основывается на том, что причиной аномальной температурной зависимости основных электрических параметров (напряжения смещения нуля U,, входного тока I 8„, 25 разности входных токов hI „, коэффициента усиления по напряжению К„, коэффициента ослабления синфаэного сигнала К „ к потребляемого тока IÄ), указанных в технических условиях на 30 конкретный : тип операционного усилителя, является наличие дефектов в интегральных схемах. Эти дефекты в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, незначительно влияют на.основные электрические пара-. метры, но оказывают существенное влияние на параметры, называемые информативными, аналоговых интегральных схем соде жащих дифференциальные 40 усилители, в частности операционных усилителей, компараторов и т.д.

Причинами возникновения аномальной температурной зависимости основных электрических параметров операционного усилителя являются асимметрия дифференциальных каскадов, поверхностные и объемные дефекты, отклонение и разброс параметров технологического

/ процесса, которые вызывают повышение токов утечки и уменьшение пробивных напряжений р-и-переходов. К асимметрии дифференциальных каскадов может привести локальное повышение концентрации объемных и поверхностных дефектов (вакансии, дислокации, линии дис55 локаций). К нарушениям технологии можно отнести недостаточную или повышенную толщину эпитаксиальных слоев, отклонение глубин формируемых диффузионных слоев от заданных, дефекты фотошаблонов и т.д. Ввиду большого разнообразия дефектов, приводящих к возникновению аномальной температурной зависимости основных электрических параметров операционных усилителей, выполненных в интегральном исполнении, контроль качества изготовления их проводят по совокупности шести информативных параметров.

По предлагаемому способу сначала осуществляется измерение в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, основных электрических параметров операционного усилителя, приведенных в технических условиях .("см.оs вх ьх х Kg э Косс и In) е сравнение их с нормами, указанными в этих технических условиях, и определение годности или негодности изделий по .величине отклонений измеренных значений от норм.

После этого изделия, прошедшие отбраковку по основным электрическим параметрам из технических условий, подвергаются проверке также в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, по системе дополнительных информативных параметров.

При этом измерение и определение изменения напряжения смещения нуля

ЬУ о(Е) в зависимости от изменения см.О напряжения питания Е„ осуществляются с помощью последовательной подачи на шины питания операционного усилителя номинального и повышенного напряжения питания, превышающего номинальное. значение на 30-50Х.

Вычисление прогнозируемого напряжения смещения нуля U,,„ для заданной минимальной (отрицательной) рабочей температуры осуществляется по формуле

Псм,on Псм о (6Ucvo(F) Псм.o(E) ) K gT ° где U — напряжение смещения нуля см.а в диапазоне температур, близких к нормальной (Т о н

25 С);

Ь0 (Е) - среднее значение изменения

U при номинальном и повышенном напряжении питания, превышающем номинальное значение на 30-50Х, устанавливаемое экспериментально для каждого типа операционного усилителя;

3 140

К вЂ” тангенс угла наклона прямой линии корреляционного поля параметров АБ,„,(ЬТ) и gU (Е), устанавливаемый экспериментально для конкретного типа операционного усилителя; аТ =Т вЂ” Т ох

Т вЂ” значение температуры, при которой производится измерение;

Т вЂ” значение прогнозируемой минимальной (отрицательной) рабочей температуры, для которой рассчитывается прогнозируемый параметр.

Далее для измерения тока короткого замыкания между отрицательной шиной источника питания и контактом частотной коррекции выходного каскада операционного усилителя I „ =(-Е„ „ ) подают на его шины питания напряжение, превышающее номинальное на 30-507, а на его входы — напряжение, запирающее выходной каскад операционного усилителя.

Измерение тока смещения второго каскада I производится с помощью смп подачи на шины питания операционного усилителя номинального напряжения, а на его входы — отрицательного напряжения, равного по величине напряжению питания.

Далее, осуществляя подачу на шины питания операционного усилителя номинального напряжения, осуществляют измерение отношения входных. токов

rц„ /1 „ первого дифференциального

Вх > Ьх каскада.

Измерение добротности емкости Q между отрицательной шиной и точкой соединения всех остальных контактов операционного усилителя, кроме кон,тактов, имеющих резистивную связь с отрицательной шиной источника питания, осуществляется подачей на отрицательную шину питания и указанную вьппу точку соединения контактов переменного напряжения с амплитудой ниже порога отпирания р-п-переходов, По мере получения численных вели- . чин каждого из дополнительных информативных параметров производят их сравнение с соответствующими эталонными значениями и определение годности или негодности операционных усилителей по величинам отклонений между ними.

1414

Вся совокупность дополнительных информативных параметров может быть использована также для других типов аналоговых схем в интегральном исполнении, конструктивное выполнение которых включает наличие вывода частотной коррекции выходного каскада и входа второго каскада и не зависит от конкретного типа интегральной схемы и технологии их изготовления. Для различных типов интегральных схем варьируют лишь допусковые нормы годности на измеряемые информативные параметры.

На чертеже представлена структурная схема устройства для контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении в части измерения дополнительных информативных параметров. устройство содержит колодку 1 с клеммами для подключения проверяемой интегральной схемы, измерительный пост 2, коммутатор 3 измеряемых параметров, блок 4 управления, генератор

5 импульсов, блок 6 индикации, тестовый модуль 7 с выходом 8 отношения входных токов, выходом 9 изменения напряжения смещения нуля и выходом

10 напряжения смещения нуля, запоминающий элемент 11, вычислитель 12, измеритель 13 тока смещения второго каскада, измеритель 14 тока короткого замыкания и измеритель 15 добротности емкости.

Через коммутатор 3 параметров и измерительный пост 2 входная шина 16 тестового модуля 7, входы измерителя

13 тока смещения второго каскада и измерителя 14 тока короткого замыкания и входная шина 17 измерителя 15 добротности емкости поочередно подключаются к колодке 1, причем первый

18, второй 19 и третий 20 входы измерителя 13 тока смещения второго каскада подключаются соответственно к клемме 21 входа второго каскада, клемме 22 выхода и обьединенным клеммам

23 и 24 входов первого каскада проверяемой интегральной схемы, а первьпЪ

25, второй 26, третий 27 и четвертый

28 входы измерителя 14 тока короткого замыкания — к клемме 29 частотной > коррекции, клемме 30 отрицательного напряжения питания и клеммам 23 и 24 входов первого каскада проверяемой интегральной схемы.

5 1401 4 ке 6 индикации.

Измерение дополнительных информативных параметров производится 8 следующей последовательности: измерение напряжения смещения нуля в зависимости от изменения напряжения питания в заданных пределах (U, (Е)); прогна- 5 зируемое напряжение смещения нуля (U „,„); отношение входных токов (I« /1 „,); ток смещения второго каскада (I,„ )," ток короткого замыкания (-Е„ ); добротность емкости (О). к п, ор

При измерении ЬБ, (Е) и II „ /Т „, клеммы с подключенной проверяемой интегральной схемой соединяются с входной шиной 16 тестового модуля 7. При

Далее первьпi 8 и второй 9 выходы тестового модуля 7, выход вычислителя 12, выход 31 измерителя 13 тока смещения второго каскада, выход 32 измерителя 14 короткого замыкания и выход измерителя 15 добротности емкости подключаются поочередно с помощью коммутатора 3 параметров к входу блока 6 индикации. Управляющая шина 33 коммутатора 3 параметров вместе с управляющим входом генератора 5 импульсов соединены с выходной шиной блока управления. Выход генератора 5 импульсов подключен к входам 34 — 36 соответственно измерителя 15 добротности емкости, запоминающего элемента

1i и тестового модуля 7, Третий выход

l0 тестового модуля 7 подключен к сигнальному входу запоминающего элемента 11,,выход которого подключен к первому входу 37 вычислителя 12. Второй вход 38 вычислителя 12 подключен к выходу источника опорного напряжения 0 (Е), а третий вход вычислителя 12 соединен с вторым входом 9 тестового модуля 7, Колодка 1 с клеммами для.подключения проверяемой интегральной схемы содержит также клемму 39 положительного напряжения питания

Устрооство для контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении в части измерения дополнительных информативных параметров работает следующим образом.

Проверяемый операционный усилитель подключается к клеммам колодки 1. С помощью коммутатора 3 параметров, управляемого от блока 4 управления,проверяемое изделие подключается к соответствующей измерительной схеме. Результат измерения отображается на бло10

l5

14 6 измерении 18„ /1&„,I,„,и I„{-Е„„, ) генератор 5 ймпульсов блокируется блоком 4 управления.

Измерение Q U {Е) в зависимости от изменения напряжения питания Е и в заданных пределах происходит следующим образом.

Клеммы 30 и 39 соответственно отрицательного и положительного напряжения питания через входную шину !6 подключены к выходной шине управляемого источника питания, входящего в состав тестового модуля 7. Выходное напряжение управляемого источника питания изменяется под воздействием генератора 5 импульсов. В состав тестового модуля 7 входит также схема измерения, на которую поступает вся необходимая информация от проверяемой интегральной схемы и на выходе которой после вьщеления на синхронном детекторе постоянной составляющей формируется напряжение, пропорцио.— нальное U (Е) (второй выход 9 тестового модуля 7) .

Определение U „ обеспечивается в устройстве с помощью тестового модуля 7, запоминающего элемента 11 и вычислителя 12. Для этого на первый вход вычислителя 12 поступает напряжение с выхода запоминающего элемента 11, который выделяет из выходного сигнала схемы измерения тестового модуля 7 напряжение, пропорциональное напряжению смещения нуля, для соответствующего фиксированного напряжения питания. На второй и третий входы вычислителя 12 посту пают соответственно величины 6Б (Е) сн.о и U, (Е). Вычислитель 12 обеспечивает получение величины U о в соответствии с выражением

П :ма„="си.о-(Псм,(Е)- Псм (Е) ) K

Измерение I «„ /Х „ осуществляется с помощью генератора двухполярных импульсов, состоящего из интегратора и триггера Шмитта, и фильтра низких частот тестового модуля 7. При этом длительность положительных и отрацательных импульсов, формируемых генератором, соответственно пропорциональна величинам 1/Х „ и 1/Х „ проверяемой интегральной схемы. Информация для формирования импульсов поступает на входы генератора со схемы измерения тестового модуля 7, а значение I „,,jI „ снимается с выхода фильтра низких частот.

7 1401

Для измерения 1: и клеммы для под"см, ключения проверяемого изделия соединяются с входаии измерителя 13 тока смещения второго каскада. На объеди5 ненные клеммы 23 и 24 входов первого каскада подается отрицательное напряжение, запирающее первый каскад проверяемого изделия. С помощью операционного усилителя измерителя 13 тока 10 смещения второго каскада через резистор на вход второго каскада проверяемого изделия подается ток, устанавливающий на выходе проверяемой интегральной схемы нулевое напряжение. 15

Этот ток и является током смещения второго каскада 1 „ . Измерение его смп в измерителе 13 тока смещения второго каскада осуществляется с помощью со-. ответствующего повторителя и диффе- 20 ренциального усилителя.

Для измерения ?кэ(-Еи „op ) между выводом частотной коррекции третьего каскада и выводом отрицательного напряжения питания клеммы для подключе- 25 ния проверяемого операционного усилителя соединяются с входами измерителя

14 тока короткого замыкания. Для создания необходимого режима измерения клемма инвертирующего входа проверяе- 30 мого изделия подключается при этом к шине нулевого потенциала, а на клемму неинвертирующего входа подается положительное напряжения от специального источника опорного напряжения, входящего в состав измерителя 14 тока короткого замыкания, причем операционный усилитель измерителя 14 тока короткого замыкания обеспечивает нулевое напряжение (режим короткого за- 40 мыкания) межцу клеммой 29 частотной коррекции третьего каскада и клеммой, 30 отрицательного напряжения питания.

При этом ток короткого замыкания течет через резистор обратной связи опе- 45 рационного усилителя измерителя 14 тока короткого замыкания и по величине выходного напряжения этого операционного усилителя можно судить о значе.нии 1„ (-Е„ „ор) °

При измерении Q клемма 30 отрицательного напряжения питания и соединенные вместе остальные клеммы, кроме клемм, к которым подключены контакты операционного усилителя, имеющие резистивную связь с отрицательной шИной источника питания, подключаются к входной шине измерителя 15 добротности емкости.

14 8

Ф о р и у л а и з о б р е т е н н я

Способ контроля качества операционных усилителей в интегральном ис— полнении, включающий измерение в диапазоне температур, близких к нормальной, или равных ей, основных параметров операционных усилителей, сравнение их с нормами и определение годности или негодности изделий, о т л и— ч а ю шийся теи, что, с целью упрощения и повышения точности прогнозирования отказов операционных усилигелей для всего рабочего диапазона, температур, после определения годности изделий по величине отклонения измеренных значений основных электрических параиетров от норм для годных изделий проводят измерения в диапазоне температур, близких к норм льной или равных ей, дополнительных информативных параметров, включающее последовательную подачу на шины питания операционного усилителя номинального напряжения питания и повышенного, превышающего номинальнoe..значение на 30-50Х определение изменения напряжения смещения нуля & U „, (E) в зависимости от изменения напряжения питания и вычисление прогнозируемого напряжения смещения нуля U для см.од заданной минимальной отрицательной рабочей температуры по формуле

v,„„=v,„,-(aU,„,(Е) -&11, ю(Е)) К ЬТ, где U — напряжение смещения нуля см.о в диапазоне температур, близких к нормальной температуре (T„=25 С);

ЬБ (E) — среднее значение изменесм.а ния U „при номинальном напряжении питания и повышенном, превышающем номинальное значение на 3050Х, устанавливаемое экспериментально для каждого типа операционного усилителя;

К вЂ” тангенс угла наклона прямой линии корреляционного поля параметров &У,„а(&Т) и д V (Е), устанавливаемый экспериментально для конкретного типа операционного усилителя;

&Т = Т -Т

Т вЂ” значение температуры, при которой производится измерение;

l0

Составитель Г.Милославский

Редактор П. Гереши Техред И.Верес Корректор В.Бутяга

Заказ 2781/45 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 ,Е

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 14014

Т вЂ” значение прогнозируемой о минимальной отрицательной рабочей температуры, для которой рассчитывается

5 прогнозируемый параметр, подачу на шины питания напряжения, превышающего номинальное на 30-507., а: на входы операционного усилителя— напряжения, запирающего его выходной каскад, и измерение тока короткого замыкания между отрицательной шиной источника питания и контактом частотной коррекции выходного каскада операционного Усилителя I „ (-Е н. к,р) 15 подачу на шины питания операциойного усилителя номинального напряжения, а на его входы — отрицательного напряжения, равного по величине напряжению питания, и измерение тока смеще1

;ния второго каскада I, подачу на

ЕМ Х шины питания операционного усилителя номинального напряжения и измерение отношения входных токов первого дифференциального каскада I „/IВ„, поВХ1 ВХ Ь дачу на отрицательную шину питания и точку соединения всех остальных контактов операционного усилителя, кроме контактов, имеющих резистивную связь с отрицательной шиной источника питания, переменного напряжения с амплитудой ниже порога отпирания р-и-переходов и измерение добротности емкости g между отрицательной шиной питания и указанной выше точкой соединения контактов операционного усилителя, при этом по мере получения численных значений каждого из дополнительных информативных параметров производится его сравнение с соответствующим эталонным значением и определение годности операционных усилителей по величине отклонения между ними.