© 2006 G. O. Ducoudray Curso Introductorio de Pruebas y Metrología de Circuitos de Señales Mixtas.

Presentación del tema: "© 2006 G. O. Ducoudray Curso Introductorio de Pruebas y Metrología de Circuitos de Señales Mixtas."— Transcripción de la presentación:

1 © 2006 G. O. Ducoudray Curso Introductorio de Pruebas y Metrología de Circuitos de Señales Mixtas

2 © 2006 G. O. Ducoudray Capítulo 1 Repaso de Señales Mixtas © 2006G. O. Ducoudray

3 n Señales Analógicas, Digitales o Mixtas – Clasificación de señales de circuitos que procesan señales mixtas F Circuitos básicos: Entrada Analógica Entrada digital Salida “Analógica” © 2006 G. O. Ducoudray

4 n Interruptor Análogo CMOS n Impedancia Analógica controlada digitalmente n Amplificadores de Ganancia Ajustable (PGA’s) n Controlada digitalmente n Convertidores Análogo/Digital (ADC’s) n Convertidores Digital/Análogo (DAC’s) n Phase Locked Loop (PLL’s) n Señal de Reloj de Alta Frecuencia n Recuperación de Señales de Alta frecuencia © 2006 G. O. Ducoudray

5 n Fronteras Análogo, Digital o Señales Mixtas? – Aplicaciones de Circuitos de Señales Mixtas n Celulares n Discos Duro n Modems n Controladores de Motor n Productos Multimedia Audio y Video – Pruebas a cada Chip individual vs. Pruebas a nivel de sistemas © 2006 G. O. Ducoudray

6 n Teléfono Celular Digital Interfase de Banda de Voz (ADC, DAC, PGAs, Filtros) Procesador de Señales Digitales (DSP) Interfase Baseband/RF RF Sección (Mixers, Amp Low-Noise, Amp de Potencia) Estaciones Base Control  Procesador Monitor Teclado Sintetizador de Frecuencia MICOIDO © 2006 G. O. Ducoudray

7 n ¿Por qué las Pruebas a Dispositivos señales Mixtas? – Proceso de Fabricación CMOS – Comienzas con una oblea levemente dopada con iones tipo p – Deposite una capa de bioxido de silicio (SiO 2 ) en la superficie – Deposite una capa de material fotoresistivo negativo sobre el silicio – Usando una mascara, proyecte luz sobre el material. – El fotoresistor es soluble en areas que son resguardadas de luz ultravioleta – Solventes organicos disuelven las areas no expuestas – Acido remueve el oxido expuesto. – Las areas expuestas son dopadas para crear un pozo n – El uso repetitivo de estos pasos es la vida de la manufactura de semiconductores © 2006 G. O. Ducoudray

8 Estructura MOS n Se compone de una oblea de silicio n Cubierta con una capa de Dióxido de Silicio n Crece la compuerta n El oxido es removido n Las áreas son dopadas n Dichas capas son conectas al exterior con metal O2O2 Si O2O2 O2O2 SiO 2

9 © 2006 G. O. Ducoudray n ¿Por Qué Probar Dispositivos de Señales Mixtas? – Realidad de Circuitos n Esquinas Redondeadas n Ondas en la superficie del material © 2006 G. O. Ducoudray

10 – Real World Circuits n Doping Errors – Concentrations of charge in material DC offsets Distortions Noise n Underetching – No connects at Vias n Misalignment – Incorrect or no connects n Incomplete Etch – Areas of incomplete etching n Blocked Etch – Particle interference © 2006 G. O. Ducoudray

11 Defectos Catastróficos Hoyo (metal no contacta capa inferior)

12 © 2006 G. O. Ducoudray Defectos Catastróficos Traspaso de capa al crear via

13 © 2006 G. O. Ducoudray Defectos Catastróficos Metal sobre depositado

14 © 2006 G. O. Ducoudray – Mientras la escala disminuye y la rapidez aumenta, la sensitividad al funcionamiento de cada pieza se torna mas exagerada © 2006 G. O. Ducoudray

15 n Post Silicon Production Flow – Probe of wafer n Bad dies are inked or recorded in ATE – Reduced waste of packages – Wafers are cut into separate chips n Bad chips are discarded – Lead frames are attached to good chips n Punched metal holders which will eventually become the individual leads of the device. – Packaging n Injection molded case – Final Test n Insure no damage in packaging process

16 © 2006 G. O. Ducoudray n Post Silicon Production Flow – Probe of wafer n Bad dies are inked or recorded in ATE – Reduced waste of packages – Wafers are cut into separate chips n Bad chips are discarded – Lead frames are attached to good chips n Punched metal holders which will eventually become the individual leads of the device. – Packaging n Injection molded case – Final Test n Insure no damage in packaging process

17 © 2006 G. O. Ducoudray n Flujo de Producción Post Silicio – Pruebas a la oblea n Dispositivos malos son entintados o su posicion grabada en un ATE – Reduce gasto en empaquetado – Obleas se cortan en chips separados n Los chips que fallan son descartados – Los chips buenos se adentran en marcos metálicos n Las agarraderas metalicas se convierten en los conectores del dispositivo (las patitas). – Empaque n Un cilindro de plastico es inyectado – Prueba Final n Asegura que no sufre dano en el proceso de empaque

18 © 2006 G. O. Ducoudray n Caracterización vs. Prueba de Producción – Pruebas de prototipo son usualmente muy extensas n Búsqueda de especificación para el peor caso n Guarda-raya n Tiempo de prueba no es el determinante principal n Base estadística – En Pruebas de producción el tiempo es critico n Consumo mínimo de tiempo n Basado en las peores condiciones encontradas o establecidas durante la caracterización © 2006 G. O. Ducoudray

19 n Equipo de Prueba y Diagnostico – Examinador de Señales Mixtas n Teradyne, LTX, Hewlett Packard, Schulmberger – Workstation Revisar pruebas escritas y la operación diaria del sistema de prueba – Mainframe Suplidores de Potencia Instrumentación para medidas Computadora del instrumento – Test head (cabezal) Medidas electrónicas mas sensitivas Placa de Interfase entre el instrumento de prueba y el dispositivo, “Device Interface Board (DIB) to Device Under Test (DUT)” © 2006 G. O. Ducoudray

20

21 Placa de Interfase con el Dispositivo Device Interface Board (DIB) © 2006 G. O. Ducoudray

22 – Probadores n Manipuladoras Robóticas de obleas – Puntas de prueba sensan la placa – Conecta al ATE atraves de un Placa de Interfase con la placa de Interfase “Probe Interface Board (PIB)” © 2006 G. O. Ducoudray

23 – Manipuladoras n Manipuladoras Automáticas de Chip – Robótica (a.k.a. pick and place) posicionar Empaque periferal Empaque Matricial (BGA) Agarra el dispositivo con un brazo mecánico de succión y lo encaja en la placa DIB – Alimentación por gravedad Empaque Bilateral (DIP) – Las maquinas manipuladoras son las que clasifican los dispositivos en buenos y no funcionales. – Proveen una camara de temperatura controlada.

24 Manipuladoras Robóticas y de Alimentación por Gravedad © 2006 G. O. Ducoudray

25 – Probadores de rayo de Electrones “E-Beam Probers” n Son utilizados para verificar las senales internas del dispositivo mientras este esta siendo estimulado por el ATE. – Muestra cambios en voltaje mientras el rayo de electrones barre la superficie del DUT.

26 © 2006 G. O. Ducoudray – Focussed Ion Beam Equipment (FIB) n Used in conjunction with E-beam probers to modify the devices' metallic connections. – Cut holes through existing oxide – Lay down new metallic traces on surface of device or in holes cut in oxide. – Real time observation of effects of circuit modifications are possible on testers.

27 © 2006 G. O. Ducoudray n Desarrollo de Productos Nuevos – Ingeniería Concurrente n Función Proactiva del ingeniero de prueba n Examinable—se puede probar n Evite pruebas innecesarias n Detecte circuitos sin capacidad de ser probados en un ATE.

28 © 2006 G. O. Ducoudray n Flujo de Ingeniería Concurrente – Ingenieros de Sistemas / Mercadeo – Ingenieros de Diseño – Ingenieros de Prueba – Ingeniero de Producto

29 © 2006 G. O. Ducoudray n Retos de Pruebas para Señales Mixtas – Tiempo a venta n Primera prioridad para los manufactura de semiconductores – Ganancia es la segunda pero muy cerca de tiempo para venta – Ganancia disminuye con competencia n La falta de un programa de prueba que sea efectivo en costo y tiempo es la tardanza para sacar nuevos productos al mercado. n Las pruebas de senales mixtas son particularmente difíciles. n El tiempo que toma escribir el programa de prueba significativamente menor que el tiempo invertido en aprender acerca del dispositivo. – Ingenieros de Prueba pasan gran parte de su tiempo laboral corriendo pruebas para que los disenadores identifiquen problemas.

30 © 2006 G. O. Ducoudray – Precisión, Repetición y Correlación n Precisión - Habilidad de obtener una respuesta fidedigna – Interferencia Electromagnética – Calibración / Prep de rango del instrumento – Condiciones incorrectas de Prueba n Repetición (a.k.a. reproducibilidad) – Habilidad para obtener la misma respuesta en múltiples ocasiones – Valore que nunca cambian son sospechosos Ruido Gaussiano - Distribución Estadística Instrumentos con un rango inapropiado n Correlación - repetición de patrón en otros instrumentos – Variantes diarias – Variantes de “Hardware”

31 © 2006 G. O. Ducoudray – Retos Electro-Mecánicos n Placa de Interfase (DIB) – Estándares Eléctricos Inductancias y capacitancias parasititas de los contactos, especialmente en alta frecuencia Diferencias de rendimiento de los equipo conectados – Estándares mecánicos para cargarse al manipulador Espesor, y la localización de los conectores, enchufe del DUT y su alineación con los pines Contacto mecánico a los enchufes

32 © 2006 G. O. Ducoudray – Economía de Pruebas de Producción n Tiempo invertido es Dinero gastado!! – ATE cuesta $2,000,000 o mas. – Probadores / Manipuladores cuestan $500,000 o mas. n 1 segundo de tiempo de pruebas equivale de 3 a 5 centavos. – 5 segundos en un programa de pruebas @ 4 centavos por segundo por un millón de dispositivos por cuarto de anos cuesta TI $800,000 por año en ganancia. n Mejoras al proceso aumentan la densidad del chip. Desafortunadamente la disminución de área de silicio no se traduce a una rapidez en prueba. Mientras aumenta la complejidad del chip también aumenta el tiempo de prueba.

33 © 2006 G. O. Ducoudray n Resumen – Pruebas DC tests are very easy to define and understand – Actual testing is usually much more difficult than it looks. n A DC offset of 100mV is easy to measure with an precision of +/- 10mV - very difficult to measure with an precision of 1uV. n precision and repeticion are often the most time consuming problems faced by an analog test engineer.