© 2006 g. o. ducoudray curso introductorio de pruebas y metrología de circuitos de señales mixtas

© 2006 G. O. Ducoudray

Curso Introductorio de Pruebas y Metrología de Circuitos de

Señales Mixtas


Capítulo 1 Repaso de Señales

Mixtas

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Señales Analógicas, Digitales o Mixtas– Clasificación de señales de circuitos que

procesan señales mixtas Circuitos básicos:

EntradaAnalógica

Entrada digital

Entrada digital

Salida“Analógica”



Interruptor Análogo CMOS Impedancia Analógica controlada digitalmente

Amplificadores de Ganancia Ajustable (PGA’s)

Controlada digitalmente

Convertidores Análogo/Digital (ADC’s) Convertidores Digital/Análogo (DAC’s) Phase Locked Loop (PLL’s)

Señal de Reloj de Alta Frecuencia Recuperación de Señales de Alta frecuencia



Fronteras Análogo, Digital o Señales Mixtas?

– Aplicaciones de Circuitos de Señales Mixtas

Celulares Discos Duro Modems Controladores de Motor Productos Multimedia Audio y Video

– Pruebas a cada Chip individual vs. Pruebas a nivel de sistemas© 2006 G. O. Ducoudray


Teléfono Celular Digital

Interfase de Banda de Voz (ADC, DAC,

PGAs, Filtros)

Procesador de SeñalesDigitales

(DSP)

InterfaseBaseband/RF

RF Sección(Mixers, Amp

Low-Noise, Amp de Potencia)

Estaciones Base

ControlProcesador

Monitor

Teclado

Sintetizador de Frecuencia

MIC OIDO



¿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 (SiO2) 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



Estructura MOS

Se compone de una oblea de silicio

Cubierta con una capa de Dióxido de Silicio

Crece la compuerta El oxido es removido Las áreas son

dopadas Dichas capas son

conectas al exterior con metal

O2

Si

O2 O2

SiO2


¿Por Qué Probar Dispositivos de Señales Mixtas? – Realidad de Circuitos

Esquinas Redondeadas Ondas en la superficie del material



– Real World Circuits Doping Errors

– Concentrations of charge in material• DC offsets• Distortions• Noise

Underetching – No connects at Vias

Misalignment– Incorrect or no connects

Incomplete Etch– Areas of incomplete etching

Blocked Etch– Particle interference


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Defectos Catastróficos

Hoyo (metal no contacta capa inferior)



Traspaso de capa al crear via



Metal sobre depositado


– Mientras la escala disminuye y la rapidez aumenta, la sensitividad al funcionamiento de cada pieza se torna mas exagerada



Flujo de Producción Post Silicio– Pruebas a la oblea

Dispositivos malos son entintados o su posicion grabada en un ATE

– Reduce gasto en empaquetado

– Obleas se cortan en chips separados Los chips que fallan son descartados

– Los chips buenos se adentran en marcos metálicos Las agarraderas metalicas se convierten en los conectores del

dispositivo (las patitas).

– Empaque Un cilindro de plastico es inyectado

– Prueba Final Asegura que no sufre dano en el proceso de empaque


Caracterización vs. Prueba de Producción– Pruebas de prototipo son usualmente muy

extensas Búsqueda de especificación para el peor caso Guarda-raya Tiempo de prueba no es el determinante principal Base estadística

– En Pruebas de producción el tiempo es critico Consumo mínimo de tiempo Basado en las peores condiciones encontradas o

establecidas durante la caracterización



Equipo de Prueba y Diagnostico– Examinador de Señales Mixtas

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)”



• Teradyne A575 Tester


Placa de Interfase con el Dispositivo Device Interface Board (DIB)


– Probadores 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)”



– Manipuladoras 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.

Manipuladoras Robóticas y de Alimentación por Gravedad



– Probadores de rayo de Electrones “E-Beam Probers”

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.


– Focussed Ion Beam Equipment (FIB) 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.


Desarrollo de Productos Nuevos– Ingeniería Concurrente

Función Proactiva del ingeniero de prueba Examinable—se puede probar Evite pruebas innecesarias Detecte circuitos sin capacidad de ser probados en

un ATE.


Flujo de Ingeniería Concurrente– Ingenieros de Sistemas / Mercadeo– Ingenieros de Diseño– Ingenieros de Prueba– Ingeniero de Producto


Retos de Pruebas para Señales Mixtas– Tiempo a venta

Primera prioridad para los manufactura de semiconductores– Ganancia es la segunda pero muy cerca de tiempo para venta– Ganancia disminuye con competencia

La falta de un programa de prueba que sea efectivo en costo y tiempo es la tardanza para sacar nuevos productos al mercado.

Las pruebas de senales mixtas son particularmente difíciles. 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.


– Precisión, Repetición y Correlación Precisión - Habilidad de obtener una respuesta

fidedigna– Interferencia Electromagnética– Calibración / Prep de rango del instrumento– Condiciones incorrectas de Prueba

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

Correlación - repetición de patrón en otros instrumentos

– Variantes diarias– Variantes de “Hardware”


– Retos Electro-Mecánicos 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


– Economía de Pruebas de Producción Tiempo invertido es Dinero gastado!!

– ATE cuesta $2,000,000 o mas.– Probadores / Manipuladores cuestan $500,000 o mas.

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.

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.


Resumen– Pruebas DC tests are very easy to

define and understand– Actual testing is usually much more

difficult than it looks. A DC offset of 100mV is easy to measure

with an precision of +/- 10mV - very difficult to measure with an precision of 1uV.

precision and repeticion are often the most time consuming problems faced by an analog test engineer.

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