Министерство образования Российской ФедерацииВладимирский государственный университет

В.П. КРЫЛОВ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЬАНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Лабораторный практикум

Владимир 2003

УДК 621.396.6 (075.8)К85

Рецензенты:Доктор физико-математических наук, профессор зав. кафедрой

"Электротехника и микропроцессорная электроника" Московскогогосударственного института стали и сплавов (технического

университета)Ф.И. Маняхин

Доктор технических наук, профессор кафедры электрофизикиМосковского энергетического института (технического

университета)С.К. Шмелев

Печатается по решению редакционно-издательского советаВладимирского государственного университета

Крылов В.П.К85 Автоматизированный контроль аналоговых интегральных

микросхем: Лабораторный практикум / Владим. гос. ун-т.Владимир, 2003. 68 с.

ISBN 5-89368-376-5

Лабораторный практикум содержит описания лабораторных работ покурсу "Технология производства радиоэлектронных средств", выполняемыхна базе автоматизированного тестера TR-9574 фирмы EMG (Венгрия).

Рассчитан на студентов высших учебных заведений, обучающихся понаправлениям 551100, 654300 и специальностям 200800 – проектированиеи технология радиоэлектронных средств и 220500 – проектирование и тех-нология электронно-вычислительных средств.

Табл. 17. Ил. 9. Библиогр.: 20 назв.

УДК 621.396.6 (075.8)

ISBN 5-89368-376-5 c©Владимирский государственныйуниверситет, 2003c©Крылов В.П., 2003

Оглавление

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Раздел 1. ВИДЫ, МЕТОДЫ И ПРОБЛЕМЫ КОНТРОЛЯАНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ . . . 5

Раздел 2. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ТЕСТЕР TR-9574 . . . . . 132.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2. Состав и диапазоны контролируемых параметров . . . 162.3. Сопряжение с внешними устройствами . . . . . . . . . 252.4. Особенности эксплуатации и диагностика ошибок . . . 27

Раздел 3. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ . . 293.1. Общие рекомендации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.2. Статистические "портреты" поставщика ИМС . . . . . 363.3. Статистическая разрешающая способность контроля . 45

Раздел 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ . . . . . . . . . 494.1. Измерения и контроль параметров ИМС . . . . . . . . 494.2. Программирование тестера TR-9574 . . . . . . . . . . . 504.3. Исследование влияния условий измерений . . . . . . . 544.4. Разработка адаптера для контроля аналоговой ИМС . 564.5. Согласование требований российских и зарубежных

нормативных документов по контролю ИМС . . . . . . 594.6. Изучение "портрета" поставщика ИМС . . . . . . . . . 604.7. Определение разрешающей способности контроля . . . 624.8. Оформление отчетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . 67

ВведениеАвтоматизированный контроль аналоговых интегральных микро-

схем (ИМС) обычно сводится к параметрическому контролю [10].Особенности его обусловлены тем, что аналоговые микросхемы, вотличие от цифровых, предназначены для обработки аналоговых сиг-налов, несущих прямое отображение информации в реальном мас-штабе времени. Операции, выполняемые аналоговыми устройствами(стабилизация или усиление по току или напряжению, сравнение на-пряжений, модуляция, детектирование и т. п.), характеризуются со-ответствием определенных уровней выходных сигналов различнымуровням входных сигналов. Информативным (интерфейсным) можетбыть любой параметр импульсно-потенциального или синусоидаль-ного сигнала (напряжение, ток, мощность, время, частота и т. д.).

Предлагаемый вашему вниманию лабораторный практикум на ба-зе универсального автоматизированного тестера TR-9574 венгерскойфирмы EMG (разд. 2) поможет приобрести практические навыки ре-шения некоторых из рассмотренных в разд. 1 и 3 проблем контроляаналоговых интегральных микросхем.

Лабораторные задания (разд. 4) рассчитаны главным образом настудентов старших курсов направления 551100 "Проектирование итехнология электронных средств", знакомых с основами аналоговойсхемотехники в объеме курсов "Основы радиоэлектроники" и "Ана-логовая и цифровая микросхемотехника". Вместе с тем автор счита-ет, что выполнение лабораторного задания 4.1 (см. разд. 4) полезностудентам младших курсов при изучении перечисленных дисциплин.

Данное пособие является составной частью методического обес-печения технологического цикла дисциплин указанного направ-ления. Не затронутым в нем вопросам технологии автоматизи-рованного контроля аналоговых интегральных микросхем в тойили иной степени посвящены методические разработки кафедрКТ РЭС [10, 17] и РТ и РС [13] ВлГУ. В подразд. 2.3, 3.2, 4.5использованы результаты научных разработок автора и его коллег.

Раздел 1.

ВИДЫ, МЕТОДЫ И ПРОБЛЕМЫ КОНТРОЛЯАНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХМИКРОСХЕМ

Аналоговыми называются интегральные микросхемы [4], пред-назначенные для обработки сигналов, имеющих вид непрерывныхфункций времени. Частным случаем являются линейные микросхе-мы — аналоговые ИМС с линейными характеристиками. Необхо-димость контроля [3] возникает как при изготовлении самих ин-тегральных микросхем на предприятиях электронной промышлен-ности, так и в процессе изготовления электронных средств (ЭС) сиспользованием ИМС на сборочных предприятиях. Виды контроляразличают в зависимости от его места в технологических процессахизготовления ИМС (операционный, выходной) или сборки ЭС (вход-ной), а также в зависимости от степени охвата контролем продукции(сплошной, выборочный).

Для инженеров специальностей 200800 и 220500 наибольшийинтерес представляют особенности организации входного контроляИМС. Входной контроль осуществляют по параметрам (требовани-ям) и методам, установленным в нормативно-технической докумен-тации (НТД) на контролируемую продукцию, договорах на ее по-ставку и протоколах разрешения.

Решение о введении входного контроля ИМС, увеличении илисокращении его объемов в сторону выборочного контроля вплоть дополной отмены потребитель обычно принимает на основе результа-тов сплошного входного контроля или результатов эксплуатации ЭСна ИМС. Обычно этому решению предшествует выбор схемы взаи-модействия с изготовителем ИМС.

Взаимодействие может быть непосредственным (японский вари-ант) или через посредника. Посредник, в свою очередь, может бытьлибо простым перекупщиком (вариант, характерный для постпере-строечной России), либо иметь свои средства контроля и испытаний

6

ИМС (американо-европейский вариант). В этом случае, согласно, на-пример, законодательству США, ответственность изготовителя ИМСза качество своей продукции полностью переходит на посредника.

По российским законам изготовитель ИМС пока несет ответ-ственность за свою продукцию вплоть до окончания периода гаран-тийной эксплуатации независимо от длины цепочки посредников.Однако следует иметь в виду, что это относится к так называе-мой кондиционной продукции, которая признана годной средства-ми выходного контроля (ОТК) изготовителя и после изготовлениявплоть до продажи конечному потребителю через цепочку посред-ников не подвергается недопустимым внешним воздействиям, чтодолжно быть подтверждено документально. В то же время в Россиидействует также закон о защите прав потребителей, возлагающийопределенную долю ответственности на продавца элементной базы.

Необходимость и объем входного контроля диктуется в основномэкономическими соображениями [19]. Так, если принять стоимостьвходного контроля одной ИМС за единицу, то стоимость заменынеисправной ИМС в печатной плате возрастает в 5 – 10 раз, в аппа-ратуре при ее испытании в 100 раз и в аппаратуре, эксплуатируемойпотребителем, более чем в 1000 раз. Другой известный пример1 —влияние засоренности партий изделий электронной техники (ИЭТ)на выход ячеек (печатных плат с ними). Наличие 0,01 % дефектныхИЭТ снижает выход годных печатных плат, содержащих 100 ИЭТ,до 99 %. 2 % дефектных ИЭТ уменьшают выход до 13,3 %, а 5 %дефектных ИЭТ делают все 100 % ячеек негодными. В этой работетакже отмечается, что каждый доллар, затраченный на исключениебрака при входном контроле, дает увеличение прибыли до 4,5 дол-лара.

Кроме того, входной контроль (особенно в условиях японского ва-рианта) позволяет значительно повысить оперативность связи меж-ду изготовителем ИМС и потребителем, так как он является первымисточником информации о качестве и надежности ИМС в сфере экс-плуатации.

1Горлов М.И., Грищенко В.Т. Входной контроль изделий электронной техники /АООТ "Видеофон".– Воронеж, 1993. – 71 с.

7

Будучи первым барьером, позволяющим не допускать для даль-нейшего использования ИМС, не соответствующие техническим тре-бованиям, входной контроль может явиться и источником скрытыхповреждений ИМС. Поэтому главное и первостепенное требованиек входному контролю — это обеспечение безопасного прохождениячерез него ИМС, что достигается путем тщательной отработки ме-тодик входного контроля, основанных главным образом на неразру-шающих методах проверки электрических параметров ИМС.

С увеличением объемов контроля ИМС возникает необходимостьего автоматизации за счет использования универсальных автома-тизированных тестеров или создания собственных измерительно-вычислительных комплексов (ИВК), удовлетворяющих требованиямдействующих нормативно-технических документов. Автоматизациятакже способствует росту уровня объективности (качества) контро-ля, исключая субъективные ошибки контролера.

Перечислим основные задачи входного контроля продукции поГОСТ 24297–87 [7]:

– проверка наличия сопроводительной документации на продук-цию, удостоверяющей качество и комплектность продукции;

– контроль соответствия качества (включая контроль электри-ческих параметров) и комплектности продукции требованиям кон-структорской и нормативно-технической документации (НТД) и при-менения ее в соответствии с протоколами разрешения;

– накопление статистических данных о фактическом уровне ка-чества получаемой продукции и разработка на этой основе пред-ложений по повышению качества и, при необходимости, пересмотратребований НТД на продукцию. При необходимости потребитель мо-жет проводить дополнительные проверки продукции, не предусмот-ренные требованиями действующей НТД. Объем и методы провероксогласовываются между потребителем и поставщиком;

– периодический контроль за соблюдением правил и сроков хра-нения продукции поставщиков.

В состав перечисленных выше видов контроля (входной, опера-ционный, выходной и т. д.) могут быть включены различные методыи средства контроля [10].

8

Основным нормативным российским документом, регламентиру-ющим методы измерения электрических параметров и определенияхарактеристик аналоговых микросхем, является ГОСТ 19799-74 [6].Читатель может убедиться в этом, заглянув на сервер www.gost.ruили в указатель действующих стандартов, имеющийся в библиоте-ке университета (предприятия). Этот стандарт применяется в Россиипри разработке приборов (тестеров) и установок для измерения элек-трических параметров микросхем, при проведении научно-исследо-вательских и опытно-конструкторских работ, а также регламентиру-ет отношения изготовителя и потребителя ИМС в процессе согла-сования и пересмотра частных технических условий (ЧТУ) на кон-кретные типы микросхем. ЧТУ (иногда просто ТУ) в соответствиис российским законодательством устанавливают методы измеренияэлектрических параметров с указанием конкретных измерительныхприборов. Обращаю внимание читателей на то, что именно ТУ или,в отдельных случаях, страницы (сайты, серверы) фирм-изготовите-лей в INTERNET, а не случайные справочники, в большом количе-стве появившиеся в последнее время на прилавках наших книжныхмагазинов, могут дать информацию для обоснования претензий из-готовителям (поставщикам) некачественных ИМС.

В стандарте [6] приводятся структурные схемы различных мето-дов измерений без указания конкретных средств измерений. Методы(их в стандарте более 130) сгруппированы в 9 классов. Классифика-ционным признаком является вид размерности измеряемого парамет-ра. Каждый метод имеет четырехзначный цифровой код (номер) —1000 – 9000. Первая цифра кода определяет класс, а три последу-ющие — номер внутри класса, причем последняя цифра номера, какправило, 0. Если последняя цифра другая, то перед нами разновид-ность ранее описанного метода, номер которого оканчивается на 0.Две средние цифры, по существу, означают номер измеряемого па-раметра, а последняя цифра — порядковый номер метода измеренияданного параметра.

Класс 1000 образуют методы измерений электрических парамет-ров, имеющих размерность напряжения. Электрические параметры,имеющие размерность тока, объединены в класс 2000. В классах

9

3000, 4000, 5000, 7000, 8000 собраны методы измерения электри-ческих параметров, имеющих соответственно размерности мощно-сти, частоты, времени, сопротивления и пр. (скорость нарастания,крутизна преобразования, фазовый сдвиг и т. п.). Достаточно много-численный класс 6000 образуют методы измерения относительных(безразмерных) параметров. И наконец, в классе 9000 собраны ме-тоды определения нагрузочных, амплитудных, амплитудно- и фазо-частотных характеристик.

В качестве примера рассмотрим метод 6501 — измерение коэффи-циента усиления напряжения (KуU ) для микросхем с одним входом.Структурная схема для измерения KуU приведена на рис. 1.1.

Метод рекомендуется применять при испытаниях микросхем смалым входным сигналом. Он позволяет уменьшить погрешность из-мерения KуU , связанную с погрешностью измерителя переменногонапряжения. При измерениях на высоких частотах в качестве де-лителя допускается использовать высокочастотный калиброванныйаттенюатор.

Основные элементы, входящие в структурную схему, должныудовлетворять требованию

R2 � 0, 01Rвх,

где Rвх — входное сопротивление микросхемы.Напряжение питания E1 подается на микросхему 2 от источни-

ка 3. Измеряют напряжение Uвых Г на выходе генератора 1. Затемпереключатель B1 переводят из положения 1 в положение 2 и изме-ряют напряжение Uвых на выходе микросхемы 2 измерителем 4.

Коэффициент усиления напряжения определяют по формуле

KуU =KделU Uвых

Uвых Г,

где KделU — коэффициент деления делителя, включенного на входемикросхемы, определяемый по формуле

KделU =R1 + R2

R2.

10

Коэффициент KделU рекомендуется выбирать равным номиналь-ному значению коэффициента усиления напряжения испытуемой ми-кросхемы.

Рис. 1.1. Схема измерения коэффициента усиления

При технической реализации приведенной на рис. 1.1 схемы влюбом автоматизированном тестере возникают некоторые принципи-альные трудности. Одна из них связана с обеспечением уровня на-чального отсчета для сигналов воздействия и измерения [9, с. 195]и представляет собой довольно сложную задачу при проектирова-нии контрольно-измерительного оборудования. Дело в том, что по-нятия для проводов "Общий", "Земля", "Нулевая шина" означают,что данный провод через хорошее проводящее соединение связаннепосредственно с корпусом установки. Однако такого, казалось бынадежного, соединения для измерительного оборудования недоста-точно. Действительно, если соединить все узлы и блоки измери-тельной установки единым проводом, то, как бы велико не было егосечение, при включенной установке в разных точках этого проводавсегда окажутся различные потенциалы. Следовательно, разные бло-ки тестера будут создавать или измерять сигналы с различным на-пряжением смещения, что приведет к неправильному формированиювоздействий и к дополнительным погрешностям измерения. В наи-большей степени это проявится в процессе так называемых "дистан-ционных" измерений, когда испытуемая микросхема подключается ктестеру с помощью зондовой установки (измерения на пластине) иликабелей, соединяющих тестер с термостатом, камерой влаги и т. п.

Выходом из положения является использование дополнительной

11

шины, часто называемой "измерительным нулем", "измерительнойземлей" и т. д. Схема поддержания нулевого потенциала (рис. 1.2,слева) предусматривает использование двух проводов, подключае-мых к соответствующему выводу микросхемы. Аналогичным обра-зом на вывод микросхемы подается заданный потенциал с помощьюпрограммного источника напряжения (рис. 1.2, справа). Назначениепрограммного источника напряжения состоит в том, чтобы форми-ровать заданное напряжение на выводе ИМС. Кремниевые диодыD1 и D2, включенные встречно-параллельно, обеспечивают защитуустройств формирования потенциала при случайном разъединениисилового провода и провода обратной связи (ОС).

Рис. 1.2. Cхемы поддержания потенциала

При измерении электрических параметров микросхем с помощьюавтоматизированных измерительных установок стандарт допускаетприменение других методов измерения, не указанных в нем. Приэтом погрешность измерения должна соответствовать погрешностина измеряемый параметр, указанной в ЧТУ на микросхемы. Стандартне ограничивает перечень коммутирующих элементов, применяемыхдля автоматизации измерений, требуя лишь обеспечение точности,указанной в ЧТУ. Характер и значение нагрузки Rн и схема ее под-ключения также указываются в ЧТУ. При необходимости емкость ииндуктивность монтажных проводов, испытательных зажимов и из-мерительных приборов, подключаемых к выходу микросхемы, учи-тывают в параметрах нагрузки.

Эти безобидные на первый взгляд формулировки стандарта [6] вцелом ряде случаев могут стать серьезным препятствием для исполь-зования автоматизированных тестеров иностранного производства вкачестве средств контроля отечественных микросхем. Ведь разра-

12

ботчики и изготовители этих тестеров, в общем-то, не обязаны со-блюдать требования российского стандарта. Ситуация усложняетсяи при попытке организовать входной контроль микросхем зарубеж-ного производства, технические условия на поставку и применениекоторых также не всегда учитывают требования российских стан-дартов. Формальное несоответствие стандарту может создать допол-нительные трудности при сертификации электронных средств. Та-ким образом, практическая разработка и внедрение в производствотехнологии контроля интегральных микросхем связаны с решениемкомплекса не только технических, но и юридических проблем. Ком-плексное их решение предполагает более тесную интеграцию россий-ских предприятий — производителей и потребителей интегральныхмикросхем — в мировой процесс производства электронных средств.

Раздел 2.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ТЕСТЕР TR-95742.1. Общие сведения

Автоматизированный тестер аналоговых интегральных микро-схем TR-9574 венгерской фирмы EMG (см. первую страницу об-ложки) представляет собой быстродействующую интеллектуальнуюдвухпроцессорную измерительную систему для параметрическогоконтроля, классификации и сортировки четырех типов интеграль-ных микросхем или аналогичных им по характеристикам электрон-ных средств: операционных усилителей, стабилизаторов напряже-ния, компараторов напряжения и повторителей напряжения. В одномкорпусе (на одном кристалле) может находиться до четырех микро-схем одного из указанных типов.

Тестер имеет в своем составе энергонезависимое постоянное за-поминающее устройство (ПЗУ) со специализированным системнымпрограммным обеспечением емкостью 48 Кбайт, оперативное запо-минающее устройство (ОЗУ) для ввода переменной части испы-тательной программы емкостью 4 Кбайта и перепрограммируемоезапоминающее устройство (ППЗУ) на ИМС с комплементарнымиструктурами металл-окисел-полупроводник (КМОП ИМС) емкостью32 Кбайта с библиотекой составленных пользователем программ из-мерений (до 80 программ на 2 страницах). Для защиты записаннойв ППЗУ информации при выключении тестера из сети с напряже-нием 220 В предусмотрена батарея из 3 гальванических элементовс номинальным напряжением 1,5 В каждый. Она размещается вну-три корпуса тестера. Таким образом ППЗУ программ является энер-гонезависимым до тех пор, пока батарея полностью не разрядится.Возможна замена батареи в подключенном к сети тестере без потериинформации в ППЗУ.

Для контроля и измерений микросхема устанавливается в кон-тактирующее приспособление так называемого адаптера — специаль-но изготовляемого устройства (рис. 2.1). Плата адаптера, в свою оче-

14

редь, имеет два ряда контактов для подключения к тестеру. Разъемподключения адаптера расположен на передней панели тестера сле-ва от клавиатуры (рис. 2.2). Тестер комплектуется универсальнымизаготовками для быстрого изготовления новых адаптеров, а такженабором типовых адаптеров для распространенных ИМС. На зад-нюю панель тестера выведены разъемы для подключения питания ивнешних устройств, а также два регулятора: яркость (INTENSITY)и контрастность (CONTRAST) (рис. 2.3).

Рис. 2.1. Конструкция адаптера

15

Ввод новой программы измерений производится с помощьювстроенной клавиатуры в диалоговом режиме. Проблемно-ориенти-рованный интерфейс системного программного обеспечения суще-ственно облегчает эту задачу даже для тех пользователей, которыеслегка владеют английским языком, — тестер выдает на дисплейограниченный набор простых и достаточно понятных сообщений наанглийском языке.

Рис. 2.2. Клавиатура и разъем подключения адаптера

Рис. 2.3. Тестер TR-9574: вид сзади

16

2.2. Состав и диапазоны контролируемых параметров

Состав контролируемых параметров определяется типом ИМС.Диапазоны измерений и соответствующие им значения разрешающейспособности и погрешности измерений приведены из техническогоописания тестера TR-9574. Обозначения параметров соответствуютдокументации фирмы EMG — изготовителя прибора. Для справкив скобках 〈. . .〉 приведены соответствующие буквенные обозначенияпо ГОСТ 19480-74 [5], если они отличаются от фирменных.

Операционные усилители

Параметрический контроль операционных усилителей предусмат-ривает измерение 19 параметров, в том числе тока потребления поцепям питания ±ICC 〈Iпот〉 (табл. 2.1) и напряжения смещения VOS

〈Uсм〉 (табл. 2.2).

Таблица 2.1. Измерение тока потребления ±ICC

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 мкА 0,1 мкА ± (2 % + 10 мкА)31,2 - 500 мкА 1 мкА ± (2 % + 20 мкА)312 - 5000 мкА 10 мкА ± (2 % + 50 мкА)3,12 - 50 мА 100 мкА ± (2 % + 400 мкА)31,2 - 130 мА 1 мА ± (2 % + 1 мА)

Если Icc > 130, то на экран дисплея выводится сообщениеOVER. Сообщение DUT SHORT на экране дисплея означает, чтоIcc > 2Icclim, где Icclim – граничное (по ТУ) значение тока потреб-ления. В случае Icc < Icclim

16 появляется сообщение DUT OPEN, пре-дупреждающее о возможном отсутствии контактирования (слишкоммал ток потребления).

Напряжение смещения определяется как значение последова-тельного с входом напряжения, за счет которого выходной уровеньдостигает значения 0 В. При этом выводы компенсации смещениядолжны оставаться свободными. Испытание проводится при номи-нальных напряжениях питания и без нагрузки на выходе.

17Таблица 2.2. Измерение напряжения смещения VOS

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 мкВ 0,1 мкВ ± (1 % + 20 мкВ)31,2 - 500 мкВ 1 мкВ ± (1 % + 20 мкВ)312 - 5000 мкВ 10 мкВ ± (1 % + 40 мкВ)3,12 - 50 мВ 100 мкВ ± (1 % + 400 мкВ)31,2 - 500 мВ 1 мВ ± (1 % + 4 мВ)

Контроль возможности балансировки напряжения смещенияVOSBAL проводится по принципу ГОДЕН/НЕ ГОДЕН. При этоммежду выводами компенсации с помощью реле включается резистор,который замещает балансирующий потенциометр. ИМС проверяетсяс помощью схемы для измерения напряжения смещения. Соответ-ствующие напряжения питания с помощью реле подключаются сна-чала на первый вывод балансировки, а затем — на второй. В обоихслучаях производится измерение напряжения смещения. Если знакиполученных значений напряжения смещения различные, то выдаетсясообщение ГОДЕН, а если знаки одинаковые — НЕ ГОДЕН.

Входные токи Ib+ 〈Iвх〉 и IOS 〈∆Iвх〉 измеряются, а Ib− и Ibias

рассчитываются (табл. 2.3). Входной ток неинвертирующего входаIb+ измеряется при условии нулевого выходного напряжения и от-сутствии нагрузки на выходе. Входной ток инвертирующего входаопределяется по формуле

Ib− = Ib+ − Ios,

где разность входных токов IOS измеряется аналогично Ib+. Среднийвходной ток рассчитывается по формуле

Ibias =Ib+ + Ib−

2.

В состав контролируемых параметров входят также: максималь-ная амплитуда выходного напряжения ±Vout 〈Uвых.max〉 (табл. 2.4),коэффициент усиления по напряжению сигнала большого уровня при

18

открытой петле обратной связи ±GAIN 〈KуU 〉, коэффициент ослаб-ления синфазных входных сигналов ±CMRR 〈Kос.сф〉, коэффици-ент ослабления влияния изменений величины напряжения питания±PSRR (табл. 2.5), произведение коэффициента усиления на полосупропускания (площадь усиления) GBWP (табл. 2.6).

Таблица 2.3. Измерение входных токов

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 пА 0,1 пА ± (1 % + 10 пА)31,2 - 500 пА 1 пА ± (1 % + 20 пА)312 - 5000 пА 10 пА ± (1 % + 40 пА)3,12 - 50 нА 100 пА ± (1 % + 400 пА)31,2 - 500 нА 1 нА ± (1 % + 4 нА)312 - 5000 нА 10 нА ± (1 % + 40 нА)3,12 - 50 мкА 100 нА ± (1 % + 400 нА)

Таблица 2.4. Измерение максимальной амплитуды выходного напряжения

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 мВ 0,1 мВ ± (1 % + 2 мВ)31,2 - 500 мВ 1 мВ ± (1 % + 10 мВ)312 - 5000 мВ 10 мВ ± 1 %3,12 - 50 В 100 мВ ± 1 %

Максимальная амплитуда выходного напряжения ±Vout пред-ставляет собой то пиковое напряжение, которое может обеспечи-ваться усилителем на выходе при допустимом уровне искажений.

Коэффициент усиления по напряжению сигнала большого уров-ня при открытой петле обратной связи ±GAIN (дБ) рассчитыва-ется как отношение приращения выходного напряжения к такомуприращению входного напряжения, которое требуется для переводавыходного напряжения от нулевого значения до заданного уровнявыходного напряжения. Измерение производится после компенсациинапряжения смещения. Коэффициент ослабления синфазных вход-ных сигналов ±CMRR (дБ) определяется как отношение прираще-

19

ния синфазного напряжения к вызванному этим приращением из-менению напряжения смещения. Коэффициент ослабления влияниянестабильности напряжения питания ±PSRR (дБ) определяется какотношение изменения напряжения одного из источников питания квызванному данной процедурой изменению напряжения смещения.

Таблица 2.5. Измерение коэффициентов усиления и ослабления

Диапазон Разрешение Погрешность26 - 50 дБ 0,1 дБ ± 2 дБ46 - 70 дБ 0,1 дБ ± 2 дБ66 - 90 дБ 0,1 дБ ± 5 дБ86 - 110 дБ 1 дБ ± 10 дБ106 - 130 дБ 1 дБ ± 20 дБ

Таблица 2.6. Измерение площади усиления

Диапазон Разрешение Погрешность20 - 200 кГц 1 кГц ± (5 % + 80 кГц)0,2 - 2 МГц 10 кГц ± (5 % + 80 кГц)2 - 20 МГц 100 кГц ± (5 % + 0,8 МГц)20 - 200 МГц 1 МГц ± (10 % + 0,8 МГц)

Вместо площади усиления GBWP в отечественной практикеобычно измеряют граничную частоту усиления, однако алгоритмизмерений GBWP позволяет вычислить указанный параметр, по-скольку при измерении тестером параметра GBWP подразумевает-ся, что амплитудно-частотная характеристика операционного усили-теля имеет постоянную времени первой степени, то есть уменьшениекоэффициента усиления имеет крутизну –20 дБ/декада. На резуль-таты измерений существенно влияют значения блокировочных ем-костей, подключаемых для предотвращения самовозбуждения уси-лителя. В конечном итоге измерение площади усиления в тестересводится к измерению коэффициента усиления (отн. ед.) на частоте10 кГц. Затем это значение умножается на 10 кГц. Результат изме-ряется в герцах, но это не граничная частота усиления.

20

Максимальная скорость нарастания сигнала SLEWRATE (SR)или ±SLEW 〈VUвых〉 измеряется в диапазоне 50 мВ/мкс –

1000 В/мкс с погрешностью ±(

10 % +0, 5[мкс] SR[В/мкс]

∆V0[В]%

)в

случае ∆V0 = 10 В. Она представляет собой максимальную скоростьнарастания выходного напряжения усилителя при высокоуровневыхсигналах управления и при номинальных значениях напряжения пи-тания. Измерение может проводиться при замкнутой или разомкну-той цепях обратной связи. В основе измерительного алгоритма –преобразование "частота – напряжение" с автоматической самока-либровкой коэффициента преобразования непосредственно перед из-мерением.

При проведении измерений перечисленных параметров операци-онных усилителей напряжения питания +VCC 〈E1〉 и −VCC 〈E2〉могут устанавливаться в диапазоне 0 – 50 В при токе нагрузки неболее 130 мА. Изменение напряжения питания ∆V0 можно устано-вить в диапазоне 0 – 50 В, а сопротивление нагрузки RLOAD — вдиапазоне 400 Ом – 50 кОм. Состояние исследуемого прибора DUTпри измерении крутизны нарастания Closed Loop=Y (да) соответ-ствует измерению при замкнутой петле обратной связи, а ClosedLoop=N (нет) — разомкнутой петле обратной связи.

Повторители напряжения

При контроле повторителей напряжения измеряется ток потреб-ления по цепям питания ±ICC (табл. 2.7) и напряжение смещенияVOS (см. табл. 2.2).

Контроль баланса VOSBAL проводится по принципу ГО-ДЕН/НЕ ГОДЕН. Входной ток Ib+ измеряется с точностью, раз-решающей способностью и в пределах, указанных в табл. 2.3.

Значения точности, разрешающей способности и пределы изме-рения максимальной амплитуды выходного напряжения ±Vout при-ведены в табл. 2.4.

Коэффициент усиления по напряжению ±GAIN измеряется приизменении напряжения питания ∆V0 = 10 В (табл. 2.8).

21Таблица 2.7. Измерение тока потребления ±ICC

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 мкА 0,1 мкА ± (2 % + 10 мкА)31,2 - 500 мкА 1 мкА ± (2 % + 20 мкА)312 - 5000 мкА 10 мкА ± (2 % + 50 мкА)3,12 - 5 мА 100 мкА ± (2 % + 400 мкА)31,2 - 130 мА 1 мА ± (2 % + 1 мА)

Таблица 2.8. Измерение коэффициента усиления по напряжению сигналабольшого уровня

Диапазон Разрешение Погрешность0,9523 - 0,9969 0,0001 ± 0,1 %0,9950 - 0,9997 0,0001 ± 0,03 %0,9995 - 1,000 0,0001 ± 0,02 %

Возможности тестера при измерении коэффициента ослаблениявлияния изменений величины напряжения питания ±PSRR отраже-ны в табл. 2.5.

Максимальная скорость нарастания сигнала SR или ±SLEWпри ∆V0 = 10 В измеряется в диапазоне 50 мВ/мкс – 256 В/мкс с

погрешностью ±(

10 % +0, 5[мкс] SR[В/мкс]

∆V0[В]%

).

Выходное сопротивление Rout измеряется согласно табл. 2.9.

Таблица 2.9. Измерение выходного сопротивления

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 2 Ом 10 мОм ± (5 % + 15 мОм)2 - 20 Ом 100 мОм ± (5 % + 100 мОм)20 - 200 Ом 1 Ом ± 5 % В

При проведении измерений параметров операционных усилите-лей напряжения питания +VCC и −VCC могут устанавливаться вдиапазоне 0 – 50 В при токе нагрузки не более 130 мА. Изменениенапряжения питания ∆V0 можно установить в диапазоне 0 – 50 В,а сопротивление нагрузки RLOAD — в диапазоне 400 Ом – 50 кОм.

22

Компараторы напряжения

Ток потребления по цепям питания ±ICC измеряется в соот-ветствии с табл. 2.7. Ток потребления от опорного источника ±Id

измеряется в соответствии с табл. 2.10.

Таблица 2.10. Измерение тока потребления от опорного источника

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 мА 10 мкА ± (2 % + 100 мкА)3,12 - 20 мА 100 мкА ± (2 % + 200 мкА)

Напряжение смещения VOS контролируется с характеристиками,приведенными в табл. 2.11.

Таблица 2.11. Измерение напряжения смещения VOS

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 500 мкВ 1 мкВ ± (1 % + 100 мкВ)312 - 5000 мкВ 10 мкВ ± (1 % + 200 мкВ)3,12 - 50 мВ 100 мкВ ± (1 % + 500 мкВ)31,2 - 500 мВ 1 мВ ± (1 % + 1 мВ)

Баланс VOSBAL контролируется по принципу ГОДЕН/НЕ ГО-ДЕН. Входные токи Ib+ и Ib− измеряются, а IOS и Ibias рассчитыва-ются (табл. 2.12).

Таблица 2.12. Измерение входных токов

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 500 пА 1 пА ± (2 % + 100 пА)312 - 5000 пА 10 пА ± (2 % + 200 пА)3,12 - 50 нА 100 пА ± (2 % + 400 пА)31,2 - 500 нА 1 нА ± (2 % + 4 нА)312 - 5000 нА 10 нА ± (2 % + 40 нА)3,12 - 50 мкА 100 нА ± (2 % + 400 нА)

Ввиду того что IOS рассчитан из Ib+ и Ib−, погрешность IOS

23

определяется диапазоном измерения Ib+ и Ib− плюс половина оста-точной погрешности диапазона.

Выходные напряжения Vout и Vsat, представляющие собой пре-дельные значения положительного и отрицательного выходных на-пряжений, измеряются с точностью, разрешающей способностью ив диапазонах, указанных в табл. 2.4. Коэффициент усиления по на-пряжению GAIN измеряется в диапазоне 10 − 106 с погрешностью±(5 % + GAIN · 10−3 %), если 10 < GAIN < 105.

Контроль работы стробирования STROBE выполняется по прин-ципу ГОДЕН/НЕ ГОДЕН. Входные токи стробирующего входа Ish

и Isl, соответствующие высокому и низкому уровням стробирующе-го сигнала, измеряются в диапазонах с точностью и разрешающейспособностью, указанными в табл. 2.13.

Таблица 2.13. Измерение входных токов Ish и Isl стробирующего входа

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 мкА 0,1 мкА ± (1 % + 10 мкА)31,2 - 500 мкА 1 мкА ± (1 % + 20 мкА)312 - 5000 мкА 10 мкА ± (1 % + 50 мкА)3,12 - 50 мА 100 мкА ± (1 % + 400 мкА)

Измерение времен задержки Tpdlh и Tpdhl выполняется в диапа-зоне 0 – 250 мкс с погрешностью ± (10 % + 50 нс).

Условия измерений следующие: напряжения питания (положи-тельное и отрицательное) могут быть установлены в диапазоне0 – 50 В при токе нагрузки не более 130 мА. Опорное напряжение+Vd может быть установлено в диапазоне 0 – 10 В при токе нагрузкине более 20 мА. Диапазон токов нагрузки ILOAD 0 – 60 мА.

Стабилизаторы напряжения

Ток покоя ±Iq 〈Iх.х〉 измеряется с разрешающей способностью,точностью и в диапазонах, указанных в табл. 2.14, где d = 40 мкА,если применяется импульсная нагрузка.

24Таблица 2.14. Измерение тока покоя стабилизатора ±ICC

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 мкА 0,1 мкА ± (2 % + 10 мкА) + d31,2 - 500 мкА 1 мкА ± (2 % + 20 мкА) + d312 - 5000 мкА 10 мкА ± (2 % + 50 мкА) + d3,12 - 50 мА 100 мкА ± (2 % + 400 мкА) + d31,2 - 130 мА 1 мА ± (2 % + 1 мА) + d

Выходные напряжения высокого V0/Vr ↑ и низкого V0/Vr ↓ уров-ней измеряются с характеристиками, приведенными в табл. 2.4. Токиопорного источника Iadj ↑ и Iadj ↓ измеряются в диапазоне 1 мкА –5 мА с погрешностью ± (2 % + 5 мкА).

Возможности измерения коэффициента стабилизации по нагруз-ке REG/ld 〈KнсI〉 и коэффициента стабилизации по входному на-пряжению REG/ln 〈KнсU 〉 характеризуются диапазонами измене-ния выходного напряжения соответственно в зависимости от нагруз-ки и по входному напряжению в пределах 0,5 мВ – 5 В с погрешно-стью ±(2 % + 5мВ).

Коэффициент подавления фона сетевого напряжения RipRej〈Kсг〉 измеряется на частоте 120 Гц в диапазоне 20 – 94 дБ с по-грешностью ±3 дБ.

Выходное сопротивление измеряется в диапазоне, с разрешающейспособностью и погрешностью, указанными в табл. 2.15.

Контроль ограничения тока при коротком замыкании Isc ↑ и Isc ↓сводится к испытанию по схеме "ГОДЕН/НЕ ГОДЕН". При этомток нагрузки может быть установлен в диапазоне 0 – 60 мА с по-грешностью ±(5 % + 50 мкА) либо в диапазоне 60 мА – 9,99 А спогрешностью ±(5 % + 10 мА).

Таблица 2.15. Измерение выходного сопротивления

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 0,4 Ом 1 мОм ± (5 % + 5 мОм)0,4 - 4 Ом 10 мОм ± (5 % + 50 мОм)4 - 40 Ом 100 мОм ± (5 % В + 50 мОм)

25

Контроль входных напряжений Vin ↑ и Vin ↓ и разности междувходным и выходным напряжениями Vdiff ↑ и Vdiff ↓ также осу-ществляется по схеме "ГОДЕН/НЕ ГОДЕН". При этом напряжениена выходе устанавливается в диапазоне 0 – 50 В с погрешностью±(2 % + 100 мВ). Измерение изменения напряжения на выходе отизменения входного напряжения выполняется в диапазоне 0,5 мВ –5 В с погрешностью ±(2 % + 5 мВ).

Возможности контроля диапазона выходного напряжения в слу-чае регулируемых стабилизаторов напряжения Vout ↑ и Vout ↓ пока-заны в табл. 2.16.

Таблица 2.16. Контроль диапазона выходного напряжения регулируемыхстабилизаторов напряжения

Диапазон Разрешение Погрешность0 - 50 мВ 0,1 мВ ± (1 % + 2 мВ)31,2 - 500 мВ 1 мВ ± (1 % + 10 мВ)312 - 5000 мВ 10 мВ ± 1 %3,12 - 50 В 100 мВ ± 1 %

Условия измерения параметров стабилизаторов напряжения ха-рактеризуются диапазоном положительных и отрицательных вход-ных напряжений 4Vin от 0 до 50 В при токе нагрузки неболее 130 мА. Изменение входного напряжения можно устано-вить в диапазоне 0 – 50 В. Диапазон устанавливаемого токанагрузки ILOAD 0 – 9,99 А, а диапазон изменения тока нагрузки4ILOAD 0 – 9,99 А.

2.3. Сопряжение с внешними устройствами

Результаты измерений, полученные на тестере TR-9574, могутбыть переданы на внешние устройства для документирования и по-следующей обработки. Для подключения принтеров РОБОТРОН-1154 или ТМТ-120 на задней стенке прибора имеется специальныйразъем "PRINTER" (см. рис. 2.3). Расположенный рядом с ним разъ-ем с обозначением "SERIAL" соответствует стандартному интерфей-

26

су RS-232C. Для вывода результатов измерений на печать к этомуразъему необходимо подключить матричный принтер типа SX-85 сплатой указанного интерфейса.

Содержимое библиотеки (КМОП-памяти) программ измеренийможет либо выдаваться на внешние устройства, либо обновлятьсяс их помощью. Для этой цели служат стандартный многопроводныйканал общего пользования (КОП) и магнитофонный вход-выход.

Магистральный интерфейс КОП, выведенный на разъем "IEC-625", соответствует ГОСТ 26.003-80, а также стандарту Междуна-родной электротехнической комиссии МЭК-625. Рядом с указаннымразъемом расположены пять двухпозиционных переключателей за-дания адреса тестера. С их помощью тестеру можно поставить всоответствие один из 32 двоичных адресов. Это необходимо сде-лать в том случае, если к информационной магистрали подключеныодновременно несколько различных измерителей, управляемых од-ним компьютером. Магнитофонный вход-выход выведен на разъем"TAPE". Формат записи на магнитную ленту не является стандарт-ным и подробно определен в технической документации на прибор.

Через разъем "HANDLER" тестер может быть подключен кустройству для автоматической подачи микросхем на измерения споследующей сортировкой их на группы (до 5 групп).

Наиболее удобным и доступным каналом ввода результатов изме-рений в персональный компьютер IBM PC является двунаправлен-ный параллельный порт принтера (LPT-порт). Обращаем вниманиечитателя на то, что далеко не у всех IBM-совместимых компьюте-ров порт принтера двунаправленный, то есть информационный байт(8 бит) либо прочитан, либо выставлен для передачи. Схема соедине-ний и программа обмена данными между тестером и двунаправлен-ным параллельным портом LPT персонального компьютера IBM PCразработаны ассистентом кафедры КТ РЭС С.А. Савенко.

Персональные компьютеры фирмы IBM классов 286, 386, 486,как правило, снабжены однонаправленным LPT-портом, то есть ин-формационный байт (8 бит) только выставлен для передачи информа-ции на принтер. Для информационного обмена с такими компьюте-рами рекомендуется использовать имитатор двухканального 16-раз-

27

рядного программируемого параллельного интерфейса (ППИ), под-ключаемый к однонаправленному LPT-порту.

Этот имитатор разработан и изготовлен на кафедре КТ РЭСВлГУ совместно с ОАО �Владимирский завод "Электроприбор"�под руководством и при участии автора данного пособия, а такжестудентов А.В. Карпухина, С.И. Беспалова и А.С. Молокова. Про-грамма обмена данными между тестером и портом LPT персональ-ного компьютера IBM через имитатор ППИ разработана студентомС.А. Крушатиным под руководством и при участии ассистента ка-федры КТ РЭС С.А. Савенко.

2.4. Особенности эксплуатации и диагностика ошибок

Питание тестера осуществляется от однофазной сети перемен-ного тока с напряжением 220 В. Для подключения прибора к сетииспользуются трехпроводной кабель с "евровилкой" и трехконтакт-ная "евророзетка". Это гарантирует одновременно подключение и за-щитное зануление прибора и тем самым избавляет от необходимо-сти занулять металлические части корпуса дополнительным прово-дом. Попытка вставить вилку прибора в обычную сетевую розеткус двумя контактами при выполнении лабораторных работ являетсянарушением правил охраны труда.

Прибор включается и выключается клавишей "Power" (Сеть). Помере разогрева электронно-лучевой трубки дисплея на его экранеможно наблюдать результаты самотестирования отдельных блоков иэлементов измерителя. Если строка результатов измерений (обозна-чение параметра, номинальное и измеренное значения, верхний инижний допустимые пределы) выводится на темном фоне, то поданному внутреннему параметру тестер исправен. О неисправностиприбора сообщает светлый фон строки (инверсная строка) и выходизмеренного значения за указанные пределы. Индикация отдельныхнеисправностей сопровождается выдачей рекомендаций, например,о необходимости замены разряженной батареи КМОП-памяти про-грамм.

Самотестирование приостанавливается в случае появления ин-

28

версных строк и может быть продолжено нажатием клавиши "Enter".В конце этого процесса на экране монитора появляется итоговоесообщение о замеченных неисправностях. После нажатия клавиши"Enter" на экране появляется текстовое приветствие – приглашениек диалогу. Для возвращения к этому тексту в процессе работы стестером необходимо нажать клавишу "Reset".

Подробные инструкции по дальнейшей работе с тестеромTR-9574 приведены в соответствующих лабораторных заданияхразд. 4.

В данном разделе ограничимся кратким перечнем возможных со-общений об ошибках измерений:

1. Icc LIMIT NOT SPECIFIED – строка предельных отклоненийтоков потребления не была заполнена по команде TEST LIMIT.

2. DUT SHORT – величина тока потребления превышает дву-кратное предельное значение либо больше 130 мА.

3. DUT OSCILLATION – самовозбуждение ИМС в диапазоне100 кГц – 1 мГц, что указывает на отсутствие на плате адаптераэлектрорадиоэлементов, предусмотренных ТУ для компенсации са-мовозбуждения.

4. DUT OPEN – при измерении тока потребления получаетсявеличина менее 1/16 заданного предельного значения, что указываетна возможное отсутствие контакта ИМС с адаптером или адаптерас тестером.

5. Vos ERROR (HARDWARE LIMIT) – напряжение смещениянедопустимо велико (> 500 мВ).

6. Ib+orIos ERR (HARDWARE LIMIT) – входной ток более50 мкА.

7. Rup LESS THAN LIMIT – сопротивление между выходом иисточником питания менее 100 Ом, что недопустимо для тестера.

8. OUTLEVEL ERROR (Voh − Vol) < 1 В – диапазон выходногонапряжения компаратора меньше 1 В.

Раздел 3.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКАДАННЫХ

Автор не ставит своей целью подробно излагать здесь теоретиче-ские основы математической статистики. Предполагается, что чита-тель знаком с теорией в объеме, не допускающем, например, отожде-ствления математической статистики со статистикой экономической.Последнюю не без оснований часто называют второй ложью последипломатии, что к математической статистике, как известно, ника-кого отношения не имеет.

Нет особой необходимости, да и возможности, превращатьданный раздел в путеводитель по многочисленным компьютер-ным программам типа Statistika, MathCad, MathLab, LabView идр. Эту трудную задачу без особого пока успеха пытаются ре-шать информационно-аналитические серверы в сети INTERNET,например: www.citforum.ru, www.exponenta.ru, www.matlab.ru иwww.informika.ru. Читатель самостоятельно решит, каким про-граммным продуктом целесообразно воспользоваться для статисти-ческой обработки результатов контроля.

Известный русский математик и механик академик А.Н. Кры-лов очень образно сравнил аппарат математической статистики смельницей для "обмолота" экспериментальных результатов. Глубинаэтого сравнения заключается еще и в том, что мельница здесь рас-сматривается не только как разновидность инструмента. Ведь дляпроцесса помола в определенном смысле небезразлично, что в этумельницу засыпают (хотя ее можно заставить перемолоть различ-ные материалы). Засыпав пшеничное зерно, мы получаем полезныйпищевой продукт, а мука из речного песка для питания не годит-ся. Это означает, в частности, необходимость весьма тщательногоформирования исходных массивов для статистической обработки.

В эпоху трудоемких "рукопашных" расчетов исследователь, ко-торый чаще всего сам же и выполнял эту работу, задумывался о

30

смысле проводимых расчетов и качестве исходной информации. Дей-ствительно, зачем зря время и силы тратить, если заранее знаешь,что трудная работа не имеет смысла.

Компьютеризация статистических расчетов позволила механизи-ровать и автоматизировать трудоемкий процесс ручного вращения"мельничных жерновов". Однако в качестве побочного негативногоследствия компьютеризации следует отметить нежелание отдельных"продвинутых" в компьютерном отношении инженеров (в том числеи будущих) тратить время на предварительный (априорный1) ана-лиз состава и структуры исходной статистической информации. Такпоявляются предпосылки для принятия ошибочных решений по ре-зультатам подобных некритичных статистических расчетов, что в ко-нечном итоге ведет к дискредитации математической статистики какинструмента инженера.

Приведенные в подразд. 3.1 рекомендации, по мнению авто-ра, позволят частично исправить ситуацию. По мере появленияпрограммных продуктов нового поколения с достаточным уров-нем "встроенного интеллекта" актуальность этих рекомендаций без-условно снизится, однако пока они не будут лишними.

Подразд. 3.2 и 3.3 включены в состав лабораторного практикумапотому, что в них излагаются оригинальные авторские методики,опубликованные в специальных изданиях [11, 12], которые, в силуряда причин, могут оказаться недоступными читателю.

3.1. Общие рекомендации

Многолетний практический опыт применения автором методовматематической статистики для решения задач управления техноло-гическими процессами электроники позволяет обратить ваше внима-ние на следующие моменты методологического характера.

1. Основное назначение математической статистики — смысло-вое сжатие больших объемов числовой информации. С точки зренияпсихонейролингвистики – науки о том, как человек воспринимает и

1Apriori – до опыта (лат.).

31

познает окружающий мир – это сжатие способствует формированиюв сознании человека некоего виртуального образа исследуемого яв-ления. В качестве примеров можно привести гистограмму и законраспределения случайной величины, корреляционную зависимостьмежду случайными величинами, расслоение выборок в дисперси-онном анализе, симметричную схему действия факторов из теориипарной линейной корреляции, взаимосвязь законов распределения ичисловых характеристик случайных величин через семейства кривых(ряды) Пирсона, Бородачева, Грама-Шарлье и т. д.

Образ позволяет осуществить "взгляд изнутри" на исследуемыйобъект, создать в реальном масштабе времени "эффект присутствия"как в глубине образа, так и на его поверхности. Образное мышлениепомогает человеку принять решение о своих дальнейших действи-ях. Именно образы, по мнению психонейролингвистов, составляютоснову того, что мы называем знаниями об окружающем мире.

Статистические образы, такие как одномерный закон распределе-ния (гистограмма), схема формирования многомерных законов рас-пределения и др., с успехом могут быть использованы для получения"портретов" изготовителя или поставщика ИМС (см. подразд. 3.2).Отношение дисперсий технологической и измерительной погреш-ностей формирует образ статистической разрешающей способностисредства измерений (см. подразд. 3.3).

2. Обычно, обращаясь к аппарату математической статистики,исследователи забывают2, что большинство расчетных соотношений,статистических критериев и алгоритмов анализа экспериментальныхданных предназначены для обработки случайных величин. Случай-ность величины (независимость одного ее значения от другого) вматематической статистике рассматривается в связи с так называ-емой статистической устойчивостью, то есть особого рода законо-мерностью. Для характеристики этой закономерности в математиче-ской статистике вводится понятие стационарности случайной после-довательности. Случайная последовательность результатов измере-ний может быть стационарной и нестационарной в зависимости от

2Имеются в виду те, которые раньше знали об этом.

32

постоянства во времени таких интегральных (образных) параметров(статистических моментов) случайной величины, как математиче-ское ожидание, дисперсия, асимметрия, эксцесс и др.

Стационарность случайной последовательности результатов из-мерений является, в частности, одним из показателей стабильно-сти технологического процесса изготовления ИМС и, как следствие,ожидаемого постоянства уровня надежности контролируемых изде-лий. Именно стационарность делает перечисленные статистическиемоменты интересными для практических приложений, связанныхс принятием конкретных решений по результатам контроля ИМС.Нестационарность необязательно указывает на нестабильность тех-нологического процесса изготовления, хотя это и не исключается,особенно для тех условий, в которых находятся отечественные из-готовители ИМС. Причиной нестационарности часто бывает некри-тичное отношение к формированию последовательности результатовизмерений, когда игнорируется групповой характер обработки изде-лий, характерный для технологии ИМС.

Если вы по ходу экспресс-анализа не усматриваете в потоке ре-зультатов измерений каких-либо закономерностей, то это отнюдь незначит, что перед вами случайная последовательность. Неслучай-ную закономерность (тренд) иногда сложно обнаружить визуально.Кроме существования тренда (монотонного или периодического) при-чиной неслучайного характера последовательности результатов кон-троля могут быть корреляционные связи, обусловленные, главнымобразом, групповым характером обработки ИМС (см. подразд. 3.2).Напоминаем, что корреляционная (линейная или нелинейная) за-висимость между двумя случайными величинами может быть ин-терпретирована как зависимость (линейная или нелинейная) мате-матического ожидания одной случайной величины от конкретногозначения другой случайной величины. Если эту пару образуют по-следующее и предыдущее значения последовательности результатовконтроля, то мы имеем здесь дело с автокорреляцией, которая делаетпоследовательность неслучайной.

Наиболее часто ошибка, связанная с игнорированием неслучай-ного характера последовательности результатов измерений, проявля-

33

ется при попытке использовать операцию усреднения для повышенияточности измерений. Следует иметь в виду, что базовая формула

σM∗x

=σx√n

,

связывающая среднеквадратичное отклонение выборочного средне-го значения σM∗

xсо среднеквадратичным отклонением единичного

измерения σx и количеством измерений n, "работает" только приусловии, что отдельные измерения xi случайным образом разбро-саны относительно M∗

x , а σx является величиной постоянной, сви-детельствующей о стационарности последовательности результатовизмерений.

Свободно (и другими способами) распространяемые программныепродукты, как это ни странно, в большинстве своем не предусматри-вают проверку последовательностей результатов измерений на слу-чайность и стационарность3, хотя теоретически эти вопросы в мате-матической статистике решены и соответствующие алгоритмы раз-работаны [8].

3. Начинающих исследователей, впервые обратившихся за прак-тической помощью к аппарату математической статистики, пороюобескураживает слегка отдающее мистикой требование компьюте-ра задать доверительную вероятность или уровень значимости припроверке различных статистических гипотез. Напоминаем, что дове-рительная вероятность pдов связана с уровнем значимости α соот-ношением pдов + α = 1.

Пытливый исследователь быстро убеждается в том, что от за-данной доверительной вероятности (уровня значимости) зависит (сточностью до наоборот) формулировка вывода о непротиворечии экс-периментальных данных статистической модели (гипотезе). Серьез-ной методологической ошибкой в этом случае является обращениеза помощью к аппарату математической статистики, несмотря нато, что некоторые "сердобольные" программные продукты услужли-во подсказывают, какое значение надо задать, или, более того, самизадают это значение по умолчанию.

3Предлагаем читателю самостоятельно убедиться в этом.

34

Особенность математической статистики, как и других ориенти-рованных на инженерные приложения разделов математики, состоитв том, что ответ на этот вопрос, увы, нельзя получить в рамкахсамой математической статистики. Государственные4 и отраслевые5

стандарты ограничивают выбор значений доверительной вероятно-сти набором рекомендуемых значений, но не более того. Тут нуженсовет опытного специалиста в конкретной области инженерной дея-тельности [9, 15, 16, 18]. Он поможет принять решение, однако неисключается коррекция этого решения по результатам собственнойпрактической деятельности.

На наш взгляд, здесь будет уместна аналогия с регулированиемлюфта колеса какого-либо транспортного средства (велосипеда, мо-тоцикла, автомобиля). Те из читателей, которые знакомы с этой про-цедурой, знают, что окончательное решение принимает тот, в чьихруках гаечный ключ. Он может заглянуть в инструкцию, прислу-шаться к советам бывалого специалиста из автосервиса, в концеконцов, попросить его установить необходимый зазор, от которогозависит долговечность подшипников, легкость хода и безопасностьезды. Можно, конечно, обойтись и без советов, но . . .

Воспитанные на строгостях предельно корректной классическойматематики6 и одновременно избалованные кажущимися нам бес-предельными возможностями вычислительной техники, мы порою струдом привыкаем к тому, что успех решения математических задачв инженерных приложениях сегодня зависит не только от мощно-сти компьютера на рабочем месте, но и от искусства инженера, егоинтуиции и практического опыта.

4. Аналогичные трудности возникают при оценке достаточностиобъема выборки для того, чтобы судить о статистических характери-стиках так называемой генеральной совокупности, например, партии

4ГОСТ 11.001-73. Прикладная статистика. Ряды предпочтительных численныхзначений статистических характеристик.—М.: Изд-во стандартов, 1973.—12 с.

5ОСТ 11.бК0.012.001-72. Микросхемы интегральные. Исследование технологи-ческих процессов экспериментально-статистическими методами.—М.: Изд-во стан-дартов, 1973.—212 с.

6Которая, кстати, долго не хотела признавать право на жизнь математики обрат-ных некорректных задач.

35

ИМС. Ответ на этот вопрос опять приводит нас к аналогии с регу-лировкой люфта колеса. Иначе говоря, один и тот же объем выборкив одной ситуации может оказаться небольшим, а в другой – вполнедостаточным.

Чаще всего указанные трудности связаны с необходимостью уче-та эффектов малых выборок. Один из таких эффектов связан с си-стематическим смещением статистических характеристик, определя-емых на выборке небольшого объема. Второй эффект связан с раз-личными отклонениями законов распределения разных выборочныхстатистических характеристик от нормального закона при уменьше-нии объема выборки.

Как правило, перечисленные эффекты в серьезных программныхпродуктах свое отражение нашли. Остается лишь с помощью оценокэкспертов, информационно-аналитических серверов и собственногоопыта установить степень серьезности используемых вами програм-мных продуктов.

5. Рекомендуем вам задуматься над следующими вопросами. Каквы полагаете, чему надо больше радоваться: опровержению выдви-нутой гипотезы экспериментальными данными или наоборот? Каклучше сформулировать то, что будет наоборот: экспериментальныеданные подтверждают гипотезу или гипотеза не противоречит экс-периментальным данным?

Поиск ответов на эти вопросы приводит нас к важному методоло-гическому выводу. Формулировка "эксперимент подтверждает гипо-тезу" успокаивает и может не оставить места для других гипотез, тоесть для движения вперед. С этой точки зрения лучше сказать "гипо-теза не противоречит экспериментальным данным". Следовательно,больше оснований радоваться опровержению гипотезы результатамиэксперимента, если, конечно, у вас в запасе найдется другая гипо-теза, которую этот эксперимент при том же уровне значимости иобъеме выборки не опровергнет. Интересно, что в зарубежной лите-ратуре по прикладной математической статистике чаще встречаетсяпоследняя формулировка, а в отечественных публикациях – предпо-следняя.

6. Отдельные студенты старших курсов, и даже инженеры, за-

36

трудняются ответить на такой вопрос: почему именно гауссовскийзакон распределения f(x) случайной величины x с математическиможиданием Mx и среднеквадратичным отклонением σx, имеющийвид

f(x) =1

σx

√2π

exp

[−(x−Mx)2

2σ2x

], (3.1)

именуется нормальным законом распределения, и о чем свидетель-ствует эта нормальность? Ответ — в центральной предельной тео-реме теории вероятностей (теореме Ляпунова – Линдберга). Можетбыть, есть смысл еще раз повторить условия центральной предель-ной теоремы [18, с. 41].

Отклонения закона распределения от нормального справедливоявляются основаниями для беспокойства технолога, анализирующе-го соответствующий технологический процесс. Он вынужден пред-принимать некоторые действия, направленные на поиск и устране-ние причин отклонения закона распределения от вида (3.1). Иногдапричину "ненормальности" закона распределения удается выявить спомощью математического моделирования и исключить ее влияниерасчетным путем [18, с. 152 – 165].

3.2. Статистические "портреты" поставщика ИМС

Статистические "портреты" поставщика (или изготовителя)ИМС, как правило, формируются на базе одномерных или много-мерных законов распределения случайных величин, отображающихрезультаты параметрического или функционально-параметрическогоконтроля ИМС [10].

Методика использования одномерных законов распределения вкачестве статистических "портретов" поставщика (или изготовите-ля) ИМС подробно описана в доступных читателю изданиях [2, 18].В основе ее так называемая теория одномерных распределенийА.Н. Бородачева [18, с. 152 – 165]. Она дает объяснения причинотклонения одномерного закона распределения случайной величиныот нормального закона (3.1), исходя из анализа особенностей произ-

37

водства изделий. К этой теории примыкает разложение произволь-ного закона распределения в ряд по нормальным законам распреде-ления, известное как разложение (распределение) Грама-Шарлье7.Оно помогает, в частности, распознать партии микросхем, которыескомплектованы поставщиком из остатков от прошлого серийногопроизводства электронных средств, для которого когда-то "с запа-сом" были закуплены ИМС. Не могут не настораживать, например,двумодальные ("двугорбые") дифференциальные функции распреде-ления с провалом в районе математических ожиданий контролируе-мых параметров. Это чаще всего означает, что ваш поставщик про-извел предварительный отбор наиболее стабильных ИМС для себяили другого потребителя, а вам поставил так называемые "хвосты"распределения. В этом случае повышенный уровень отказов полу-ченных вами ИМС в вашей аппаратуре не должен быть для вассюрпризом.

Подробнее остановимся на вариантах использования многомер-ных законов распределения в качестве статистических "портретов",так как с теоретической точки зрения есть необходимость сопоста-вить два подхода к изучению и "образному" представлению указан-ных законов.

Основной подход, достаточно подробно описанный в литературе,использует математический аппарат дисперсионного анализа [16, 18].Он использует прием, именуемый расслоением последовательностирезультатов контроля на отдельные выборки. Это позволяет разде-лить дисперсию контролируемого параметра на несколько составля-ющих и таким образом получить статистический "портрет" постав-щика ИМС. Аппарат дисперсионного анализа рекомендуется ужеупоминавшимся отраслевым стандартом ОСТ 11.бК0.012.001-72 дляконтроля технологических процессов изготовления ИМС.

Автор считает, что создание диагностических систем контроляточности технологических процессов на базе процессорных средствоперационного контроля привело к возникновению противоречиямежду изменившимся характером исходной статистической инфор-

7Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров.— М.: Наука, 1964. —772 с.

38

мации, с одной стороны, и аппаратом дисперсионного анализакак наиболее распространенным средством разделения дисперсийконтролируемых параметров на составляющие, с другой стороны.Основная причина указанного противоречия — переход от опера-ционного контроля параметров рабочих элементов и схем к кон-тролю специальных тестовых ИМС, элементов и структур, харак-терный для технологии БИС. Исходная статистическая информациядля контроля точности в этих условиях представляет собой много-мерную случайную последовательность, отличающуюся малым ко-личеством попарно коррелированных длинных реализаций. Составвыборки весьма неоднороден, что и обусловливает низкую эффек-тивность аппарата дисперсионного анализа, особенно при распреде-лениях погрешностей, отличных от нормальных.

Альтернативным подходом является использование методов фак-торного анализа8. Для реализации этого подхода необходимо, во-первых, с учетом принятого варианта организации технологическогопроцесса иметь модель взаимодействия исходных некоррелирован-ных факторов, во-вторых, установить статистическую меру близо-сти модели и реальной многомерной последовательности результатовоперационного контроля. В качестве основы модели факторного ана-лиза предлагается использовать симметричную аддитивную схемудействия факторов, известную из теории корреляции9. В простей-шем случае эта схема имеет вид:{

Y1 = u + v1;Y2 = u + v2,

(3.2)

где Y1, Y2 — случайные значения отклонений параметров тест-элементов Y1 и Y2 от их номинальных значений, u — случайноезначение отклонения общего, а v1, v2 — характерных технологиче-ских факторов от их номинальных значений, причем u, v1, v2 —взаимно линейно не коррелированы, то есть не связаны линейнымикорреляционными зависимостями.

8Харман Г. Современный факторный анализ. — М.: Статистика, 1962. — 489 с.9Лукомский Я.И. Теория корреляции и ее применение к анализу производства. —

М.: Госстатиздат, 1964. — 388 с.

39

В ходе решения диагностических задач контроля точности былаизучена структура реальных симметричных схем действия факторов,отличающихся многоуровневым характером. Для их описания пред-лагается использовать связные ациклические направленные графы —выходящие или корневые деревья10. Каждому ребру графа ставится всоответствие определенная составляющая технологической погреш-ности. Статистические характеристики составляющих погрешностейвходят в набор инвариантов графа, т.е. чисел, которые принимаютодно и то же значение на любом графе, изоморфном данному. Соот-ношения для центральных моментов образуют систему уравнений:

D(Y1) = D(u) + D(v1);D(Y2) = D(u) + D(v2);cov(Y1, Y2) = D(u);µ3(Y1) = µ3(u) + µ3(v1);µ3(Y2) = µ3(u) + µ3(v2);µ12(Y1, Y3) = µ3(u);µ4(Y1) = µ4(u) + µ4(v1) + 6D(u)D(v1);µ4(Y2) = µ4(u) + µ4(v2) + 6D(u)D(v2);µ22(Y1, Y2) = µ4(u) + D(u)[D(v1) + D(v2)] + D(v1)D(v2),

(3.3)

где D(x) — дисперсия (второй основной центральный момент, иликвадрат среднеквадратичного отклонения — с.к.о.) случайной вели-чины x, в качестве которой могут быть Y1, Y2, u, v1, v2; cov(Y1, Y2) —ковариация (смешанный центральный момент второго порядка) слу-чайных величин Y1 и Y2; µ3(x) — третий основной центральный мо-мент случайной величины x; µ12(Y1, Y2) — смешанный центральныймомент третьего порядка; µ4(x) — четвертый основной центральныймомент случайной величины x; µ22(Y1, Y2) — смешанный централь-ный момент четвертого порядка.

Для наглядности введем дополнительные ограничения:— разрешенными будем считать пути (цепи) от точки 0 к точкам

Y1, Y2 согласно направленности графа;— разрешенные пути от источника 0 до вершин с нулевой полу-

степенью исхода будем именовать полными путями;10Харари Ф. Теория графов / Пер. с англ. — М.: Мир, 1977. — 900 с.

40

— два ребра графа равны между собой, если им соответствуетодин и тот же набор инвариантов;

— количество вершин с нулевой полустепенью исхода определяетразмерность графа;

— проекции ребер графа на произвольно выбранную ось A - Aравны дисперсиям соответствующих факторов. Для краткости будемв дальнейшем именовать граф, определенный таким образом, графомпогрешностей.

Граф погрешностей может быть полным и приведенным. Пояснимвводимые термины на примере. Структура полного графа погрешно-стей для n партий ИМС по три пластины, содержащих по четыретест-структуры из двух элементов Y1 и Y2 каждая, изображена нарис. 3.1 слева от оси A - A, а на рис. 3.2 изображены структуры пол-ного (слева от значений с.к.о.) и приведенного (справа от значенийс.к.о.) графов погрешностей технологического процесса изготовле-ния тонкопленочных плат с резисторами.

Рис. 3.1. Структура (теоретическая) графа технологических погрешностейэлементов полупроводниковых ИМС

Величины в левой части уравнений (3.3) определяются с помо-щью первичной статистической обработки массива результатов опе-рационного контроля

−→Y . Если существование факторов u, v1, v2

обосновано с точки зрения сущности исследуемых явлений, то пра-

41

вомерна постановка задачи вероятностной идентификации (опреде-ления моментов распределений) этих факторов при известных D(Y1),D(Y2), cov(Y1, Y2) и т.д. решением системы уравнений (3.2).

Рис. 3.2. Структуры (экспериментальные) полного и приведенного графовпогрешностей изготовления тонкопленочных резисторов

Погрешность ∆(0 − 1.0) обусловлена групповым характером об-работки партии. Погрешность ∆(1.0 − 1.1) характеризует влияниеобщей пластины и операций, производимых отдельно с каждой пла-стиной, а ∆(1.1 − 1.1.1) обусловлена наличием макронеоднород-ных свойств пластины и отклонениями различных пространствен-ных диаграмм процессов обработки от равномерных, приводящи-ми к возникновению общих составляющих погрешностей для эле-ментов тест-структуры. Характерные составляющие ∆(1.1.1−Y1) и∆(1.1.1−Y2) отражают индивидуальность тест-элементов Y1 и Y2 впределах тест-структуры.

По сравнению с известным векторным представлением погреш-ностей11 предложенная графическая интерпретация отличается боль-

11Ермолаев Ю.П., Пономарев М.Ф., Крюков Ю.Г. Конструкции и технология ми-кросхем (ГИС и БГИС). – М.: Сов. радио, 1980. —252 с.

42

шей информативностью при решении диагностических задач, явля-ется графической формой паспорта стабильности технологическогопроцесса, отражает принятый вариант организации операционных ипроизводственных партий.

При определении инвариантов графа погрешностей сначала рас-сматриваются все возможные пары, позволяющие определить выбо-рочные значения дисперсий вида D∗[∆(0−1.0)]. Если все полученныепри этом выборочные значения не выходят за пределы установленно-го доверительного интервала при выбранном уровне значимости, тоопределяется среднее значение полученного массива D̄∗[∆(0− 1.0)].В противном случае необходимо уточнять модель формирования по-грешностей либо увеличивать длину реализации. Аналогично опре-деляются составляющие любого уровня. Отдельные составляющиебудут значимыми, если они существенно больше цены деления из-мерительного прибора, используемого для операционного контроля.Стандарты по контролю точности рекомендуют использовать измери-тельные средства с ценой деления шкалы не более 1/6 минимальногозначения среднего квадратического отклонения случайной погреш-ности. Если это условие не выполняется, то соответствующее ребрографа погрешностей исключается и схема пересматривается.

В качестве оценки точности определения дисперсииD̄∗[∆(0− 1.0)] целесообразно использовать предел, к которомустремится эта оценка при увеличении количества рассмотренныхпар,

D[D̄∗[∆(0− 1.0)]] =2n

D̄∗2[∆(0− 1.0)], (3.4)

а при оценке точности выборочных значений дисперсийD∗[∆(1.0− 1.1)], D∗[∆(1.1 − 1.1.1)], D∗[∆(1.1.1−Y1)] и т.д.,кроме соотношения (3.4) необходимо учитывать коррелиро-ванность выборочных значений дисперсий D∗[∆(0 − 1.0)],D∗[∆(0 − 1.1)], D∗[∆(0 − 1.1.1)], так как D∗[∆(1.0 − 1.1)] == D∗[∆(0 − 1.1)] − D∗[∆(0 − 1.0)] и т.д. Например (см. рис. 3.2),если D∗[∆(1.0− 1.1)] ≈ D∗[∆(1.0− 1.2)] ≈ D∗[(∆(1.0− 1.3)] в стати-стическом смысле при заданном уровне значимости и можно найтисреднее значение D̄∗, то в первом приближении D(D̄∗) = 2

3nD̄∗2.

43

Описание исходного статистического массива в виде графа по-грешностей позволяет избежать характерных ошибок при оценкепредставительности так называемой "смешанной статистики", в кото-рой наряду с независимыми результатами наблюдений имеются кор-релированные. Для этого предлагается оперировать понятием "объемвыборки относительно источника погрешностей". В соответствии сэтим понятием при объединении всех двенадцати реализаций в од-ну (см. рис. 3.1) объем получившегося массива относительно ис-точника ∆(1.0 − 1.1) будет равен 3n, а относительно источника∆(1.1− 1.1.1) — 12n.

Обоснование структуры полного графа погрешностей, описыва-ющего управляемый технологический процесс, начинается с деталь-ного априорного анализа всех технологических факторов, система-тизации их по уровням симметричной схемы действия факторов. Ре-зультаты анализа оформляются в виде таблицы, которая являетсяприложением к графу погрешностей наряду с таблицей инвариан-тов графа. Будучи введенными в память компьютера, эти табли-цы используются для выдачи информационно-советующих сигналовуправления, указывая с точностью до группы факторов на причинунестабильности процесса. Количество групп факторов определяетсяорганизацией технологического процесса, точностью измерений припроведении операционного контроля, конструкцией тест-элементов иструктур.

Использование статистических характеристик в качестве пара-метров технологического процесса при оценке точности предполага-ет случайный характер погрешностей изготовления ИМС, случай-ность и стационарность многомерных последовательностей резуль-татов операционного контроля. Стационарность при использованиидисперсионного анализа обычно трактуется как воспроизводимостьсоответствующих распределений ( дисперсий ), а оценка случайно-сти отклонений параметров тест-структур от номинальных значе-ний, как правило, не проводится, что существенно снижает досто-верность статистических оценок. Если нестационарность случайнойпоследовательности указывает на наличие "эффекта оператора" илипредупреждает о возможном отклонении точности процесса, то от-

44

рицательный результат при оценке случайности чаще всего свиде-тельствует о существовании невыявленных в ходе априорного тех-нологического анализа корреляционных связей между параметрамитест-элементов. Их влияние, как показывает практика, приводит кошибочным выводам о нестационарности стационарных технологи-ческих процессов и другим характерным ошибкам, о которых упо-миналось выше.

При малом количестве длинных реализаций оценку стационар-ности и случайности удобно выполнять с помощью универсальныхнепараметрических критериев серий и инверсий [8], для примене-ния которых вполне достаточно даже одной реализации. Разрабо-танный автором вариант алгоритма оценки основан на подведенииитогов "голосования" по результатам подсчета инверсий и серий придвух уровнях отсчета, соответствующих математическому ожиданиюи медиане. Количество смежных интервалов, на которые делится ре-ализация, задается исследователем.

В ходе практической апробации были обследованы 72 партии тон-копленочных плат. Из партии выбирались две подложки, на каждойиз которых на пяти платах контролировались до подгонки сопротив-ления трех одинаковых по номинальной величине резисторов. Уста-новлено, что σотн[∆(0− 1.0)] = 6, 5 %, σотн[∆(1.0− 1.1)] = 3, 1 %,σотн[∆(1.1 − 1.1.1)] = 2, 9 %, σотн[∆(1.1.1−Y1)] = 1,9 %. Относи-тельная погрешность измерений 0,1 % меньше минимального из пе-речисленных значений более чем на порядок, поэтому все состав-ляющие дисперсии значимы. Оценка стационарности и случайностипроводилась при уровне значимости 5 % и количестве интервалов,равном шести. Результаты обработки (табл. 3.1) дают достаточныеоснования для принятия гипотез о случайности и стационарноститехнологического процесса до подгонки.

После подгонки контролировались сопротивления двух резисто-ров на пяти платах каждой из ста подложек, взятых из разных пар-тий. Импульсно-токовая подгонка с ручной регулировкой параметровимпульсов приводит к появлению "эффекта оператора" — доминиру-ющего субъективного случайного фактора, и, как следствие, про-цесс становится нестационарным. Соответствующие оценки выпол-

45

нены при количестве интервалов, равном десяти. В обоих случаяхпроцесс удовлетворяет принятому критерию случайности, т. е. до-полнительных корреляционных связей не обнаружено. Результатыпроверки гипотезы о соответствии закона распределения погрешно-стей в пределах реализации нормальному по критерию χ2-Пирсонапри том же уровне значимости косвенно согласуются с результатамиоценки стационарности.

Таблица 3.1. Статистическая оценка технологических погрешностейОценка Случайность Стационарность Норм. закон

За Против За Против За ПротивДо подгонки 30 0 24 6 26 4После подгонки 10 0 0 10 5 5

Совместное использование факторного анализа и графа техноло-гических погрешностей открывает новые возможности примененияконтроля точности для диагностики технологических процессов ми-кроэлектроники по результатам операционного контроля параметровтестовых структур, элементов и интегральных схем. Эти возмож-ности обусловлены наглядностью предложенной модели, отражаю-щей поточно-групповую организацию технологических процессов, атакже повышенной достоверностью статистических оценок, котораяв основном определяется длиной реализации, а не их количеством.Дисперсионный анализ как основа методики контроля точности, оче-видно, будет более эффективным для коротких реализаций и боль-ших однородных выборок. В целом указанные подходы не исключа-ют, а дополняют друг друга.

3.3. Статистическая разрешающая способность контроля

В процессе контроля производственных партий ИМС часто воз-никает необходимость оперативного решения задачи относительнойоценки точности процессорных средств контроля (ПСК) и технологи-ческой точности изготовления партии ИМС. Эта необходимость свя-зана как с отсутствием эталонов для целого ряда параметров ИМС,

46

так и с желанием оперативно получить ответ на вопрос: может литестер по тому или иному параметру "отличать" плохие микросхемыпартии от хороших? Если технологические погрешности изготовле-ния ИМС и погрешности измерений (инструментальные погрешно-сти) являются случайными и некоррелированными величинами, тоэта задача может быть сформулирована и решена на базе симмет-ричной схемы действия факторов (3.2), известной из теории парнойлинейной корреляции (факторного анализа).

Предпосылки для выполнения таких условий существуют. Обяза-тельными атрибутами современных процессорных средств контроляявляются программно-аппаратная реализация автокалибровки, ком-пенсация систематической составляющей погрешности измерений,уменьшение влияния случайной составляющей за счет усреднениясерии измерений, а также алгоритмические ловушки выбросов (гру-бых погрешностей измерений).

Влияние контактирующих приспособлений на точность измере-ний [20] может проявиться в появлении дополнительных системати-ческих и случайных составляющих измерительной погрешности.

Перечисленные особенности вполне позволяют считать резуль-тирующую измерительную погрешность контроля случайной или, покрайней мере, выдвинуть такую гипотезу.

Такое предположение, если оно, конечно, справедливо, позволяет,обратившись к факторному анализу и симметричной схеме действияфакторов (3.2), предложить модель взаимосвязи массивов результа-тов основного и повторного контроля партии изделий [11, 12].

Модель предполагает формирование отклонения ∆x параметраизделия от среднего значения x̄ в виде суммы технологической ∆ти измерительной ∆и погрешностей. Если контроль партии изделийобъемом n провести дважды, то коэффициент парной линейной кор-реляции результатов первого контроля xо с результатами повторногоконтроля xп определится соотношением

r =cov(xо, xп)σ(xо)σ(xп)

=σ2т

σ2т + σ2

и, (3.5)

где cov(xо, xп) — ковариация случайных величин xо и xп; σт и σи —

47

среднеквадратические отклонения погрешностей изготовления и из-мерения. Условия, при которых технологические погрешности можносчитать случайными, рассмотрены в [11]. Разрешающая способностьПСК, представляющая собой отношение σт/σи, определяется из фор-мулы (3.5) через коэффициент корреляции

σтσи

=√

r

1− r. (3.6)

Доверительный интервал выборочного значения коэффициентакорреляции может быть преобразован в соответствующий интервалдля разрешающей способности. Таким образом, не определяя абсо-лютных значений σт и σи, можно оценить их отношение, однакоположительный эффект этим обстоятельством не ограничивается.

Коэффициент парной линейной корреляции, как известно12, яв-ляется частным случаем обобщенного коэффициента корреляции

Γ =∑

aijbij√∑a2

ij

∑b2ij

, (3.7)

где aij — x-оценка, справедливая для каждой пары элементовосновного массива результатов контроля и обладающая свойствомaij = −aji; bij — y-оценка, справедливая для каждой пары элементовмассива результатов повторного контроля и обладающая свойствомbij = −bji.

Другим частным случаем обобщенного коэффициента корреля-ции (3.7) является коэффициент ранговой корреляции Спирмэна,который в случае несвязанных рангов имеет вид:

rS = 1− 6S(d2)n3 − n

, (3.8)

где S(d2) — сумма квадратов разностей рангов, определяемая как

S(d2) =n∑

i=1

(Ai −Bi)2,

12Кендэл М. Ранговые корреляции. Зарубежные статистические исследования. —М.: Статистика, 1975.—216 с.

48

где−→Ai = { Ai } — первый вектор рангов (массив результатов основно-

го контроля),−→Bi = { Bi } — второй вектор рангов (массив результатов

повторного контроля). Поскольку подходы (3.5) и (3.8) взаимосвя-заны, то правомерно распространение области применения форму-лы (3.6) на неизмерительные ПСК, что, в свою очередь, позволяетрешать задачи сравнения по эффективности вариантов измеритель-ных и неизмерительных ПСК.

Экспериментальная проверка предположения о случайном харак-тере инструментальной погрешности при наличии массивов резуль-татов основного и повторного контроля партии изделий с помощьюизмерительного ПСК в виде числовых значений параметров можетбыть выполнена известными методами [8] для последовательности,образованной разностями значений основного и повторного измере-ний.

Предложенная характеристика ПСК была успешно использованадля решения ряда практических задач контроля элементной базы вусловиях производства и при проведении экспериментальных иссле-дований с целью разработки новых ПСК [10].

Раздел 4.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАНИЯ4.1. Измерения и контроль параметров ИМС

При наличии адаптера и соответствующей программы в библио-теке программ тестера (энергонезависимом запоминающем устрой-стве) решение задачи контроля ИМС существенно упрощается. Длявыполнения этого задания необходимо:

1. Получить у преподавателя лабораторное задание, микросхемы,адаптеры и имена (номера) программ измерений, записанных в биб-лиотеку программ одного из двух тестеров лаборатории. Если номерпрограммы находится в интервале от 1 до 40, то эту программу сле-дует искать на первой странице библиотеки программ. Программы сномерами от 41 до 80 размещены на второй странице библиотеки.

2. Необходимо установить адаптер в гнезда разъема подключе-ния адаптера, расположенного на передней панели тестера. При этомфиксирующий рычаг должен находиться в крайнем правом поло-жении, а первый контактный штырь — в первом гнезде разъемаподключения адаптера. После установки необходимо зафиксироватьконтакт перемещением фиксирующего рычага в крайнее левое поло-жение.

3. Включить питание тестера (см. подразд. 2.4). Самотестирова-ние прибора выполняется автоматически сразу же после включенияпитания. О результатах самотестирования сообщить преподавателюили лаборанту.

4. Для управления тестером в режиме контроля с помощью име-ющихся адаптеров и программ используются следующие клавиши:PROGR.CALL – вызов программы, PROGR.LIBR – просмотр биб-лиотеки программ, CHANG UNIT – смена страницы библиотеки,Enter – ввод, а также клавиша Delete – стереть, клавиши переме-щения курсора ., /, 4, 5 и буквенно-цифровые клавиши вместе склавишей Shift.

Программу контроля можно вызвать двумя способами — с по-

50

мощью клавиши вызова программы (по имени) или в процессе про-смотра библиотеки программ (по имени или номеру). В первом слу-чае следует нажать клавишу PROGR.CALL и в поле, выделенномуказателем, набрать имя программы, нажать Enter. Это приведет кзагрузке программы в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)в том случае, когда программа с данным идентификатором имеетсяв энергонезависимом перепрограммируемом запоминающем устрой-стве (ППЗУ) хранения программ.

Во втором случае, нажав клавишу PROGR.LIBR, мы вызовемпервую страницу КМОП-ОЗУ программ. Нажатие клавиши CHANGUNIT приведет к смене страницы. Далее с помощью клавиш пере-мещения курсора выбираем нужную нам программу (по номеру илиидентификатору) и нажимаем Enter. В результате на экране появ-ляется поле с именем выбранной программы. Повторное нажатиезагрузит выбранную программу в ОЗУ.

5. После нажатия клавиши START запускается выбранная про-грамма измерений и на экран дисплея выводятся результаты кон-троля ИМС, а именно: обозначение параметра, его предельное зна-чение и размерность, а также измеренное (фактическое) значение.Инверсная строка указывает на несоответствие микросхемы техни-ческим условиям. После появления такой строки тестер может само-стоятельно принять решение о прекращении дальнейших измерений.Это может означать, что ИМС либо неисправна, либо неправильноподключена, либо предельное значение параметра назначено невер-но. В случае, когда тестер прекращает измерения при очень малом(единицы микроампер) токе потребления и отмечает этот резуль-тат инверсной строкой, то тем самым он оповещает нас о том, чтоконтактирование ИМС с тестером не состоялось либо из-за плохогокачества контакта, либо из-за неправильного подключения ИМС.

4.2. Программирование тестера TR-9574

При наличии готового адаптера и необходимой справочной ин-формации на микросхему подготовка к измерениям сводится к разра-ботке программы измерений с последующей записью ее в библиоте-

51

ку программ тестера (энергонезависимое запоминающее устройство).Для выполнения этого задания необходимо:

1. Получить у преподавателя лабораторное задание, микросхему,справочную информацию (или ТУ) на микросхему.

2. Новая программа измерений может быть разработана либо с"нуля", либо путем редактирования аналогичной программы, имею-щейся в ППЗУ программ. Для разработки оригинальной программыв начале нажимаем клавишу SYSTEM SELECT выбора семейства(типа) аналоговых устройств (операционные усилители, повторите-ли напряжения, компараторы, стабилизаторы напряжения). Инди-кация режима работы тестера (в данном случае режима SYSTEMSELECT) — в верхней части дисплея. С помощью клавиш переме-щения курсора вверх и вниз выбираем необходимый тип устройстви нажимаем Enter, подтверждая выбор. Следует иметь в виду, чтоперемещение курсора в этом режиме вызывает стирание в ОЗУ вы-званной для редактирования программы.

3. Нажатие клавиши DEVICE SELECT позволяет выбрать ре-жим задания количества одноименных аналоговых устройств в од-ном корпусе. В данный режим тестер выходит также автоматическипосле выбора типа аналоговых ИМС. Об этом сообщает индика-тор режима в верхней части дисплея. В одном корпусе ИМС тестерспособен контролировать параметры одного, двух, трех и четырехустройств. С помощью клавиш перемещения курсора вверх и внизвыбираем необходимое количество устройств в одном корпусе и на-жимаем Enter, подтверждая выбор.

4. После задания количества одноименных устройств в одномкорпусе тестер предлагает набрать новый идентификатор измери-тельной программы. После нажатия Enter идентификатор присваи-вается программе, а тестер предлагает набрать краткий комментарийк имени программы, например сообщить код разработчика (номеручебной группы и порядковый номер по журналу). После нажатияклавиши Enter комментарий запоминается, а курсор переходит внижнюю часть экрана дисплея. При этом пользователю предостав-ляется возможность сортировки проверяемых ИМС на группы. Груп-па BIN 5 зарезервирована для бракованных ИМС, а группа BIN 1

52

является постоянно выбранной. При выборе режима сортировки длякаждой группы BIN 1, BIN 2, BIN 3, BIN 4, BIN 5 необходимобудет задать свои условия измерений TEST CONDITIONS и пре-дельные значения TEST LIMITS.

5. Для отказа от сортировки ИМС достаточно перейти в режимзадания условий измерений TEST CONDITIONS, нажав соответ-ствующую клавишу в верхнем ряду клавиатуры. Это действие об-новит страницу дисплея. На ней появится таблица задания условийизмерений, которую необходимо заполнить.

В этом режиме пользователь имеет возможность определитьусловия проведения измерений — задать напряжения питания, на-грузку и т. п. Поле вводимого параметра выбирается с помощьюклавиш перемещения курсора. В выделенное поле вводятся десятич-ные цифры и точка, отделяющая целую часть параметра от дробной.При этом единица измерения, указанная в заголовке текущего столб-ца таблицы, может быть изменена с помощью клавиши CHANGEUNIT. Нажатие этой клавиши меняет двоичное состояние поля вы-бора условий измерения на противоположное. Нажатие клавишиEnter приводит к вводу набранного значения условия измерений ипереходу на следующее поле.

Тестер "оставляет за собой" право контроля заданных пользова-телем условий измерений в соответствии с возможностями, описан-ными в разд. 2.

6. Для задания предельных значений измеряемых параметровИМС необходимо нажать клавишу TEST LIMITS. Это действиеприведет к очередной смене страницы дисплея. Заполнение полейпредельных значений измеряемых параметров выполняется анало-гично заданию условий измерений с помощью цифровых клавиш,десятичной точки и клавиш перемещения курсора.

7. После нажатия клавиши START разработанная программа из-мерений уже запускается и на экран дисплея выводятся результа-ты контроля ИМС (см. подразд. 4.1). Однако возможности програм-мирования тестера не исчерпаны. Нажатие клавиши RUN позволя-ет, во-первых, выбрать режим однократных или непрерывно повто-ряющихся измерений. Во-вторых, пользователь может определить,

53

необходимо ли останавливать процесс измерения непосредственнопосле определения брака по текущему параметру или выполнитьоставшиеся измерения. В-третьих, менять вид индикации при кон-троле нескольких аналоговых устройств в одном корпусе ИМС. В-четвертых, можно блокировать клавиатуру, задав двузначный па-роль.

8. Дополнительные две возможности открывает нажатие кла-виши SPEC.RUN. Первая возможность предполагает выбор однойгруппы сортировки из предлагаемых трех классов BINNIG MODE.Вторая возможность позволяет пользователю изменять времена за-держек, прибавляя их к базовым значениям, которые от пользователяне зависят.

9. Нажатие клавиши OUTPUT/INPUT открывает доступ в ре-жим выбора подключаемых внешних устройств к тестеру.

В первом секторе поля экрана можно указать, какой из четырехинтерфейсных разъемов, установленных на задней панели тестера,будет находиться в активном состоянии, то есть через какой разъ-ем будет происходить передача информации на внешние устройства.Если выбран обмен через канал общего пользования (КОП), то по-является дополнительное подменю:

TEST RESULTS (IN TADS) – выдача результатов измерений;ton (TEST RESULTS) – выдача результатов измерений по ини-

циативе оператора. Данный режим рекомендуется только при работесо строкопечатающим устройством;

CMOS MEMORY OUT (IN TADS) – сохранение содержимогоППЗУ программ. Инициализацию этого режима выполняет внешнийконтроллер канала общего пользования (КОП);

CMOS MEMORY IN (IN LADS) – загрузка информации вППЗУ измерительных программ.

Во втором секторе определяются формат и способ выдачи резуль-татов измерения. Выбранный здесь формат действителен при выдачерезультатов по всем каналам.

В третьем секторе задаются правила работы с автоматическим за-грузчиком ИМС. Поскольку он не входит в лабораторный комплект,то описания соответствующих возможностей опускаем.

54

10. На этом разработка (редактирование) измерительной про-граммы заканчивается. Ее можно сохранить в энергонезависи-мом ППЗУ программ. Для этого необходимо нажать клавишуPROGR.RECORD. При этом имеется возможность ввести новыйидентификатор программы в поле, обозначенное курсором. Послеввода идентификатора нажать Enter для записи программы в биб-лиотеку программ. Программа при этом автоматически получит соот-ветствующий номер. После записи, нажав PROGR.LIBRARY, мож-но будет увидеть номер только что записанной программы — онвысвечивается инверсно.

4.3. Исследование влияния условий измерений

Под условиями измерений прежде всего имеются в виду напря-жения питания. Для некоторых типов аналоговых ИМС, напримероперационных усилителей, в технических условиях (ТУ) основныепараметры нормируются при нескольких значениях напряжения пи-тания. Возможность измерения параметров ИМС при уменьшениинапряжения питания по сравнению с номинальными значениями ле-жит в основе метода критических питающих напряжений [1, 14].

Критическим называется такое напряжения питания, при которомлибо параметр (параметры) выходят за установленные в ТУ пределы,либо микросхема перестает функционировать. Метод критическихпитающих напряжений является достаточно информативным спосо-бом индивидуального контроля качества ИМС. Результаты теорети-ческих и экспериментальных исследований [1, 14] свидетельствуюто том, что микросхемы, сохраняющие работоспособность при мини-мальном напряжении питания, являются более надежными.

Кроме напряжений питания можно менять в разрешенных ТУпределах другие электрические параметры: сопротивления нагрузки,замыкать и размыкать петлю обратной связи и т. п. Условия изме-рений зависят также от температуры внешней среды, цикличностиизменения температуры в процессе измерений (термоциклирования)или перед измерениями (электротермотренировки), относительнойвлажности, давления и других факторов.

55

Для выполнения лабораторного задания студенту необходимо:1. Получить у преподавателя лабораторное задание, микросхему,

адаптер и имя (номер) программы измерений, записанной в библио-теку программ одного из двух тестеров лаборатории. Если номерпрограммы находится в интервале от 1 до 40, то эту программу сле-дует искать на первой странице библиотеки программ. Программы сномерами от 41 до 80 размещены на второй странице библиотеки.

В лабораторном задании алгоритм изменения условий измеренийлибо однозначно определяется преподавателем, либо разрабатыва-ется студентом по заданию преподавателя, например, при изученииметода критических питающих напряжений.

2. Установить адаптер, подключить его к тестеру и закрепитьмикросхему в контактном приспособлении адаптера.

3. Включить тестер и загрузить (вызвать) программу измере-ний. Нажав последовательно клавиши SYSTEM SELECT, DEVICESELECT, TEST CONDITIONS, TEST LIMITS, убедиться в том,что загруженная программа не содержит ошибок.

4. Нажатием клавиши START измерить параметры ИМС и пе-редать их в персональный компьютер для накопления и дальнейшейобработки.

5. Нажав клавишу TEST CONDITIONS, войти в режим заданияусловий измерений и изменить условия измерений в соответствии слабораторным заданием.

6. Повторить измерения параметров ИМС и передать их в персо-нальный компьютер для накопления и дальнейшей обработки.

7. Предыдущие два пункта повторить в цикле в соответствии слабораторным заданием.

8. Обработать данные, накопленные компьютером, и подготовитьотчет по лабораторной работе. Для обработки результатов измере-ний данные, накопленные компьютером, могут быть скопированы надискету или переданы по локальной сети в выделенную студенту об-ласть памяти на одном из серверов университета (кафедры). Для об-работки данных могут быть использованы универсальные программ-ные продукты или специализированные программные средства лабо-ратории 328-3.

56

4.4. Разработка адаптера для контроля аналоговой ИМС

Проектирование адаптера предполагает разработку схемы элек-трической принципиальной и реализацию ее на базе одной из заго-товок адаптера, прилагаемых к тестеру. Лабораторные задания со-держат различные варианты — от разработки схемы электрическойпринципиальной и перечня элементов до изготовления и наладкиадаптера. При разработке схемы студенту могут быть предложе-ны файлы с описаниями заготовок адаптеров в CAD-системах типаP-CAD, а также примеры исполнения схем электрических принци-пиальных для адаптеров аналогичных микросхем.

Связь между адаптером ИМС и тестером осуществляется че-рез два ряда контактов P1 и P2 коммутационной платы тестера по32 контакта в каждом ряду. Нумерация контактов начинается отближнего контакта к пользователю, сидящему перед дисплеем. Сле-ва соединитель P1, а справа — P2.

В прил. 1 к руководству по эксплуатации тестера плата коммута-ции именуется платой семейства ИП. В этом приложении приведеныфотографии прилагаемых к тестеру готовых адаптеров и схемы элек-трические принципиальные их подключения к плате коммутации, атакже фрагмент схемы электрической принципиальной платы ком-мутации, "обрамляющий" контакты соединителей P1 и P2 (рис. 1,април. 1). Будем в дальнейшем именовать этот фрагмент базовой схе-мой подключения адаптера (БСПА).

Для разработки схемы электрической принципиальной адаптерарекомендуется использовать прозрачную кальку, накладывая ее напринципиальную схему БСПА. Этот прием позволяет видеть, кудабудут подключаться контакты адаптера. На рис. 4.1, 4.2 представле-ны схемы электрические принципиальные некоторых типовых адап-теров, входящих в комплект поставки тестера TR-9574. Посколькусхемы скопированы непосредственно из документации фирмы EMG,то они не вполне соответствуют требованиям российской норматив-но-технической документации.

Для выполнения лабораторного задания необходимо:1. Получить у преподавателя лабораторное задание, микросхему,

57

Рис. 4.1. Cхемы адаптеров для операционного усилителя µA 741 (слева)и повторителя напряжения LM 310 (справа)

58

Рис. 4.2. Cхемы адаптеров для компаратора напряжения LM 311 (слева)и регулятора напряжения V R 78 (справа)

59

заготовку адаптера и документацию на тестер и микросхему, необ-ходимую для разработки адаптера. В лабораторном задании могутсодержаться указания по дополнительному информационному поис-ку, например, адреса в INTERNET сайтов фирм-изготовителей.

2. Разработать схему электрическую принципиальную адаптераи согласовать ее с преподавателем.

3. Укомплектовать адаптер элементной базой в соответствии сперечнем элементов.

4. Смонтировать плату адаптера, используя заготовку и ком-плектующие изделия согласно схеме электрической принципиальной.Примеры перехода от схемы электрической принципиальной к схемесоединений на плате заготовки адаптера приведены в приложении 1к руководству по эксплуатации прибора TR-9574.

5. Разработать программу измерений (см. лабораторное задание4.2) и записать ее в память программ.

6. Проверить работу программы и адаптера после установки ИМСв адаптер и подключения адаптера к плате коммутации (см. лабора-торное задание 4.1).

7. При необходимости может потребоваться проверка и отладкаадаптера, включающие контроль параметров ИМС по постоянномутоку и измерение параметров и формы измерительных сигналов спомощью универсальных измерительных приборов и осциллографа.

8. В отчете по лабораторной работе привести разработанную до-кументацию на адаптер и результаты его проверки совместно с ми-кросхемой.

4.5. Согласование требований российских и зарубежныхнормативных документов по контролю ИМС

Выполнение данного лабораторного задания позволит приобрестипрактические навыки решения таких задач, как обоснование возмож-ности использования импортного или нестандартного оборудованиядля контроля отечественных и импортных ИМС. Для выполнениязадания необходимо:

60

1. Получить у преподавателя номер или обозначение парамет-ра (параметров) аналоговой ИМС и необходимые нормативные илисправочные документы (ГОСТы, ТУ, спецификации, руководство поэксплуатации тестера или другие документы). Обозначение можетсоответствовать либо техническому описанию тестера TR-9574 (см.разд. 2), либо международному обозначению параметра, приведен-ному в технических условиях (спецификации) на импортные ИМС.Спецификации можно также взять с серверов фирм-изготовителейИМС.

2. Изучить и зарисовать блок-схему и методику измерения пара-метра, реализованную в тестере TR-9574.

3. Сравнить с блок-схемами и методиками ГОСТ 19799-74 и опре-делить аналог (аналоги). Дополнительно может быть поставлена за-дача сравнения с ТУ на ИМС.

4. Дать заключение о возможности (или невозможности) включе-ния заданного параметра в состав используемых на входном контро-ле. Предложить перечень мероприятий по согласованию требованийразличных нормативных документов.

4.6. Изучение "портрета" поставщика ИМС

Статистический "портрет" поставщика (изготовителя) ИМС впростейшем случае может быть оперативно получен с помощью те-стера без использования компьютера. Для этого необходимо опреде-лить параметр ИМС, по которому формируются группы сортировки,и воспользоваться клавишей BINS. Предельные значения парамет-ров ИМС, вводимые по команде TEST LIMITS, образуют группусортировки с обозначением BIN 1. Нажав клавишу BINS, можносоздать и другие группы сортировки по выбранному параметру спорядковыми номерами BIN 2,3,4.

После набора порядкового номера группы сортировки надо на-жать клавишу ENTER. Тестер предоставит возможность пользова-телю ввести предельные значения параметров, относящиеся к соот-ветствующей группе сортировки.

61

В выделенное курсором поле кадра BIN LIMITS вводится поряд-ковый номер группы сортировок по предельным значениям выбран-ного (заданного) параметра. Этот ввод контролирует операционнаясистема, поэтому в поле, выделенном курсором, изменения происхо-дят только после ввода цифр 2, 3 или 4.

Для перезаписи предельных значений параметров в другую груп-пу необходимо нажать клавишу CHANGE UNIT. Появившийся наэкране кадр TEST LIMITS подтверждает выполнение операции за-дания предельных значений для заданной группы сортировки.

Для использования методик получения "статистических портре-тов", изложенных в подразд. 3.2, необходим компьютер для накоп-ления и обработки результатов измерений, а также программно-аппаратные средства сопряжения тестера с персональным компьюте-ром. Как правило, для работы с тестером используется относительномаломощный компьютер, основное назначение которого — зафикси-ровать результаты измерений. Поэтому для качественной обработкицелесообразно перенести информацию на более мощный компьютер.

Для выполнения лабораторного задания необходимо:1. Получить у преподавателя лабораторное задание, микросхемы,

адаптер и имена (номера) программ измерений, записанных в биб-лиотеку программ одного из двух тестеров лаборатории.

2. В зависимости от лабораторного задания определиться, какимобразом получить статистический "портрет" поставщика ИМС.

3. Если "портрет" поставщика необходимо получить без исполь-зования компьютера, то следует воспользоваться рекомендациями,изложенными выше. При использовании компьютера в качестве на-копителя результатов измерений и средства генерации статистиче-ского "портрета" поставщика можно воспользоваться рекомендация-ми, изложенными в лабораторном задании 4.1.

4. Для подготовки отчета можно использовать такие универ-сальные программные средства, как Statistika, MathCad, MathLab,LabView.

Результаты сортировки партии микросхем, полученные с помо-щью команды BINS тестера, для подготовки отчета также могутбыть переданы на компьютер.

62

4.7. Определение разрешающей способности контроля

При выполнении лабораторной работы тестер TR-9574 дол-жен быть подключен к персональному компьютеру с помощьюпрограммно-аппаратных средств, описанных в разд. 2. Эти сред-ства позволяют накапливать и сохранять результаты измерений спомощью персонального компьютера. Оценка разрешающей способ-ности по случайным составляющим погрешности измерений (см.подразд. 3.3) является одним из видов смыслового (семантическо-го) сжатия результатов контроля (см. разд. 3).

Для выполнения лабораторного задания необходимо:1. Получить у преподавателя или лаборанта партию микросхем,

адаптер и имя (номер) программы измерений, записанной в библио-теку программ тестера. На персональном компьютере, подключенномк тестеру, запустить программу накопления результатов измерений.

2. В соответствии с подразд. 4.1 измерить параметры микросхемыи передать их значения для дальнейшей обработки в компьютер.

3. Повторить измерения параметров микросхемы и передать длядальнейшей обработки в компьютер. Эта информация составит мас-сив повторных измерений, необходимый для оценки статистическойразрешающей способности измерителя без учета влияния нестабиль-ности контактного сопротивления входного разъема адаптера.

4. Повторить измерения для всех микросхем партии с передачейрезультатов контроля в компьютер. В результате получим массивповторных измерений, который уже позволит оценить разрешающуюспособность тестера с учетом влияния нестабильности контактногосопротивления входного разъема адаптера.

5. Обработать результаты основного и повторных измерений длязаданных параметров с целью определения статистической разреша-ющей способности с учетом и без учета нестабильности контактногосопротивления входного разъема адаптера.

ПРИМЕЧАНИЕ. Очистка контактов или замена входного разъ-ема может отразиться на разрешающей способности контроля. Длятого чтобы экспериментально убедиться в этом, необходимо выпол-нить повторную серию измерений после очистки контактов.

63

4.8. Оформление отчетов

1. Отчет должен содержать титульный лист с названием лабора-торной работы и с указанием исполнителей и руководителя (препо-давателя). Этот лист должен соответствовать типовой форме, опре-деленной стандартом университета.

2. В отчете необходимо подробно сформулировать лабораторноезадание, привести таблицы с экспериментальными результатами. Ре-комендуемые формы таблиц не являются обязательными. Для боль-шей наглядности наряду с табличной формой представления резуль-татов целесообразно использовать графическое отображение.

3. Обязательным разделом отчета являются "Выводы". В этомразделе подробно излагаются систематизированные итоги анализаэкспериментальных результатов на предмет их соответствия теоре-тическим представлениям1. При этом рекомендуется избегать "обте-каемых" общих фраз, не имеющих непосредственного отношения кполученным экспериментальным результатам. Защита лабораторнойработы часто сводится к детальному устному или письменному обос-нованию того или иного вывода со ссылками на конкретные строкиили столбцы таблиц отчета.

В заключение необходимо сформулировать свои предложения посовершенствованию контроля ИМС с помощью тестера TR-9574.

ПРИМЕЧАНИЕ. Допускается безбумажное оформление отчетапо лабораторной работе с помощью издательских систем WORD,TEX и специального программного обеспечения лаборатории 328-3(SSPO328). Краткое описание этих программных средств приведенов файле SSPO328.txt корневого каталога диска C. Этот файл можнопросмотреть в менеджере программ NC (Norton Commander) или VC(Volkov Commander), нажав клавишу F3.

1Некоторые студенты почему-то ошибочно считают соответствие экспериментатеории обязательным условием успешной защиты лабораторной работы.

Контрольные вопросы1. Какие интегральные микросхемы называются аналоговыми?2. Чем отличается параметрический контроль аналоговых ИМС

от контроля логических (цифровых) ИМС?3. Какова область применения ГОСТ 19799-74?4. Каким образом построена классификация стандартных методов

контроля аналоговых интегральных микросхем?5. Какие задачи решает входной контроль ИМС?6. Как определить необходимый объем входного контроля ИМС?7. Что является основанием для увеличения или уменьшения

объема входного контроля ИМС?8. Что является основанием для введения или отмены входного

контроля?9. Какие схемы взаимодействия поставщика и потребителя ИМС

вам известны?10. Каким образом схема взаимодействия поставщика и потреби-

теля связана с качеством ИМС?11. Каковы особенности входного контроля импортных ИМС?12. Каковы особенности использования импортных тестеров для

контроля ИМС отечественного производства?13. В чем заключается так называемая проблема неопределенно-

сти при использовании статистических методов?14. Что такое случайность последовательности результатов изме-

рений?15. Что такое стационарность последовательности результатов из-

мерений?16. Зачем необходима оценка случайности числовой последова-

тельности результатов измерений параметров ИМС?17. Зачем необходима оценка стационарности числовой последо-

вательности результатов измерений параметров ИМС?18. Как выбрать минимально необходимый объем выборки, ко-

торый позволил бы судить о свойствах генеральной совокупности(партии) изделий?

65

19. Как назначить доверительную вероятность (уровень значимо-сти) при проверке статистических гипотез?

20. Какую помощь могут оказать государственные и отраслевыестандарты при назначении доверительной вероятности?

21. Как получить статистический "портрет" изготовителя (постав-щика) ИМС? Какие варианты статистических "портретов" вам из-вестны?

22. Какую полезную в смысле обеспечения качества продукцииинформацию можно извлечь из статистических "портретов" постав-щика ИМС?

23. В чем различия одномерных и многомерных статистических"портретов" поставщика ИМС?

24. Какие системы российских стандартов регламентируют при-менение методов математической статистики для обработки резуль-татов контроля ИМС?

25. Как оценить статистическую разрешающую способность сред-ства контроля?

26. При каких условиях возможна оценка статистической разре-шающей способности измерителя параметров ИМС?

27. Какова последовательность действий при разработке адаптерадля ИМС?

28. В чем состоит сущность метода критических питающих на-пряжений?

29. Можно ли с помощью тестера TR-9574 проводить дистанци-онные измерения параметров аналоговых электронных средств, на-пример ИМС, находящихся в термостате?

ЗаключениеВыполнение заданий лабораторного практикума отнюдь не озна-

чает, что будут получены ответы на все вопросы, касающиеся ор-ганизации и проведения автоматизированного контроля аналоговыхинтегральных микросхем. Внимательные читатели наверняка обра-тили внимание, например, на отсутствие в тексте отечественныханалогов обозначений некоторых параметров, которые может кон-тролировать тестер TR-9574. На занятиях в лаборатории у студентовесть возможность поработать с документацией фирмы EMG, отече-ственными стандартами и техническими условиями, для того что-бы получить представление о сложностях интеграции отечественнойэлектронной промышленности в мировое производство электронныхсредств.

Автоматизированный тестер TR-9574 является достаточно совре-менным измерительным прибором. На его базе наряду с лаборатор-ными заданиями, описанными выше, в лаборатории 328-3 кафедрыКТ РЭС выполняются различные учебные исследования (УИРС), втом числе по заказам промышленных предприятий. Более подробно отематике научных исследований и конструкторско-технологическихразработок в области обеспечения качества электронных средствможно узнать на сайте проекта Ф0047 федеральной целевой про-граммы "Интеграция" по адресу www.dlts.vpti.vladimir.ru в разделе"Внебюджетная поддержка проекта".

Для аппаратной поддержки 16-разрядного программируемого па-раллельного интерфейса могут быть использованы также другие пла-ты (карты) персональных компьютеров, имеющиеся в продаже иработающие с компьютерными шинами ISA или PCI. Одну из та-ких плат, рассчитанную на работу с шиной ISA, может изготовитьОАО �Владимирский завод "Электроприбор"� совместно с кафед-рой КТ РЭС ВлГУ.

Заказы на изготовление интерфейсных карт и запросы на получе-ние конструкторско-технологической и программной документациипо описанным выше разработкам направлять на E-mail: vpk@ktrs.ru.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аладинский В.К., Гаврилов В.Ю., Горелкина Е.Н. Критическоепитающее напряжение как информативный параметр при электро-физическом диагностировании КМОП ИС // Электронная техника.Сер. 2. — 1990. — Вып. 4 (207). — С. 87 — 90.

2. Глудкин О.П., Черняев В.Н. Анализ и контроль технологическихпроцессов производства РЭА: Учеб. пособие для вузов. — М.: Радиои связь, 1983. — 296 с.

3. ГОСТ 16504–81. Испытания и контроль качества продукции. Основ-ные термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1991. — 28 с.

4. ГОСТ 17021–75. Микросхемы интегральные.Термины и определе-ния. — М.: Изд-во стандартов, 1976. — 10 с.

5. ГОСТ 19480–74. Микросхемы интегральные. Электрические пара-метры. Термины, определения и буквенные обозначения. — М.: Изд-во стандартов, 1974. — 22 с.

6. ГОСТ 19799–74. Микросхемы интегральные аналоговые. Методы из-мерения электрических параметров и определения характеристик. —М.: Изд-во стандартов, 1982. — 72 с.

7. ГОСТ 24297–87. Входной контроль продукции. Основные положе-ния.— М.: Изд-во стандартов, 1987. — 9 с.

8. Жовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализслучайных процессов.— М.: Энергия, 1979. — 112 с.

9. Измерения и контроль в микроэлектронике / Под ред. А.А. Сазоно-ва. — М.: Высш. шк., 1984. — 367 с.

10. Крылов В.П. Методы и средства параметрического контроля инте-гральных микросхем: Учеб. пособие / Владим. гос. ун-т. Владимир,1998. — 52 с.

11. Крылов В.П. Применение теории точности для диагностики техно-логических процессов микроэлектроники // Изв. высш. учеб. заведе-ний "Радиоэлектроника". — Киев, 1988. — № 7. — С. 43 — 47.

12. Крылов В.П. Определение разрешающей способности процессорныхсредств входного контроля элементной базы техники связи// Техникасредств связи.— 1992.— Вып. 4. — C. 139 — 143.

13. Поздняков А.Д. Автоматизация радиоизмерений: Учеб. пособие /ВлГТУ. — Владимир, 1995. — 183 с.

68

14. Покровский Ф.Н., Номоконова Н.Н. КМОП интегральные схемы:формирование и оценка качества: Моногр. / Под общ. ред. В.Ю. Гав-рилова. — Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1996. — 56 c.

15. Сретенский В.Н. Метрологическое обеспечение производства при-боров микроэлектроники. — М.: Радио и связь, 1988. — 144 с.

16. Сыпчук П.П., Талалай А.М. Методы статистического анализа приуправлении качеством изготовления элементов РЭА. — М.: Сов. ра-дио, 1979. — 168 с.

17. Технология и автоматизация производства РЭС: Метод. указания клаб. работам 1 – 9 / Владим. политехн. ин-т; Сост.: А.Н. Крутихин,В.П. Крылов, Т.Н. Фролова.— Владимир, 1993. — 100 с.

18. Управление качеством электронных средств: Учеб. для ву-зов / О.П. Глудкин, А.И. Гуров, А.И. Коробов и др.; Под ред.О.П. Глудкина.— М.: Высш. шк., 1994. — 414 с.

19. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборови интегральных микросхем. — М.: Радио и связь, 1988. — 256 с.

20. Шабанов А.А., Хамидуллин Р.Р. Контактные устройства для кон-троля изделий микроэлектроники. — М.: Радио и связь, 1985. —128 с.

Учебное издание

КРЫЛОВ ВЛАДИМИР ПАВЛОВИЧ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЬАНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Лабораторный практикум

Редактор И.А. АрефьеваКорректор В.В. Гурова

Компьютерный набор и верстка В.П. КрыловДизайн обложки И.К. Сухарев

ЛР № 020275. Подписано в печать 01.04.03.Формат 60х84/16. Бумага для множит. техники. Гарнитура Таймс.Печать офсетная. Усл. печ. л. 3,95. Уч.-изд. л. 4,22. Тираж 50 экз.

ЗаказРедакционно-издательский комплекс

Владимирского государственного университета.

600000, Владимир, ул. Горького, 87.