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VLSIテストにおける 回路温度均一化テストパターン生成法
奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科
井上美智子
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2概要
研究背景
VLSIテストにおける熱制御手法
従来技術とその問題点
新技術の特徴
想定される用途・業界
企業への期待
本技術に関する知的財産権
産学連携の経歴
問い合わせ先
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3技術分野
VLSIのテストパターン生成法
LSIのテスト
性能評価、信頼性、コストに関わる大事な問題
VLSIVLSIVLSIVLSI
VLSIVLSIVLSIVLSI
設計 製造 正常 出荷
VLSIVLSI
VLSIVLSIVLSIVLSI
VLSI 製造テスト
VLSIVLSI不良
VLSIVLSI
フィールドテスト
VLSIVLSI
組込回路を使ったテスト
テストパターン生成 テスト実行 テスト実行
本手法 本手法が適用される箇所
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4研究背景
VLSI テクノロジートレンド
プロセス微細化→高速化、省コスト
低電力化
信頼性の観点から低電力化は不十分
電力密度、電界強度の増加による信頼性低下
高品質・高精度テストの要求
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5VLSIテストの課題
過大な消費電力によるテスト結果の誤判定
消費電力は大きく、より発熱する
回路中の場所、時間によって
消費電力がばらつく
温度がばらつく
回路の性能は温度依存
高精度なテストには回路温度の制御が不可欠
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6テスト精度と温度ばらつき
回路温度が遅延テストの精度に大きく影響
チップ内の空間的・時間的温度差50℃以上
温度差30℃で遅延が20%増加
ばらつきにより、温度を考慮した補正は不可能
チップ上の温度分布
120℃
70℃
Source: Bota et al., D&T of Computers, 2006.
50
60
70
80
90
100
110
120
1 201 401 601 801 100150 100 150 200 (ms)50
70
90
110
(℃) 時間 vs 温度
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
-60 -30 0 30 60 90 120
tpLH
[ns]
温度 [℃]
±0% +20% +40% +50% +100%
トランジスタの遅延と温度
トランジスタの種類(Vthの基準値からの増加率)
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7関連研究(1)
低消費電力テスト低消費電力指向ATPGX-Fillingテストパターンオーダリング
低消費電力指向DFT
低発熱テスト
テストスケジューリング
テストパターンオーダリング
高検出率法
低電力法
16分割した各ブロックの
消費電力と温度
温度
電力
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8関連研究(2)
消費電力均一化テストS. Bahukudumbi and K. Chakrabarty, “Power Management for Wafer-Level Test During Burn-In,” IEEE ATS (2008).テスト実行時の回路全体の消費電力を均一化
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9提案技術
回路温度均一化テストパターン生成法
テストパタンの印加による回路温度の変動を 抑えることでテストの精度を向上
回路を複数のブロックに分割し、 ブロック毎の温度を、空間的・時間的に考慮
時間(ms)
16ブロックの温度変移(℃) 時間(ms)
16ブロックの温度変移(℃)
低電力テスト 提案法
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10関連研究との違い
提案技術
回路温度均一化テストパターン生成法
ブロック毎の温度を、空間的・時間的に均一化
温度均一化のために、電力ばらつきも考慮
低消費電力・低発熱テスト
消費電力・発熱の低減する手法
テスト実行時の回路全体の消費電力均一化
空間的な電力ばらつきは考慮なし
温度ばらつきは考慮なし
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11提案技術の紹介
スキャン設計を用いたテスト手法
スキャン設計
提案手法のアイディア
ドントケアビットの利用
テストパターンリオーダリング
評価
特長
一般的な設計フローに導入可能
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12スキャン設計
もっとも利用されているテスト容易化設計法複数のFFがシフトレジスタとして機能
外部から直接FFを制御・観測
FF(記憶素子)
組合せ回路
外部入力
外部出力
スキャン設計適用前
組合せ回路
外部入力
外部出力
スキャン設計適用後
SE0SI0 SO0
SE1SI1 SO1
FF FF
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13提案手法:アイディア1
テストパターン中のドントケアビットを利用
ドントケアビット: テスト品質には影響しないが発熱には影響する
0 0AB
C
DE
Z
Z=0にするには、
A=0とすれば十分B~Eの値はドントケア
ドントケアビット率:ITC99 benchmark circuitsb12: 79%, b14: 91%, b15: 95%, b17 93%
ドントケアビット率:ITC99 benchmark circuitsb12: 79%, b14: 91%, b15: 95%, b17 93%
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14提案法:アイディア2
温度
消費電力、直前の温度、周囲の温度に依存
温度均一化1. ドントケアビットの特定:各パターンごとに空間的に消費電
力均一化
2. テストパターンリオーダリング:パターンを並び替えて、時 間的に温度を均一化
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評価(回路
ITC99b17, 16ブロック分割)
低電力テスト 空間的均一化後
提案法(許容温度差3℃)
16ブロックの温度変移(℃)
16ブロックの温度変移(℃)
16ブロックの温度変移(℃)
16ブロックの温度変移(℃)
時間(ms) 時間(ms)
時間(ms) 時間(ms)
提案法(許容温度差1℃)
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16評価(他手法に対する削減率)
提案法(許容温度差1℃)の分散値削減率
空間的均一化後
低電力テスト手法1(min-fill)低電力テスト手法2(0-fill)低電力テスト手法3(1-fill)
空間的均一化後
低電力テスト手法1(min-fill)低電力テスト手法2(0-fill)低電力テスト手法3(1-fill)
%
%
空間的温度分散
時間的温度分散
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17提案手法:特徴
一般的な設計フローに導入可能
RTL 記述
論理設計レイアウト設計
テスト容易化設計(スキャン設計)
論理設計レイアウト設計
テスト容易化設計(スキャン設計)
ゲートレベル記述
テスト生成(市販ツール)
テスト生成(市販ツール)
ドントケア付きテストパターン
論理シミュレーション
論理シミュレーション
電力プロファイル
温度プロファイル
電力シミュレーション
電力シミュレーション
信号値変化プロファイル
熱シミュレーション
熱シミュレーション
レイアウトフロアプラン
提案法提案法
空間的消費電力
均一化
空間的消費電力
均一化
時間的温度均一化
時間的温度均一化
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18提案手法のまとめ
VLSIの高精度な遅延テストのための テストパターン生成法
スキャン設計されたVLSIに適用可能
テスト時の回路温度を空間的・時間的に均一化
一般的な設計フローに導入可能
(応用技術)テスト時の回路温度を制御する テストパターン生成技術
*均一化法のパラメータを変えることで可能
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19想定される用途
種々のテストの精度を向上
製造テスト
良品・不良品を判別する技術
性能評価個々のVLSIの性能(動作周波数)の評価
プロセスの評価
フィールドテスト
劣化予測・障害回避
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20想定される業界
システム設計者
高品質なテストを要求するシステムの設計者高信頼化システム(医療、車載etc.)ハイエンドシステム(高性能サーバ)
VLSI設計者
高信頼化VLSIの提供
高精度なプロセス評価
EDAベンダー
テスト生成ツールのオプションとしての採用
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21企業への期待
新技術の試行
導入コストは不要
一般的なスキャン設計回路に適用可能
一般的な設計フローに導入可能
手法の改良への協力
実デザインのデータの提供
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22提案技術に関する知的財産権
発明の名称:
半導体集積回路のテストパターン生成方法、プログ ラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体
出願番号特願2010-007003国際出願 PCT/JP2011/000059台湾出願 100101509, 米国出願
13/550,008
出願人:奈良先端大、九工大
発明者:井上美智子、米田友和、佐藤康夫
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23産学連携の経歴
1997 - 2000 STARCとの共同研究
2003 - 2005 STARCとの共同研究
2006 - 2008 STARCとの共同研究
2008 - 2013 JST CREST 受託研究
2011 - 日立製作所との共同研究
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奈良先端科学技術大学院大学
24お問い合わせ先
奈良先端科学技術大学院大学(NAIST) 産官学連携推進本部
コーディネーター
特任教授
樫原潤三
TEL 0743-72-5191
FAX
0743-72-5194e-mail