集成電路故障檢測

集成電路芯片的硬件缺陷通常是指芯片在物理上所表現(xiàn)出來的不完善性。集成電路故障(Fault)是指由集成電路缺陷而導(dǎo)致的電路邏輯功能錯誤或電路異常操作。導(dǎo)致集成電路芯片出現(xiàn)故障的常見因素有元器件參數(shù)發(fā)生改變致使性能極速下降、元器件接觸不良、信號線發(fā)生故障、設(shè)備工作環(huán)境惡劣導(dǎo)致設(shè)備無法工作等等。電路故障可以分為硬故障和軟故障。軟故障是暫時的，并不會對芯片電路造成永久性的損壞。它通常隨機出現(xiàn)，致使芯片時而正常工作時而出現(xiàn)異常。在處理這類故障時，只需要在故障出現(xiàn)時用相同的配置參數(shù)對系統(tǒng)進行重新配置，就可以使設(shè)備恢復(fù)正常。而硬故障給電路帶來的損壞如果不經(jīng)維修便是永久性且不可自行恢復(fù)的。

通常集成電路芯片故障檢測必需的模塊有三個：源激勵模塊，觀測信息采集模塊和檢測模塊。源激勵模塊用于將測試向量輸送給集成電路芯片，以驅(qū)使芯片進入各種工作模式。故，通常希望測試向量集能盡量多得包含所有可能的輸入向量。觀測信息采集模塊負責(zé)對之后用于分析和處理的信息進行采集。觀測信息的選取對于故障檢測至關(guān)重要，它應(yīng)當盡量多的包含故障特征信息且容易采集。檢測模塊負責(zé)分析處理采集到的觀測信息，將隱藏在觀測信息中的故障特征識別出來，以診斷出電路故障的模式。

最早的電路故障診斷方法主要依靠一些簡單工具進行測試診斷，它極大地依賴于專家或技術(shù)人員的理論知識和經(jīng)驗。在這些測試方法中，最常用的主要有四類：虛擬測試、功能測試、結(jié)構(gòu)測試和缺陷故障測試。虛擬測試不需要檢測實際芯片，而只測試仿真的芯片，適用于在芯片制造前進行。它能及時檢測出芯片設(shè)計上的故障，但它并未考慮芯片在實際的制造和運行中的噪聲或差異。功能測試依據(jù)芯片在測試中能否完成預(yù)期的功能來判定芯片是否存在故障。這種方法容易實施但無法檢測出非功能性影響的故障。結(jié)構(gòu)測試是對內(nèi)建測試的改進，它結(jié)合了掃描技術(shù)，多用于對生產(chǎn)出來的芯片進行故障檢驗。缺陷故障測試基于實際生產(chǎn)完成的芯片，通過檢驗芯片的生產(chǎn)工藝質(zhì)量來發(fā)現(xiàn)是否包含故障。缺陷故障測試對專業(yè)技術(shù)人員的知識和經(jīng)驗都要求很高。芯片廠商通常會將這四種測試技術(shù)相結(jié)合，以保障集成電路芯片從設(shè)計到生產(chǎn)再到應(yīng)用整個流程的可靠性和安全性。然而，對于日趨復(fù)雜的電路系統(tǒng)，這些早期方法越發(fā)顯得捉襟見肘。經(jīng)過不斷的改進和創(chuàng)新，許多新的思想和方法相繼問世。電壓診斷出現(xiàn)較早且運用較廣。電壓測試的觀測信息是被測電路的邏輯輸出值。此方法通過對電路輸入不同的測試向量得到對應(yīng)電路的邏輯輸出值，然后將采集的電路邏輯輸出值與該輸入向量對應(yīng)的電路預(yù)期邏輯輸出值進行對比，來達到檢測電路在實際運行環(huán)境中能否實現(xiàn)預(yù)期邏輯功能的目的。此方法簡單卻并不適用于冗余較多的大規(guī)模的集成電路。若缺陷出現(xiàn)在冗余部分就無法被檢測出來。而且當電路規(guī)模較大時，測試向量集也會成倍增長，這會直接導(dǎo)致測試向量的生成難且診斷效率低下等問題。此外，如果故障只影響電路性能而非電路邏輯功能時，電壓診斷也無法檢測出來。由于集成電路輸出的電壓邏輯值并不一定與電路中的所有節(jié)點相關(guān)，電壓測試并不能檢測出集成電路的非功能失效故障。于是，在 80 年代早期，基于集成電路電源電流的診斷技術(shù)便被提出。電源電流通常與電路中所有的節(jié)點都是直接或間接相關(guān)的，因此基于電流的診斷方法能覆蓋更多的電路故障。然而電流診斷技術(shù)的提出并非是為了取代電壓測試，而是對其進行補充，以提高故障診斷的檢測率和覆蓋率。電流診斷技術(shù)又分為靜態(tài)電流診斷和動態(tài)電流診斷。靜態(tài)電流診斷技術(shù)的核心是將待測電路處于穩(wěn)定運行狀態(tài)下的電源電流與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，來判定待測電路是否存在故障?？梢?，閾值的選取便是決定此方法檢測率高低的關(guān)鍵。早期的靜態(tài)電流診斷技術(shù)采用的固定閾值，然而固定的閾值并不能適應(yīng)集成電路芯片向深亞微米的發(fā)展。于是，后人在靜態(tài)電流檢測方法上進行了不斷的改進，相繼提出了差分靜態(tài)電流檢測技術(shù)，電流比率診斷方法，基于聚類技術(shù)的靜態(tài)電流檢測技術(shù)等。動態(tài)電流診斷技術(shù)于 90 年代問世。動態(tài)電流能夠直接反應(yīng)電路在進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，其內(nèi)部電壓的切換頻繁程度?；趧討B(tài)電流的檢測技術(shù)可以檢測出之前兩類方法所不能檢測出的故障，進一步擴大故障覆蓋范圍。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展與逐漸成熟，集成電路芯片故障檢測技術(shù)也朝著智能化的趨勢前進