IC常见的问题

EM (electron migration，电子迁移)

“电子迁移”是50年代在微电子科学领域发现的一种从属现象，指因电子的流动所导致的金属原子移动的现象。因为此时流动的“物体”已经包括了金属原子，所以也有人称之为“金属迁移”。在电流密度很高的导体上，电子的流动会产生不小的动量，这种动量作用在金属原子上时，就可能使一些金属原子脱离金属表面到处流窜，结果就会导致原本光滑的金属导线的表面变得凹凸不平，造成性的损害。2MIT-STD-883EMethod1033在了解上述的IC测试方法之后，IC的设计制造商就需要根据不用IC产品的性能，用途以及需要测试的目的，选择合适的测试方法，的降低IC测试的时间和成本，从而有效控制IC产品的质量和可靠度。这种损害是个逐渐积累的过程，当这种“凹凸不平”多到一定程度的时候，就会造成IC内部导线的断路与短路，而终使得IC报废。温度越高，电子流动所产生的作用就越大，其***破坏IC内一条通路的时间就越少，即IC的寿命也就越短，这也就是高温会缩短IC寿命的本质原因。

NBTI 、HCI、TDDB

这三个效应都跟MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 金属氧化物半导体场效应管) 原理有关。

罪魁祸首 ： SiOHSiOH

MOSFET原理是一个门极(Gate)靠静电势控制底下的导电沟道深度，电势高形成深沟道电流就大，电势低沟道消失就不导电了。稍微想深一层就知道这个门极导电底下的沟道也导电，那就必须中间有个绝缘介质把他们分开，否则就变成联通线不是晶体管了。再想深一层就知道这个绝缘介质的做法是把硅氧化做二氧化硅。门电路是半定制数字集成电路的积木（StardardCell），所有的逻辑都将通过它们的实现。而行外人一般想不到的是光二氧化硅还不够，工程上二氧化硅和基板硅之间附着很差，必须加入Si-H键把二氧化硅层拴住。所以实际上介质层和硅之间有一层不是纯SiO2SiO2是SiOHSiOH，问题由此产生。

IC产品的质量解说

质量（Quality）和可靠性（Reliability）在一定程度上可以说是IC 产品的生命，好的品质，长久的耐力往往就是一颗IC产品的竞争力所在。在做产品验证时我们往往会遇到三个问题，验证什么，如何去验证，哪里去验证，这就是what, how , where 的问题了。常常用于芯片Tapeout前的功能验证，或者用于基于FPGA的系统产品（非ASIC实现方案，快速推向市场）。解决了这三个问题，质量和可靠性就有了保证，制造商才可以大量地将产品推向市场，客户才可以放心地使用产品。现将目前较为流行的测试方法加以简单归类和阐述，力求达到抛砖引玉的作用。

质量（Quality） 就是产品性能的测量，它回答了一个产品是否合乎规格（SPEC）的要求，是否符合各项性能指标的问题；可靠性（Reliability）则是对产品耐久力的测量，它回答了一个产品生命周期有多长，简单说，它能用多久的问题。所以说质量（Quality）解决的是现阶段的问题，可靠性（Reliability）解决的是一段时间以后的问题。知道了两者的区别，我们发现，Quality 的问题解决方法往往比较直接，设计和制造单位在产品生产出来后，通过简单的测试，就可以知道产品的性能是否达到SPEC 的要求，这种测试在IC的设计和制造单位就可以进行。因为模拟IC通常要输出高电压或者大电流来驱动其他元件，而CMOS工艺的驱动能力很差。相对而言，Reliability 的问题似乎就变的十分棘手，这个产品能用多久，who knows? 谁会能保证今天产品能用，明天就一定能用？为了解决这个问题，人们制定了各种各样的标准.

数字IC测试仪的研究

随着集成电路技术的飞速发展,集成电路的测试技术已成为集成电路产业发展重要支撑之一,也是保证集成电路性能、质量的关键手段之一。如果按技术来分的话，模拟IC可分为只处理模拟信号的线性IC和同时处理模拟与数字信号的混合IC。目前,集成电路测试仪一般价格比较高,但在电子实验室的实验中经常需要测试中、小规模数字IC好坏,数字集成电路的测试又是一项经常性的工作,所以,自己设计一台经济实用的集成电路测试仪是非常必要的。 

研究了国内外集成电路测试技术,提出了基于单片机系统的数字IC测试仪的设计,设计包括硬件系统设计和软件系统设计。的重点是硬件系统电路设计。设计包括AT89C52单片机的选择,可编程I/O接口,电源系统、键盘、复位电路,LED显示接口CH451,计算机与单片机串行通信接口MAX232,测试插座接口,上位计算机等。此外由于工艺技术的限制，模拟电路设计时应尽量少用或不用电阻和电容，特别是高阻值电阻和大容量电容，只有这样才能提高集成度和降低成本。硬件系统各功能单元电路的设计全部采用模块化,每部分电路的选择都经过比较和优化设计,便于以后硬件的升级。 针对单片机电源电路带负载能力的扩流和测试插座接口电路的设计及数字IC测试向量编码方法等方面进行了改进,提高了硬件系统的可靠性,简化了软件编程,并借助EDA技术进行了验证。

数字系统实时验证

在利用MP3C硬件平台的基础上搭建验证平台来实现对数字系统的验证,根据该系统的特点,完成了软硬件验证平台的构建和软件的配置。该验证系统主要是由APTIX MP3C系统、Spartan-IIE FPGA和相应的EDA软件等组成。温度越高，电子流动所产生的作用就越大，其***破坏IC内一条通路的时间就越少，即IC的寿命也就越短，这也就是高温会缩短IC寿命的本质原因。 主要对验证的整体方案以及系统各个模块的功能和实现进行了深入的分析。介绍了IC设计的流程和IC验证的重要性;并对MP3C的FPCB和FPIC等模块以及Spartan-IIE开发板的FPGA、I/O和接口等模块的性能和使用方法进行了详细说明。

然后提出了以MP3C为***的快速数字系统验证的硬件平台实现方法,其中激励产生和数据采集观察是通过在一块评估板中来实现;在EXPLORER软件中完成整个系统的搭建、FPGA的布局布线和FPCB的编译。并且根据这一方法实现了对复杂数字系统FFT进行验证,后得出了正确的结果,证明这一方法是切实有效的。SciroccoScirocco是迄今为止的VHDL模拟器，并且是市场上为SoC验证度身定制的模拟工具。此方法能缩短IC开发周期,提高IC验证的效率,对将来IC发展来说很具有实际意义。