專利名稱：用于與電路板連接的集成電路的試驗系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到在權(quán)利要求1至3中說明的一種類型的試驗系統(tǒng)以及在權(quán)利要求8至10中說明的同類型的一種試驗方法。
這樣一種試驗系統(tǒng)和相應(yīng)的方法在DE4110551C1中有敘述。
在研究中，通過集成電路的多個接腳進入的寄生晶體管是這樣確定的在集成電路中這些晶體管通過該基片和地之間的二極管形成。這些二極管為寄生二極管，由此構(gòu)成的晶體管成為寄生晶體管或橫向晶體管。
該晶體管測量是在被稱為接地發(fā)射極極結(jié)構(gòu)中完成的。在這種結(jié)構(gòu)中，該晶體管的發(fā)射極與試驗器的接地端子連接。在此方法中，晶體管的基極(該集成電路的GND接腳(接地接腳))，不與地連接。通常情況下，取而代之是將導(dǎo)通晶體管的基極電壓加到它上面。該集成電路的兩個信號接腳分別作為發(fā)射極和集電極連接。GND和信號接腳之間的各二極管分別構(gòu)成該晶體管的發(fā)射極和集電極二極管。該集電極電流被測量。試驗中的該晶體管在下文中稱為“試驗晶體管”。
相對于上述的試驗方法(例如節(jié)點阻抗測量)此方法的優(yōu)點在于提高能力以對復(fù)雜電路極上、特別是那些帶有總線結(jié)構(gòu)的電路(電路中許多集成電路接腳是并聯(lián)的)上集成電路的接腳的正確連接進行可靠驗證。
兩種雙極技術(shù)制造的集成電路，例如TTL包含試驗晶體管，這種集成電路很適用于這種試驗方法。然而當試驗互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)制造的集成電路時，就碰到了諸多困難，而此技術(shù)正在擴大其使用?，F(xiàn)今幾乎所有高密度集成電路是用互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)生產(chǎn)的。
其結(jié)果，對互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路，甚至通過開路接腳(即它們沒連到電路時)測量單獨的集成電路時，由于已知的文獻中“背景電流”的影響，會出現(xiàn)一些問題當測量一個互補金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路中的試驗晶體管時，產(chǎn)生出比來自該試驗晶體管本身預(yù)計的電流高得多電流。明顯流過該試驗晶體管的附加電流(下文稱為附加電流)在文獻中稱為“背景電流”。該附加電流很大程度上取決于集成電路的制造參數(shù)，如不同的生產(chǎn)廠家或不同的批料。
很難或不可能將試驗晶體管的電流與該附加電流分開。因為該附加電流常常顯著地離于該試驗晶體管的電流，從而不可能對該試驗晶體管的特性做出可靠推斷。
如果，由于集成電路的多個接腳之間并連接，幾個試驗晶體管并聯(lián)，且由于一個試驗晶體管的電流已知，就可以從流過并聯(lián)電路中的總電流推斷出試驗晶體管的數(shù)量，因為通常一個集成電路的各試驗晶體管呈現(xiàn)相似的特性。然而如果流過的附加電流非常大，就不可能推斷有關(guān)并聯(lián)連接的試驗晶體管數(shù)量。
本發(fā)明的目的是提供試驗系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法也用于互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路，使得試驗晶體管的測量可能具有高精度，特別是對附加電流具有高度鑒別力。
本發(fā)明達到的目的具有權(quán)利1至3的系統(tǒng)和權(quán)利要求6至8的方法的特征。
本發(fā)明是以這樣的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，即一個晶體管具有一個信號接腳作為發(fā)射極，具有GND作為基極和另一個信號接腳作為集電極。當互補金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)集成電路中一個試驗晶體管導(dǎo)通時，一個附加晶體管(下文介紹稱為附加晶體管)將總是導(dǎo)通的，并且這呈現(xiàn)出沒有試驗系統(tǒng)與該集成電路的任何其他接腳連接。該附加晶體管是這樣一個晶體管，在電源接腳Vcc上有其集電極。在所有集成電路中，不管是用互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)制造的，還是雙極技術(shù)制造，都存在的這種附加晶體管，它由位于GND和Vcc之間的一個寄生二極管組成。該寄生二極管存在于所有集成電路中，并作為集電極二極管與任何存在于GND和作為發(fā)射極與地連接的信號接腳之間的二極管組合工作。當構(gòu)成一個帶有集電極、基極和發(fā)射極連接的試驗晶體管時，該附加晶體管由此具有相同的發(fā)射極和相同的基極、而Vcc接腳作為它的集電極。
如果雙極集成電路的電壓接腳Vcc沒有外部連接，該附加晶體管就沒有集電極電壓，這不是用于互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路的情況。
在互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路中，在每個信號接腳和電源接腳Vcc之間存在有一個寄生二極管，二極管的正向為由信號接腳到電源接腳。所以如果在互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路的任何一個信號接腳上加上一個集電極電壓，電流就流到電源接腳Vcc并產(chǎn)生一個電壓，盡管由于反向二極管該電壓較小一些。但也足以起到該附加晶體管的集電極電壓作用，下文中把它稱為附加電壓。在作為集電極連接的信號接腳處測量的集電極電源，由流過該試驗晶體管的電流一部分和經(jīng)提及的二極管流過該附加晶體管的電流組成。
設(shè)置在GND和Vcc之間的二極管通常其不令人滿意的導(dǎo)電特性比GND和用作集電極二極管的信號接腳之間的二極管還強得多。因此該附加晶體管通常具有比任何試驗晶體管高得多的電流放大倍數(shù)。如果在對一個試驗晶體管的集電極電流進行測量時，測量該試驗晶體管和附加晶體管的電流之和，然后有價值的電流，即由該試驗晶體管提供的電流，與總的電流相比是非常小，所以不可能對該試驗晶體管的電流和多種特性作出可靠確定，流過該附加晶體管的附加電流在近代文獻中稱為“背景電流”。
尤其不適宜的是，配有集成電路的電路板通常具有分別并聯(lián)連接的接地接腳和電源接腳Vcc。而且，特別是帶有總線的結(jié)構(gòu)情況，幾個集成電路的接腳是并聯(lián)連接的。如果并聯(lián)連接的各信號接腳用作為正被測量的試驗晶體管的發(fā)射極，于是在幾個集成電路中的各附加晶體管并聯(lián)，且在該試驗晶體管測量期間，這些附加晶體管將被導(dǎo)通。因此產(chǎn)生大的附加電流，則即使最精確的試驗系統(tǒng)也不再可能去確定該試驗晶體管的集成電極電流。
藉助本發(fā)明，可以區(qū)分出試驗晶體管的集電極電流和附加電流，以使試驗晶體管的測量具有很高精度。
利用權(quán)利要求1的一個試驗系統(tǒng)和權(quán)利要求8的方法，首先用常規(guī)方法確定該試驗晶體管的集電極電流，這電流由通過實際試驗晶體管的電流之和及來自附加晶體管的電流總和構(gòu)成。由于該二極管在作為集電極的信號接腳和電源接腳之間，則測量出了該電源接腳Vcc處出現(xiàn)的附加電壓。而在第二步中，斷開該試驗晶體管的集電極，然后靠施加前面測量的附加電壓和前面用過的基極電壓，單獨驅(qū)動該附加晶體管，為此用了與驅(qū)動試驗晶體管相同的參數(shù)驅(qū)動該附加晶體管。側(cè)得該附加電流，然后從前面測量的集電極電流中減去該電流，就得到校正的集電極電流，它正好是流過該試驗晶體管的電流。該試驗系統(tǒng)正如權(quán)利要求4敘述的，可以自動地對這個差值進行測定。
換言之，該附加電流可以用權(quán)利要求2中的試驗系統(tǒng)或用權(quán)利要求9中的方法確定。根據(jù)這一點，該試驗晶體管再用傳統(tǒng)方法(包括附加電流)進行測量，確定Vcc處的電壓，且在斷開基極和發(fā)射極以后，只施加前面所用的集電極電壓和前面所測量電源接腳Vcc處的附加電壓。然后該附加電源流過在這些接腳之間存在的二極管，且然后就可以被測量，接著從先前得出的集電極電流中減去，此方法具有權(quán)利要求5的自動做試驗的優(yōu)點。
最后，根據(jù)權(quán)利要求3的另一個可用的試驗系統(tǒng)或根據(jù)權(quán)利要求10的相應(yīng)方法，與該試驗晶體管的傳統(tǒng)測量的同時，一個來自單獨的電壓源與集電極電壓相同量極的適當?shù)母郊与妷杭拥诫娫唇幽_Vcc上?，F(xiàn)在在作為集電極連接的信號接腳和電源接腳之間設(shè)置的二極管被隔離開，在它的兩端出現(xiàn)相同的電壓。于是，充電流流過該二極管。該試驗晶體管的集電極電流和通過附加晶體管的附加電流來自不同的單獨的電源，以使該校正的集電極電流可以在該試驗晶體管的集電極處直接測定，而與該附加電流無關(guān)。
如果該附加電流的測量結(jié)果被校正，且該電源可以超過該試驗晶體管的電流幾個數(shù)量級，從而保證該試驗晶體管的測量非常精確。由此可以得出結(jié)論在一個集成電路的不同試驗晶體管中會造成差別。在幾個晶體管并聯(lián)時，可能確定有幾個晶體管，例如是否在三個并聯(lián)的晶體管中少了一個。
一個顯著的優(yōu)點是同類型但來自不同的生產(chǎn)廠家或不同產(chǎn)品批料的集成電路之間大的差別，這種差別已不再影響表現(xiàn)為背景電流的差別，這樣就可以對任意集聚同類型集成電路的電路板進行試驗，這些同類型集成電路是從不同生產(chǎn)廠家或不同產(chǎn)品批料生產(chǎn)的。
當接通一個特定的試驗晶體管與該試驗器用以檢驗連接的各接腳與它相應(yīng)的電路制線的正確連接時，該試驗器可以檢驗該接通的試驗晶體管是否起著一個晶體管的作用。例如，可以測量其電流增益，可以得出以幾項測量為基礎(chǔ)的晶體管特性曲線或其他某些典型晶體管特性。如果檢驗確信，該接通的試驗晶體管起到一個晶體管作用，則也就確信，接通的接腳連接正確，且該集成電路的各個內(nèi)連接完好，例如沒有因過高的焊接溫度而受到損壞。
還可以只用一種測量，測量與該試驗器接通的一個試驗晶體管的集電極電流，并判定該試驗晶體管的集電極電流是否與所施加的基極和集電極電壓的預(yù)期值相應(yīng)。
在沒有進一步測量和沒有輔助的計算步驟情況下，只用一個電流測量對每個試驗晶體管就足夠了，例如得出電流增益或評估測量曲線。然而，用這種簡單方法的缺點是被試驗的一個集成電路的一個特定試驗晶體管的集電極電流，在同類型但由不同生產(chǎn)廠家或不同產(chǎn)品批料生產(chǎn)的集成電路之間會有很大的不同。各電流相差可以遠遠超過10倍。因此如果要試驗的電路板集聚的集成電路來自不同生產(chǎn)廠家或不同產(chǎn)品批料，則這種方法會帶來許多問題。
這些問題可以用根據(jù)權(quán)利要求6的一種試驗系統(tǒng)或根據(jù)權(quán)利要求11的一種試驗方法解決。用該規(guī)定的方法得出的標稱集電極電流，例如，對于一個試驗晶體管可以指示至平均值的1.2倍的電流，與生產(chǎn)廠家和批料不同無關(guān)，因為各個試驗晶體管的電流值變化與該平均值的變化相同。
例如，如果一個被測量的試驗晶體管其標稱集電極電流是平均值的1.2倍，這與來自某一生產(chǎn)廠家的一個集成電路的集電極電流是50微安，還是來自另一個不同的生產(chǎn)廠家的集成電路的集電極電流是2毫安無關(guān)。
但是根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求12，最好只用這樣的各組試驗晶體管的平均值，這些晶體管具有相同型式接腳的集電極和相同型式接腳的發(fā)射極。具有一個輸入接腳I作為集電極和一個輸出接腳O作為發(fā)射極的試驗晶體管從而屬于I—O組，而帶有一個輸出接腳O作為集電極及輸入接腳I作為發(fā)射極的試驗晶體管屬于O—I組。其他的組是，例如I—I，O—O或由其他型式接腳，例如啟動接腳或芯片選擇接腳組成的組。如果用這樣方式，各平均值是由具有彼此間非常相擬的試驗晶體管的組組成，那么肯定，對于來自不同生產(chǎn)廠家或不同批料的集成電路，其平均值將隨著各個試驗晶體管的集電極電流非常精確地變化。因此由考慮到不同生產(chǎn)廠家和不同批料之間，各組的平均值可以有不同的變化。
根據(jù)權(quán)利要求13的方法的好處，首先在于所有試驗晶體管的標稱電流是用已知的一塊好電路板得出的，且將標稱電流的這個列表與由相應(yīng)的要試驗的一塊電路板上的各晶體管所得出的標稱電流進行比較，通過簡單的列表比較，即可判定“好”或“損壞”。
在附圖中，通過舉例和圖示描述本發(fā)明如下

圖1是一個互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路的二極管等效電路；圖2是以晶體管表示的圖1與試驗連接的等效電路；圖3是根據(jù)圖1的一個集成電路帶有兩倍數(shù)量接腳的等效電路；圖4是圖3以晶體管表示的等效電路圖，以及圖5是并聯(lián)連接在一個電路板上的兩個圖4表示的集成電路。
圖1示出一個互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路的二極管等效電路。為了簡化敘述，僅表示帶兩個信號接腳I和O(輸入、輸出)的集成電路。電源接腳用Vcc表示。該集成電路的接地腳用GND表示。示出的D1和D5二極管可以通過在各接腳之間進行測量在外確定。這些是在集成電路基片中的雙極性二極管，通常是寄生二極管，不是那些由集成電路制作者們設(shè)置在內(nèi)部的二極管，而是由于集成電路的結(jié)構(gòu)，在基片中形成的二極管。
因此二極管D1和D2總是如所示的極性出現(xiàn)在信號接腳和GND之間，二極管D4和D5在信號接腳和Vcc之間，而二極管D3在Vcc和GND之間。
這些二極管是低內(nèi)阻的雙極二極管，與互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路高度復(fù)雜的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)電路(未示出)中流過的電流比較，系在低電壓下流過高電流。當考慮的電流流過所示二極管D1至D5時，該集成電路略去的整個互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)邏輯電路從而可以忽略不計。同樣，出現(xiàn)在該集成電路中適用于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)電路中低電流水平的所有歐姆電阻或電容是微小的，且當考慮電流通過二極管D1到D5時，它們可以忽略不計。用于保護目的設(shè)置的所謂鉗位二極管，由于通常它們配有一個串聯(lián)電阻，從而只允許相對小的(即微小)的電流流過，因此也不會帶來問題。如果在Vcc處的電壓太高，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOS-FET)電路會帶來的唯一問題是會使金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)導(dǎo)通。如果Vcc處的電流電壓低，在此電壓下使該互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)邏輯電路場效應(yīng)管導(dǎo)通，圖1的該二極管等效電路才是無效的。對于傳統(tǒng)的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路，該電壓大約為2伏，而對于用于電池供電設(shè)備的現(xiàn)代的集成電路可以小于1伏。在確定施加的試驗電壓時，這是必須考慮的。
由于該二極管D1和D2存在于同一基片中，它們可以構(gòu)成一個試驗晶體管，該晶體管具有它作為接地接腳的基極，由此I可以是集電極，而O可以是該發(fā)射極，或反之亦然。圖2為以傳統(tǒng)晶體管表示(電路)描繪。該試驗晶體管的基極在接地接腳(GND)處。D2構(gòu)成該集電極二極管，而D1構(gòu)成該發(fā)射極二極管。
圖2示出的試驗器T，將集電極輸出C與該信號接腳I連接，基極端子B與接地接腳(GND)連接，而用作發(fā)射極的接地端子E與該信號接腳O連接。明確地說，該接地腳I、GND和O被表示成與集電極C、基極B和發(fā)射極E一樣的連接。這是一個發(fā)射極接地的共發(fā)射極電路的晶體管。
現(xiàn)在敘述試驗晶體管的電路結(jié)構(gòu)，該電路由二極管D2和D1構(gòu)成，它可以是雙極集成電路。在此電路中省掉了二極管D5，以便在由D2和D1構(gòu)成的該試驗晶體管上進行精確測量。然而對于互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路來說，因為存在二極管D5，這是不可能的。
基于這些二極管的極性，由二極管D1和D2構(gòu)成的該試驗晶體管是一個NPN晶體管。因此，該集電極電壓相對于該發(fā)射極為正。在互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路中存在的二極管D5為正向，所以Vcc呈現(xiàn)的電壓等效于集電極電壓減去在二極管D5兩端的正向電壓降。然而，如果在Vcc處出現(xiàn)與集電極電壓相當?shù)碾妷?，那末，?gòu)成了一個由二極管D3和D1的附加晶體管，帶有Vcc處的集電極、O處的發(fā)射極，以及GND處的基極。
圖2中表示的這些關(guān)系表明了圖1的電路的另一種形式。該晶體管(電路)示出一個接地的發(fā)射極二極管D1和兩個集電極二極管D2和D3。該試驗晶體管的集電極在I處，該附加晶體管的集電極在Vcc處。
在這些考慮中，前面未提到的二極管D4在所有情況下都處于反向，因而可忽略。
用作附加晶體管D3、D1的集電極二極管的二極管D3，偏巧具有不希望有的作用，由它構(gòu)成的晶體管的電流增益比所有具有一個信號接腳作為集電極的試驗晶體管都明顯地高。盡管該附加晶體管的集電極電壓稍低一些，但這使得電流顯著地大。其電流增益β實際上明顯地高出幾個數(shù)量級。關(guān)于該試驗晶體管D2、D1的特性，例如關(guān)于它的電流增益并不能做出結(jié)論，因為該電流增益和由此該附加晶體管D3、D1的電流在回型集成電路之間，例如，在來自不同生產(chǎn)廠家或不同產(chǎn)品配料的集成電路之間變化是很大的。
如果對該試驗晶體管進行測量，為此造成非常高的背景電流通過該附加晶體管D3、D1，從而干擾測量。為了補償這種情況，該試驗器T具有一個與Vcc連接的附加端子Z。
該試驗器是通過下述方式裝備的，即可以在以下兩種工作方式之間切換。
在第一種工作方式下，正如已經(jīng)介紹的，一個集電極電壓加到I和該試驗器的集電極端子C上，一個基極電壓加到GND和該試驗器的基極端子B上，該集成電路的O與該試驗器的接地端子E(發(fā)射極)連接?，F(xiàn)在測量流過C的集電極電流。正如已經(jīng)介紹的，這電流由通過該試驗晶體管D2、D1和通過該附加晶體管D3、D1的電流之和組成，而且，在第一種工作方式的這種測量中，Vcc處的電壓是用該試驗器的附加端子Z來測量的。
然后將試驗器切換到第二種工作方式。在這種方式中，該集電極連接C是斷路的，在第一種工作方式下測量過的Vcc電壓通過該試驗器的附加端子Z加到了Vcc上。GND處的基極電壓設(shè)定到如在第一種工作方式時相同的數(shù)值。
由此確信，在第二種工作方式下，在集電極C處無電流存在，且在該附加晶體管D3、D1的集電極Z、基極B和發(fā)射極E處，其I況與第一工作方式完全相同。現(xiàn)在，附加晶體管的集電極電流、即附加電流，在該試驗器的端子Z處確定。
然后，在兩種工作方式下，C和Z處確定的電流相互是分開的。所以該附加晶體管D3、D1的附加電流得從總的集電極電流中減去，總的集電極電流是由該試驗晶體管D2、D1和附加晶體管D3、D1并聯(lián)而產(chǎn)生的。結(jié)果，得出了該試驗晶體管的校正后的集電極電流。
由于兩個晶體管的總集電極電流和該附加電流是用相同的參數(shù)確定的，通過這樣校正就可高度精確試驗晶體管單獨的集電極電流。因此可以用適當?shù)臏y量方法，例如比較基極電流和集電極電流去確定電流增益β，或者可通過測量幾個工作的接腳確定晶體管特性曲線，每次適當?shù)剌^正附加電流，達到每次以兩種工作方式進行測量。
在圖2中，考慮進行晶體管試驗，接腳I作為集電極連接，而接腳O作為發(fā)射極連接。正如在圖1中所示，由于二極管布置得相對于信號接腳I和O完全對稱，所以O(shè)也可以用作為集電極，而I可以作為發(fā)射極。如果O是該晶體管的集電極，現(xiàn)在導(dǎo)通的二極管D4使其與Vcc連接，此時D5切斷。在圖2中示出的晶體管結(jié)構(gòu)，表示一個晶體管帶發(fā)射極二極管D1和二個并聯(lián)的集電極二極管D2和D3，這表示其結(jié)構(gòu)與剛才所敘述的情況不相同。D2構(gòu)成發(fā)射極二極管，而D3和D1構(gòu)成并聯(lián)的集電極二極管。
對于圖1，正如已經(jīng)提到的，要注意的是在Vcc處出現(xiàn)的使附加晶體管D3、D1導(dǎo)通的電壓并不太大，以至于內(nèi)部的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)邏輯電路并不導(dǎo)通。即在它的輸出處呈現(xiàn)出低電阻。因此必須要注意，根據(jù)互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的類型，在Vcc處出現(xiàn)的附加電壓不超過大約1伏或大約2伏。另外，在GND處的基極電壓不應(yīng)該太大，因為這會把Vcc處電壓提到足以可使該互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)邏輯電路導(dǎo)通的水平。
所以至今所敘述的試驗方式是(見圖2)首選連接作為發(fā)射極的信號腳接O和作為基極的接地連接接腳GND，以及作為集電極的該信號接腳I，并對電流進行測量。然后將I開路，上述測量的電壓加到Vcc處，并測量附加電流。接著將該附加電流從前面測量的集電極電流中減去。這就得到了只流過該試驗晶體管D2、D1的校正了的集電極電流。
該試驗晶體管的實際電流可以用另一種方法替代進行測量第一步1正如已經(jīng)敘述過的，該試驗晶體管接腳O，GND和I與E、B和C接通，并確定該集電極電流。正如已敘述的，同時測量Vcc處的附加電壓。
第二步測量是不相同的，這一步不測量晶體管。O和GND開路，恰好前面所用的集電極電壓被施加到I上，且前面測量過的附加電壓加到Vcc上。然后，前面測量中供給附加晶體管D3、D1作為集電極電流的電流正好流過二極管D5。因此流過D5的附加電流就精確地被確定。這是在試驗器T的C或Z端子處測量的，其后可從前面測量的過的兩個晶體管的在I處的總集電極電流中減去。
另一種不同的測量方法可以采用以下不同的試驗系統(tǒng)連接在簡單的測量步驟中，如圖2所示，該試驗晶體管接腳I、GND和O與C、B、E連接。同時，集成電路的電流電壓接腳Vcc與該試驗器T的附加端子Z接通。換句話說，附加電壓完全相應(yīng)于I處的集電極電壓。為此，試驗器T的該附加連接必須由分開的電壓源組成，以便可以分別地確定在端子C和端子Z處流過的電流。
用此種測量方法，在I和Vcc處出現(xiàn)了相同的電壓，無電流流過D5。結(jié)果I和Vcc處流過的電流彼此無關(guān)。于是在I處，即是在試驗器T的集電極端子C處，該試驗晶體管D2、D1的該集電極電流可以測量而與該附加電流無關(guān)。因此無須專門確定該附加電流及其后進行差值的計算。
在圖1和圖2中示出的該集成電路只帶有兩個信號接腳，體現(xiàn)了一種為說明用的簡化。通常商業(yè)用的集成電路一般具有很多的信號接腳。對于現(xiàn)代高度集成電路，其信號接腳數(shù)可以遠遠超過100個。為了說明一個集成電路中許多信號接腳的關(guān)系，在圖3和圖4中示出一種集成電路，適用表示有4個(如需要可以是輸入或輸出)信號接腳。在圖中，他們由I1、I2、O1和O2表示。
圖3中，示出雙極性二極管，即根據(jù)圖1編號，每個編號對應(yīng)于接腳部有一個第二個標數(shù)。但在Vcc和GND之間只有一個二極管D3。每個信號接腳與一個與GND連接的二極管連接，且與一個與Vcc連接的二極管連接。因此可理解為有幾個試驗晶體管，它們具有基極(在GND處)、集電極(在一個信號接腳處)及發(fā)射極(在任何其它要求的信號接腳處)。
對于可以如此構(gòu)成的每個晶體管，在一個信號接腳處有集電極，而發(fā)射極在另一個信號接腳處?？偞嬖谝粋€附加晶體管，與Vcc處的集電極并聯(lián)并通過二極管從作為集電極連接的信號接腳到Vcc提供電壓。
如果僅是信號接腳I1和I2用作為集電極，且信號接腳O1及O2作為發(fā)射極，由此給出圖4在電路中表示晶體管的晶體管表示法，該晶體管具有集電極二極管D22、D21和D3，以及發(fā)射極二極管D11和12。且在所有情況下都具有在GND處的基極。
圖3再一次示出，信號接腳I1、I2和O2具有相同的二極管連接，晶體管的集電極不必總是與I接腳連接，以及發(fā)射極不必總連接到O接腳。一個晶體管例如可以在O1和O2之間構(gòu)成，由此該二極管D11和D12相應(yīng)地構(gòu)成集電極或發(fā)射極二極管。圖4的晶體管表示法于是必須適當?shù)刂匦庐嫵?。最好只用輸入接腳I作為集電極和輸出接腳O作為發(fā)射極，因為構(gòu)成的所有試驗晶體管彼此具有相似特性。
為了說明實際的試驗情況，圖5示出根據(jù)圖4表示法的兩個集成電路，而每個帶有5個信號接腳。兩個集成電路與一個電路板連接，該電路板沒有示出(它的接腳電氣上與電路的印制線連接)。為了清楚起見，兩個集成電路的各信號接腳按順序在上邊和下邊進行適當編號。與各接腳相連的電路印制線相應(yīng)地在前面加上字母“L”標記。
左邊集成電路的信號接腳I1單獨與電路印制線LI1連接。左面集成電路的信號接腳I2和右面集成電路的信號接腳I5一起與電路印制線LI2.5連接。左面集成電路的信號接腳I3與右面集成電路的信號接腳I6一起與該電路印制線LI3.6連接。右面集成電路的信號接腳I4單獨與電路印制線LI4連接。左右集成電路的該信號接腳O1和右面集成電路的該信號接腳O3一起與電路印制線LO1.3連接。左面集成電路的信號接腳O2與右面集成電路的信號接腳O4一起與電路印制線LO2.4連接。兩個信號接腳Vcc和GND連接到公用電路印制線LVcc和LGND上。
這代表一個典型的并聯(lián)連接的集成電路并聯(lián)電路，在此電路中，許許多多信號接腳并聯(lián)連接到總線上。此電路板與圖2所示的該試驗器的端子接通。這些端子是端子B(基極)、E(發(fā)射極＝試驗器地端)、C(集電極)和Z(附加)。試驗是通過測量晶體管電流確定是否該集成電路的所有接腳均正確地與該電路印制線接通。同時，該電路印制線在各種情況下，在圖5右側(cè)所示的其各接點處進行連接。
由于被測量的晶體管的基極總是在GND上，Z總是在LVcc上，因此該LGND總是與B接通。C和E可以與信號接腳所連接的任何電路印制線連接。
在所示的例子中，C與電路印制線LI1連接，而E與電路印制線LO2.4連接。這是一個很好的選擇例子，因為僅有一個信號接腳I1與該試驗器的端子C連接。這樣，就將構(gòu)成的試驗晶體管由左側(cè)集成電路的二極管D21(作為集電極二極管)連接起來。然而，因為二極管D51導(dǎo)電，像右側(cè)集成電路相應(yīng)的附加晶體管一樣，左側(cè)集成電路的附加晶體管與基并聯(lián)。因為O2與O4聯(lián)接，且兩個集成電路的Vcc連接。
在I1處的該集電極電流非常小，該電流完全被兩個集成電路的兩個并聯(lián)附加晶體管的背景電流所掩蓋，因此不檢測出來。但是，在圖2中所示的該試驗器T，它的附加端子與Vcc連接并完成前面所述的測量，在測量中，用I1處的集電極能確定試驗晶體管的集電極電流，而與所示的兩個集成電路中兩個附加晶體管的附加電流無關(guān)。它可以用所介紹的三個方法中任一個，但最好是用第一種方法，在第一種方法中，成功地確定出運行的附加晶體管的總電流和附加電流，且然后，為了定出該試驗晶體管的校正后的集電極電流，從前面已確定的總電流中減去該附加電流，此方法本身已表明在試驗中是特別適用的。
用這樣的測量，可以精確地測量由I1上的集電極構(gòu)成的試驗晶體管的多種特性，例如，電流增益、特性曲線等等。并要確定出該晶體管連接是否正確，如果在這種情況下，能得出結(jié)論，則集成電路的接腳，即I1和O2正確地與相應(yīng)的電路印制線連接。
為了檢驗所示的兩個集成電路的正確連接，最好使用僅其集電極或發(fā)射極與一個電路印制線連接的晶體管，所以最好用接腳I4作為集電極。
如果用與電路印制線LI2.5連接在一起的信號接腳I2和I5作為集電極，結(jié)果是一個試驗晶體管帶兩個集電極，也因此帶了兩倍的電流。由于I2和I5構(gòu)成的兩個集電極給出了兩倍的集電極電流，正如帶I1或I4集電極的單個試驗晶體管試驗中一樣，可以推斷出I2和I5處的兩個集電極連接是否正確。因此如在右邊所示的集成電路中，可以用信號接腳I4作為集電極，且用信號接腳I5作為發(fā)射極。然后可以作出兩個這樣的信號接腳正確接通的結(jié)論。
在用I1作為集電極和O1作為發(fā)射極時，即E加到LO1.3上，得出O1接觸正確的結(jié)論。如果用I1作為集電極，O2通過LO2.4與E連接，則可以得出O2正確接通的結(jié)論。相應(yīng)地可以用I4作為集電極進行O3和O4的檢驗。
在所途述的方法中，該校正的集電極電流可以在所有可行的試驗晶體管上進行測量，那些電流中流過每個相應(yīng)的晶體管。校正出多個附加晶體管的附加電流一般很大，這些電流通常由并聯(lián)集成電路的多個并聯(lián)附加晶體管引進的。
當該試驗器與一個特定的晶體管連接時，為了判定彼接觸的接腳是否確實與該電路印制線連接，可以定出典型晶體管的多個特性，例如電流增益或晶體管多種特性曲線。然后可以做出正確起作用的晶體管是否實際上連接的結(jié)論。如果這種情況下是肯定的，則所述的接腳與電路印制線連接是正確的。
然而也可以只在單獨測量中確定一個試驗晶體管的該集電極電流，并用施加基極和集電極的電壓驗證被測量的集電極電流是否與來自這個試驗晶體管的預(yù)計的電流相符。由于一種集成電路型式的試驗晶體管的集電極電流對不同生產(chǎn)廠家或來自不同產(chǎn)品配料的集成電路來說會大不相同，就帶來了困難。所以作為舉例，當測量圖5中與I1連接作為集電極和與O1連接作為發(fā)射極的試驗晶體管的校正過的集電極電流時，一個生產(chǎn)廠家的集成電路可以流過10毫安的集電極電流，而對于不同生產(chǎn)廠家的同類型集成電路的相同試驗晶體管，施加相同的基極和集電極電壓，可能僅流過10微安集電極電流。在許多電路板的進行全面常規(guī)試驗時，會提供各種不同生產(chǎn)廠家的集成電路，在上面第二情況中，所以既不能判定是否10微安的集電極電流是第二生產(chǎn)廠家的集成電路正確的集電極電流，或判定是否第一個生產(chǎn)廠家的集成電路顯示的集電極電流應(yīng)該是10毫安，測量值太小而無能為力。但是，為了是測量一個晶體管的簡單方法確定其正確值，要利用這樣的知識即不同生產(chǎn)廠家或不同產(chǎn)品配料的同類型的集成電路，所有集成電路的不同試驗晶體管的集電極電流都或多或少會有相應(yīng)的變化。如果將這些試驗晶體管的單個集電極電流與所有試驗晶體管的平均集電極電流進行比較，那么這些標稱值就與生產(chǎn)廠家或批料無關(guān)。
然而，對于不同生產(chǎn)廠家或批料的集成電路，不同組的試驗晶體管的平均值變化不同，例如，帶一個輸入接腳作為集電極和一個輸出接腳作為發(fā)射極的各試驗晶體管，比一組帶有一個輸出接腳作為集電極和一個輸入接腳作為發(fā)射極的試驗晶體管，它的平均集電極電流變化大小相同，因此該試驗晶體管的集電極電流最好與相應(yīng)組的試驗晶體管的平均值比較，在這些試驗晶體管中集電極和發(fā)射極由同類型接腳組成。常見的接腳是輸入接腳、輸出接腳、啟動接腳、芯片選擇接腳等。
現(xiàn)在用圖5中的例子加以說明。對左邊集成電路所有接腳，已驗證與電路印制正確接觸，由此用該試驗器對各試驗晶體管對應(yīng)的被校正的集電極電流進行測量，通過測量四個試驗晶體管，從而可以檢驗所有的5個接腳I1、I2、I3、O1和O2。這些是相應(yīng)地用符號“集電極—發(fā)射極”顯示的晶體管，即晶體管I1—O1、I1—O2、I2—I1和I1—I1。
有代表性的測量結(jié)果在下面表1中示出。該表的第一列表示作為集電極連接的接腳，第二列表示作為發(fā)射極連接的接腳，在第三列中顯示出相應(yīng)的校正集電極電流。第四列含有平均集電極電流，而最后列是每個試驗晶體管相對于平均值的標稱集電極電流，即是集電極電流與平均值的比值。
該表被分成兩組，上面一組I—O包括兩個試驗晶體管，這兩個晶體管，該集電極分別是一個I—接腳，而發(fā)射極是O—接腳。第二組I—I包括兩個試驗晶體管，對于這兩試驗晶體管，集電極及發(fā)射極均是I—接腳。
表1中對生產(chǎn)廠家A的一種集成電路進行了調(diào)查研究。顯示出每個晶體管的集電極電流，即是該生產(chǎn)廠家的集成電路呈現(xiàn)出微安范圍內(nèi)的非常低的集電極電源。表中給出了兩組的平均值和標稱值，對四個被測的試驗晶體管其標稱值從上到下的值為0.93、1.06、0.90和1.09。
表1生產(chǎn)廠家A集電極 發(fā)射極 集電極電流 平均值 標稱值I—O組I1O120微安 0.93I1O223微安21.5微安 1.06I—I組I3I110微安 0.90I2I112微安 11微安 1.09表2中的相同的表格編排的是被測量的相同型式集成電路的相同試驗晶體管，它們帶有相同的基極和集電極電壓。但是，該集成電路來自生產(chǎn)廠家B。對于生產(chǎn)廠家B，正如該表所示，其集電極電流明顯地高，即在毫安范圍內(nèi)。再一次對兩組的平均值作為估算，且對標稱值進行了計算?？梢钥闯觯@些試驗晶體管的標稱值與表1中那些標稱值相符合。
表2生產(chǎn)廠家B集電極 發(fā)射極 集電極電流 平均值 標稱值I—O組I1O15.O微安 0.93
I1O25.7微安 5.35微安1.06I—I組I3I13.0微安 0.93I2I13.5微安 3.2微安 1.09在一個試驗工序的開始，對一個特定的電路板進行檢驗，可以對發(fā)現(xiàn)是好的電路板(被稱為好的電路板)進行測量，并將所有要測量的不同集成電路的試驗晶體管分成上述的幾組，如表1或表2中所顯示那樣，得出各試驗晶體管的標稱值并存在一個表格中。然后對要試驗的各電路板進行試驗，且將每個試驗晶體管的標稱值與好的電路板的相應(yīng)的試驗晶體管的標稱值作比較。正如表1與表2的比較示出，從而可以準確地監(jiān)測出各個故障，與集成電路的產(chǎn)品批料或生產(chǎn)廠家相同或不同。
權(quán)利要求
1.試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于檢驗與電路板的印制線連接的集成電路接腳的正確連接，包括一個試驗器(T)，該試驗器(T)可連接到電路板的印制線上，可將它的接地端子(E)連接到集成電路信號接腳中的一個，可將基極端子(B)連接到集成電路的接地接腳(GND)，傳送用于導(dǎo)通一個晶體管的基極電壓，并可將集電極端子(C)連接到集成電路的另一個信號接腳(I)，該試驗器(T)可以供給適用于產(chǎn)生適當?shù)募姌O電流的集電極電壓，并測量相應(yīng)的集電極電流，該試驗系統(tǒng)的特征在于該試驗器(T)具有一個可與該集成電路的電源電壓接腳(Vcc)中的一個連接的附加端子(Z)，并可在兩種工作方式之間切換，兩種工作方式下通過該基極端(B)施加相同的電壓，在第一種方式下，該集電極端子(C)施加一個集電極電壓并對產(chǎn)生的集電極電流進行測量，同時該附加端子(Z)不傳送電流，而用于測量在該集成電路電源電壓接腳(Vcc)處產(chǎn)生的附加電壓。但在第二種工作方式下，該集電極端子(C)開路，且該附加端子(Z)將在第一工作方式中測量的附加電壓施加到該電源電壓接腳(Vcc)上，并對從那里產(chǎn)生的附加電流進行測量。
2.試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于檢驗與電路板的印制線連接的集成電路接腳的正確連接，它包括一個試驗器(T)，該試驗器(T)可連接到電路板的印制線，可將它的接地端子(E)連接到集成電路信號接腳中的一個，可將基極端(B)連接到集成電路的接地接腳(GND)，傳送用于導(dǎo)通一個晶體管的基極電壓，并可將集電極端子(C)連接到集成電路的另一個信號接腳(I)，該試驗器(T)供給適用于產(chǎn)生適當?shù)募姌O電流的集電極電壓，并測量相應(yīng)的集電極電流，該試驗系統(tǒng)的特征在于試驗器(T)具有一個附加端子(Z)，可與該集成電路的電流電壓接腳(Vcc)中的一個連接，并可在兩種工作方式之間切換，在兩種工作方式下，該集電極端子(C)施加相同的電壓，并對由此產(chǎn)生的集電極電流進行測量，在第一種方式下，該基極端子(B)施加一個基極電壓，該試驗器接地端子(E)被連接，該附加端(Z)不傳送電流，而對在電源電壓接腳(Vcc)處的該附加電壓進行測量，而在第二種工作方式下，基極連接和試驗器接地連接兩者處于開路，且該附加端(Z)施加在第一工作廣大下測量的附加電壓。
3.試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于檢驗與電路板各印制線線路連接的集成電路接腳的正確連接，它包括一個試驗器(T)，該試驗器(T)可連接到電路板的印制線上，可將它的接地端子(E)連接到集成電路信號接腳中的一個上，可將基極端子(B)連接到集成電路的接地接腳(GND)，傳送用于導(dǎo)通一個晶體管的基極電壓，并可將集電極端子(C)連接到集成電路的另一個信號接腳(I)，該試驗器(T)可以供給適用于產(chǎn)生適當?shù)募姌O電流的集電極電壓，并測量相應(yīng)的集電極電流，該試驗系統(tǒng)的特征在于，該試驗器(T)包括一個與它的其他端子分開的，并可與電源電壓接腳(Vcc)連接的附加端子，并設(shè)計成基極端子(B)、集電極端子(C)施加一個集電極電壓，且測量相應(yīng)的集電極電流，而附加端子(Z)施加一個與集電極電壓幅值相同的附加電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的試驗系統(tǒng)，其特征在于該試驗器(T)配置成為它成功地進行兩種工作方式下的測量，并計算由集電極電流和附加電源之間的差值產(chǎn)生的校正的集電極電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的試驗系統(tǒng)，其特征在于該試驗器設(shè)計成它成功地進行在兩種工作方式下的測量，并計算由兩個被測量集電極電流之間的差值產(chǎn)生的校正后的集電電極電流。
6.根據(jù)前述的權(quán)利要求中任一個的試驗系統(tǒng)，其特征在于該試驗器(T)通過將從所有晶體管(I1—O1、I1—O2、I3—I1、I2—I1)測得的校正的集電極電流除以它們的算術(shù)平均值返回到標稱集電極電流。
7.根據(jù)要求6的試驗系統(tǒng)，其特征在于該試驗器(T)利用相應(yīng)組試驗晶體管組的集電級電流平均值實現(xiàn)標稱化，這些晶體管具有相同型式接腳組合(I—O、O—I、I—I、O—O)的集電極和發(fā)射極。
8.試驗方法，該方法用于檢驗一個集成電路的接腳與一個電路板的印制適當?shù)倪B接，其方法是通過使集成電路的信號接腳(O)接地，將一個基極電壓(B)加到該集成電路的接地接腳(GND)上，使晶體管(D2、D1)導(dǎo)通，以及將一個集電極電壓(C)加到該集成電路的另一個信號接腳(I)上，并測量集電極電流，該方法特征在于同時測量在集成電路電流電壓接腳(Vcc)處出現(xiàn)的附加電壓，并同樣的接腳(O，GND)上，在去掉集電極電壓用相同接地連接和施加基極電壓后，前面測量的附加電壓加到電源電壓接腳(Vcc)上，測量向該處流動的附加電流，且由該集電極電流和該附加電流之間的差值確定校正的集電極電流。
9.試驗方法，該方法用于檢驗一個集成電路的接腳與一個電路板的印制線適當?shù)倪B接，其方法是通過集成電路的信號接腳(O)接地，將一個基極電壓(B)加到該集成電路的接地接腳(GND)上，使晶體管(D2、D1)導(dǎo)通，以及將一個集電極電壓(C)加到該集成電路的另一個信號接腳(I)上，并測量集電極電流，該方法的特征在于同時測量在該集成電路的電流電壓接腳(Vcc)處出現(xiàn)的附加電壓，并在去掉接地和該基極電壓后，將前面測量的附加電壓加到該電源電壓接腳(Vcc)上，將前面使用的集電極電壓加到與前面相同的接腳(I)上，且由此產(chǎn)生的集電極電流，并由兩個測量的集電極電流之間的差值，確定校正后的集電極電流。
10.試驗方法，該方法用于檢驗一個集成電路的接腳與一個電路板的印制線適當?shù)倪B接，其方法是通過使集成電路的信號接腳(O)接地，將一個基極電壓(B)加到該集成電路的接地接腳(GND)上，使晶體管(D2、D1)導(dǎo)通，以及將一個集電極電壓(C)加到該集成電路的另一個信號接腳(I)上，并測量集電極電流，該方法的特征在于用一個分開的電壓流(Z)同時將相應(yīng)于該集電極電壓的一個附加電壓到電流電壓接腳(Vcc)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一個的試驗方法，其特征在于在一個集成電路上被測量的所有試驗晶體管(I1—O1、I1—O2、I3—I1、I2—I1)的被校正集電極電流除以集電極電流的算術(shù)平均值并返回這些標稱集電極電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的試驗方法，其特征在于用每組試驗晶體管集電極電流平均值進行集電極電流的標稱化，構(gòu)成的每組試驗晶體管具有相同型式接腳組合(I—O、O—I、I—I、O—O)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的或12的試驗方法，其特征在于在試驗中的一個集成電路上測量的晶體管標稱集電極電流與前面測量的無故障極上的各相同晶體管以相同方式標稱化的集電極電流進行比較。
全文摘要
本發(fā)明為用于試驗集成電路的接腳與電路的印制線線路的適當連接的試驗系統(tǒng)及方法。其做法是通過對互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)一集成電路中的附加二極—并聯(lián)連接晶體管相應(yīng)的被檢測集電極電流的校正，對寄生晶體管進行測量。
文檔編號H01L27/092GK1125482SQ94192444
公開日1996年6月26日 申請日期1994年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月15日
發(fā)明者曼弗雷德·布克斯, 卡里姆·霍澤尼 申請人:Ita測試工程公司