DE19804171A1 - Verfahren zur Prüfung von mit elektronischen Bauelementen bestückten Flachbaugruppen - Google Patents

Abstract

Durch Integration eines vektorlosen Prüfverfahrens in einen Flying-Probe-Tester wird dessen Einsatz bei der Reparatur von Flachbaugruppen ermöglicht. Dabei werden sowohl Strom-Spannungs-Kennlinien der Ein- bzw. Ausgangsbeschaltungen der elektronischen Bauelemente als auch deren Stromaufnahme als Funktion der Versorgungsspannung ausgewertet. Die Ströme werden nicht direkt galvanisch, sondern indirekt über einen Magnetfeldsensor detektiert, mit dem die durch die Ströme verursachten Magnetfelder lokal gemessen werden.

Description

Die Erfindung betrifft die Lokalisierung fehlerhafter integrierter Halbleiterschaltkreise (IC) auf Flachbaugruppen (FBG) durch ein vektorloses Prüfverfahren. Dieses Verfahren ist in Flachbaugruppen-Fertigungen interessant, die mit einer Reparatur ihrer Produkte verbunden sind.

Bei der Prüfung von Flachbaugruppen ist die analoge Signaturanalyse (Knoten-Impedanz-Messung) als ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern bekannt. Dabei wird ein strombegrenztes Wechselspannungssignal mit definierter Spannung und Frequenz an den zu prüfenden Schaltungsknoten angelegt. Gemessen wird die Impedanz, dargestellt wird die Messung als Strom-Spannungs-Kennlinie. Die Auswertung über den Zustand des betreffenden Schaltungsknotens erfolgt durch Vergleich mit der Impedanz eines bekannt guten Schaltungsknotens. Die Einspeisung und Messung der fließenden Ströme erfolgt über einen direkten galvanischen Kontakt. Bei diesem Meßprinzip wird davon ausgegangen, daß eine Störung der Funktionalität eines Bauelementes sich auch durch eine veränderte Impedanz der Ein- bzw. Ausgangsbeschaltung bemerkbar macht. Diese Annahme läßt sich experimentell bestätigen. Prinzipiell sind sowohl Handprüfplätze als auch automatisierte Verfahren (Flying-Probe-Tester) realisierbar. Dieses Verfahren weist jedoch den entscheidenden Nachteil auf, daß eine Fehlerlokalisierung auf den defekten Schaltungsknoten begrenzt bleibt. Da die lokalen Ströme durch jedes einzelne Bauelement des Schaltungsknotens nicht bekannt sind, ist eine Lokalisierung auf Bauelementebene nicht möglich. Die zielgenaue Lokalisierung von Fehlern ist jedoch eine wesentliche Forderung von Seiten der Flachbaugruppen-Her­ steller, da nur so das Retourengeschäft auch ohne Kenntnis der jeweiligen Flachbaugruppenfunktion durchgeführt werden kann.

Aussagen über den Zustand eines Schaltungsknotens sind auch dann schwierig, wenn viele Bauelemente am Schaltungsknoten verschaltet sind oder wenn die Stromaufnahme der Bauelemente stark unterschiedlich ist. Das meßtechnische Problem ist in beiden Fällen ähnlich. Die defektbedingte Veränderung der Kennlinie eines Bauelementes im Parallelverbund mit vielen weiteren Bauelementen verursacht eventuell nur eine Veränderung der Knotenimpedanz, die kleiner ist als die insgesamt durch die Toleranzen verursachte Streuung. Dies gilt ebenso für Bauelemente geringer Stromaufnahme im Verbund mit einem oder wenigen Bauelementen mit großer Stromaufnahme.

Ein Testverfahren, der sog. In-Circuit-Test (ICT) dient beispielsweise zum Prüfen von einzelnen Bauelementen. Dafür ist ein sog. Nadeladapter notwendig, der eine Vielzahl von Nadeln aufweist, die zur Kontaktierung notwendig sind. In Verbindung mit dem ICT-Verfahren wird ein sog. Testmuster oder Bitmuster aufgebracht, was einer speziellen gezielten Suche nach Fehlern entspricht.

Im Gegensatz zum ICT-Verfahren und dem Einsatz von Testmustern kommen sog. vektorlose Testverfahren, wie beispielsweise beim Flying-Probe-Tester mit einer geringen Anzahl von beispielsweise vier Kontaktiernadeln aus. Dieses Flying-Probe-Testverfahren ist flexibel und eignet sich besonders für die Prüfung kleiner Stückzahlen. Die Prüfprogrammerstellung erfordert nur geringen Aufwand und es entstehen keine Adapterkosten, wodurch die Umlage der einmalig entstehenden Kosten gering bleibt. Der standardmäßige Prüfungsumfang des Flying-Probe-Verfahrens ist jedoch nur für die Endprüfung der laufenden Produktion geeignet, da hier fehlerhafte elektronische Bauelemente (IC) die von diesem Verfahren nicht erfaßt werden, keine Rolle spielen. Ergänzende Methoden für einen Flying-Probe-Tester, womit eine befriedigende Lokalisierung defekter IC's ermöglicht wird, sind bisher nicht bekannt. Im Reparaturfall ist dies besonders nachteilig, da für Flachbaugruppen, deren Fertigungsendprüfung am Flying-Probe-Tester stattgefunden hat, kein ICT-Programm existiert, mit dessen Hilfe Fehler an Rückläufern lokalisiert werden könnten. In diesem Fall muß der Fehler mit Hilfe des Funktionstestes oder mit der analogen Signaturanalyse gefunden werden, wofür notwendigerweise geschultes Personal benötigt wird. Die von verschiedenen Herstellern angebotenen sog. Open-Pin Erkennungssysteme können zwar Unterbrechungen detektieren, jedoch in der Regel nicht elektronische Bauelemente, deren Funktionalität z. B. durch elektrostatische Entladung (ESD) oder thermische Überlast beschädigt wurde.

Vom Kunden zurückgeschickte defekte Flachbaugruppen werden, falls möglich, auf einem In-Circuit-Tester geprüft. Dieser stellt zwar ein leistungsfähiges Gerät und Verfahren zum Auffinden der im Retourengeschäft typischen Fehlerarten (defekte ICs und Unterbrechungen) dar, es bestehen jedoch gravierende Nachteile.

Reparaturverpflichtungen bestehen typischerweise über einen Zeitraum von bis zu 15 Jahren. Diese Spanne übersteigt bei weitem die wirtschaftliche Lebensdauer eines ICTs. Entweder müssen also ausgemusterte ICTs speziell für die Reparaturenprüfung aufgehoben oder alte Adapter oder Prüfprogramme für die Nachfolgemaschine neu erstellt werden. Beide Möglichkeiten sind sehr kostenintensiv. Bei Übernahme der Reparaturverpflichtung von einem anderen Produktionsbetrieb werden häufig die Prüfautomaten nicht übernommen. Prüfprogramme und Adapter müssen für den vorhandenen Maschinenpark erstellt werden. Dieses Verfahren bereitet bei den geringen Stückzahlen im Retourengeschäft wirtschaftliche Probleme.

Grundsätzlich sind auf dem Markt Geräte zur Durchführung des In-Circuit-Tests und der analogen Signaturanalyse erhältlich.

Ziel der Erfindung ist es, ein vektorloses Prüfverfahren zur Lokalisierung von fehlerhaften elektronischen Bauelementen zur Verfügung zu stellen, welches für das Reparaturgeschäft an Flachbaugruppen wesentliche Vorteile erzielt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Lokalisierung fehlerhafter integrierter Halbleiterschaltkreise (IC) auf Flachbaugruppen (FBG) durch ein vektorloses Prüfverfahren realisierbar ist. Während der Messung der Strom-Spannungs-Kennlinie der Ein- bzw. Ausgangsbeschaltung befinden sich die Flachbaugruppen im passiven Zustand, in dem die Spannungsversorgung nicht angeschlossen ist. In dem beschriebenen Verfahren wird sowohl die Strom-Spannungskennlinie der Ein- bzw. Ausgangsbeschaltungen der ICs als auch deren Stromaufnahme als Funktion der Versorgungsspannung betrachtet. Die Ströme werden nicht direkt galvanisch gemessen, sondern indirekt über einen Magnetfeldsensor, mit dem die durch die Ströme verursachten Magnetfelder lokal meßbar sind.

Durch Integration des beschriebenen Verfahrens in einen Flying-Probe-Tester mit marktüblichem Prüfumfang ergibt sich ein flexibles Prüfsystem, das den Erfordernissen der Reparaturenprüfung gerecht wird. Die Reparaturenprüfung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch kleine Stückzahlen und durch das Auftreten von Fehlerarten, die für das Retourengeschäft typisch sind. Zu diesen Fehlerarten zählen Unterbrechungen von Verbindungsleitungen, beispielsweise Leiterbahnen und defekte elektronische Bauelemente, die z. B. durch elektrostatische Entladungen oder durch thermische Überlast zerstört wurden.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine Prüfprogrammerstellung mit geringem Aufwand, verursacht keine Adapterkosten und erlaubt die Lokalisierung defekter ICs ohne Kenntnis der betreffenden Funktion. Somit ist im Gegensatz zur analogen Signaturanalyse die Lokalisierung defekter ICs mit dem Flying-Probe-Tester möglich, wobei ein wesentliches Merkmal darin besteht, die zu untersuchenden Ströme nicht direkt galvanisch gekoppelt zu messen, sondern indirekt über die durch die Ströme verursachten lokalen Magnetfelder. Das Prüfverfahren wird durch die Integration eines vektorlosen Prüfverfahrens in einen Flying-Probe-Tester mit standardgemäßen Prüfumfang realisiert, so daß der Flying-Probe-Tester auch zur Reparaturenprüfung einsetzbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.

Im folgenden werden anhand von schematischen Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine gepulste Spannungsrampe,

Fig. 2 zeigt ein Anschlußschema für die Überprüfung der Eingangsbeschaltung eines elektronischen Bauelementes IC2,

Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere gepulste Spannungsrampe,

Fig. 4 zeigt ein Anschlußschema für die Überprüfung der Stromaufnahme eines elektronischen Bauelementes IC2,

Fig. 5 zeigt eine elektronisches Bauelement 7 mit einer schematischen Beschaltung,

Fig. 6 zeigt mögliche Strom-Spannungs-Kennlinien,

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus einer Flachbaugruppe.

Das beschriebene Verfahren ist für alle Flachbaugruppen-Fer­ tigungen interessant, die zu einer Reparatur ihrer Produkte verpflichtet sind. Es wird der Einsatz eines Fly­ ing-Probe-Testers in der Reparaturenprüfung ermöglicht. Dadurch entstehen entscheidende Vorteile.

Ausgemusterte In-Circuit-Tester müssen nicht speziell für die Reparaturenprüfung aufgehoben werden. Dadurch entfallen Wartungskosten und Kosten für Lagerhaltung und Pflege der alten Adapter. Die Fertigungsprüfung muß nicht länger durch die Einschleusung der zu reparierenden Flachbaugruppen unterbrochen werden. Der Einsatz flexibler Prüfsysteme und die einfach zu generierenden Prüfprogramme ermöglichen die organisatorische und räumliche Trennung der Aufgaben Fertigungsprüfung und Reparaturenprüfung.

Der zuletzt genannte Punkt ist für Betriebe von besonderer Bedeutung, wenn eine Reparaturverpflichtung übernommen wird, ohne einen gleichzeitigen Transfer der Prüfmittel vorzunehmen. Die Messung der lokalen Magnetfelder wird in der Regel mit einem induktiven Sensor durchgeführt. Ebenso kann die Messung der Magnetfelder mit geeigneten Sensoren vorgenommen werden, die nach anderen Meßprinzipien arbeiten. Insbesondere entfällt bei der Messung statischer Magnetfelder z. B. mit Hall-Generatoren, die andernfalls notwendige Pulsung der Spannungsrampe.

Fig. 1 zeigt das Anschlußschema für die Überprüfung der Eingangsbeschaltung des integrierten Halbleiterschaltkreises IC2. Die dargestellten Inverter bestehen symbolisch für jeden beliebigen Schaltkreis, dessen Ein- bzw. Ausgänge eine Schutzdiode gegen Masse bzw. Versorgungsspannung besitzen. Die numerierten Anschlüsse der elektronischen Bauelemente haben folgende Bedeutung:

1: Versorgungsspannung V_cc
2: Masse GND
3: Eingang
4: Ausgang.

Der zu prüfende Eingang 3 des IC2 wird mit einer gepulsten Spannungsrampe belastet. Die Spannungsrampe liegt im Bereich von -1,5 bis 5 V und zwar zwischen dem Eingang 3 und dem zweiten Kontakt an Masse 2. Die gepulste Spannungsrampe wird beispielsweise durch einen als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärker realisiert. Die Spannungsrampe ist deswegen gepulst, um dynamische Magnetfelder zu erzielen, die mit einem induktiven Sensor detektierbar sind.

Der Strom bei einer Messung ist auf 150 mA begrenzt, um eine Schädigung funktionierender Bauelemente zu vermeiden. Der verwendete Operationsverstärker besitzt einen schnellen Ausgang. Die Flankensteilheit von 500 V/µs induziert im Magnetfeldsensor einen kurzen Spannungsstoß mit großer Amplitude. Das Integral des Spannungsstoßes dient als indirektes Maß für die lokalen Ströme im zu prüfenden Bauelement. Der induktive Sensor wird über dem Masseanschluß bzw. über dem Versorgungsspannungsanschluß positioniert. Als Ergebnis erhält man die Strom-Spannungs-Kennlinie der Eingangsbeschaltung auf Masse bzw. auf Versorgungsspannungsanschluß. Die gemessene Kennlinie der zu prüfenden Eingangsbeschaltung des IC2 wird mit der eines bekannt guten Bauelementes verglichen. Es können Schäden im Halbleitermaterial der Schutzdioden erkannt und auf Bauelementebene lokalisiert werden.

Zur Überprüfung der Ausgangsbeschaltung des IC1 wird der Magnetfeldsensor 5 über dem Anschluß für Masse 2 des IC1 positioniert. Der Ablauf der Prüfung entspricht der oben beschriebenen. Da die Ströme durch die Ein- bzw. Ausgangsbeschaltungen eines ICs jeweils über Masse abfließen, können alle Ein- bzw. Ausgangsbeschaltungen des zu prüfenden Bauelementes ohne Neupositionierung des induktiven Sensors 5 gemessen werden.

Zur Messung der Stromaufnahme als Funktion der Versorgungsspannung ist Fig. 2 zu betrachten. Fig. 2 zeigt das Anschlußschema für die Überprüfung der Stromaufnahme des integrierten Schaltkreises IC2. Die numerierten Anschlüsse des ICs haben die oben beschriebene Bedeutung. Die Spannungsversorgung des zu prüfenden Bauelementes wird über die peripheren Anschlüsse der Flachbaugruppe kontaktiert. Die Spannungsversorgung wird mit einer gepulsten Spannungsrampe im Bereich von Null Volt bis zur Betriebsspannung V_cc der Flachbaugruppe belastet. Die gepulste Spannungsrampe wird durch einen als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärker realisiert. Das Integral des Spannungsstoßes dient als indirektes Maß für die Stromaufnahme des zu prüfenden Bauelementes. Die Stromaufnahme des zu prüfenden Bauelementes 7 wird indirekt über die lokalen Magnetfelder gemessen. Als Ergebnis erhält man die Stromaufnahme des zu prüfenden Bauelementes 7 als Funktion der Versorgungsspannung V_cc. Die gemessene Kennlinie wird mit der eines bekannt guten Bauelementes verglichen.

Die Ein-Ausgangsbeschaltungen der elektronischen Bauelemente 7 werden z. B. mit Hilfe der Nadeln eines Flying-Probe-Testers galvanisch über die betreffenden Schaltungsknoten kontaktiert. Der zweite Kontakt besteht entweder zur Masse 2 oder zur Versorgungsspannung 1. Ausgewertet wird der Strom der über die Schutzdioden zwischen den Ein- bzw. Ausgängen und der Masse 2 bzw. der Versorgungsspannung 1 fließt. Die Schaltungsknoten werden mit einer Spannungsrampe belastet. Eine Strombegrenzung stellt sicher, daß die fließenden Ströme 150 mA nicht überschreiten, damit Schädigungen an funktionierenden Bauelementen 7 vermieden werden.

Die eigentliche Strommessung erfolgt nicht wie bei einer analogen Signaturanalyse über die galvanischen Verbindungen, sondern indirekt über die Messung der durch den Strom verursachten Magnetfelder, z. B. am Masse-Pin (Masseanschluß) oder am Versorgungs-Pin des zu prüfenden Bauelementes 7. Die Messung lokaler Magnetfelder erlaubt den Rückschluß auf lokale Ströme. Defekte an ICs können durch Vergleich mit lokalen Strömen an funktionierenden Baugruppen auf Bauelementebene lokalisiert werden. Zugrunde liegt hier die gleiche Annahme wie bei der analogen Signaturanalyse, daß sich ein defektes Bauelement nicht nur durch eine veränderte Funktionalität, sondern auch durch veränderte Strom-Span­ nungs-Kennlinien der Ein- bzw. Ausgänge bemerkbar macht.

Die Stromaufnahme wird als Funktion der Versorgungsspannung bestimmt. Defekte Bauelemente, insbesondere in CMOS-Technologie zeichnen in der Regel durch eine erhöhte Stromaufnahme aus.

Durch die Erfindung ergeben sich im Vergleich zu den auf dem Markt erhältlichen Verfahren wesentliche Kosteneinsparungen bei der Reparatur von Flachbaugruppen. Durch die Erfindung erhält man ein flexibles leistungsfähiges System zur Prüfung defekter Flachbaugruppen.

In den Fig. 5 bis 7 werden schematische Übersichten und Diagramme wiedergegeben, die die Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung zusammenfassen. Es zeigt die Fig. 5 ein elektronisches Bauelement 7 mit einer schematischen Schaltung und entsprechenden Anschlüssen. Fig. 6 zeigt die schematischen Diodenkennlinien in Verbindung mit der Stromaufnahme. Fig. 7 zeigt die Anwendung von Kontaktiernadeln 6 gleichzeitig in Verbindung mit einem Magnetfeldsensor 5.

Bezugszeichenliste

1

Versorgungsspannung

2

Masse, Ground-GND

3

Eingang

4

Ausgang

5

Magnetfeldsensor

6

Kontaktiernadel

7

IC, elektronisches Bauelement, integrierte Schaltung

Claims (7)

1. Verfahren zur Prüfung von mit elektronischen Bauelementen (7) bestückten Flachbaugruppen mit einer Flying-Probe-Test­ anordnung, in die ein vektorloses Prüfverfahren integriert ist, wobei Strom-Spannungs-Kennlinien von Ein- oder Ausgangsschaltungen der elektronischen Bauelemente (7) und deren Stromaufnahme als Funktion der Versorgungsspannung gemessen und ausgewertet werden, die Spannungsversorgung mittels zweier galvanischer Kontakte und die Stromaufnahme indirekt über einen Magnetfeldsensor (5) geschieht, der die durch die Ströme verursachten Magnetfelder lokal mißt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin Ein- oder Ausgangsbeschaltungen eines elektronischen Bauelementes (7) über einen korrespondierenden Schaltungsknoten galvanisch kontaktiert werden und der jeweils zweite Kontakt an einem Masseanschluß oder einem Versorgungsspannungsanschluß des Bauelementes (7) kontaktiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der Magnetfeldsensor ein induktiver Sensor ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin ein Bauelement (7) für die Prüfung mit einer gepulsten Spannungsrampe belastet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der Magnetfeldsensor ein magnetoresistiver oder ein Hallsensor ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin ein Bauelement (7) für die Prüfung mit einer kontinuierlichen Spannungsrampe belastet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die bei der Prüfung fließenden Ströme maximal 150 mA betragen.