集成电路高温动态老化测试系统的设计
摘要:为了替换早期失效的IC芯片,进一步提高整机的产品质量,文章针对系统采用的上位机、下位机,通过串口通信,构成分散式检测系统,对IC芯片进行高温老化并检测。并且本系统已成功应用于本公司筛选室对入厂的IC芯片进行老化筛选,测试出效果良好。
关键词:集成电路;高温老化;动态测试
随着信息技术的迅猛发展,半导体集成电路被广泛地应用于各个领域,集成电路的可靠性也越来越得到人们的关注。众所周知,电子元器件的失效现象因工作阶段(加电应力时间)而异,可分为“早期失效”、“随机失效”和“耗损失效”。批量很大的一批产品,未经任何老化措施即投入使用,会发现该批产品在开始时失效率很高,但很快就逐渐降低,这就是“早期失效”现象,其原因是由于元器件的制造缺陷所至。对电子元器件进行老化筛选试验的目的正是剔除易发生“早期失效”的元器件,使批量元器件缩短失效期,提前进入稳定的工作期,从而提高整机可靠性。
1国内同类产品的现状,发展趋势及对比分析
在国内同类产品中,经相关用户使用后反映较好的是杭州可靠性仪器厂生产的高温动态老化系统,它通用性好,测试工位多,但缺点是测试功能少,只能测试老化板两边几个芯片的输出信号,其余的测不到,且价格比较高。相比之下,文章介绍的设计方案虽没有那么多工位,但针对性强,而且对每个输出管脚都进行完备性测试,有数据可查(保存历史数据),还有自动巡检功能等,价格也比较低。
2设计依据本系统根据集成电路的电性能及老化的具体要求设计。
3设计的基本原则该系统是一个集信号检测、数据传输和处理于一体的实时数据采集与处理系统。要求性能好,工作稳定可靠,操作、使用、维修灵活方便。
设计的基本原则如下:①系统各项指标满足相关的国家标准。②部件选用要求质量好,安全、可靠,以保证系统具有优良的性能。③系统的结构应合理,设备要经济,以达到最佳性能价格比。④因器件老化时间较长(数十小时) ,在此期间上位机可能被关闭或用于其它工作,因此专门制作了测试板(含独立CPU)作为下位机,产生被老化IC所需的各种工作信号、并依据上位机的要求完成各类数据的采集及上传工作。⑤上、下位机之间的通讯采用RS-232标准。⑥设备制作整体协调、整齐,便于操作、维修。
4系统检测规模和设计指标
4.1检测规模
第一章 集成电路的测试 1.集成电路测试的定义 集成电路测试是对集成电路或模块进行检测，通过测量对于集成电路的输出回应和预期输出比较，以确定或评估集成电路元器件功能和性能的过程，是验证设计、监控生产、保证质量、分析失效以及指导应用的重要手段。 .2.集成电路测试的基本原理 输入Y 被测电路DUT（Device Under Test）可作为一个已知功能的实体，测试依据原始输入x 和网络功能集F（x），确定原始输出回应y，并分析y是否表达了电路网络的实际输出。因此，测试的基本任务是生成测试输入，而测试系统的基本任务则是将测试输人应用于被测器件，并分析其输出的正确性。测试过程中，测试系统首先生成输入定时波形信号施加到被测器件的原始输入管脚，第二步是从被测器件的原始输出管脚采样输出回应，最后经过分析处理得到测试结果。 3.集成电路故障与测试 集成电路的不正常状态有缺陷（defect）、故障（fault）和失效（failure）等。由于设计考虑不周全或制造过程中的一些物理、化学因素，使集成电路不符合技术条件而不能正常工作，称为集成电路存在缺陷。集成电路的缺陷导致它的功能发生变化，称为故障。故障可能使集成电路失效，也可能不失效，集成电路丧失了实施其特定规范要求的功能，称为集成电路失效。故障和缺陷等效，但两者有一定区别，缺陷会引发故障，故障是表象，相对稳定，并且易于测试；缺陷相对隐蔽和微观，缺陷的查找与定位较难。 4.集成电路测试的过程 1.测试设备 测试仪：通常被叫做自动测试设备，是用来向被测试器件施加输入，并观察输出。测试是要考虑DUT的技术指标和规范，包括：器件最高时钟频率、定时精度要求、输入\输出引脚的数目等。要考虑的因素：费用、可靠性、服务能力、软件编程难易程度等。 1.测试界面 测试界面主要根据DUT的封装形式、最高时钟频率、ATE的资源配置和界面板卡形等合理地选择测试插座和设计制作测试负载板。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 集成电路测试原理及方法简介 院系：电气工程及自动化学院 姓名： XXXXXX 学号： XXXXXXXXX 指导教师： XXXXXX 设计时间： XXXXXXXXXX
摘要 随着经济发展和技术的进步，集成电路产业取得了突飞猛进的发展。集成电路测试是集成电路产业链中的一个重要环节，是保证集成电路性能、质量的关键环节之一。集成电路基础设计是集成电路产业的一门支撑技术，而集成电路是实现集成电路测试必不可少的工具。 本文首先介绍了集成电路自动测试系统的国内外研究现状，接着介绍了数字集成电路的测试技术，包括逻辑功能测试技术和直流参数测试技术。逻辑功能测试技术介绍了测试向量的格式化作为输入激励和对输出结果的采样，最后讨论了集成电路测试面临的技术难题。 关键词：集成电路；研究现状；测试原理；测试方法
目录 一、引言 (4) 二、集成电路测试重要性 (4) 三、集成电路测试分类 (5) 四、集成电路测试原理和方法 (6) 4.1.数字器件的逻辑功能测试 (6) 4.1.1测试周期及输入数据 (8) 4.1.2输出数据 (10) 4.2 集成电路生产测试的流程 (12) 五、集成电路自动测试面临的挑战 (13) 参考文献 (14)
一、引言 随着经济的发展，人们生活质量的提高，生活中遍布着各类电子消费产品。电脑﹑手机和mp3播放器等电子产品和人们的生活息息相关，这些都为集成电路产业的发展带来了巨大的市场空间。2007年世界半导体营业额高达2.740亿美元，2008世界半导体产业营业额增至2.850亿美元，专家预测今后的几年随着消费的增长，对集成电路的需求必然强劲。因此，世界集成电路产业正在处于高速发展的阶段。 集成电路产业是衡量一个国家综合实力的重要重要指标。而这个庞大的产业主要由集成电路的设计、芯片、封装和测试构成。在这个集成电路生产的整个过程中，集成电路测试是惟一一个贯穿集成电路生产和应用全过程的产业。如：集成电路设计原型的验证测试、晶圆片测试、封装成品测试，只有通过了全部测试合格的集成电路才可能作为合格产品出厂，测试是保证产品质量的重要环节。 集成电路测试是伴随着集成电路的发展而发展的，它为集成电路的进步做出了巨大贡献。我国的集成电路自动测试系统起步较晚，虽有一定的发展，但与国外的同类产品相比技术水平上还有很大的差距，特别是在一些关键技术上难以实现突破。国内使用的高端大型自动测试系统，几乎是被国外产品垄断。市场上各种型号国产集成电路测试，中小规模占到80%。大规模集成电路测试系统由于稳定性、实用性、价格等因素导致没有实用化。大规模/超大规模集成电路测试系统主要依靠进口满足国内的科研、生产与应用测试，我国急需自主创新的大规模集成电路测试技术，因此，本文对集成电路测试技术进行了总结和分析。 二、集成电路测试重要性 随着集成电路应用领域扩大，大量用于各种整机系统中。在系统中集成电路往往作为关键器件使用，其质量和性能的好坏直接影响到了系统稳定性和可靠性。 如何检测故障剔除次品是芯片生产厂商不得不面对的一个问题，良好的测试流程，可以使不良品在投放市场之前就已经被淘汰，这对于提高产品质量，建立生产销售的良性循环，树立企业的良好形象都是至关重要的。次品的损失成本可以在合格产品的售价里得到相应的补偿，所以应寻求的是质量和经济的相互制衡，以最小的成本满足用户的需要。 作为一种电子产品，所有的芯片不可避免的出现各类故障，可能包括：1.固定型故障；2.跳变故障；3.时延故障；4.开路短路故障；5桥接故障，等等。测试的作用是检验芯片是否存在问题，测试工程师进行失效分析，提出修改建议，从工程角度来讲，测试包括了验证测试和生产测试两个主要的阶段。
集成电路设计实习Integrated Circuits Design Labs I t t d Ci it D i L b 单元实验三（第二次课） 模拟电路单元实验－差分放大器版图设计 2007-2008 Institute of Microelectronics Peking University
实验内容、实验目的、时间安排 z实验内容： z完成差分放大器的版图 z完成验证：DRC、LVS、后仿真 z目的： z掌握模拟集成电路单元模块的版图设计方法 z时间安排： z一次课完成差分放大器的版图与验证 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page1
实验步骤 1.完成上节课设计放大器对应的版图 对版图进行、检查 2.DRC LVS 3.创建后仿真电路 44.后仿真（进度慢的同学可只选做部分分析） z DC分析：直流功耗等 z AC分析：增益、GBW、PM z Tran分析：建立时间、瞬态功耗等 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page2
Display Option z Layout->Options ->Display z请按左图操作 Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page3
由Schematic创建Layout z Schematic->Tools->Design Synthesis->Layout XL->弹出窗口 ->Create New->OK >选择Create New>OK z Virtuoso XL->Design->Gen From Source->弹出窗口 z选择所有Pin z设置Pin的Layer z Update Institute of Microelectronics, Peking University集成电路设计实习－单元实验三Page4
集成电路测试技术 测试概论 可测性设计技术
DFT） 雷鑑铭RCVLSI&S 扫描前综合：主要在综合中介绍。在这一步中综合工具会
Multiplexed Flip-Flop 使用一个可选择的数据输入端来实现串行移位的能力。在功能模式时，扫描使能信号选择系统数据输入；在扫描模式时，扫描使能信号选择扫描数据输入。扫描输入的数据来自扫描输入端口或者扫描链中前一个单元的扫描输出端口。为测试使能端，控制数据的输入。 时选通测试模式，测试数据从端输入；时为功能模式，这时系统数据从端输入。 Multiplexed Flip-Flop 扫描形式为工艺库普遍支持的一种模式。 Multiplexed Flip-Flop 结构 扫描 扫描形式使用一个特定的边沿触发测试时钟来提供串行移位的能力。在功能模式时，系统时钟翻转，系统数据在系统时钟控制下输入到单元中；扫描移位时，测试时钟翻转，扫描数据在测试时钟控制下进入到单元中。 为系统时钟，翻转时系统数据从D 钟，翻转时扫描数据从端输入。 Clocked-Scan 雷鑑铭 编译器支持三种变化的扫描形式：单边锁存，双边锁存和时钟控制单边锁存和双边锁存变化都要用到典型的LSSD 扫描单元，如上图所示。该单元含有一对主从锁存器。 主锁存器有两个输入端，能够锁存功能数据或者扫描数据。在功能模式下，系统主时钟控制系统数据的输入；在扫描模式下，测试主时钟控制从数据输入端到主锁存器的数据传输。从时钟控制数据从主锁存器到从锁存器的传输。 典型的LSSD 、扫描测试的步骤 1 各步骤的功能如下： 扫描输入阶段：在这一阶段中，数据串行加入到扫描输入端；当时钟沿到来时，该扫描数据被移入到扫描链。同时，并行输出被屏蔽。 并行测试：这一周期的初始阶段并行输入测试数据，此周期的末段检测并行输出数据。在此周期中时钟信号保持无效，CUT 并行捕获：这一阶段时钟有一次脉冲，在该脉冲阶段从扫描链中捕获关键并行输出数据。CUT 态。捕获到的数据用于扫描输出。 第一次扫描输出：此阶段无时钟信号，出端对扫描链输出值采样，检测第一位扫描输出数据。扫描输出阶段：扫描寄存器捕获到的数据串行移出，在每一周期在扫描输出端检测扫描链输出值。扫描测试是基于阶段的测试过程，典型的测试时序分SI 交叠，待测芯片的测试状态控制信号于有效状态。第一次扫描输出阶段时钟信号保持无效，出端之后每一扫描移位阶段都有一时钟信号，测试机也会采样一次SO 的状态；在最后一个扫描移位阶段用于产生并行输出的有效数
关于“数据采集系统”项目 技术指标要求 该系统主要包含四部分组成；便携式数据采集系统、测量附件系统、专业测量与分析软件系统。具体配置及主要技术要求如下。 1.云智慧数据采集分析仪 1)通道数：11个。8个模拟输入通道，1个转速输入通道，2个模拟输出通道； 2)数据传输方式：网线，无线，支持网络式远程操作，可以扩展3G信号远程 实时在线监测。 3)每通道独立24位AD模数转换。 4)每台采集仪内置16G存储,支持离线采样。 5)所有通道同步采集时，每通道最高采样频率204.8KHz，采样频率任意设置。 DA精度：有效数据位31位，输出最高频率192KHz 6)可以进行多台级联级联，最大可定制到64 台或更多台级联，多机GPS及北 斗双模异地同步、多机1588同步。 7)输入幅值精度优于0.03mVrms@±10V量程。相位匹配：优于0.2°@10kHz。 8)内置1、10、100、1000倍放大，输入量程可选择。 9)动态范围为120dB（典型值），保证值为110dB，任意通道间干扰优于-120dB。 10)可外接DC9～36V供电，支持POE供电模式。 11)内置可充电锂电池，无外供电独立工作时间可支持8小时。 12)支持断电重启后采集状态自动恢复和自动零点校准； 13)可外输出5V、9V、12V、15V直流电压/1Ch转速输入,5VDC供电,25MHz高速
采样信号源输出通道，最大输出电压：±10VP，最大输出电流：5mA，每通道不低于24 位AD模数转换。 14)信噪比不低于110dB，输出最高频率不低于192KHz，幅值精度：优于0.2%。 信号类型：正弦、正弦扫频、随机、磁盘文件等，能将采集的数据进行回放。 15)采集仪对外接口必须是lemo接头。 16)外形尺寸(mm)不大于：L210×W120×H50，重量:不大于2kg。保证系统便携。 2.专业级信号分析软件 1)Windows8/7/XP操作系统，支持64位操作系统，支持台式机和笔记本电脑， 云智慧模式可利用Web浏览器登陆，支持iPad及安卓、苹果等手机系统 2)支持在3G通信方式下，通过数据采集软件和Web对远程网络采集仪进行设 置、示波、时域统计、状态查询、数据下载等，Web方式兼容IE、safari、chrome等浏览器，支持电脑，Pad和手机操作，此方式传输距离无限制。3)软件分析频率精度10-12数量级，软件分析幅值精度10-12数量级，在适当测 试条件下，测试系统频率精度最高可达10-8数量级，测试系统幅值精度可达10-3数量级。 4)具有超低频快速测量技术，测量时间为信号周期的1/10时，频率误差为2%， 幅值误差为3%，当测试时间为信号周期的1/4时，频率误差为0.2%，幅值误差为0.6%。 5)可以进行数据浏览，各种分析结果的输出，包括图形的复制、保存、打印。 将分析结果进行各种文件格式（文本、Excel表格、ACCESS、matlab等）的输出，也可直接把图形和数据输出报告。 6)实时分析：实时显示和分析记录时域谱、FFT谱、功率谱、1/3倍频程谱、 振动量级、声压级。 7)实时报警分析：可设置振动和声源报警阈值，对超过阈值的数据在软件界面 上实时进行报警。 8)按通道设置采样率的功能：可对不同的通道设定不同的采样频率，并进行不 同的处理，每个通道可以独立设置不同的采样率。
机械工程测试技术基础
目录 1.简介 2.测试方案设计 3.测试系统组成 3.1压电加速度传感器 3.1.1组成 3.1.2工作原理 3.1.3灵敏度 3.2电荷放大器 3.2.1测试电路图 3.2.2数据计算处理 3.3动态信号分析仪 4.实验测试流程 5.说明总结 6.参考文献
压电加速度测试系统 1.简介 现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。 压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽，结构简单，成本低，性能稳定等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。 所以在此设计了一种压电式加速度测试系统，能够满足测试0—3G的低频率加速度测试。 2.测试方案设计 系统组成：压电加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪 被测对象的振动加速度信号经传感器拾振，由传感器电缆将加速度信号送入该系统电荷放大器，电荷放大器将信号转换成电压信号并放大，通过数据采集测试仪采样，便实现对信号的采集。
最后在PC 端对实验数据进行处理并显示。 如下图所示 3.测试系统组成 3.1压电加速度传感器 3.1.1组成 由质量块、压电元件、支座以及引线组成 如下图所示 3.1.2工作原理 压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件，是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。这些压电材料，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象 ，同时在它的两个相对的表面上便 产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状质压电 元件支座输出引线
1、 CMOS analog circuit design by P.E.ALLEN 评定：理论性90 实用性70 编写 100 精彩内容：运放的设计流程、比较器、 开关电容 这本书在国内非常流行，中文版也 翻译的很好，是很多人的入门教材。 建议大家读影印版，因为ic 领域 的绝大部分文献是以英文写成的。 如果你只能读中文版，你的学习资料 将非常有限。笔者对这本书的评价 并不高，认为该书理论有余，实用性 不足，在内容的安排上也有不妥的地 方，比如没有安排专门的章节讲述反 馈，在小信号的计算方面也没有巧方法。本书最精彩的部分应该就是运放的设计流程了。这是领域里非常重要的问题，像Allen 教授这样将设计流程一步一步表述出来在其他书里是没有的。这正体现了Allen 教授的治学风格：苛求理论的完整性系统性。但是，作为一项工程技术，最关键的是要解决问题，是能够拿出一套实用的经济的保险的方案。所以，读者会发现，看完最后一章关于ADC/DAC 的内容，似乎是面面俱到，几种结构的ADC 都提到了，但是当读者想要根据需求选择并设计一种ADC/DAC 时，却无从下手。书中关于比较器的内容也很精彩，也体现了Allen 教授求全的风格。不过，正好其它教科书里对比较器的系统讲述较少，该书正好弥补了这一缺陷。Allen 教授是开关电容电路和滤波器电路的专家。书中的相关章节很适合作为开关电容电路的入门教材。该书的排版、图表等书籍编写方面的工作也做的很好。像Allen 这样的理论派教授不管在那所大学里，大概都会很快的获得晋升吧。另外，Allen 教授的学生Rincon Moca 教授写的关于LDO 的书非常详尽，值得一读。 2、 CMOS Circuit Design Layout and Simulation CMOS Mixed-Signal Circuit Design by R.J.Baker 评定：理论性80 实用性100 编写80 精彩内容：数据转换器的建模和测量、hspice 网表这本书的风格和Allen 的书刚好相反： 理论的系统性不强，但是极为实用，甚至给出 大量的电路仿真网表和hspice 仿真图线。 这本书的中文版翻译的也很好。最近出了第二 版，翻译人员换了，不知道翻译的水平如何。 不过，第二版好贵啊~~ Baker 教授在工业界 的实战经验丰富，曾经参加过多年的军方项目 的研发，接收器，锁相环，数据转换器，DRAM 等曾设计过。所以，书中的内容几乎了包含 了数字、模拟的所有重要电路，Baker 教授
第一章测试座与老化座的区别 3、CSP封装量产测试中存在的问题 如前所述，CSP封装芯片的量产测试采用类似晶圆测试的方法进行，但是两者的区别在于：晶圆的测试，探针是扎在管芯的PAD(通常情况下为铝金属)上，而CSP封装的测试，探针是扎到CSP封装的锡球上。问题由此产生，在晶圆测试中铝质的PAD对探针污染很小，测试过程中不需要经常对探针进行清洁（一般测试几百上千颗进行在线清针一次即可），而CSP封装的锡球对探针污染非常严重，特别是在空气中放置一段时间后，加重了锡球的氧化，对探针的污染就更为严重，另外流过探针的电流大小也会直接影响探针和锡球之间的电气接触。这样对探针的抗粘粘度及抗氧化能力要求很高，对于一般的探针，测试几十颗就需要对其进行清洁，否则随着沾污越来越严重，会造成探针与锡球之间的接触电阻大到2欧姆以上（一般情况下在0.5欧姆以下），从而严重影响测试结果。对于本文所举实例而言，在负载电阻仅为8.2欧姆的情况下，这样测试得到的VOP-P及PO值仅为真实值的8.2/(8.2+2+2)，既0.672倍左右，从而导致测试的严重失效，同时也会影响到THD测试值。所以在测试过程中需要对探针进行不断的清洁动作，这样在不断的清针过程中，既浪费了测试的时间又加速了探针的老化，导致针卡寿命急剧缩短，同样也会造成测试的误判，需要通过多次的复测才能达到比较可信的测试良率。 在当前下游整机厂家对IC封装尺寸及性能的要求日益提高的情况下，无疑，目前的CSP封装以其超小的封装尺寸、优良的散热性能以及较高的性价比，当为众多消费类芯片的封装首选，但是，采用CSP封装，尤其是目前的无铅封装，给产品的量产测试带来了一定的技术难题，本文就CSP封装量产测试的基本方法、测试中存在的问题以及简单经济的解决办法稍做阐述，并举以实例，希望能够对一些正在寻求CSP测试解决方案的工程师能有一些帮助。1、CSP封装简介CSP封装，即Chip Scale Package，芯片级封装；也称Chip Size Package，芯片尺寸封装，如图为一9脚的CSP封装的芯片,是最近几年才发展起来的新型集成电路封装技术。应用CSP技术封装的产品封装密度高，性能好，体积小，重量轻，与表面安装技术兼容，因此它的发展速度相当快，现已成为集成电路重要的封装技术之一。目前已开发出多种类型的CSP，品种多达100多种；另外，CSP产品的市场也是很大的，并且还在不断扩大，与其相关的测试也在迅速发展。 2、CSP封装量产测试的基本方法 CSP封装的芯片测试，由于其封装较小，采用普通的机械手测试无法实现，目前主要采用类似晶圆测试的方法，在芯片完成置 球封装后，先不做划片，而直接用探针卡进行测试，测试完成后，再实行划片、分选和包装。测试时探针卡固定在探针台上， 探针直接扎在CSP封装的锡球上以实现电气连接，然后测试机通过导线施加电压或波形等激励进行测试芯片的相关电气参数， 以目前CSP封装应用较多的消费类芯片手机音频功放为例，作详细说明以便大家理解，其功能框图如下： 在此针对接触电阻稍作说明：在实际生产测试中，探针的接触电阻在很大程度上取决于PAD的材料、清洗的次数、以及 探针的状况。就探针而言，目前主要有钨针和钨铼针两种，其中钨铼合金的探针接触电阻比钨稍高，抗疲劳性相似。但是， 由于钨铼合金的晶格结构比钨更加紧密，其探针顶端的______________平面更加光滑。因此，这些探针顶端被污染的可能性更小，更容易清 洁，其接触电阻也比钨更加稳定。所以一般的探针材料均选用钨铼合金。另外影响接触电阻的关键参数为触点压力，触点压 力的定义为探针顶端施加到接触区域的压力，顶端压力主要由探针台的驱动器件控制，额外的Z运动（垂直行程）会令其 直线上升，一般情况下，接触电阻会随着压力的增大，探针从开始接触PAD并逐渐深入PAD氧化物，并接触到PAD金属 的亚表层而减小，但当压力达到一定的程度后，接触电阻就接本保持不变，此时再增加触点压力会损伤PAD 或者芯片内部 结构，而导致芯片直接失效。因此，在正常的生产过程中，触点压力的大小有比较严格的控制的，一般表现为探针台设置的 OVER DRIVER大小。 4、CSP封装量产测试问题的解决
《模拟集成电路设计原理》期末考试 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS工艺中，PMOS管与NMOS管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS=V TH时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS 机械工程测试系统设计 摘要：机械工程测试技术在工业生产中起着十分重要的作用，为此设计和制造高效的机械工程测试系统便成为测试技术的重要内容。机械工程测试技术是工程技术领域中的一个重要的技术，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等，都离不开测试技术。因此通过机械工程测试技术设计出一套具有测试功能的机械工程测试系统对于现代化的生产起着至关重要到作用，运用机械工程测试系统可以在机械工业生产中进行故障分析与检测，并及时的排除故障从而提高生产效率。本文根据机械工业生产中所存在的问题进行一种机械工程测试系统的设计，从而说明机械工程测试系统对于机械工业的重要性。 关键词：机械工程测试系统测试技术机械振动故障诊断工业生产 正文:一.机械工程测试技术的主要内容和收获 在生产生活动中，新的工艺与设备的开发依赖于测量技术的发展水平而且可靠的测量技术对于生产过程自动化、设备的安全与经济运行都是必不可少的先决条件。在广泛应用的自动控制技术中，测试装置已成为控制系统的重要组成部分。在各种现代装备系统的制造与实际运行工作中，测试工作内容已占首位，测试系统的成本已达到装备系统总成本的50%-70%，它是保证现代工程装备系统实际性能指标和正常工作的重要手段，是其先进性能及实用水平的重要标志。目前，工程测试技术已广泛的应用于工农业生产、科学研究、国防建设、交通运输、医疗卫生、环境保护和人民生活的各个方面，并在其中发挥着越来越重要的作用，已成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的基础技术。使用先进的测试技术已成为经济高度发展和科技现代化的重要标志之一。 《机械工程测试技术》课程的主要研究内容是测试技术的基础知识，即信号的时域和频域特性以及测试装置的基本特性；测试信号的获取与调理技术；测试系统的设计；计算机测试系统；实际测试系统。通过《机械工程测试技术》的学习，主要学习到了机械工程动态测试中常用的传感器及其基本原理与相应的调理电路，信号处理电路及记录仪器的工作原理，掌握了信号的时域及频域的描述方法，建立明确的信号的频谱结构的概念；频谱分析和相关分析的基本原理和方法；数字信号分析中的一些基本概念。了解了测试装置静、动态特性的评价方法和不失真测试条件，并掌握了一阶、二阶系统动特性和测定方法，以便正确地选用测试仪器。通过测力、测位移了解常用传感器、常用信号调理电路和记录仪器的工作原理和性能以及选用原则，初步运用于机械工程中某些参量的测试以及测量误差的分析方法和数据处理，了解到了相关功率谱概念及其应用。 《机械工程测试技术》是应用电子技术对机械行业的设备进行各种性能测定、读取、检验的一门学科，并通过试验、控制和运行监测给予在设备实际设计制造的参考数据以及实现自动化控制。这为机械设备的使用和自动化提供了条件。在现 模拟集成电路设计软件实验教程 月4年2006 1 目录 实验一自上而下(Top-Down)的电路设计 (3) Lab 1.1 启动软件 (3) Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 (3) Lab 1.3 电路图输入 (7) Lab 1.4 模块的创建 (10) Lab 1.5 电源的创建 (12) Lab 1.6 建立运放测试电路 (14) 实验二使用Spectre Direct进行模拟仿真 (17) Lab 2.1 运行仿真 (17) Lab 2.2 使用激励模板 (28) Lab 2.3 波形窗的使用 (32) Lab 2.4 保存仿真状态 (36) Lab 2.5 将仿真结果注释在电路图窗口 (37) 2 实验一自上而下(Top-Down)的电路设计Lab 1.1 启动软件 实验目的: 掌握如何启动模拟电路设计环境. 实验步骤: 1.进入Linux界面后,点击鼠标右键,选中New Terminal,则会弹出一个交互终端. 2.进入教程所在目录后,输入命令cd Artist446 (注意:cd后必须有空格;命令行大小写敏感) 3.在同一个交互终端内,输入命令icms &,在屏幕底部会出现一个命令交互窗(Command Interpreter Window,CIW).如果出现What's New窗口,可使用File-Close命令关闭. Lab 1.2 自上而下的系统级仿真 实验目的: 掌握如何对含AHDL模块的模块级设计进行仿真. 实验步骤: 1.在CIW中选择Tool-Library Manager,会弹出库管理器(Library Manager). 2.在库管理器中,用鼠标左键选中training,则cell中会显示出training库中所有的cell;在training 的所有cell中用左键选中peakTestv;用鼠标中键(或右键)打开(open)view中的schematic.将会出现如下图所示的测试电路: 3 点击左当该模块四周出现一高亮黄色虚线框时,将鼠标置于图中peakDetectv模块上,3. . ,则模块四周线框变为白色实线框键选中该模块EditDesign-Hierarchy-Descend 设置Name将View ,,弹出Descend对话框4.选择: peakDetectv模块的电路图OK.为schematic,然后点击则出现 1、引线键合技术的分类及结构特点？ 答： 1、热压焊：热压焊是利用加热和加压力，使焊区金属发生塑性形变，同时破坏压 焊界面上的氧化层，使压焊的金属丝与焊区金属接触面的原子间达到原子的引 力范围，从而使原子间产生吸引力，达到“键合”的目的。 2、超声焊：超声焊又称超声键合，它是利用超声波(60-120kHz)发生器产生的能量， 通过磁致伸缩换能器，在超高频磁场感应下，迅速伸缩而产生弹性振动经变幅 杆传给劈刀，使劈刀相应振动；同时，在劈刀上施加一定的压力。于是，劈刀 就在这两种力的共同作用下，带动Al丝在被焊区的金属化层(如Al膜）表面迅 速摩擦，使Al丝和Al膜表面产生塑性形变。这种形变也破坏了Al层界面的氧 化层，使两个纯净的金属面紧密接触，达到原子间的“键合”，从而形成牢固 的焊接。 3、金丝球焊：球焊在引线键合中是最具有代表性的焊接技术。这是由于它操作方 便、灵活，而且焊点牢固，压点面积大，又无方向性。现代的金丝球焊机往往 还带有超声功能，从而又具有超声焊的优点，有的也叫做热(压)(超)声焊。可实 现微机控制下的高速自动化焊接。因此，这种球焊广泛地运用于各类IC和中、 小功率晶体管的焊接。 2、载带自动焊的分类及结构特点？ 答：TAB按其结构和形状可分为 Cu箔单层带：Cu的厚度为35-70um， Cu-PI双层带 Cu-粘接剂-PI三层带 Cu-PI-Cu双金属 3、载带自动焊的关键技术有哪些？ 答：TAB的关键技术主要包括三个部分： 一是芯片凸点的制作技术； 二是TAB载带的制作技术； 三是载带引线与芯片凸点的内引线焊接和载带外引线的焊接术。制作芯片凸点除作为TAB内引线焊接外，还可以单独进行倒装焊（ＦＣＢ） 4.倒装焊芯片凸点的分类、结构特点及制作方法？ 答：蒸镀焊料凸点：蒸镀焊料凸点有两种方法，一种是C4 技术，整体形成焊料凸点； 电镀焊料凸点：电镀焊料是一个成熟的工艺。先整体形成UBM 层并用作电镀的导电层，然后再用光刻胶保护不需要电镀的地方。电镀形成了厚的凸点。 印刷焊料凸点：焊膏印刷凸点是一种广泛应用的凸点形成方法。印刷凸点是采用模板直接将焊膏印在要形成凸点的焊盘上，然后经过回流而形成凸点钉头焊料凸点：这是一种使用标准的球形导线键合技术在芯片上形成的凸点方法。可用Au 丝线或者Pb 基的丝线。 化学凸点：化学镀凸点是一种利用强还原剂在化学镀液中将需要镀的金属离子还原成该金属原子沉积在镀层表面形成凸点的方法。 电子元器件老化标准 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】 一、外观质量检查 拿到一个电子元器件之后，应看其外观有无明显损坏。比如变压器，要看其所有引线有否折断，外表有无锈蚀，线包、骨架有无破损等。又如三极管，要看其外表有无破损，引脚有无折断或锈蚀，还要检查一下器件上的型号是否清晰可辨。对于电位器、可变电容器之类的可调元件，还要检查在调节范围内，其活动是否平滑、灵活，松紧是否合适，无机械噪声，手感好，并保证各触点接触良好。 各种不同的电子元器件都有自身的特点和要求，爱好者平时应多了解一些有关各元件的性能和参数、特点，积累经验。 二、电气性能的筛选 要保证试制的电子装置能够长期稳定地通电工作，并且经得起应用环境和其他可能因素的考验，这是对电子元器件的筛选必不可少的一道工序。所谓筛选，就是对电子元器件施加一种应力或多种应力试验，暴露元器件的固有缺陷而不破坏它的完整性。筛选的理论是：如果试验及应力等级选择适当，劣质品会失效，而优良品则会通过。人们在长期的生产实践中发现新制造出来的电子元器件，在刚投入使用的时候，一般失效率较高，叫做早期失效，经过早期失效后，电子元器件便进入了正常的使用期阶段，一般来说，在这一阶段中，电子元器件的失效率会大大降低。过了正常使用阶段，电子元器件便进入了耗损老化期阶段，那将意味着寿终正寝。这个规律，恰似一条浴盆曲线，人们称它为电子元器件的效能曲线。 电子元器件失效，是由于在设计和生产时所选用的原材料或工艺措施不当而引起的。元器件的早期失效十分有害，但又不可避免。因此，人们只能人为地创造早期工作条件，从而在制成产品前就将劣质品剔除，让用于产品制作的元器件一开始就进入正常使用阶段，减少失效，增加其可靠性。 在正规的电子工厂里，采用的老化筛选项目一般有：高温存储老化；高低温循环老化；高低温冲击老化和高温功率老化等。其中高温功率老化是给试验的电子元器件通电，模拟实际工作条件，再加上＋80℃～＋180℃的高温经历几个小时，它是一种对元器件多种潜在故障都有检验作用的有效措施，也是目前采用得最多的一种方法。对于业余爱好者来说，在单件电子制作过程中，是不 902测试技术及应用 一、考试范围说明 该门课程的研究生入学考试范围参考其本科生课程的教学大纲，面向专业学位研究生选拔的需要，考核内容主要包括： 1.测试基础理论和技术知识：主要包括机械测试信号分析，测量装置的基本特性，以及常见测量装置--参数式传感器、发电式传感器、信号调理电路、信号显示与记录等技术知识； 2.测试系统设计及实用测试技术：主要包括测试系统设计理论和方法，计算机测试技术与典型应用系统，其他特种测试技术与典型应用系统； 3.典型工程测试系统设计实例分析：主要包括机械工程领域典型机械参数，如应力应变、温度、位移、振动和噪声的测试系统设计，以及它们的工程网络化和智能化设计等。 与本科生课程学习考评相比，没有平时考核和实验考核环节，但闭卷笔考的知识内容和方式方法原则上是一致的，以上述内容所涉及的知识点为考核对象，具有填空题、判断题、问答题和测试系统设计题等多种考题形式。 二、考试范围说明 通过讲授测试技术的基础知识、常用测量装置的工作原理与性能，以及测试系统的设计，培养学生掌握本学科领域内常见测试系统的组成与设计，以及常见机械工程参数测量技术；为学生学习后续专业课程以及将来实际工作打下良好的基础。 本课程主要为学生讲授：a）测试基础理论和技术知识，主要包括机械测试信号分析、测量装置的基本特性、参数式传感器、发电式传感器、信号的调理等；b）测试系统设计及实用测试技术，主要包括测试系统设计、计算机测试系统、其他测试技术以及典型测试系统设计实例。同时开设：信号分析与测量装置特性仿真、传感器及其性能标定、动态测量信号调理、测试技术虚拟仪器设计等4个基本实验，以及涵盖测试系统设计、搭建、信号采集与处理分析等4个考核环节的测试技术大综合实验。 Hspice/Spectre 介绍 罗豪 2008.9.22 2009-12-7共88页1 模拟集成电路的设计流程 1.交互式电路图输入 2.电路仿真 全定制 3.版图设计 4.版图的验证（DRC LVS） 5.寄生参数提取 6.后仿真 7.流片 2009-12-7 共88页 各种仿真器简介 ?SPICE: 由UC Berkeley 开发。用于非线性DC分析，非线性瞬态分析和线性的AC分析。 ?H spice: 作为业界标准的电路仿真工具，它自带了许多器件模型，包括小尺寸的MOSFET和MESFET。Cadence提 供了hspice的基本元件库并提供了与Hspice的全面的接口。 ?Spectre: 由Cadence开发的电路仿真器，在SPICE的基础上进行了改进，使得计算的速度更快，收敛性能更好。 2009-12-7 共88页3 高精度电路仿真器 1、Spectre/SpectreRF(cadence) ? 2、Hspice/HspiceRF(avanti) ? 3、Ads(Agilent 主要针对RF) ? 4、eldo(Mentor Graphics) ? 5、saber(Synopsys) ? 2009-12-7 共88页4 Cadenc软件简介 Cadence 提供了一个大型的EDA 软件包，它包括： ?ASIC 设计 全定制IC设计工具Virtuoso Schematic Composer 电路仿真工具Analog Design Environment ?FPGA 设计 ?PCB设计 2009-12-7 共88页5 课程设计说明书 题目：压电加速度测试系统设计 课程：工程测试技术 院、系：机电工程学院 学科专业：机械设计制造及其自动化 学生：李崧伟，刘嘉豪 学号： 14020111109，14020111111 指导教师：齐忠霞 2016 年 6 月15号 工程测试技术课程设计任务书 （2015—2016学年第 2 学期） 指导教师齐忠霞 2016 年 6 月15 日 目录 1.简介 2.测试方案设计 3.测试系统组成 3.1压电加速度传感器 3.1.1组成 3.1.2工作原理 3.1.3灵敏度 3.1.4加速度传感器的选用3.2电荷放大器 3.2.1测试电路图 3.2.2数据计算处理 3.3动态信号分析仪 4.实验测试流程 5.说明总结 6.参考文献 压电加速度测试系统设计 1.简介 现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。 压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽，结构简单，成本低，性能稳定等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。 所以在此设计了一种压电式加速度测试系统，能够满足测试0—3G的低频率加速度测试。 2.测试方案设计 系统组成：压电加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪 被测对象的振动加速度信号经传感器拾振，由传感器电缆将加速度信号送入该系统电荷放大器，电荷放大器将信号转换成电压信号并放大，通过数据采集测试仪采样，便实现对信号的采集。最后在PC端对实验数据进行处理并显示。 如下图所示 3.测试系统组成 3.1压电加速度传感器 华中科技大学文华学院 2009～2010学年度第一学期《模拟集成电路设计原理》期末考试A卷课程性质：必修使用范围：本科 考试时间：2009年11月27日考试方式：开卷 学号专业班级学生姓名成绩题号一二三四五总分 得分 一．填空题（每空1分，共14分） 1、与其它类型的晶体管相比，MOS器件的尺寸很容易按____比例____缩小，CMOS电路被证明具有_ 较低__的制造成本。 2、放大应用时，通常使MOS管工作在_ 饱和_区，电流受栅源过驱动电压控制，我们定义_跨导_来 表示电压转换电流的能力。 3、λ为沟长调制效应系数，对于较长的沟道，λ值____较小___（较大、较小）。 4、源跟随器主要应用是起到___电压缓冲器___的作用。 5、共源共栅放大器结构的一个重要特性就是_输出阻抗_很高，因此可以做成___恒定电流源_。 6、由于_尾电流源输出阻抗为有限值_或_电路不完全对称_等因素，共模输入电平的变化会引起差动输 出的改变。 7、理想情况下，_电流镜_结构可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响，实际应用中，为了抑制 沟长调制效应带来的误差，可以进一步将其改进为__共源共栅电流镜__结构。 8、为方便求解，在一定条件下可用___极点—结点关联_法估算系统的极点频率。 9、与差动对结合使用的有源电流镜结构如下图所示，电路的输入电容C in为__ C F（1－A）__。 10、λ为沟长调制效应系数，λ值与沟道长度成___反比__（正比、反比）。 二．名词解释（每题3分，共15分） 1、阱 解：在CMOS 工艺中，PMOS 管与NMOS 管必须做在同一衬底上，其中某一类器件要做在一个“局部衬底”上，这块与衬底掺杂类型相反的“局部衬底”叫做阱。 2、亚阈值导电效应 解：实际上，V GS =V TH 时，一个“弱”的反型层仍然存在，并有一些源漏电流，甚至当V GS 机械工程测试系统设计
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