Способ контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении

(51) 4 С 01 К 31 26 ЗОБРЕТЕНИ АВТОР када,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ В ИНТЕГРАЛЬНОМИСПОЛНЕНИИ(57) Изобретение, относится к электронной технике, а именно к способамконтроля качества полупроводниковыханалоговых интегральных схем, преимущественно операционных усилителей.Целью изобретения является упрощениеи повышение точности прогнозированияотказов операционных усилителей для в се го рабоче го диапазон а темпера тр.По настоящему способу сначала осуществляется измерение в диапазоне температур, близких к нормальной илиравных ей, основных электрическихпараметров операционного усилителя,приведенных в технических условиях,сравнение их с нормами и определениегодности или негодности по величинеотклонений измеренных значений отнорм. После этого для изделий, прошедших отбраковку по основным электрическим параметрам из техническихусловий, осуществляют проверку такжев диапазоне температур, близких кнормальной или равных ей, по системедополнительных информативных параметров, в частности зависимости напряжения смещения нуля от изк нения напряжения питания, отношения входных токов, тока смещения второго кастока короткого замыкания. 1 илИзобретение относится к электронной технике, а именно к способамконтроля качества полупроводниковыханалоговых интегральных схем, преиму 5щественно операционных усилителей,и может быть использовано для прогнозирования отказов и отбраковки некачественных , аналоговых интегральныхсхем, в частности, с аномальной температурной зависимостью основныхэлектрических параметров.Цель изобретения - упрощение иповышение точности прогнозированияотказов операционных усилителей длявсего рабочего диапазона темперутр,На чертеже представлена блок-схемаустройства, реализующего способ.Способ контроля качества изготовления операционных усилителей в интегральном исполнении основывается натом, что причиной аномальной температурной зависимости основных электрических параметров (напряжения смещения нуля Бс,о, входного тока 18, 25разности входных токов 61 , коэффициента усиления по напряжению К, коэффициента ослабления синфаэного сигнала Кк потребляемого тока 1),указанных в технических условиях на 30конкретный : тип операционного усилителя, является наличие дефектов в интегральных схемах. Эти дефекты в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, незначительно влияют на.основные электрические пара-.метры, но оказывают существенное влияние на параметры, называемые информативными, аналоговых интегральныхсхем, содержащих дифференциальные 40усилители, в частности операционныхусилителей, компараторов и т.д,Причинами возникновения аномальной температурной зависимости основных электрических параметров операционного усилителя являются асимметриядифференциальных каскадов, поверхностные и объемные дефекты, отклонениеи разброс параметров технологическогопроцесса, которые вызывают повышениетоков утечки и уменьшение пробивныхнапряжений р-и-переходов. К асимметрии дифференциальных каскадов можетпривести локальное повышение концентрации объемных и поверхностных дефектов (вакансии, дислокации,линии дис 55локаций), К нарушениям технологииможно отнести недостаточную или повышенную толщину эпитаксиальных слоев,отклонение глубин формируемых диффузионных слоев от заданных, дефекты фотошаблонов и т.д. Ввиду большого разнообразия дефектов, приводящих к возникновению аномальной температурной зависимости основных электрических параметров операционных усилителей, выполненных в интегральном исполнении, контроль качества изготовления их проводят по совокупности шести информативных параметров.По предлагаемому способу сначала осуществляется измерение в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, основных электрических параметров операционного усилителя, приведенных в технических условиях ,(Псе.ох 1 вх1 ьх х Ких Косс и 1 и) фсрав нение их с нормами, указанными в этих технических условиях, и определение годности или негодности изделий по .величине отклонений измеренных значений от норм.После этого изделия, прошедшие отбраковку по основным электрическим параметрам из технических условий, подвергаются проверке также в диапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, по системе дополнительных информативных параметров,При этом измерение и определение изменения напряжения смещения нуля Ю о(Е) в зависимости от изменениясм.онапряжения питания Е осуществляются с помощью последовательной подачи на шины питания операционного усилителя номинального и повышенного напряжения питания, превышающего номинальное. значение на 30-507.Вычисление прогнозируемого напряжения смещения нуля О, , для заданной минимальной (отрицательной) рабочей температуры осуществляется по формуле Псм,о=бэсм о (Про(Е) Псм.о(Е) )К 6 Тгде П - напряжение смещения нулясмов диапазоне температур,близких к нормальной (Тон25 С);ЬБ (Е) - среднее значение измененияУ при номинальном и повышенном напряжении питания, превышающем номинальное значение на 30-507,устанавливаемое экспериментально для каждого типаоперационного усилителя;3 140К - тангенс угла наклона прямой линии корреляционногополя параметров ьБ(ЬТ)и АП о(Е), устанавливаемый экспериментально дляконкретного типа операционного усилителя;ДТ=Т - То фТ - значение температуры, прикоторой производится измерение;Т - значение прогнозируемойминимальной (отрицательной) рабочей температуры,для которой рассчитываетсяпрогнозируемый параметр,Далее для измерения тока короткогозамыкания между отрицательной шинойисточника питания и контактом частотной коррекции выходного каскада операционного усилителя 1=(-Е) подают на его шины питания напряжение,превышающее номинальное на 30-507,а на его входы - напряжение, запирающее выходной каскад операционногоусилителя,Измерение тока смещения второгокаскада 1 производится с помощьюсмпподачи на шины питания операционногоусилителя номинального напряжения, ана его входы - отрицательного напряжения, равного по величине напряжениюпитания.Далее, осуществляяподачу на шиныпитания операционного усилителя номинального напряжения, осуществляютизмерение отношения входных. токов1 з /1первого дифференциальногоВх, Ьхкаскада,Измерение добротности емкости Ямежду отрицательной шиной и точкойсоединения всех остальных контактовоперационного усилителя, кроме кон,тактов, имеющих резистивную связь сотрицательной шиной источника питания, осуществляется подачей на отрицательную шину питания и указаннуювышу точку соединения контактов переменного напряжения с амплитудой ниже порога отпирания р-п-переходов,По мере получения численных величин каждого из дополнительных информативных параметров производят ихсравнение с соответствующими эталонными значениями и определение годности или негодности операционных усилителей по величинам отклонений междуними.1414 510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вся совокупность дополнительных информативных параметров может быть использована также для других типов аналоговых схем в интегральном исполнении, конструктивное выполнение которых включает наличие вывода частотной коррекции выходного каскада и входа второго каскада и не зависит от конкретного типа интегральной схемы и технологии их изготовления. Для различных типов интегральных схем варьируют лишь допусковые нормы годности на измеряемые информативные параметры.На чертеже представлена структурная схема устройства для контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении в части измерения дополнительных информативных параметров.устройство содержит колодку 1 с клеммами для подключения проверяемой интегральной схемы, измерительный пост 2, коммутатор 3 измеряемых параметров, блок 4 управления, генератор 5 импульсов, блок 6 индикации, тестовый модуль 7 с выходом 8 отношения входных токов, выходом 9 изменения напряжения смещения нуля и выходом 10 напряжения смещения нуля, запоминающий элемент 11, вычислитель 12, измеритель 13 тока смещения второго каскада, измеритель 14 тока короткого замыкания и измеритель 15 добротности емкости. Через коммутатор 3 параметров и измерительный пост 2 входная шина 16 тестового модуля 7, входы измерителя 13 тока смещения второго каскада и измерителя 14 тока короткого замыкания и входная шина 17 измерителя 15 добротности емкости поочередно подключаются к колодке 1, причем первый 18, второй 19 и третий 20 входы измерителя 13 тока смещения второго каскада подключаются соответственно к клемме 21 входа второго каскада, клемме 22 выхода и объединенным клеммам 23 и 24 входов первого каскада проверяемой интегральной схемы, а первьпЪ 25, второй 26, третий 27 и четвертый 28 входы измерителя 14 тока короткого замыкания - к клемме 29 частотной коррекции, клемме 30 отрицательного напряжения питания и клеммам 23 и 24 входов первого каскада проверяемой интегральной схемы.5 14014 ке 6 индикации.Измерение дополнительных информативных параметров производится 8 следующей последовательности: измерениенапряжения смещения нуля в зависимости от иэиенения напряжения питания взаданных пределах (ьБ, (Е; прогнаэируемое напряжение смещения нуля Ш ,); отношение входных токов (1, /1); ток смещения второго каскада (1, )," ток короткого замыкания 1 (-Е); добротность емкости (О). кз п,корПри измерении ЬБ, (Е) и 1 /1 щ, клеммы с подключенной проверяемой интегральной схемой соединяются с входной шиной 16 тестового модуля 7. При Далее первый 8 и второй 9 выходы тестового модуля 7, выход вычислителя 12, выход 31 измерителя 13 тока смещения второго каскада, выход 32 измерителя 14 короткого замыкания и выход измерителя 15 добротности емкости подключаются поочередно с помощью коммутатора 3 параметров к входу блока 6 индикации, управляющая шина 33 коммутатора 3 параметров вместе с управляющим входом генератора 5 импульсов соединены с выходной шиной блокауправления. Выход генератора 5 импульсов подключен к входам 34 - 36 соответственно измерителя 15 добротности емкости, запоминающего элемента 11 и тестового модуля 7, Третий выход 10 тестового модуля 7 подключен к сигнальному входу запоминающего элемента 11 выход которого подключен к первому входу 37 вычислителя 12. Второй вход 38 вычислителя 12 подключен к выходу источника опорного напряжения ЬО(Е), а третий вход вычислителя 12 соединен с вторым входом 9 тестового модуля 7, Колодка 1 с клеммами для,подключения проверяемой интегральной схемы содержит также клемму 39 положительного напряжения питанияаУстрооство для контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении в части измерения дополнительных информативных параметров работает следующим образом,Проверяемый операционный усилитель подключается к клеммам колодки 1. С помощью коммутатора 3 параметров, управляемого от блока 4 управления,проверяемое изделие подключается к соответствующей измерительной схеме, Результат измерения отображается на бло 10 15 20 25 30 35 40 14 6измерении 1/1 ,1,и 1(-Е)генератор 5 ймпульсов блокируетсяблоком 4 управления.Измерение ЬП, (Е) в зависимостиот изменения напряжения питания ЬЕив заданных пределах происходит следующим образом.Клеммы 30 и 39 соответственно отрицательного и положительного напряжения питания через входную шину 16подключены к выходной шине управляемого источника питания, входящего всостав тестового модуля 7. Выходноенапряжение управляемого источника питания изменяется под воздействиемгенератора 5 импульсов. В состав тестового модуля 7 входит также схемаизмерения, на которую поступает всячеобходимая информация от проверяемойинтегральной схемы и на выходе которой после вьщеления на синхронномдетекторе постоянной составляющейформируется напряжение, пропорцио;нальное П (Е) (второй выход 9тестового модуля 7),Определение Бобеспечиваетсяв устройстве с помощью тестовогомодуля , запоминающего элемента 11и вычислителя 12. Для этого на первый вход вычислителя 12 поступаетнапряжение с выхода запоминающегоэлемента 11, который выделяет извыходного сигнала схемы измерениятестового модуля 7 напряжение, пропорциональное напряжению смещениянуля, для соответствующего фиксированного напряжения питания. На второйи третий входы вычислителя 12 посту-пают соответственно величины 6 Б (Е)сн.ои КБ, (Е) . Вычислитель 12 обеспечивает получение величины Б, о в соответствии с выражениемма.=сто (Псм (Е) ЬПсм ( К ЬТИзмерение 1 э, /1осуществляетсяс помощью генератора двухполярных импульсов, состоящего из интегратора итриггера Шмитта, и фильтра низкихчастот тестового модуля 7. При этомдлительность положительных и отрацательных импульсов, формируемых генератором, соответственно пропорциональна величинам 1/1 э, и 1/1 х проверяемой интегральной схемы. Информация для формирования импульсов поступает на входы генератора со схемы измерения тестового модуля 7, а значение 1 , /1снимается с выходафильтра низких частот, 7 14014Для измерения 1:м клеммы для под"смдключения проверяемого изделия соединяются с входами измерителя 13 токасмещения второго каскада. На объеди 5ненные клеммы 23 и 24 входов первогокаскада подается отрицательное напряжение, запирающее первый каскад проверяемого изделия. С помощью операционного усилителя измерителя 13 тока 10смещения второго каскада через резистор на вход второго каскада проверяемого изделия подается ток, устанавливающий на выходе проверяемой интегральной схемы нулевое напряжение. 15Этот ток и является током смещениявторого каскада. Измерение егосмпв измерителе 13 тока смещения второгокаскада осуществляется с помощью соответствующего повторителя и дифференциального усилителя.Для измерения 1 к(-Ер ) междувыводом частотной коррекции третьегокаскада и выводом отрицательного напряжения питания клеммы для подключения проверяемого операционного усилителя соединяются с входами измерителя14 тока короткого замыкания, Для создания необходимого режима измеренияклемма инвертирующего входа проверяемого изделия подключается при этом кшине нулевого потенциала, а на клемму неинвертирующего входа подаетсяположительное напряжения от специального источника опорного напряжения,входящего в состав измерителя 14 токакороткого замыкания, причем операционный усилитель измерителя 14 токакороткого замыкания обеспечивает нулевое напряжение (режим короткого замыкания) межцу клеммой 29 частотнойкоррекции третьего каскада и клеммой, 30 отрицательного напряжения питания.При этом ток короткого замыкания течет через резистор обратной связи операционного усилителя измерителя 14 тока короткого замыкания и по величиневыходного напряжения этого операционного усилителя можно судить о значении кз ( Еа.кар)50При измерении Ц клемма 30 отрицательного напряжения питания и соединенные вместе остальные клеммы, кромеклемм, к которым подключены контактыоперационного усилителя, имеющие резистивную связь с отрицательной шИнойисточника питания, подключаются квходной шине измерителя 15 добротности емкости,14 8формулаизобретення Способ контроля качества операционных усилителей в интегральном исполнении, включающий измерение в диапазоне температур, близких к нормальной, или равных ей, основнь 1 х параметров операционных усилителей, сравнение их с нормами и определение годности или негодности изделий, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения и повышения точности прогнозирования отказов операционныхусилигелей для всего рабочего диапазона, температур, после определениягодности изделий по величине отклонения измеренных значений основныхэлектрических параметров от норм длягодных изделий проводят измерения вдиапазоне температур, близких к нормальной или равных ей, дополнительныхинформативных параметров, включающеепоследовательную подачу на шины питания операционного усилителя номинального напряжения питания и повышенного, превышающего номинальное,.значение на 30-507, определение изменениянапряжения смещения нуля а Бсм(Е)в зависимости от изменения напряженияпитания и вычисление прогнозируемогонапряжения смещения нуля Б дляам.одзаданной минимальной отрицательнойрабочей температуры по формулеБ =Н -(ад (Е) -ь 3 (ЕК ЬТ,где Ц - напряжение смещения нулясм.ов диапазоне температур,близких к нормальной температуре (Т=25 С);ЬБ (Е) - среднее значение изменесм.ания Б при номинальномнапряжении питания и повышенном, превышающем номинальное значение на 30503, устанавливаемое экспериментально для каждоготипа операционного усилителя;К - тангенс угла наклона прямой линии корреляционногополя параметров ЬУ(ЬТ) и.дБ (Е), устанавливаемыйэкспериментально для конкретного типа операционногоусилителя;ьТ щ Т-Т,Т - значение температуры, прикоторой производится измерение;О Составитель Г.МилославскийРедактор П. Гереши Техред И,Верес Корректор В,Бутяга Заказ 2781/45 Тираж 772 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9 14014Т - значение прогнозируемойоминимальной отрицательнойрабочей температуры, длякоторой рассчитывается5прогнозируемый параметр, подачу на шины питания напряжения, превышающего номинальное на 30-507., а на входы операционного усилителя - напряжения, запирающего его выходной каскад, и измерение тока короткого замыкания между отрицательной . щиной источника питания и контактом частотной коррекции выходного каскада операционного усилителя 1 ( Ео.кор)15 подачу на шины питания операциойного усилителя номинального напряжения, а на его входы - отрицательного напряжения, равного по величине напряжению питания, и измерение тока смеще,ния второго каскада 1 , подачу наюма хшины питания операционного усилителя номинального напряжения и измерение отношения входных токов первого дифференциального каскада 1 /1 эх , повх 1 эха э дачу на отрицательную шину питания и точку соединения всех остальных контактов операционного усилителя, кроме контактов, имеющих резистивную связь с отрицательной шиной источника питания, переменного напряжения с амплитудой ниже порога отпирания р-и-переходов и измерение добротности емкости Я между отрицательной шиной питания и указанной выше точкой соединения контактов операционного усилителя, при этом по мере получения численных значений каждого из дополнительных информативных параметров производится его сравнение с соответствующим эталонным значением и определение годности операционных усилителей по величине отклонения между ними,