Устройство для контроля интегральных схем

(н 1 419903 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВНДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советоои Социалистических Республик(22) Заявлено 22.04.71 (21) 1648280 18-24 1) М. Кл. 6 061 15/46 с п исоединением заявк осударственный комитеьовета Министров СССРоа делам изобретениии открытий 32) Приоритетпубликовано 15,03 юллетень ЛЪ 10 53) УДК 620.179.1(088,8) та опубликования описания 12.08.74(72) Лвтор нзобретени йсс И) Заявитель 4) УСТРОЙСТВ НТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬ СХЕМ Изобретение относится к области автоматики и контрольно-измерительной техники и может быть применено для инфракрасного контроля электронных схем, например плат с интегральными схемами.Известно устройство для контроля ин гегральных схем, содержащее носигель информации, связанный с первым входом блока сравнения и блоком задания режимов питания, выход которого подсоединен к интегральной схеме, инфракрасный радиометр, установленный над узлом перемещений платы с интегральной схемой и подсоединенный ко второму входу блока сравнения, выход которого подключен к блоку индикации и блоку выдачи сигналов сортировки и отбраковки, и воздухопровод для охлаждения плат. Однако это устройство обладает низким быстродействием и непригодно для контроля многослойных пленочных электронных схем из-за экранизации в рабочем режиме нижних слоев верхними,Устройство отличается тем, что в него введены блок формирования алгоритма разогрева участков интегральной схемы с помощью дозированных по мощности импульсов электрического тока, причем выход блока формирования связан с носителем информации, и синхронизатор перемещений носителя информации, закрепленный ца валу привода узла перемещений платы.Это позволяет повысить 1 очность и скоростьконтроля плат, чему способствует охлажде ние нагреваемых участков схемы потоком воздух:я.На фиг. 1 изображена общая блок-схемаустройства; ца фпг. 2 - малая каретка. ролики для закрепления платы и коробки с нор мирующими резисторами; ца фиг. 3 - кривые, поясняющие работу блоков устройстьа.На фиг. 1 изображены: 1 - вал, 2 - испытуемая плата, 3 - зубчатый барабан, 4 - магнитная лента, 5, б, 7 - .;магнитные головки, 5 8 - блок формирования импульсов программного управления, 9 - ключ ручных команд, 10 - коммутатор; 11, 12 - блоки формирования токовых импульсов, 13 - блок задержки, 14 - блок вычитания, 15 - блок сравнения;20 16, 17, 18 - переходные коробки с наборомнормирующих элементов, 19 - источник питания испытуемых плат; 20, 21 - аттешоаторы, 22 - счетчик импульсов; 23, 24 - триггерцые реле; 25 - 32 - переключатели; 33 - видеокоц трольное устройство (ВКУ), 34 - многоуровневый дискриминатор; 35 - блок импульсов засветки; 36 - переключатель; 37 - блок управления работой фотоустройства; 38 - фото- устройство; 39 - откидной тубус, 40 - 42 - вы- ЗО воды ца исполнительную автоматику; 43, 44 -большое н малое зеркало обьектива Кассегрена; 45 - черное тело; 46 -- модулятор;47 - электродвигатель; 48 -- приемник инфракрасного излучения; 49 - избирательный усилитель; 50 - детектор; 51, 52 - кулачки;53 - пружина; 54 - малая каретка; 55 - направляющие; 56 - большая каретка; 57 - червяк; 58 - шестерня; 59 - пружина; 60 - 62 - отверстия; 63 - 64 - фотоэлектрические датчики; 65 - миниатюрная осветительная лампа;66 - электродвигатель с редуктором; 67 - магнитная муфта; 68 - барабан ручных перемещений; 69 - шкала; 70 - переключатель;71 - опорный валик; 72наконечник; 73 перфорационпые отверстия па магнитной лепте; 74 - свободная петля магнитной ленты;75 - кассета; 76 - воздуходувка; 77 - регулятор скорости потока; 78, 79 - трубопроводы;80 - клапан; 81 - трубопровод; 82 - вставная рамка; 83 - откидная рамка; 84 - шарнир;85 - слой пластика, 86 - выводы испытуемого плато; 87 - выходные контакты вставной рамки; 88 - входные контакты вставной рамки; 89 - проводник; 90, 91 - утолщения резиновой облицовки проводника; 92 - изолированные жилы; 93 - муфта; 94 - корпус персходной коробки; 95, 96 - контакты, 97 - штыревые контакты; 98 - приемный лоток; 99- - резистор. Стрелками Л, Б, В обозначены потоки воздуха. Инфракрасный радиометр состоит из блоков 20, 43 - 50, узел для перемещения плат из блоков 52 - 72, воздухопровод - из блоков 76 - 81, блок задания режимов электрического питания - из блоков 16 - 19, 25, блоки сравнения - из олоков 6, 7, 14, 15, 21, 28, 29, блок выдачи сигналов отбраковки и сортировки - из блоков 22 - 24, 34, носитель информации - 4, 74, синхронизатор включает элементы 3, 51, 57, 73, блок формирования алгоритма разогрева - элементы 5, 8 - 13, 26, 27.Устройство работает следующим образом. На валу 1 привода механизма перемещений плат 2 с интегральными схемами по Х и У закреплен зубчатый барабан 3, который протягивает магнитную ленту 4 с трехдорожечной записью через магнитные головки 5, 6, 7 записи, считывания и стирания сигналов. Головка 5 записывает, считывает и может стирать командные сигналы на выдачу токовых импульсов для разогрева участков схемы; головка б - эталонный сигнал, получаемый от скапировац образцовой схемы; головка 7 - сигнал с величинами допусков па отклонение значений тепловой радиации от каждого участка схемы по линиям сканирования. Блок 8 формирует импульсы программного управления. Оп снабжен ключом 9 подачи ручных команд при составлении алгоритма разогрева участков схемы на плату 2. Коммутатор 10 - 14 выдает разогревающие импульсы па выводы платы 2. Он состоит из собственно коммутатора 10; блока 11 формирования токовых импульсов на подготовительное пере 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ключение контактов коммутатора в моменты перехода механического скапируюцсго устройства па псчстныс строки сканирования; блока 12 формирования и выдачи токовых импульсов, постоянных по величине и времени, по командам, получаемым от магнитной ленты 4 через магнитную головку 5; блока 13 задержки выдачи подготовительных импульсов, формируемых и выдаваемых блоком 11, что, при надобности, может делаться в моменты перехода механического сканирующего устройства на новый кадр сканирования. Ьлок сканирования вырабатывает разностпый сигнал от вычитания записашого на магнитнуо лепту 4 эталонного сигнала из сигнала от испыгуемой платы. Ьлок 15 сравнивает полученный разностный сигнал с записанным на третьей дорожке магнитной ленты 4 сигналом с величинами допусков на дозволяемое отклонение значений тепловой радиации от какдой точки платы 2 по линиям сканирования. Сменные переходные коробки 16, 17, 18 содержат наборы резисторов, с помощью которых нормирустся питание, подаваемое на выводы испыгуемого плато от специального блока питания 19 через коммутатор 10. Набор резисторов в коробке 16 оптимизирует мощность каждого импульса, подающегося на разогрев участков платы 2; коробка 17 содержит набор элементов - резисторов и конденсаторов-развязок, обеспечивающих форсированный разогрев всех элементов плато; коробка 18 также содержит набор элемснтов, обеспечивающих, например, обы шый постоянный рабочий режим питания схемы, либо, в целях большей ин, рсжим с какими-либо целенаправленными коррективами. 1(алиброваппый аттешоатор 20, являющийся сочетанп=м ступенчатого и плавного аттешоаторов, позволяет регулировать уровень сигнала, поступающего на запись в головку б или в блок 14. Подобный же аттенюатор 21 позволяет изменять уровень сигнала, идущего на запись в головку 7. Счетчик импульсов 22 ведет счет импульсов с выхода блока 12 и подает сигналы па триггерпое реле 23 - сигнал годна. Триггерное реле 24 срабатывает по сигналу блока 15 - сигналу брак. Переключатель 25 позволяет автоматически или вручнуюосуществлять перевод питания исследуемой схемы на все режимы разогрева. Переключатель 26 позволяет подавать командные импульсы на запись в головку 5 либо непосредственно в блок 12. Переключатель 27 - для отключений блока 11, что целесообразно делать, например, при выполнении работ по программированию. Трехпозициопный переключатель 28 позволяет подавать входной сигнал на головку б, в блок 21 или ставить переключатель в положение, когда сигнал поступает только иа один из контактов переключателя 30. Переключатель 29 связывает блоки 14, 21 и 15, Переключатели 30, 31 и 32 позволяют осуществлять нужные коммутации для подключений видеоконтрольпого устройства 33, многоуров 419903невого амплитудного дискриминатора 34 и блока формирования импульсов засветки 35. Переключатель Зб позволяет переключать синхронизацию блока кадровой разверткц вцдеоконтрольного устройства 33 на сицхротизацию от фотодатчиков 63 и 64. Блок 37 по командам фотодатчика 64 управляет работой фотоустройства 38, закрепленного ца откилном тубусе 39. С выходов 40, 41 и 42 сигналы поступают на исполнительную автоматику устройства.Преобразование параметров теплового поля поверхности испытуемой схемы в электрический сигнал осуществляется инфракраснют радиометром, состоящим из большого 43 и малого 44 зеркал отражателтного объектива, черного тела 45, дискового модулятора 46 с приводныт электродвигателем 47, приемпиком инфракрасного излучения 48, избирательного усилителя 49, детектора 50,Механическое сканирующее устройство лля перемещений испытуемых плат по Х ц У имеет два кулачка 51 и 52 с симметричными раоочими поверхностями, Кулачок закреплен ца приводном валу 1 и перемептает полпттукттцеттнуто пруяипами 53 малую каретку 54 по цаправлятотцим 55, закттеплеццым в большой каретке 56. Кулачок 52 связац с валом 1 четтсз червячно-шестерецчатуто пару 57 - 58 и перемешает полпружиненцую пружинами 59 большую каретку 56 по цаправляюцтим, одной из которых является сам вал 1. Каядьш цз кулачков 51, 52 жестко скреплен с дисковым модулятором. На одном из дисков имеется отверстие 60, на другом, которым служит диск самой шестерни 58, - отверстия 61 и 62. Через эти отверстия при соответствующем положении кулачков 51., 52 свет попадает на фотоэлектрические датчики 63, 64 сигналов синхронизации блоков развертки видеоконтрольного устройства 33. Фотолатчики засвечиваюттялогабаритттыттт электролапочтями. Одна из которых 65 показана ца чертеже. Электродвигатель с релуктором бб соединен с приводным валом 1 через магнитцу;о муфту 67. На валу 1 закреплен также барабан 68 лля воз 1 Ожности проворотов вала рукой. Барабан ИМЕЕТ ШКаЛу 69, ЧтО ПОЗВОЛяЕт ПрОИЗВОдтттъ отсчет ручных перемещений малой каретки и точно знать ее текущие координаты. Переклточатель 70 разрывает цепь питания магнитной муфты, чем расцепляет выходной вал редуктора с валом 1. Чтобы предохранить рабочие поверхности кулачка 51 от быстрого износа, они опираются о валик 71, свободно вращающийся в подшипниках, закрепленных на малой каретке 54. Другое назначение валика 71 - позволять большой каретке 57 перемещаться от воздействий кулачка 52 без наруцтения передачи движения малой каретке от кулачка 51. Усилие от кулачка 52 к большой каретке передается через штангу с миниатюрным шарикоподшипником или трудноистирающимся опорным наконечником 72. 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 ЧтООы цсключттть Возможность пробуксОВыВания маптцтцой ленты 4 по ттоверх 10 сти Ведущего бараб;цтя 3, барабан выполнен с зубья.тц, входя. ттцю ц в перфораццоццые отверстия 73 на магнитной ленте. Магнитная лента склеена в кольцо, я своболцая петля 74 ленты автоматически укладывается петлями в рабочец камере безообипной кассеты 75.Чтобы лента 4 после ее цалевация на зубья барабана 3 це могла соскакивать во время ручных перемещений вала 1 в одну и другую сторону, что прцх:тдптся лелатт при прог 1 таммировятпи, ця Оя 1)ЯОяне 3 п 1 тедусмотреця Откидная предохранительная накладка, це кяс 11- ющаяся поверхности ленты прц ее рабочем продвижении тцс указат а ца ертеяах).Устройство имеет воздуходувку 76, снабженную регулятором 77 скорости потока ц трубопроводаъи 8 ц /9 д,я Охлая;ецця исследуемых плат с одной и двух сторон, а также снабжено клапаном 80 ц трубопроводом 81 лля автоматического съема псследоваццых плат потоком воздуха.На стиг. 2 изображена в разрезе малая каретка 54, съетая вставная рамка 82 с печятноц схемой Лля рязводкц тока ца выводы испытуемой схемы, откидная работка 83 с шарциром 84 для ппост тяцствецтого ориентирования испытуемых плат 2, которые автоматическим загрузочным устройством пли втт чцуто уклалыва;отся в орцептпруюц ее углубление окна рамки 83. Рамка 83 покпыта слоем пластика 85 ця тото 1 том отазьтвятотся выводы 86 исслелуемой платы. После перемещения рамки 83 в вепхцее полокение платя 2 принимает пространственное положение, необходимое лля осуществлеция автоматического контроля, а ее выволы 86 окязьтватотся плотно прттттсц- тыми к Выходным контактам 87 работки 82, ПодВО.тт;я питаттця та Вътхолцьте оптаты с 8 рамки 82 осуществляется .,тттогожильтм обрезинецтьт Поев:ъдттттко.;т 89 с утолщениями 90, 91 по конца. Утолтттецце 90 прелохрацяет изолиоовацтт те друг от друга жилы 92 от ттоврежлепий, котопьте могут вызвать перемещение карсток. Чтобь Изоеяять появ:тепця вибратии проводтцтта 89. которые могут быть вызваны бт.тстры,тц возвратцо-поступательными перемещениями кяреток и которые могут привести к поврежденю жил 92, поовод 11 к дополпптсльцо фтксигтован муфтой 93, положение которой пахолят опытным путем. Сама муфта 93 удерживается держателем (це показан ца чертеяе 1. В перехолцой коробке содержится Лва ряда контактов 95 и 96, я также штыревые контакты 97. Стрелкахтц А ц Б обозначен охлаждаюццй поток воздуха из трубопроводов 78, 79: стрелкой В - поток воздуха из канала 8. После окончания лцагттостики, когда открывается клапан 80, слабый поток воздуха слегка приподнимает плату цал краями Окня паетт 83. и платя плавно сос. кальзывает по пластиковому слою 85 ца приемный пластмассовый лоток 98. Резистор 99 нормирует мощность импульса при импульс10 цом разогреве элементов контролируемой платы.Для составления и записи оптимально-врсменного алгоритма подачи разогрева ющцх импульсов на элементы исследуемой схемы поступают следующим образом: переключателем 70 обесточивают муфту 67 и вращением барабана 68 подводят нужный участок испытуемой платы под объектив; переключачечсм 26 соединяют блок 8 с блоком 12; цажати=м на ручной ключ 9 через коммутатор 10 посылают импульс в коробку 16; чтобы импульс прошел на элемент испытуемой электронной схемы и в то же время не испортил ее, импульс нормируют по мощности, что делают впаивая в соответствующие конгакты переходной коробки 16 резистор соответствующего номинала; величину номинала подбирают, пользуясь калиброванным потецциометром или магазином сопротивлений; постепенно увеличивая мощность импульса, величину нагрева участка платы доводят до оптимально возможной, контролируя температуру инфракрасным радиометром и наблюдая на экране видеоконтрольного устройства 33 амплитуду сигнала; при этом каретки 54 - 57 остаются неподвижными и радиометром следят за наиболее сильно прогреваемой точкой цспьпуемой платы; наблюдая динамику разогрева участка после подачи импульсов, каждый из которых подают после соответствующего охлаждения платы, замеча от время, требу:ощееся на прогрев после подачи разогревающего импульса; зная это время и зная рабочую скорость движения магнитной ленты 4, записывают командный сигнал на ленту, подводя нужное место ленты к головке 5 и нажав ключ 9 при положении переключателя 26, поставленном на запись. Б случае если положение метки команды на магнитной ленте нужно изменить, то старый командный сигнал стирают и записывают новый на уточненном месте.Для осуществления краткосрочного форсированного режима питания исследуемой схемы в сменную переходную коробку 17 впаивают соответствующим образом подобранные нормирующие элементы, после чего переключающую гребецку многоканального переключателя 25 можно включить на расчетное количество секунд в положение, при котором все элементы схемы (на которые при этом попадает разогревающий ток) разогреваются форсированно. Программа диагностики может предусматривать многократное сканирование схемы и ее многократный форсированный разогрев.Набором нормирующих элементов сменной коробки 18 может обеспечиваться и нормальный рабочий режим схемы с питанием от блока 19.Для выполнение записи эталонного сигналасканируют образцовую схему, поставив аттснюатор 20 в соответствующее положение, а переключатель 28 - в положение ца запись через головку 6. Эталонный сигнал, записан 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ный головкой 6 по второй дорожке ленты 4, используют для записи через головку 7 другого сигнала - сигнала, содержащего допуски па дозволяемое отклонение значений тепловой радиации от каждой точки схемы полиниям скапирования. Здесь могут быть два случая. Первый и простейший случай, когда все величины полей допусков от точек схемы по линиям сканирования хотят записать, как пропорционально уменьшенный сигнал, полученный при сканировании эталонной схемы и записанный по второй дорожке. В этом случае головку 6 ставят в режим считывания., переключатель 29 - на запись через головку 7 и, при отключенном радиометре, протягивая ленту в обычном рабочем режиме при одном и том же положении аттенюатора 21, получают соответствующую запись по третьей дорожке магнитной ленты. Втс рой случай - когда пропорциональным уменьшением исходного сигнала не удовлетворяются, а хотят изменить поле допуска для каких-либо участков схемы по линиям сканирования., исходя из знания ряда конкретных моментов, связанных со знанием технологии, материалов, из которых выполнена схема, требований к стабильности испытуемой схемы, знания допустимого для данного конкретного участка поверхности схе ты разброса температур в процессе нагревания и охлаждения этого участка. Для получения записи по третьей дорожке в этом случае поступают по-разному, например; вносят соответствующие поправки в запись, сделанную с пропорциональным уменьшением амплитуды сигнала. Если поправок предвидится много, заполнение третьей дорожки ведут покусочпо - многократно останавливая, запуская и возвращая ленту, манипулируя аттенюатором в соответствии с замыслом.Работу электрической схемы автомата поясняют кривые на фиг, 3.Первая кривая а изображает амплитуду теплового сигнала от участка поверхности образцовой эталонной схемы - запись по второй дорожке аппо оси абсцисс отложено время).Вторая кривая б изображает амплитуду сигнала, поступающего с выхода инФракрасного радиометра при сканировании аналогичного участка испытуемой схемы.Третьей кривой в представлен разностный сигнал - результат вычитания первой кривой из второй, Изображена абсолютная величина разностного сигнала без учета знака. Вычитание осуществляет блок 14.Четвертая кривая г изображает запись по третьей дорожке - записаны величины допусков на отклонение значений тепловой радиации от каждого участка схемы по линии сканирования.Пятая кривая д - результат сравнения разцостного сигнала с величинами допусков на отклонение значений тепловой радиации от каждой точки по линии сканирования, что выполняется блоком 15. Наличие горба на кри 419903 1040 Я 50 55 вой о означает появление на выходе блока 15 сигнала брак. Этот сигнал, когда его величина превышает уровень шумов схемы, что отмечено на кривой д пунктиро.1, будет от 1 ечен триггерным реле 24, выда 10 щим сигнал цд элементы исполнительной автоматики, подключенной к выходу 40.Если за время испытания схемы во всех запрограммированных режимах сигнала брак не последует, то по сигналу командных импульсов на ленте 4 через головку 5 и блок 12 на счетчик импульсов 22 поступит сигнал, состоящий из цуга импульсов, записанных программистом на ленту 4 с той целью, чтобы исчерпать емкость счетчика 22 и по выдашлому им сигналу через триггерное реле 23 выд 1 ь на выход 41 команду плата годная. Происходит это когда сканирование последнего кадра закончено и в то время, когда блок задержки 13 по сигналу фотодатчика 64 задерживает подачу сигнала в коммутатор 10 от блока 11: коммутатор 10 при этом останавливается ца холостом контакте, с которого токовые импульсы поступать куда-либо на испытуемую плату не могут.Самоконтроль работоспособности автомата осуществляется испытательным сканированиемм образцовой платы. При этом, если все узлы и блоки, а также качество записи ца ленте 4 в норме, то с Выхода 41 поступает команда плата годная, означающая исправность всех звеньев автомата диагноста.Для наблюдения и регистрации засорености контролируемой платы дефектами через переключатели 30, 31 блоки 34, 35 и персключатель 32 соединяют выход блока 15 со входом У.-катодом электронно-лучевой трубки ВКУ 33. При этом исполнительную автоматику со входа 40 отктючают. Все превышения поля допуска, т. е. все дефекты будут отмечены световыми точками на экране вндеокоцтрольцого устройства и их можно наблюдать и фотографировать,Для наблюдения и регистрации визуальной картины распределения тепловых полей по всей поверхности испытуемой платы выход блока 50 через элементы 20, 30, 31, 35, 32 соединяют со входом ВКУ. При этом блок кадровой развертки синхронизируют импульсами фотодатчика б 4. Фоторегистрирование осуществляют с использованием блока 37.Для получения картины распределения тепловых полей поверхности испытуемой платы в изолиниях по одному или нескольким дискретным уровням теплового нагрева платы - выход блока 50 через элементы 30, 31, 35, 32 связывают со входом У ВКУ 33, выполнцв предварительно установку многоуровневого 5 10 15 20 25 30 35 амплцтудцого диск; цмццдторд 34 ца желаемые урсвцц засветки.Для сортцрош плат по Нескольким группам в здвцсцмос 1 ц от величины дефектов и значений превь 1 шецця допусков исполнительную автоматику присоединяют к выходам 42 многоуровневого амплитудного дискриминатора, установив предгаритсльно желаемые уровни срдбятывацця каждого из триггероВ, составляющих блок дцскрц.,ццатора.Фцг. 2 поясцецо, что цормирующие элементы 99 могут быть впаяны непосредственно в корсоку 94, цсрдзьгмцо скреплеш 1 ую с вставной 1;дмко 82 через проводш 1 к 89. Таким образом, гмссте с рамкой 82 будут одновременно меняться ц наборы цормирующих элементов. Когда же цормцрующпе элементы удобнее ставить в сменные переходные коробки 1 б, 17, 18 то в коробке 94 ставят закорачивающце перемычки,Полнота нердзруця 0 пего контрол 5 плат с электронными схемамц в большоц мере определяется тем, насколько полно при проектировании плат были удовлетворены требования диагцостцруе мости ц коцтролепригодности плат кдк цд промежуточных этапах произВолствя., Т 11 к ц 1 д коцечцОЙ стадии. ПолнО- та дцдгцсстцруемых серийных плат может быть достппута, например, путем снабжения плат грсмсццымц цлц постояпцымц дополнительшлгц вь 1 воддмц ц опорныхи точками, делаюцгцми возмолкць 1 м подачу разогревдющчх импульсов ца элементы плат, требуюшие контроля. Предмет изобретения Устройство для контроля интегральных схем, содерждшсе носитель информации, связацнь 1 й с первь:м входом блока сравнения и блоком зядяцця режимов питания, выход которого пписосдш 1 ец к интегральной схеме, инфрарясцьц рддпометр, установленный над узлом переме 1 цеццй платы с интегральной схемой и подсоедццешЫй ко второму входу блока сравнения. Выход которого подключен к блоку ицдцкдццц и блоку выдачи сигналов сортцровкц ц отбраковки, и воздухопровод для охлажденя платы, отл ич а ю щее с я тем, что, с целью повышения точности и оыстродействця устройства, в него введены блок формирования алгоритма разогрева участков интегральной схемы, выход которого через ключ ручных коман; связан с носителем ццформдццц, ц сццхронизатор перемещений носителя информации, закрепленный на валу привода узла перемещений платы.Ъ 383 енпого аги изо Ж,ипография, пр. Сапунова Заказ 907/3 Изд. Ц-ИРПИ Государст по де Москва