Файл: Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики.pdf

Для каждого компонента строится график. Уровень инфра­ красной радиации прямо пропорционален рассеиваемой мощности (например, сопротивления) и зависит от его физического размера. Величина постоянного тока имеет второстепенное значение. Этот факт упрощает работу по составлению графиков, так как для це­ лого ряда сопротивлений можно построить одну кривую.

Для оценки качества проектирования с помощью инфракрасных лучей сравниваются высчитанный и фактический тепловые уровни для каждого компонента схемы и определяется максимальный тепловой уровень.

Превышение максимального уровня тепла может вызываться электрической перегрузкой, и тогда необходима корректировка схемы для устранения перегрузки отдельных компонентов. Такая диаграмма позволяет выявлять любую часть схемы, где электри­ ческие и тепловые режимы выше нормы.

Инфракрасные микроскопы позволяют проверять интегральные микроэлектронные схемы площадью 1— 2 мм2. Их разрешающая способность достигает 1 0 мкм, тепловая чувствительность — до 0,5° С при развертке до 100 строк в 1 с.

Большие возможности для испытания различных полупровод­ никовых элементов, в том числе интегральных схем, возникают при использовании сканирующих электронных микроскопов. На их основе мог-ут быть созданы установки промышленного контроля для обнаружения микродефектов в полупроводниковых приборах. Такие установки должны обеспечивать измерения электрических параметров приборов с необходимой степенью точности с прове­ дением испытаний при влиянии различных дестабилизирующих факторов: холода, тепла, влаги, механических воздействий и т. п.

Основной частью таких установок должны явиться сканирую-\ щие электронные микроскопы.

Вработе [36 ] описаны сканирующие зеркальные электронные микроскопы (ЗЭМ), используемые для исследования интегральных микросхем.

Вэлектронном зеркальном микроскопе формирующие изобра­ жение электроны отражаются не от самого образца, а от эквипо­ тенциальной поверхности, которая расположена в непосредствен­ ной близости над образцом. Плоская эквипотенциальная поверх­ ность дает однородную яркость на экране. Любые возмущения

эквипотенциальной поверхности за счет потенциальных полей в образце, топографических вариаций на поверхности или за счет магнитных эффектов приводят к перераспределению тока в отра­ женном пучке и к вариациям интенсивности свечения экрана.

Зеркальный электронный микроскоп во многом подобен обыч­ ному электронному микроскопу. В одном из типов микроскопов магнитное поле, перпендикулярное к плоскости чертежа, откло­ няет пучок электронов, направляя его по криволинейной траек­ тории от катода и магнитной линзы в сторону электронного заряда, потенциал которого поддерживается на уровне, несколько более

166

отрицательном по отношению к катоду. Отраженный пучок элек­ тронов искривляется тем же самым магнитным полем и попадает на зрительный экран.

Вдругом микроскопе применена система цилиндрических элек­ тродов, расположенных перед зеркальным электродом. Благодаря локальной вариации потенциала цилиндрических электродов те места отраженного электронного изображения, которые имели положительный потенциал, оказываются светлыми, а места с от­ рицательным потенциалом — темными.

Вработе [48 ] описываются некоторые установки с применением сканирующих электронных микроскопов, позволяющие произ­

водить необходимые испытания полупроводниковых приборов. Сканирующий электронный микроскоп с оптическим микро­

скопом позволяет определять поверхностный рельеф материалов и измерять поверхностные потенциалы; обеспечивает регистрацию дефектов связи и структуры, микроканалов в толще полупровод­ ника (проколов), фиксирует появление окисных пленок и наруше­ ние геометрии элементов прибора. Высокая разрешающая спо­ собность установки, составляющая около 2 0 0 А, делает ее эффек­ тивным средством для изучения поверхностных явлений. Загряз­ нение исследуемого материала не оказывает существенных влия­ ний на конечные результаты в данной области исследований. В ряде случаев определение поверхностных потенциалов в иссле­ дуемом приборе затруднено из-за влияния выводов и изолирующих элементов.

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ), предназначенный для исследования характеристик полупроводниковых переходов, позволяет определять нежелательные инверсные или обедненные слои в полупроводнике, поверхностные каналы и проколы, обес­ печивает регистрацию изменения типа проводимости в окисных пленках. В установке имеется относительно сложная вспомога­ тельная аппаратура, обеспечивающая нагревание, охлаждение и ультрафиолетовое облучение испытываемых образцов, параллелную регистрацию макроскопических вольтамперных характери­ стик, а также диаграмм типа «проводимость — напряжение».

3. Измерение параметров источников питания

Источники питания составляют одну из важнейших частей любой радиоэлектронной аппаратуры, и в частности, устройств цифровой автоматики. Их удельный вес в общем объеме аппаратуры может доходить до 50%. От качества и надежности источников питания в значительной мере зависит работа всей системы цифровой авто­ матики. Для обеспечения безотказной работы устройств источ­ ники питания, как правило, выполняют в виде стабилизирован­ ных устройств, обеспечивающих неизменность выходного напря­ жения или тока при изменении величины питающего напряжения, нагрузки, температуры и других дестабилизирующих факторов.

167

Особенностью стабилизированных источников питания, применяе­ мых в устройствах цифровой автоматики, является необходимость обеспечения стабилизации в условиях наличия импульсной на­ грузки, которыми характеризуются эти устройства.

Измерение параметров стабилизированных источников пита­ ния в соответствии с требованиями технических условий на них является довольно сложной задачей. При этом необходимо учи­ тывать, что необходимо измерять изменение напряжений, равные единицам милливольт при выходном сопротивлении порядка долей миллиом. При испытаниях стабилизированных источников напря­ жения [35] измеряются следующие основные параметры: неста­ бильности выходного напряжения, вызванные изменениями пи­ тающего напряжения, нагрузки, температуры и другими деста­ билизирующими факторами; время восстановления при переход­

ном процессе; пиковое значение пульсаций и шумов; величина дрейфа.

Схема для испытаний источников напряжения приведена на рис. 78. Для уменьшения погрешности измерения необходимо обеспечить возможно минимальное падение напряжения на участке между выходными зажимами источника и местом измерения пара­ метра, а также ток, потребляемый измерительной аппаратурой. Заземление схемы должно осуществляться в одном месте, у клеммы осциллографа «Земля».

Ключ К\ служит для подключения нагрузки; конденсатор Сг и сопротивление R x образуют искрогасящий контур. Для подклю­ чения нагрузки целесообразно использовать реле с двумя парами контактов, при этом с помощью второй пары контактов возможен запуск развертки осциллографа.

Для повышения точности измерений отклонений выходного напряжения под воздействием дестабилизирующих факторов в схеме рис. 78 использован компенсационный метод. Маломощ­ ный регулируемый источник постоянного напряжения 8 вклю­ чается встречно испытуемому. Его напряжение первоначально устанавливается равным напряжению испытуемого источника. Коэффициент пульсации источника 8 должен быть меньше, чем у источника 3. Таким образом, милливольтметр 5 будет показы­ вать только отклонение выходного напряжения испытуемого источ­ ника от первоначального значения под воздействием различных дестабилизирующих факторов. Для измерения отклонений вы­ ходного напряжения возможно использование дифференциальных цифровых вольтметров, которые показывают степень отклонения параметра от первоначально установленной величины.

Методика измерения параметров источника питания состоит в следующем. Испытуемый источник напряжения включают в сеть. С помощью автотрансформатора устанавливается номинальное зна­ чение входного переменного напряжения, подаваемого на источ­ ник питания. Если источник питания имеет регулятор выходного напряжения, то он устанавливается максимальным, величина на-

168

J

©

Рис. 78. Установка для испытаний источников напряжения:

руемый опорный источник постоянного напряжения

грузки также устанавливается на максимальное значение (RHми­ нимально), в соответствии с техническими условиями на источник питания. Далее стабилизированный источник питания отклю­ чается от питающей сети и проверяется отсутствие наводок путем наблюдения за сигналом в выходных проводах на экране осцил­ лографа. В случае, если наводки имеют место, они должны быть устранены путем соответствующего расположения проводов или их экранировки. Далее источник снова подключают к питающей сети и прогревают до установления температурного режима. Уста­ новку величины сопротивления нагрузки RH корректируют до получения максимально-допустимого значения (при установлен­ ном напряжении) нагрузочного тока. Затем производят регули­ ровку выходного напряжения компенсационного источника на­ пряжения 8 до получения нулевого показания на милливольт­ метре 5, что свидетельствует о равенстве выходных напряжений испытуемого и компенсационного источников.

Измерение нестабильности источника напряжения, вызванное изменением питающего напряжения, производится в следующей последовательности. Питающее напряжение изменяют на вели­ чину, указанную в технических условиях (например, на ± 1 0 % от

169