航天產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命取決于產(chǎn)品設(shè)計、研制生產(chǎn)和試驗測試全流程的可靠性，而集成電路安全可靠是航天電子系統(tǒng)在軌穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代集成電路制造流程中，工藝制造和設(shè)計環(huán)節(jié)均可引入芯片缺陷，在使用過程中可導(dǎo)致失效等。隨著芯片集成度的提高,芯片正面的金屬互連層不斷增加，倒封裝工藝得到廣泛應(yīng)用，從芯片正面定位缺陷位置變得愈發(fā)困難。利用激光從背部開封裝的芯片進(jìn)行的非接觸式無損缺陷定位技術(shù)，目前在集成電路靜態(tài)/動態(tài)缺陷定位領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。熱激光定位(TLS)和電光頻率映射(EOFM)是兩種典型的非接觸式缺陷定位技術(shù)。TLS利用激光熱效應(yīng)對半導(dǎo)體器件材料進(jìn)行局部加熱，改變其電阻特性，實現(xiàn)靜態(tài)缺陷定位。EOFM利用器件內(nèi)部處于不同動態(tài)工作狀態(tài)晶體管與入射激光的電光調(diào)制效應(yīng)，通過接收反射光信號對電路進(jìn)行頻域圖像分析，實現(xiàn)動態(tài)缺陷定位。隨著集成電路工藝的飛速進(jìn)步，對缺陷分析定位的速度和靈敏度要求不斷提升，相應(yīng)的TLS和EOFM理論模型和技術(shù)手段需要不斷優(yōu)化發(fā)展，我國亟需發(fā)展該領(lǐng)域自主可控的測試裝置。
空間中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)院重點實驗室空間環(huán)境效應(yīng)研究室長期從事激光與集成電路相互作用機(jī)制和試驗測試技術(shù)研究。2006年自主研制了國內(nèi)首臺單粒子效應(yīng)納秒脈沖激光模擬裝置。其后，又研制了皮秒脈沖和飛秒脈沖激光單粒子效應(yīng)試驗裝置，其性能和功能參數(shù)均已達(dá)到國際先進(jìn)水平。在此研究基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊針對TLS 研究提出了全新的綜合理論模型，并依據(jù)此模型自主搭建了激光熱激發(fā)定位集成電路缺陷裝備，定位精度為0.5μm。圖1是激光熱激發(fā)缺陷定位裝備原理結(jié)構(gòu)圖，圖2是利用自主研發(fā)的激光熱激發(fā)缺陷定位裝備對一款單片機(jī)芯片的故障點定位結(jié)果。相關(guān)成果已發(fā)表于國際刊物Applied Sciences上。
圖1：激光熱激發(fā)缺陷定位裝備原理圖
圖2：利用激光熱激發(fā)缺陷定位裝備定位的某單片機(jī)失效點(a) 背部紅外相機(jī)成像示意圖(b) 失效點的具體位置(c) 掃描過程中電流的變化情況
在傳統(tǒng)的EOFM技術(shù)基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊提出了一種新的基于同軸顯微鏡的定位集成電路內(nèi)部功能單元的頻率映射方法，自主搭建了集成電路缺陷檢測電光探針測試裝備，如圖3所示。目標(biāo)電路以設(shè)定工作頻率工作，通過分析反射激光的頻率特性，準(zhǔn)確定位目標(biāo)電路功能區(qū)域及可能的缺陷位置。提出的同軸顯微鏡設(shè)計提供了良好的光斑質(zhì)量和信噪比，可定位工作電流低至10-10A的芯片內(nèi)部工作區(qū)域，圖4為針對某電路功能單元的定位結(jié)果，而相同功能的光發(fā)射顯微鏡只能定位該芯片5×10-4A的工作區(qū)域。研究團(tuán)隊依托自主研發(fā)的電光探針測試裝備，還研究了器件電光信號的產(chǎn)生機(jī)制并提出一個理論模型，可精確計算器件內(nèi)部節(jié)點的電壓信息（圖5），模型計算結(jié)果和試驗結(jié)果吻合較好。相關(guān)成果已發(fā)表于國際刊物Electronics Letters和Applied Sciences上。
圖3：集成電路缺陷檢測電光探針測試系統(tǒng)
圖4：a.某器件發(fā)送電路定位結(jié)果b.某器件接收電路定位結(jié)果
圖5：芯片內(nèi)部節(jié)點工作電壓試驗測試和計算結(jié)果
論文鏈接
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[3] https://www.mdpi.com/2076-3417/12/3/1188/htm（P. Liu, Y. Ma, and J. Han, "Preliminary Study on Detecting the Internal Voltage Values of Integrated Circuits Based on Electro-Optical Frequency Mapping," Applied Sciences 12, 1188 (2022).）
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