通用微處理器等效老化試驗方法分析與研究

　　等效老化信號的確定

　　對于不同的電路，由于其設計和制造工藝不同，其額定工作電流和分布電容都不一樣，由（4）式可知，電流Icc隨信號頻率線(xiàn)性變化的斜率不同。因此，不同產(chǎn)品在相同的信號頻率下老化，其“歸一化老化電流”α會(huì )有較大的區別，老化應力水平并不一致。

　　針對兩種功能相同，工藝和設計都不同的產(chǎn)品，老化的外圍線(xiàn)路圖是相同的。令兩種產(chǎn)品的“歸一化老化電流”為α，它們的額定工作電流分別為I cco1和I cco2，電流隨頻率變化的斜率分別為K1=C1V1、K2=C2V2，就可以分別確定出動(dòng)態(tài)老化信號頻率：（6），（7）式中，α是根據可靠性要求和工程情況綜合確定的，額定工作電流I cco可以測試或從產(chǎn)品手冊中查出，電流隨頻率變化的斜率k 可以通過(guò)試驗的方法求出，等效老化的信號頻率也就隨之確定。

　　通用CPU 等效老化方案設計

　　通用CPU 老化線(xiàn)路設計

　　老化技術(shù)從靜態(tài)老化、動(dòng)態(tài)老化發(fā)展到功能性老化，功能性老化被認為是探測器件缺陷的一種更好的方法。然而進(jìn)行功能性老化需要將測試設備與老化設備有機地結合起來(lái)，設備非常昂貴，目前國內還沒(méi)有條件進(jìn)行功能性老化?；趪鴥鹊默F狀，文中不涉及CPU 功能性老化及老化向量集的研究，重點(diǎn)在于研究等效的CPU 動(dòng)態(tài)老化試驗方法。

　　參照國內外一些老化方案，結合對CPU486 體系結構的研究，進(jìn)行通用CPU486 老化試驗方案設計。根據設計公司對通用CPU486 模擬仿真的結果可知，給CPU486 加復位和時(shí)鐘信號，若所給復位信號和時(shí)鐘信號能使CPU 正常復位，CPU 內部翻轉的晶體管數可達60%～70%。僅給時(shí)鐘信號內部翻轉的晶體管數目是很少的，這一點(diǎn)從老化電流上就可反映出來(lái)，兩種情況下其老化電流相差非常大，見(jiàn)圖1。在無(wú)法進(jìn)行功能性老化的情況下，采用時(shí)鐘信號和復位信號進(jìn)行CPU486 動(dòng)態(tài)老化，可使老化覆蓋率達到60~70%，不失為一種有效的工程方法。以CPU486 為例，本課題采用加時(shí)鐘和復位信號的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)老化。老化時(shí)，在時(shí)鐘端與復位端加上信號，其它輸入端通過(guò)一個(gè)4.7k?的保護電阻接地或電源，使其有一個(gè)固定的狀態(tài)，輸出開(kāi)路。老化狀態(tài)可通過(guò)地址狀態(tài)輸出端ADS#進(jìn)行觀(guān)察，若ADS#端有正常的輸出信號，表明其老化狀態(tài)正常。

　　通用CPU 等效老化信號確定

　　通用CPU 老化時(shí)要同時(shí)加上時(shí)鐘和復位信號，為了使得不同產(chǎn)品在相同的“歸一化老化電流”下進(jìn)行老化，必須確定時(shí)鐘和復位信號頻率對CPU 老化電流的影響。

　　本文設計了一系列實(shí)驗，實(shí)驗采用了四種不同公司、不同設計、不同工藝，相同封裝的幾組樣品，有關(guān)試驗樣品的具體信息見(jiàn)表1，其中XXX-33 為國內某公司產(chǎn)品。

　　采用前面確定的通用CPU 動(dòng)態(tài)老化線(xiàn)路，對表1 列出的四種產(chǎn)品進(jìn)行了實(shí)驗。圖1 是IntelDX2-66老化電源電流Icc隨Reset、CLK 信號頻率變化曲線(xiàn)，其他幾種產(chǎn)品的實(shí)驗結果與圖1 類(lèi)似。

　　從圖1 可以看出不加Reset 信號時(shí)老化電源電流遠遠小于Reset 頻率不為0 的情況；Reset 頻率在500Hz、1kHz 直到10kHz，IntelDX2-66CPU486 老化電源電流Icc值隨CLK 頻率變化趨勢幾乎可以認為是相重合的直線(xiàn)，說(shuō)明Reset 頻率變化對老化電流的影響不大，而老化電流隨CLK 的頻率呈線(xiàn)性變化，CLK 頻率對老化電流的影響十分顯著(zhù)。

　　圖2 是在Reset 頻率為10kHz時(shí)，四種不同CPU486 老化電流隨CLK 頻率變化的曲線(xiàn)。從圖2 可以方便地得出各款CPU486 的老化電流Icc隨CLK 頻率變化的斜率。同時(shí)從各自的數據手冊上可以查出在額定頻率下的工作電流值。表2 給出了四種CPU486 老化電流隨CLK 頻率變化的斜率k 值（為實(shí)驗值）及額定頻率下的工作電流值cc I 。

　　設歸一化老化電流為α，根據（6）式可分別算出四種CPU486 等效老化的時(shí)鐘信號頻率，具體的計算結果見(jiàn)表3?！皻w一化老化電流”α的值，主要根據產(chǎn)品的額定功率、熱阻、最高結溫及老化設備能力等因素綜合確定。α的值取范圍為0~1，但α具體取什么值，主要受老化設備能力的限制，老化信號源頻率高，可以將“歸一化老化電流”α的值取得大一些，但只要所有的同類(lèi)產(chǎn)品α值相同，老化的應力水平相當。但對于功耗特別大的產(chǎn)品，在老化時(shí)一定要注意α的取值，使老化時(shí)芯片溫度小于最高結溫的限制。