如何對(duì)芯片進(jìn)行失效分析和診斷呢？

眾所周知，經(jīng)過一系列工藝制成的芯片，內(nèi)部是復(fù)雜多樣的，其電路中可能存在著很多制造上的缺陷，并且芯片產(chǎn)生故障的原因也是多樣的，可能是連線的短路或開路，摻雜濃度不穩(wěn)定，不規(guī)則的排線，工藝環(huán)境等。

我們用前陣子火熱的三體電視劇中的人力計(jì)算機(jī)來舉例：

三體劇中因?yàn)閮蓚€(gè)人相撞導(dǎo)致這個(gè)大型人力計(jì)算機(jī)的信號(hào)傳輸出現(xiàn)問題，進(jìn)而影響了整個(gè)系統(tǒng)，導(dǎo)致人力計(jì)算機(jī)癱瘓。不難看出，即便很小的故障對(duì)正在正常工作中的芯片所產(chǎn)生的影響也是巨大的。

在劇中是通過直接觀察發(fā)現(xiàn)了故障原因，但在實(shí)際的硅基芯片中，無論是對(duì)封裝好的成品還是對(duì)尚未封裝的裸片（die），要將探針伸入芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行直接觀察式的測(cè)試，不論從技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)角度都是不可行的，我們只能通過有限的輸入/輸出管腳（I/O pin）來完成對(duì)芯片的故障排查。

我們將因芯片內(nèi)部缺陷而引起的電路失效抽象成為邏輯上的故障模型，再通過DFT測(cè)試手段，來判斷芯片內(nèi)部是否存在故障。

當(dāng)通過測(cè)試檢測(cè)到該芯片存在故障后，一個(gè)對(duì)量產(chǎn)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)便是對(duì)芯片進(jìn)行失效分析和診斷（diagnosis）。

確定故障位置和產(chǎn)生故障的實(shí)際原因的過程就是診斷，通過診斷可以提高芯片良率，保證芯片質(zhì)量，縮短研發(fā)到市場應(yīng)用的時(shí)間。在這里我們對(duì)芯片診斷的基本方法做一介紹。

對(duì)芯片邏輯的診斷分為:靜態(tài)因果診斷，動(dòng)態(tài)因果診斷，因果逆向診斷這三種方法。

一，靜態(tài)因果診斷。整體流程為先仿真所有故障，得到完整的故障字典，然后比較SF(仿真失敗)和TF(測(cè)試失敗)。如圖所示：

對(duì)于SF和TF的比較我們給出一種測(cè)試計(jì)算方法：

通過該測(cè)試方法計(jì)算得出各個(gè)節(jié)點(diǎn)得分，得分最高的故障為4o sa0（節(jié)點(diǎn)4的output的SA0故障）那么這就是最有可能出現(xiàn)的故障，其次是1 sa1（即1輸入節(jié)點(diǎn)SA1故障），當(dāng)然這一給定的計(jì)算公式并不是唯一的，也有其他公式用于這一診斷計(jì)算。

二，動(dòng)態(tài)因果診斷。動(dòng)態(tài)因果診斷需預(yù)先計(jì)算部分故障的故障仿真，即通過測(cè)試篩選出候選故障，然后再仿真候選故障，產(chǎn)生部分故障字典，進(jìn)而比較SF和TF，對(duì)上述電路做動(dòng)態(tài)因果診斷。

首先篩選候選故障有三種常用方法，①應(yīng)用結(jié)構(gòu)性回溯，②奇偶校驗(yàn)，③激發(fā)條件檢查。

① 對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行回溯，通過扇入錐構(gòu)成多輸入一輸出結(jié)構(gòu)，如圖：

例如紅藍(lán)兩個(gè)三角形，真正的候選故障必須在扇入錐的交點(diǎn)上，也就是說故障位置在扇入錐的重合部分，重合區(qū)域之外的節(jié)點(diǎn)不會(huì)導(dǎo)致pin7和pin8同時(shí)測(cè)試失敗，這樣對(duì)故障進(jìn)行篩選可以將14個(gè)故障減少到6個(gè)故障。

②奇偶校驗(yàn):通過公式：v⊕p=f ，該公式中v是故障值即SA1/SA0,如SA0故障，v就是0；p是邏輯反轉(zhuǎn)次數(shù)的奇偶性表達(dá)，偶數(shù)次反轉(zhuǎn)為0奇數(shù)為1，f是測(cè)試未通過的引腳的實(shí)際輸出值，由此可以根據(jù)參數(shù)是否滿足該公式來選擇是否將該故障加入候選故障列表。

③激發(fā)條件檢查，如果Stuck at值和測(cè)試向量一致，就不能激發(fā)這個(gè)故障，也就無法確定出現(xiàn)此故障是因?yàn)樵撦斎朦c(diǎn)的stuck at故障，所以根據(jù)pattern值和故障值是否相同可以進(jìn)行候選故障的篩選。

在本例中進(jìn)行三步之后刪減之后就只剩下兩個(gè)故障，比較即可得出最可能的真實(shí)故障原因。

三，因果逆向診斷。首先進(jìn)行路徑追蹤，從發(fā)現(xiàn)故障的輸出節(jié)點(diǎn)到輸入進(jìn)行溯源。只要輸入改變，輸出就改變的信號(hào)即為關(guān)鍵信號(hào)，繼續(xù)向輸入追蹤，若某個(gè)輸入的改變并不影響輸出，隨機(jī)選一條輸入作為關(guān)鍵信號(hào)繼續(xù)溯源，不斷對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)溯源之后再對(duì)找到的故障進(jìn)行刪減，真正的故障是各個(gè)向量測(cè)出故障的交集，取重合測(cè)出的故障作為可能的故障，未重合的進(jìn)行刪減，最后對(duì)剩下的故障進(jìn)行比對(duì)SF和TF得出結(jié)果

對(duì)于以上三種方法而言，優(yōu)缺點(diǎn)也各不相同。下圖展現(xiàn)了幾種方法的優(yōu)劣之處：

以上就是一些基本診斷過程的介紹，當(dāng)然還有別的診斷方法及應(yīng)用，隨著工藝發(fā)展，DFT技術(shù)的改進(jìn)，診斷方法也會(huì)隨之變化。