System-on-Chip eszközök tokozásainak peremfigyelésen alapuló termikus karakterizációja

A fokozatos méretcsökkenésnek és a Moore-törvényen is túlmutató integrációnak köszönhetően a SoC (System on a Chip) rendszerekben egyetlen szilíciumlapkán egyre több áramköri blokk megvalósítására nyílik lehetőség. A digitális egységek mellett analóg és RF áramkörök, memóriák, valamint MEMS (Micro Electro Mechanical System) struktúrák is megtalálhatók. Az áramköri részek a közös szubsztrát miatt szoros termikus csatolásban vannak egymással, ezért nagyon fontos a tervezés során és a már meglévő, legyártott eszközökben is a hővezetési utak pontos feltérképezése és vizsgálata a megbízhatóság növelése érdekében.

A TDK dolgozatom egy újszerű tesztelési eljárást mutat be, amely lehetővé teszi a legyártott és már betokozott kevert jelű integrált áramkörök termikus karakterizációját. A módszer alapja az SoC eszközök tesztelésében széleskörűen alkalmazott kevert jelű peremfigyelés (mixed-signal boundary scan), amely segítségével kiolvashatók az integrált áramkör felületén elhelyezett analóg részegységek belső jelei.

Dolgozatomban egy olyan analóg integrált áramkör tervezésének lépéseit mutatom be, amely a kevert jelű peremfigyelő áramkörhöz kapcsolható. Az áramkör segítségével pontosan meghatározható a szilícium lapka hőmérséklete.

A hőmérsékletérzékelő lehetővé teszi termikus tranziens tesztelés elvégzését is a SoC rendszer tokozott állapotában. A tranziens teszteléssel feltérképezhetőek a szilícium lapka és a környezet közötti hővezetési utak és detektálhatóak az esetleges gyártástechnológiai vagy degradációs hibák. A struktúra gerjesztésével kapott termikus tranziens-kiértékelés pontosságának alapvető feltétele a torzításmentes, bemeneti hőmérséklettel arányos jel. A szenzor tervezése során a kevert jelű peremfigyelő berendezéshez való illeszthetőség szigorú követelményeket támaszt a hőmérsékletérzékelő fogyasztására és területére vonatkozóan.

A dolgozatban bemutatásra kerülnek a szakirodalomban található hőmérsékletérzékelő megoldások, majd ezek közül az adott alkalmazásnak leginkább megfelelő biztosítja a tervezés alapját. Az áramkört az Austria Microsystem 0.35um csíkszélességű CMOS integrált áramköri technológián, a Cadence IC 6.1.5 áramkörtervező-rendszerrel terveztem meg.

Az áramkör méretezése során különösen nagy figyelmet fordítottam a technológiai szórásból származó pontatlanságok minimalizálására. Az így kapott áramkör megfelelő működését szimulációkkal támasztom alá. A tervezői munka során kapott áramkör jól skálázható, emiatt adaptívan alkalmazható kevert jelű peremfigyelő áramkörökhöz.

szerző

• 
  Meződi Máté
  villamosmérnöki
  nappali

konzulensek

• 
  Dr. Takács Gábor
  egyetemi adjunktus, Elektronikus Eszközök Tanszék
  
• 
  Dr. Bognár György
  egyetemi docens, Elektronikus Eszközök Tanszék

helyezés