Сандық жүйелерді тестілеу және жасау технологиясы
Сандық жүйені MCM(Multichip Module)пакетте тестілеу мен құрудың жалпы стратегиясы 1.5 суретте көрсетілген пункттерден тұрады.
1.5-сурет. Пакеттегі сандық жүйені тестілеу және өндіріс стратегиясы.
1)300-мм пластинаны оның өндірісінен кейін тексеру(жасалуы, сорттауы, кесуі). Уақыт бойынша параллель 2 және 3 пункттары орындалады. 2) Салғышты(подложка) құру(жобалау, өндіріс және тестілеу). 3) Кристалл құру (mount in carier – кристалдарды тасымалдаушыға немесе кристалл ұстағышқа орналастыру, дефекттердің барына байқау, толық тестілеу, тасымалдаушыны жою). 4) бұрын құрылған және тексерілген компоненттерден МСМ модулін құру(ассамбрлену)(салғыштың - substrate және кристалдың die ): жинау, тестілеу және модуль диагностикасы, сынау, сынақтан кейінгі тексеру, компоненттерді пакетке инкасулянциялау, модуль пакеттерін соңғы рет тестілеу. Технологиямен рұқсат етілсе, осында компоненттердің қоқыс себетіне бракты шығару немесе қайта өңдеу жасалады.
Белгілі қызығушылық кремнийлі пластиналардың заманауи өндірісін көрсетеді. Бірінші кезең – цилиндрлік формалы кремний монокристалынын пайда болуы; Ол қажетті кристаллографиялық бағдардың идеал құрылымын көрсететін дәнек( затравочный) кристалл негізінде өсіріледі. Дәнек(затравочный) кристалл ерітілген кремнийі бар хауызға енгізіледі. Тигель мен кристалл температураның және ертіндінің көлемі бойынша қоспа біркелкі таралуы қамтамасыз етуі үшін қарсы бағытта өсіріледі. Кейін монокристалл ертітіндіден ақырын сорылады. Осыдан кейін, атомдардың сұйық немесе газ тәрізді заттың фазасы олардың бөлімі шекарасындағы қатты фазаға және монокристал ұзындығы өсуінде атомдардың ауысуы болады. Нәтижесінде, берілген диаметрінің жоғары жиілікті кремнийлі құймасы алынады. Қазіргі уақытта кристалдағы жүйелерді өндіру үшін 300 мм дайындама қолданылады.
2013 жылы 450-мм кремнийлі пластиналар пайдалану жоспарлануда. Бір жаңа зауыттың бағасы – 2 млрд. долларды құрайды. Екінші кезең - алмазды ара пайдаланып, монокристалды кесу жолымен қалыңдығы 0,6 мм кремний пластиналарды алады.
Пластинаның бетінің кедір-бұдырлық қажетті мәнін алу үшін қосымша өндеуді талап етеді: 1) тегістеу - айналмалы болат диск және абразивті материал нәтижесінде 1 мкм биіктіктен жоғары біркелкі еместікті жою; 2) кристалл құрылымындағы ұателіктерді жою үшін өндеу; 3) 3нм аспайтын бұдырды айна тәрізді тегіс беттті алу үшін ысып жылтырату. Үшінші кезең – жақсы изолятор болып табылатын диэлектриктің қорғаныс қабатын(кремний диоксиді, SiO2) жасау және алдағы салғышты өңдеуде қорғаныс функциясын атқарады. Төртінші кезең – келесідей өндеуге итермелемейтін салғыштағы қорғаныс рельефін қалыптастыру. Бесінші кезең – литография. Ультракүлгін сәулелену әсерінен қорғаныс қабатынын перде арқылы белгілі бір аймақтарға түсетін фоторезистр ерігіштіктің қасиеттерін өзгертеді. Фоторест сәулеленуден кейін көрсетуге алып келеді. EUV(Extreme UltraViolet- аса қатты ультра күлгін сәулелену) толқын ұзындығы 13 нм ультракүлгін сәулелену пайдалануына негізделген литографияның жаңа технологиясы ені 30 нм дейін желі жасауға мүмкіндік береді. Алтыншы кезең – ары қарай өңдеу үшін пластина бетіндегі кремний диоксиді қабатын жою мақсатындағы өңдеу. Кристалдарды өндіруде кремний диоксиді бетімен реакцияға түсетін иондалған газды пайдаланумен қатар, травлениенің құрғақ(плазмалы) әдісі қолданылады. Қорғаныс қабатымен жабылмаған жерлерде кремний диоксидіның бұзылуы болады, осыдан кейін фоторезисттің қалған бөлігі жойылады. Жетінші кезең – ионды имплантация жолымен легирленген қоспа диффузиясы. Примеси ионы жеткілікті энергияға ие жоғары вольтты үдеткіштен «атылады» және кремний беткі қабатына енеді. Осы жағдайдан, жартылай өткізгішті құрылымы пайда болады. Бірнеше қабатты құру үшін үшіншіден жетінші аралығындағы кезеңдер қайталанылады. Сегізінші кезең – металлизация. Жеке аймақтардағы қабаттардың пайда болуынан соң, қабаттар арасындағы байланысты орнататын өткішкіш зоналар – металл атомдарымен, толықтырылатын аумақтарды қалдырады. Өткізгіш зоналар күрделі үш өлшемді қабаттар арасындағы байланыстардың құрылымын жасайды.
Кремнийлі пластинаны жеке кристалдарға кеспестен бұрын оның қалыңдығын кішірейтіп(шамамен 33%) және кері жағындағы кірлеп қалған жерді өшіреді. Салғыштың артқы жағына кристалдың корпусқа немесе кристалл ұстағышқа орнығуын жақсартатын арнайы материалдан қабат жағылады. Процестің аяқталуына байланысты пластинаның пайда болуы технологиялық операциялардың орындалу сапасы мен кристалдардың дефекттерін көрсету мақсатында зондтық бақылау орнатуларындағы тестілеуге алып келеді. Әрбір кристалдың байланысына зонд байланысы орнатылады және электрлік тесттер жүргізіледі. Арнайы бағдарламалық жабдықтама кристалдағы шығыс күйлерін бақылауға және тесттік жиынтықты жасауға мүмкіндік береді. Пластинаны жеке кристалдарға кесу арнайы презиционды ара көмегімен жүзеге асады. Дефектті кристалдар бракка шығарылады. Жарамдылары жүктемелік сынауға және тестілеуге ұшырайды, содан кейін көп кристалды модульдің құрастыру аймағына келіп түседі.
Процестің ақталуынан кейін модуль құрылыстары тестіленедә және қосымша жүктемелік сынаққа әкеледі. Кейін құрылғының техниикалық жағдайын анықтау үшін қайта тестілеу жүргізіледі. Жөнделетін модульдер кристалды сыртқы әсерлерден қорғайтын және салғышпен электрлік байланыспен қамтамасыз ететін жеке корпустарға енгізіледі, ол нәтижесінде сонда орнатыластырылады. Келесі оралған модуль соңғы аяқтайтын тестілеуге, құрылғының спецификациясына сәйкес түрлі температуралық, ылғалдылық режимдері және электрлік разрядтар сынақтарына алып келеді. Жөнделмейтін модульдер бракка шығарылады. Тестілеуден өткен кристалдар шығыс бақылауға келіп түседі, оның міндеті – алдыңдағы тексерулердің нәтижесі нақты, ал құрылғылардың параметрлері орнатылған талаптарға сәйкес болуын дәлелдеуі. Монокристалды модульдер – шығыс бақылаудан өткен пакеттер маркерленеді және тапсырыс берушілерге өнімнің жеткізілуі үшін оралады.
Заманауи баспа платасында орналасқан микроэлектронды чиптер сандық құралдарда 40 жылдан астам пайдаланылған. Екі өлшемді форматта кристарлардың арасындағы байланыс, қорек көзі, суыту және қорғаныс үшін керемет құралдар ойлап табылды. Қазір пакеттегі жүйе компьютерлер, космос және авиация, медицина және әскери мақсаттағы үшін платаны үш өлшемді кристалл пакеттеріне ауыстыру яғни көлемін кішірейту, жүйенің кепілдігі мен өндіргіштігін тұтастай арттыру жолымен, пакеттеудің көптеген түрімен қамтамасыз етеді.
Электронды компонеттерді пакеттеу компьютерлік жүйелік жобалау сияқты қарастырылады. Аса белгілісі - Multichip module(MCM) know good dies интеграциялайтын салғаштағы компонеттерді жоғары тығыздықпен орналастыру пакеттеу жобалауы болып табылады. Бұрынғы жүзжылдықтың тоқсаныншы жылдарында бұл берілген технология негізінде 2D орындауындағы қуатты және кәсіби компьютерлік жүйелері жасала бастады. Ал тоқсаныншы жылдардың соңында монтаждаудың жоғары тығыздығымен 3D жүзеге асыру МСМ технологиясы пайда бола бастады. МСМ дамуы мен кеңеюі сияқты SiP технологиясы кең таралып, форма-фактордың кішіреюіне бағытталған, сонын нәтижесінде жуырдағы 10 жылда оны болашағы бар қылдырады. Пакеттерді тестілеу технологиясы өмір сүруге қабілетті, өндіргіш, бірақ қарапайым пакеттер үшін эффективті. Монокристалды, гетерогенді логика, жады, аналогтық және радиожиілікті компоненттері бар жүйелік құрылымдарға тоқтала кетсек, жоғары емес құны және жоғары өндіргіштік, жасаудағы кішігірім уақыт және төменгі энергетикалық шығыны сияқты қасиеттерге ие өнім ретінде олардың миниатюрлы орындалуы нарықта күтілуде.
Сонын өзінде, design and test саласында шешуге тұратын бірқатар мәселелер бар. SiP-та бар сандық, аралас mixed-signal және радио жиілікті чиптер интегралдау үшін жалпыланған EDA құралдары қажет. Жобалау мен анализдің құралдарды электрлік және температуралық режимде модельдей білу қажет, сонымен қатар, KGD компонент ретінде қолдана аламыз, алайда жарамды кристалдың болмауы интеграцияланған жүйені тұтастай жобалауды бөгейді.Пакет салғышқа пассивті элементтердің таралуы мен имплементациясымен байланысты тағы да бір мәселе SiP өндірушілерінің бастамасымен орындалуы қажет, пакеттегі жүйелерді эффективті құру және оларды жетілдіру жоғары өзектілікке ие, жобалаушыларды пассивті элементтер тобымен таныстыруы тиіс.
Пакеттегі жүйелерді жобалаудың мәселесін шешудің екі бағыты бар: чипті жасау және пакет интеграциясы. Көптеген кристалдарды жобалау, сонымен қатар интегралданған жүйелерді тестілеу үшін жаңа құралдар өте қажет.
SiP тестілеу стратегиясы SoC қарағанда өзгеше, себебі пакеттегі жүйе түрлі өндірушілермен өндірілген компоненттерін интеграциялайды. SiP тестілеуінің жаңа технологияларын құру практикалық ғалымдар мен зерттеушілер саласында қойылған басты мәселелердің бірі болып табылады және design-and-test community. Функционалды компоненттердің орнатылған тестілеуі үшін IEEE 1500 стандартын пайдалану ең болашағы бар деген стратегиялардың бірі болып табылады. Жоғары өндірігіштік пен компоненттер интеграциясы деңгейіне ие шағын көлемдегі сымды шиналармен байланысқан пакеттердің бірнеше кристалдары бар және олар жоғары жиілікті сипектрде сигналдардың өтуіне теріс әсер етеді. Пакеттегі мультиядролық гетерогенді жүйеде design-and-test инженерлері алдында көптеген сұрақтар қояды. Мұндай барьерлерді жеңу үшін күш біріктіру және мамандар мен компания тарапынынан аналогтық, сандық, RF, және жылулық жобалау құралдарының бірігіуін талап етеді. SiP тестілеуі бойынша бар ұсыныстар конвентерлер үшін арзан, тек сандық тесттермен орнатылған АЦТ және ЦАТ түрлендіргіштерін тексеруі үшін DFT-технологиясының адаптациясымен байланысты. Осындай жағдай, кристалл пакеттеріндегі сандық жүйелердің табысы электронды технология нарығында гетерогенді компоненттердің жобалау құралдарын құру және оларды тиімді тестілеу мәселелерінің шешіміне байланысты.
SiP дизайн қолданыстың кең шеңбері үшін тартымды технология болып табылады, олар: сымсыз құрылғылар, сенсорлар, графикалық түрлендіргіш, желілік пакеттік ауыстырып-қосқыш. Конструктивтерді жобалау мен өндіруге қатысты германий-кремний кристалы – тез әсер еткіш логика үшін, жады мен аналогтық компоненттер–CMOS сияқты түрлі материалдардан жасау және құру үшін SiP тиімді технологияларды ұсынады. Осыдан кейін, жарамды өнімдердің шығарылуы мен жоғары өндіргіштігі бар өлшемі бойынша кіші құралдар жасау мүмкіндігі пайда болды. Сонымен қатар SiP тестілеуге шығынды біршама азайту болжалынады, себебі әрбір кристалл өзіндік орнатылған тестерге ие болуы керек. Барлық айтылғандарға қоса отырып, әрбір функциональды компонент детект табылған жағдайда, жөнделуі немесе реконфигурациялануы керек. Қазіргі уақытта SiP дизайндағы пакет кристалдарының қызмет атқаруының біріктірілген құруына бағытталған процесс моделі негізіндегі жобалау мәселесін шешу үшін сервистік қызмет көрсетудің инфрақұрылымы жоқ.
IEEE 1500 стандарты негізіндегі SiP тестке жарамды жобалау
Пакеттегі жүйе ережеге сәйкес түрлі құрастырушылар мен жеткізушілерімен, яғни өндірістік, бірнеше кристалды интеграциялайды. Сондықтан, SiP-құрылымын тестілеу кристалдағы жүйені тексеруден біршама өзгеше. Бұдан әрі IEEE 1500 стандартын пайдалану негізіндегі, сарапшылардың ойы бойынша, SiP сервистік қызмет атқару мәселесінің шешімі кезінде өзекті болып келетін стратегия қарастырылады.
Нарық талаптары құрастырушыларға метрика бойынша: жылдам, аз, арзан өнімді өндіруді талап етеді. Сондықтан бір кристалдағы функционалды модульдер жиынтығын интеграциялайтын, миниарюрлы компоненттермен операция жүргізетін технологиялар пайда болды. Кристалдағы жүйенің парадигмасы өндіргіштігінде, өлшемі мен энергия пайдалануында баспа платаларындағы сандық жүйелерге қарағанда кепілді жеңіске жетеді. SoC өндірушілер операцтонды модульдерді өздері де жасай алады немесе мамандандырылған сандық жүйе жобалау процесінде тізбекті ассамбрлеу үшін дайын функционалды блоктарды сатып алады. Соның өзінде өндіруші инженерлік еңбектің шығынын өтеу мақсатында, кристалды өндіру үшін SoC көптеген сериямен шығарылуы қажет. 1990 жылдардан бастап SoC концепциясы электронды технологиялар нарығы үшін логика, жады, радиожиілікті модульдер мен қорек көзі блогы түрінде қызмет атқарудың бір чипінде интеграциялану арқасында тартымдылығы жағынан өседі. Жобалау құралдары жағынан модельдеу, верификация және валидация жабдықтары модельдердің өңделу күрделілігіне біршама үлкен қадам жасалды. Біршама күрделі SoC тестілеу тесттік жабдықтардың көптеген функционалды мүмкіндіктерін және SoC тестілеу жаңа маршрутына қажет мамандандырылған тесттік құрал-сайман ұсынатын платформалар талап етеді. SoC-тегі компоненттерді имплементация оптимальды технологиялар мен бизнес мақсат арасында ымыраға келу таңдауы бар. Сондықтан, жаңа өніммен ұалай болсада жылдам нарыққа шығу ғана емес, сонымен қатар, ақаулы компоненттерін алмастыратын технологиялық құралдар бар болуы керек.
Пакеттегі жүйеге өтетін болсақ, жобалаушы мен өндіруші автономды таза кристалдар секілді, бір-біріне қабаттасқан және пакет ішіндегі байланысы бар IP чипті алады. Әрбір кристалл IP-cores жиынтығы болатын жеке міндетін атқаруы керек немесе олар көп функциялы болуы мүмкін. SiP баспа платасы, сондай-ақ кристалдағы жүйе ерекшеліктеріне ие: 1) Компоненттер түрлі технологиялар негізінде бір-бірінен жеке жасалуы мүмкін, кейіннен пакеттеледі. 2) барлық жүйе жоғары өндіргіштік пен жобалаудың қарапайым маршрутын білдіреді. 3) SiP- құрылымы жақсы масштаблатады және оңтайландырылады, сонымен қатар, барлық функционалды IP-блоктар өндірушінің авторлық құқығына сенімді қорғанысын қамтамасыз етеді. «бөлу және билік жүргізу» (divide-and-conquer) стратегиясы спецификацияны анықтаудан басталып дайын бұйымды жеткізілімге дейін өнімді жасаудың қатты графигін ұстанатын өндірушіге де және тұтынушыға да сәйкес келеді. Пакеттегі сандық жүйелердің миллиардысы тұтынушы қолдарында. Бұл ең алдымен мобильді коммуникационды бұйымдар мен «қатты» жадтың әртүрлі түрлері. Дегенмен, SiP тестілеуі әлі де ғалымдар мен сарапшылар жағынан назар аударуды қажет етеді. Мамандардың активтілігі қоршаған орта ретінде (core wrapper) шектелген көшіріп алу регистрлерін және тестке жарамды жобалаудың қосымша бөліктері сияқты тестілерді беру механизмін (test access mechanisms) қолданатын SoC технологиясының тестілеу адаптациясына бағытталған. Пакеттегі жүйелер үшін тестілеу сценарийінің жоғарыда суреттелгеннен айырмашылығы бар. Себебі ол жүйені сипаттаудың екі деңгейіне тиімді етілген – кристалдарды жеке тестілеу, ал содан соң жалпы ассемблерленген жүйенің қорытынды тексеруі. Оған қоса SiP –те жүйенің жалпы тестілеу стратегиясына интегралданатын, сигналдардың басқаруының және байқалуының ұлғаюын қамтамасыз ететін артық функционалды емес компоненттер бар. Ол үшін аналогтық және аралас – mixed-signal, кристалдардың технологиялық байланыс аралығын қоса, жүйенің функционалды блоктарына қызмет жасайтын, арнайы құралдар мен құрылымдар (SoC-қа арналған IIP сияқты), сонымен қатар 1500 Standard for Fmbedded Core Test (SECT) жаңа стандартты қолданатын жобалық шектеулер мен техникалық шарттар жасалады.
SiP тестілеу парадигмасы алдын ала белгіленген жарамды кристалдарға негізделген – known –good-die. Бұл пакеттегі жүйе деңгейіндегі барлық функционалдылық пен құрылымдық байланыстарға наразылық көрсету мүмкіндігі туа бермейді және оны бір кристал деңгейінде қалай жасауға болады. Бұл үшін бірнеше себеп бар: кристалдың барлық тесттік режиміне шектелген рұқсат, уақыт бойынша аса жоғары лимитті шығындар және материалдық шығындар. Басқа шешілмеген мәселелер құрылымды күрделендіру және активті және пассивті ішкі компоненттер санын ұлғайту берік тенденциясына ие салғыш ішіндегі байланыстың тестілеу технологиясына жатады. Соңғы элементтер жеке кристалдарды жүйеге байланыстыру үшін қолданады. Бұдан басқа, бір кристал негізіндегі байланыстар арасы үшін толық тесттеріне ие болу маңызды, сонымен қатар, кристалдарды жобалау параметрлеріне сезімтал верификация тесттерінің болуы да қажет.
Қазіргі уақытта сандық, аналогтық модульдер мен есептегіш процестермен басқарылатын қорек көзі блоктарын қоса, минималды кеңістік пен функционалдылық қосылуды талап ететін SiP архитектурасы қолдан жасалатын, есептегіш және ұялы құрылғыларда орындалуына бағдарланған. SiP мұндай конфигурацияда түрлі табиғаттың кристалы бар және келесідей режимдерді қолдайды: 1) бір немес одан да көп есептегіш құрылғылар(процесорлар, арнайы есептегіштер, кодектер, шиналармен жалғанған перийфериялық құрылғылар) өзінің қызмет атқаруын қолданушыға жеткізуді жүзеге асырады. 2) Есте сақтаудың автономды кристаллдары ( Flash, C2POM, DRAM), жеке -жеке өндіріліп, кейін күрделі архитектураларды құрастыру үшін топтастырылуы мүмкін. 3) Аналогты кристалдар мен қорек чиптары пакеттер түрінде беріліп, электромеханикалық компонеттерімен байланысу мүмкіндігн береді, сонымен қатар, ақпаратты аудиожүйелер мен экранда шығарылуын қамтамасыз етеді. 4) RF кристаллдар жүйенің жұмыс істеуші құрылғылармен байланысын орнатып, есептеудің нәтижесінде алынған ақпараттардың сақтайды. 5) Астарлар активті және пассивті элементтердің қолданылуына негізделіп, кристалдардың бірі-бірімен аралық байланысын қамтумен қатар, бұл аймақ SiP тесттік стратегиясын толықтыруды арттыру үшін де қолданылады.
SoC және SiP өндірістері кристаллдарды жасау сатысында көп жағдайда ортақ әдістерді қолданады, сонымен қатар бұл SoC тесттілеуінде SiP үшін бейімделуді ескертеді. Және де кристалдарды тестілеу деңгейінің компоненттерін тексерудің әдістері мен механизмдері SoC және SiP үшін ортақ болып табылады [10]. Екінші деңгейдегі SoC тесттілеуі интерфейстерді, аралық байланыстарды және де құрылымның толығымен тексерісіне негізделген жүйелік тесттілеуді қолданады. SiP көп кристаллды архитектуралардан тұратындықтан, жүйелік тестілеудің бағдары келесі сатылардын тұрады: 1) Ішкі жүйелерді тестілеуін толықтай жүргізудің талаптарын анықтау. Өндірілген әр кристалл өзіндік тестілеу интерфейсі мен тестті орындаудың қатаң ережелеріне ие болады. 2) Жүйенің тексерілу сапасына қойылатын талаптарын анықтау. SiP архитектурасы екі маңызды аспектіні ескертеді.
Біріншіден, кристалды тестілеу SiP-тің ортақ құрылымымен басқа компонеттердің байланысын қамтамасыз етуге негізделуі қажет. Сонда SiP кристаллының бір түрінің функционалдануы екіншісінде де қолданылу мүмкіндігіне ие болады. Екіншіден, ішкі жүйелерді тестілеуде рұқсат етілген интерфейстердің архитектураларын қолдана отырып, кристаллдардың аралық байланысының тиімді алгоритімдерімен қамтылуы тиіс.
Соңғы кезең бойынша өндірістік тесттілеу SoC және SiP арасындағы құрылымдық айырмашылықтарына әсер етеді. Мұндағы барлық жүйелерге арналған тесттік стратегия Automatic Test Equipment (ATE) форматына ауысады: 1- кезең – тесттік бағдарлама мен тесттік әсерді сипаттау; 2-кезең – тесттік бағдарлама, кристалдардың арасындағы байланыс пен SiP –тің барлық құрылымдық тестілеуінің аяқталуын тексеріп, генерациялануын қамтиды. IEEE 1500 SECT үлгісі SoC –тің өндірістік тестілеуінің тиімді шешімі болып табылады.
Онда жүйенің фукнционалдануымен байланысты емес және “plug-and-plug” тестілеуін орындауға мүмкіндік беретін тестілік мағлұматтардың әдіснамасымен топталған.
Бұл стандарт IP-cores үшін SoC құрамына кіретін тестілеу интерфейсінің масштабталған құрылымын, тасттердің архитектурасын сипаттауға және IP-core өндіруші фирмалар мен жүйелік интегратордың арасында мәліметтерді алмастыру протоколдарын ұсынатын, IP-core - Сore Test Language - CTL тестілеу тілдерін анықтайды.
IEEE 1500 (wrapper) тестті- интефейсінде орналастырылған IP-core кристалының сандық жүйесі, интеграция деңгейінде (Test Access Mechanism -TAM ) тесттілеуге рұқсатталған механизмнің көмегімен, қолданушылар анықтаған тестілеудың арнайы инфрақұрылымына қосылады. Тестілеу IEEE 1500 тест- интерфейсі арқылы жүзеге асады, осының салдарынан сыртқы жабдықтар тесттік жиынтықтырды таратып, белгіленген ережелер бойынша ақпаратпен қамтылады. IEEE 1500 стандартына негізделген SoC-та қолданылатын шешімдер пакеттердегі жүйені туғызатын, жекеленген кристаллдарды тестілеу үшін, стандартта көрсетілген қолданылу жолдарымен, SiP парадигмасына таралуы мүмкін. Осылайша, кристалдар деңгейі мен жүйелік деңгейлерде тестілеуді жүзеге асырудың мүмкіндігіне кепілдік беріледі. Тест-интерфейстерін кристалда орналастыру уакыттық параметрлері мен бұйымның аппаратты шығындарының төмендеуіне қарамастан, жобаның сапасын арттырады.
[3] Жұмыс кезінде ұсынылған тестілеу рұқсатнамасын беруші ұйымдарнының шешімдері SiP-ке арналған IEEE 1500 стандартынағы иерархиялық тәсілдерге негізделген. Берілген тәсілдің артықшылықтары: 1) тесттің IP-cores қабаттарымен және әрбір үлгінің және ТАМ компонеттеріне қосылудың жобалау құрылымын жеңілдететін, компоненттерінің түріне тәуелсіз, ішкі жүйелермен қарапайым және жылдам әрекеттесуі; 2) пакеттегі кристалдармен өзара байланысқан тестілеуді тиімді қолдау; 3) кристалды және бүтін SiP дәрежесіндегі тестілік жүйелердің генерацияға сәйкес келуін анықтау. 16- суретте екі кристалдан тұратын тестілеудің SiP үшін, үйлесімді пішіні көрсетілген.
1.6- сурет. Екі кристаллды жүйеленген пакеттер үшін ТАМ мехнанизімі
Мұнда тесттік рұқсатнама мезанизімінің жүзеге асуын қамтитын бір ғана тізбектелген канал қолданылады (IEEE 1500 стандартымен анықталған). Ұсынылған құрылым екі жағдай үшін қолданылуы мүмкін, біріншісінде, кристаллды автоматты тестілеу жабдықтамасына тікелей қосылған кезде, компонеттерін жекелей тестілеуден өткізу жағдайында және SiP-тің толықтай функционалдануын тестілеу кезінде.
Тест-интерфейстер-әр IP- core үшін тестілік мағлұматтарды қалыптастыру мүмкіндігін және соңғы нәтижелерге жетуін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, ТАМ-га жіберетін форматтың мағлұматтарын қажет болған жағдайда өзгертіп отырады. Алты разрядты шина стандартталған хаттамаға негіздеп, әрбір кристалға мағлұматты жіберу арқылы интерфейстің бірізді құрылымынбасқарады. 1.7-суретте IEEE стандартына негізделіп берілген интерфейс құрылымының тесттіленуі көрсетілген. Бұл стандарт минималды құрылым жиынтығының имплементациясын талап етеді. 1) Шектік көшіру регисторлары ( Wrapper Boundary Register, WBR ) IP- core дәрежесінде boundary scan тізбек тәрізді әрекет етеді. 2) Буферлік регистр (Wrapper Bypass Register, WBY ), әдетте жалғыз триггерден тұрады. Ол интерфейс арқылы тесттілік мағлұматтарды бір IP- core- дан екіншісіне бағыттауға болады. 3) Команда регистры ( Wrapper Instruction Register, WIR ) мультиплексорға ауыстыру арқылы көшіру регисторды активтеу үшін кодтық сөздерді қабылдайды. 1.7- суретте IP- core-ға тіркелген, тесттік рұқсаттаманы ұйымдастыру үшін жүйеге және қосымша параллель портқа қосылған көшіру тізбегі көрсетілген.
1.7 - сурет. SiP тестілеуіне арналғын Boundary scan интервейсі. а- шектті көшіру тізбегіне толық рұқсат. б-кристаллдың аралық байланыстарын тестілеу.
Көрсетілген интерфейстердің архитектурасы, SiP тестілеуіне бағдарлана келе, екі режимде функционалдауды қамтиды: бірінші 1.7,а сурет- шекті көшіру тізбегіне толық рұқсат. SiP-ті құрудың басталуы мен аяқталуындағы ішкі жүйелердің кристалында IP-core аралық байланыстарын тестілеуге мүмкіндігі болады; екінші 1.7,б сурет -тек кристалдардың аралық байланыстарын ғана тестілеуге бағытталған және кристаллдың ішкі жүйесінің бірінші кірісі мен шығысының шекті көшірілуін қамтитын ұяшықтарына ғана рұқсатнама ұсынады.
Көрсетілген мысалдар тізімі үшін: d[3]-d[4]және q[1]-q[2]. Сипатталған конфигурация кристаллдың ішкі жүйелрініндегі барлық IP-cores үшін қайталанып отырады, және ол қосымша аппаратты жабдықтамалармен қамтылмай, кристаллды толықтай қоршайтын IEEE 1500 интерфейсінің функционалдануын немесе сипаттамаларын төмендетуін қамтамасыз етеді.Шекті көшірулердің ұяшықтарын таңдау конфигурациясы жобаланған жүйені тестілеу деңгейінің тапсырмасы саналады.
Жүйеге интеграцияланған бұрын дайындалған кристалдар, жұмыс барысында IEEE 1500 стандартына сәйкестелген тесттік рұқсатнамасының құрылымын жоғалтады, бірақ басқа жүйеге тиесілі кристалдар үшін шекті көшірілу ұяшықтарын қолдану әдісімен кристалдың жоғары деңгейіне рұқсатнама алу мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Бұл SiP жобасына қосылып, IEEE 1500 интерфейстеріне негізделген кристалдардың арасындағы байланыстарды тестілеуге арналған, тесттік жиынтықтарды қолдануды ұсынады.
SiP әр түрлі технологиялармен және әр түрлі өндірушілермен дайындалған компонеттерді қолданатын, жобалық шешімдердің үлкен әрі көп түрлі жиынтығын ұсынады. IEEE 1500 стандарттағы тесттік құрылымдарды орындайтын кристаллдар үшін де, көптеген қосымша факторлар тесттік бағдарламалардың дайындалуына әсер бере алады.
SiP дайындау үрдісінде тестілеу интеграциясын арттыру мақсатында, тестердің автоматты генерациясын ұсынатын бағдарламалық амалдар қолданылуы мүмкін. Тесттік бағдарламалардың негізгі параметрлері: 1) сипатталған тесттік архитектуралары мен туындаған шектеулердің АТЕ рұқсатнамасына және де тестілеу үрдісінде жұмсалған қуаттың сәйкестіктеріне тексеру жүргізу; 2) берілген тестің конфигурациясы үшін, SiP тестілеуінің уақыт бойынша жедел бағалануы; 3) берілген тілде SiP үшін тестті орындайтын АТЕ-де қабылданып, таратылған сигналдардың түрлерімен қамылған, тестік бағдарламалардың автоматты генерациясын ұсынады. Сервисті бағдарламалық қамсыздандыруларды қолданудың негізгі артықшылығы болып, кристалдар деңгейі немесе компоненттредің сипаттамасына негізделген жүйелік деңгейінде тесттік бағдарламалардың автоматты генерациясын орындау мүмкіндігі саналады.
Мысал ретінде, ғарыштық байланыс үшін жасалған SiP қарастырылған. SiP 90nm технологиясымен орындалған, тура модуляцияланбаған (base-band) таратылулары үшін ішкі жүйелердің кристаллдары мен бір не екі қосымша есте сақтау элементтерінен тұрады. Олар буферлі жад 128-Mbyte,dynamic RAM және энергияға тәуелсіз жад (E2PROM). Жүйенің құрамына RF интерфейсі мен ақпараттарды түрлендіруді жүзеге асыратын 4 кристалл кірістірілген (1.8. сурет). Жүйені тестілеу кезінде жоғарыда сипатталған амалдар мен SiP тестілеуінің барлық өндірістік кезеңдеріндегі тесттік бағдарламалардың автоматты генерациясын ұсынатын амалдар қолданылады. Кристаллдың ішкі жүйелерінің тестіленуі тесттік рұқсатнама портында орындалған (ТАР).
SoC құрылымдық тестілеуінде үлкен көлемді есте сақтау құылғысын, сонымен қатар, сигналдарды түрлендірудің кіріктірме функцияларына функционалды тексеру жүргізудің аналогты амалдарын қажет етеді.
Астарлы деңгейде SoC тестілеуі үшін Agilent 93K тесторымен орындалып, әр кристаллдың тестіленуіне 7 секунд қажет. Егер кристаллдар жүйесіне RF компоненттерін қосса, бұл көрсетілген уақыт 25%-ға артады. Сонымен қатар, пакеттегі жүйе әр түрлі 25°С-тан 125°С-қа дейінгі температурада сынға ұшырайды. SiP жадының элементтерін тесттілеу үшін тестілеудің стандартты әдісі мен DFT қолданылыды. E2PROM жадының тесттіленуі астарлы деңгейде Gredence Kalos тесторының қолданылуымен арнайы жабдықтарда орындалады. DRAM тестіленуі дербес стандартты тестрлердің топтамалары, Agilent V54 немесе Advantest арқылы орындалады. Қарастырылып отырған жүйеде Agilent 93K тесторы қолданылған. Онда мәліметтердің аз көлемді ағындарымен алмасуға негізделген параллельдік тестілеу тәсілі жүзеге асады. Бұл тәсіл бір уақытта әр түрлі қорытынды топқа бірнеше тәуелсіз тестілеуді жүргізеді, сонымен қатар, тесттілеу кезінде жеке кристалдарды оқшаулайды немесе оларды стандартты инфрақұрылым арқылы жеке-жеке тестілейді.
1.8- сурет. Ғарыштық байланыстарға арналған пакеттер жүйесі