航天產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命取決于產(chǎn)品設計、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?，F(xiàn)代集成電路制造流程中，工藝制造和設計環(huán)節(jié)均可引入芯片缺陷，在使用過程中可導致失效等。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用，從芯片正面定位缺陷位置變得愈發(fā)困難。

目前，利用激光從背部開封裝的芯片進行的非接觸式無損缺陷定位技術，在集成電路靜態(tài)/動態(tài)缺陷定位領域得到廣泛應用。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。TLS利用激光熱效應對半導體器件材料進行局部加熱，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，通過接收反射光信號對電路進行頻域圖像分析，實現(xiàn)動態(tài)缺陷定位。隨著集成電路工藝的飛速進步，對缺陷分析定位的速度和靈敏度要求不斷提升，相應的TLS和EOFM理論模型和技術手段需要不斷優(yōu)化發(fā)展，亟須發(fā)展該領域自主可控的測試裝置。

中國科學院國家空間科學中心復雜航天系統(tǒng)電子信息技術院重點實驗室空間環(huán)境效應研究室致力于激光與集成電路相互作用機制和試驗測試技術研究。2006年，空間中心自主研制了國內(nèi)首臺單粒子效應納秒脈沖激光模擬裝置；其后，研制了皮秒脈沖和飛秒脈沖激光單粒子效應試驗裝置，其性能和功能參數(shù)均已達到國際先進水平。在此研究基礎上，研究團隊針對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芯片的故障點定位結(jié)果。

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失效點（a）背部紅外相機成像示意圖（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技術基礎上，科研團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。目標電路以設定工作頻率工作，通過分析反射激光的頻率特性，準確定位目標電路功能區(qū)域及可能的缺陷位置。研究提出的同軸顯微鏡設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。此外，研究團隊依托自主研發(fā)的電光探針測試裝備，探究器件電光信號的產(chǎn)生機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。相關研究成果發(fā)表在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

審核編輯 ：李倩