一种对数字集成电路焊点健康状态实时监测的装置制造方法及图纸

一种对数字集成电路焊点健康状态实时监测的装置，它包括状态信号采集电路、状态信号检测电路及判断输出电路三个部分。状态信号采集电路对能够反映焊点网络的健康状态的电压信号进行采集，并传输给状态信号检测电路；状态信号检测电路对状态信号进行检测，并将检测结果传输给判断输出电路；最终由判断输出电路对检测结果进行综合判断并输出判断结果。本实用新型专利技术能够在不影响器件正常使用的前提下，对数字集成电路器件正常使用期间连接其内部晶片与印制线路板的焊点网络的健康状态进行实时监控；健康、亚健康及故障这三个状态的划分可对焊点网络的健康状态进行有效地评估。它方法简单，实现容易，功耗不高，在焊点网络监测技术领域里有广阔的应用前景。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于在正常工作状态下实时监测连接数字集成电路芯片与电路板的焊接点网络健康状态的电路，尤其涉及一种对数字集成电路焊点健康状态实时监测的装置，属于焊点网络监测

技术介绍
一直以来，焊接点的连接性都是一个重要的可靠性问题。随着拥有数千引脚的 BGA(Ball Grid Array，球栅阵列)封装的广泛应用，复杂电路的封装问题得到了很好的解决；然而，引脚数的增加同时也导致了可靠性的降低。因此，对于很多应用电路来说，焊点的健康状态监测是很有必要的。如图1所示，该芯片1是由晶片2、晶片底座3以及BGA封装4组成的。由晶片2 和晶片底座3组成的倒装片5倒装在BGA封装4内部，并通过内部焊球38连接到封装的焊盘上。BGA封装4再通过BLM (ball limiting metallurgy，凸缘极限冶金术)6和外部焊球 7与印制线路板8连接在一起。连接晶片和印制线路板的各种机械连接、内部焊球、BLM以及外部焊球统称为“焊点网络”。如图2所示，焊点网络电阻RSJ(resistance of solder joint network) 9 与R3 — 起串联于高电平Vdd 10和芯片I/O 11之间。当芯片内部写逻辑12将I/O输出写为0时， RSJ9将根据自身阻值与R3的比例分得一定的电压13，称为敏感电压。通过监测结点14处敏感电压13，即可知道RSJ9自身阻值是否发生变化，进而可对其完整性进行评估。由R1、 R2组成的电阻桥网络同样通过串联分压的原理在结点15处产生参考电压16。比较器17 将对敏感电压13同参考电压16进行比较，以判断RSJ 9是否发生故障。对于焊点容易发生的间歇性故障来说，由于其持续时间很短，因此需要在整个使用期间对焊点进行故障监测。对此，图2所示技术在实际的应用中还有一定的局限性。首先，在测试时，测试焊点所连接的I/O输出必须被设定为低电平才能够进行测试。这样，该 I/O引脚便不能投入正常的功能应用。若将I/O用于监测间歇性故障，则该I/O引脚便不能投入正常的功能应用。而对不用的I/O进行故障监测是没有意义的。若将I/O用于正常功能应用，则该技术只能在I/O输出低电平时才能对故障进行监测。即不能达到在整个使用期间进行故障监测的目的。其次，因为脉冲干扰波形与间歇性故障检测电压波形相近，所以当脉冲干扰出现时，该技术会将脉冲干扰视为故障信号而导致虚警。最后，该技术只能给出故障与无故障两个结果，而不能对焊点网络9的健康状态进行分级评估。
技术实现思路
1、目的本技术的目的在于提供一种对数字集成电路焊点健康状态实时监测的装置，它能够在不影响器件正常使用的前提下，对数字集成电路器件使用期间连接其内部晶片与印制线路板的焊点网络的健康状态进行实时监控。2、技术方案本技术一种对数字集成电路焊点健康状态实时监测的装置，它包括状态信号采集电路、状态信号检测电路及判断输出电路三个部分。其间关系是状态信号采集电路对能够反映焊点网络的健康状态的电压信号进行采集，并传输给状态信号检测电路；状态信号检测电路对状态信号进行检测，并将检测结果传输给判断输出电路；最终由判断输出电路对检测结果进行综合判断并输出判断结果。所述状态信号采集电路是由两条支路连接而成。一条支路串联二极管D1、R5连接到高电平Vdd ；另一条串联D6、R6连接到低电平地。通过这两条支路的设置，则无论器件 I/O输出的是高电平还是低电平，焊点网络状态都能被检测出来。在焊点网络电阻较小的情况下(包括当焊点网络无故障时电阻趋于0的情况)，当I/O输出高电平时，Dl截止D6导通，焊点网络电阻、D6与R6串联于I/O输出的高电平和R6接地提供的低电平之间。此时， 在D6与R6之间的结点上将产生状态检测电压。当I/O输出低电平时，Dl导通D6截止，焊点网络电阻、Dl与R5串联于I/O输出的低电平和R5连接的Vdd提供的高电平之间。此时， 在Dl与R5之间的结点上将产生状态检测电压。当焊点网络电阻大到一定程度时，D1、D6 将同时导通。此时，D6与R6以及Dl与R5之间的结点上都将产生状态检测电压。所述状态信号检测电路是由参考阈值电压提供电路和两个双限比较器组成。其间关系是参考阈值电压提供电路给两个双限比较器提供上下限参考阈值电压。该参考阈值电压提供电路由R13、R14、R15串联成的电阻桥和R8、R7、R4串联成的电阻桥并联于高低电平之间而成。同时，D6与R6和Dl与R5之间的结点上产生的状态检测电压分别传输给两个双限比较器。双限比较器又称为窗口比较器，属于一种典型的电压比较器，它是由基本运算放大器、二极管及限幅电路组成，其间关系是两条由基本运算放大器和二极管串联的支路并联后，再与限幅电路串联，其中限幅电路由电阻与稳压二极管并联后串联于地及另一电阻之间而成。本技术中基本运算放大器是由集成运算放大器提供。焊点网络健康状态恶化时，其电阻值会变大并导致状态检测电压的变化。双限比较器将状态检测电压与参考电压进行比较，以评估其健康状态。每个双限比较器的参考电压都有两个阈值。当状态检测电压落入这两个阈值之间时，比较器输出低电平并认为健康状态恶化。其中，所述的各个电阻，其阻值大小只需满足相应的公式即可。所述判断输出电路是由与门U1、或门U2、U4以及异或门U3共同组成的一个组合门电路。其之间的连接关系是两个双限比较器的输出与双输入的与门Ul及异或门U3相连接；与门Ul同一个有着使能输入Enable的或门U2相连接；异或门U3和或门U2的输出接入或门U4。它对来自两条支路上的双限比较器输出的检测信号进行综合判断并输出判断结果。当器件I/O处于高阻状态时，器件与印制线路板上的状态信号检测电路断开。若器件I/O不在使用状态，则可以人为控制I/O输出高电平或低电平。当器件I/O处于高低电平状态，即使用状态时，本技术将焊点网络的健康状态分为健康、亚健康和故障三个阶段。健康即完好无损。而亚健康则表明其健康状态已经恶化但还没有影响到器件的正常使用。故障状态表明其健康状态已经恶化到影响正常使用的程度。当焊点网络电阻为0Ω 左右时，两个双限比较器同时输出高电平，或门U2、U4输出高低平。此时，判断焊点网络处于健康状态。当焊点网络电阻较小时，两个双限比较器会一个输出低电平，而另一个输出高电平，即或门U2输出低电平，或门U4输出高电平。此时，判断焊点网络处于亚健康状态。当焊点网络电阻较大时，两个双限比较器会同时输出低电平，或门U2、U4也同时输出低电平。此时，判断焊点网络状态处于故障状态。3、优点及功效本技术能够在不影响器件正常使用的前提下，对数字集成电路器件整个正常使用期间连接其内部晶片与印制线路板的焊点网络的健康状态进行实时监控。双限比较器中上限阈值电压的设置还能够有效排除脉冲干扰导致的虚警，大大降低了虚警率。此外，健康、亚健康及故障这三个状态的划分可对焊点网络的健康状态进行有效地评估。本技术方法较为简单，实现容易，功耗不高，不会给系统带来较大的额外负担。附图说明图1是BGA封装芯片与印制线路板的连接结构图；图2是前人专利技术的电路示意图；图3是本技术的电路结构图；图如是I/O输出低电平时状态信号采集电路的等效电路图；图4b是I/O输出高本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种对数字集成电路焊点健康状态实时监测的装置，其特征在于：它包括状态信号采集电路、状态信号检测电路及判断输出电路三个部分；该状态信号采集电路对能够反映焊点网络的健康状态的电压信号进行采集并传输给状态信号检测电路；该状态信号检测电路对状态信号进行检测并将检测结果传输给判断输出电路；最终由该判断输出电路对检测结果进行综合判断并输出判断结果；所述状态信号采集电路是：由两条支路连接而成；一条支路串联二极管Ｄ１、Ｒ５连接到高电平Ｖｄｄ；另一条串联Ｄ６、Ｒ６连接到低电平地；所述状态信号检测电路是：由参考阈值电压提供电路和两个双限比较器组成；参考阈值电压提供电路给两个双限比较器提供上下限参考阈值电压；该参考阈值电压提供电路由Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５串联成的电阻桥和Ｒ８、Ｒ７、Ｒ４串联成的电阻桥并联于高低电平之间而成；同时，Ｄ６与Ｒ６和Ｄ１与Ｒ５之间的结点上产生的状态检测电压分别传输给两个双限比较器；双限比较器即窗口比较器，是一种典型的电压比较器，它是由基本运算放大器、二极管Ｄ２－Ｄ５及限幅电路组成；两条由基本运算放大器和二极管Ｄ２－Ｄ５串联的支路并联后，再与限幅电路串联，其中限幅电路由电阻Ｒ９－Ｒ１２与稳压二极管Ｄ７、Ｄ８并联后串联于地及另一电阻之间而成；该基本运算放大器是由集成运算放大器提供；每个双限比较器的参考电压都有两个阈值；所述判断输出电路是：由与门Ｕ１、或门Ｕ２、Ｕ４以及异或门Ｕ３共同组成的一个组合门电路；两个双限比较器的输出与双输入的与门Ｕ１及异或门Ｕ３相连接；与门Ｕ１同一个有着使能输入Ｅｎａｂｌｅ的或门Ｕ２相连接；异或门Ｕ３和或门Ｕ２的输出接入或门Ｕ４。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪晟，俞少华，高成，张栋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11