通用微处理器等效老化试验方法分析与研究

　　只有在同样的试验原则下进行的评价，才具有实际可比的内涵。目前对国产CPU 的老化，老化线路、老化频率都由生产方自定，对老化方法没有评价的准则，老化结果可比性差。同时也很难保证到达用户手中CPU 的使用可靠性。因此建立一个等效的老化试验规范，是CPU 质量与可靠性评价技术的关键，也是业界非常关心的问题。

　　等效老化信号的确定

　　要建立一个具有可比性的CPU 等效老化试验规范，其实质就是将CPU 老化试验方案与等效老化信号确定方法有机地结合起来。本节主要阐述如何确定集成电路的等效老化信号，在后面的章节会专门讨论CPU 老化试验方案。

　　老化应力的表征

　　从老化原理可知，芯片温度在老化过程中起着决定性的作用。如果产品的功耗相同，老化时外加的温度和电应力都相同，根据（2）式可知，老化芯片温度能够表征老化应力强度。但如果考虑到芯片自身功耗的差异，仅用芯片温度就无法表征老化应力强度。产品老化时，功耗大的产品所加的电应力肯定大于功耗小的产品，当然功耗大的产品芯片温度也会高于功耗小的产品。在评估老化应力强度时，只比较外加电应力的绝对大小是不够的，必须将产品自身功耗的差异考虑进去，找到一个包含自身功耗差异的老化应力特征参数以评估老化应力的等效性。只有这一特征参数相等，才能使不同产品的老化效果相同。

　　归一化老化电流

　　集成电路的工作功耗与信号的频率有关，在晶体管翻转过程中，其功耗由三部分组成：动态功耗、漏电功耗（静态功耗）和短路（直流通路）功耗。其相关关系可用下式表示：

　　其中第一项是CV2f是动态功耗，C 是一个分布电容，是由设计和工艺决定的，当电源电压一定，动态功耗与信号频率呈线性关系。（3）式中第二项VI peaktsf 是短路功耗，I peak是MOS 管导通时的峰值电流，ts 为PMOS 和NMOS 同时导通的时间。漏电功耗相对于动态功耗和短路功耗来说比较小，（3）式没有考虑。由于Ipeak和ts参数在老化的过程中难以提取，本文只针对动态功耗CV2f进行研究。

　　如果老化时所加信号频率等于其额定工作频率，老化时由电应力引起的芯片温升与实际工作情况相似。但由于动态老化是一个长期的加电试验过程，而现代集成电路的工作频率越来越高，老化用的信号源根本无法达到其额定工作频率。现代最先进的老化设备提供的老化信号最高频率仅为20~30MHz，而CPU 动辄数百到数千MHz，实际上CPU 的老化频率远远低于其额定工作频率。

　　由于环境温度可以人为设定，器件热阻又为其本征特性，这样由公式（2）决定的老化芯片温度，只有在改变老化功耗时才发生变化。因此，老化的效果就由老化功率的高低决定。

　　由（3）式动态功耗CV2f可以推得老化功耗电流的表达式：

　　由老化原理可知，老化功耗电流越接近实际工作时的电流，老化功率和实际应用功率就越接近，老化就越能模拟实际应用状态，老化应力就越强，其老化效果也越好。但由于老化设备在工程中不可能达到实际应用的水平，一般老化电流都低于正常工作电流。不同的电路，只要老化电流与额定工作电流的比例系数相等，从逻辑上可以推出老化应力水平相同。这里将老化电流与额定工作电流的比例系数称之为“归一化老化电流”，用α表示：

　　其中Iccb为老化电流,Icco为额定工作电流，“归一化老化电流”α被定义为表征老化应力水平的特征参数。