专利名称：有电源测试接口的集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及至安装在载体上的集成电路的连接的测试。
现代集成电路芯片有很多电源连接。可以预期在不久的将来，集成电路芯片30％以上的可用连接与电源连接有关。因为电源连接往往在芯片内部和在芯片外部互相连接，这样大量的电源连接造成严重的测试问题。结果电源连接失效并不总是表现为在芯片内部或别的什么地方的电源电压的明显电压降，所以探测电源电压的存在或不存在，并没有回答测试问题。当一条或几条电源连接失败时，多数情况下芯片仍正常处理数据，因而这种失效并不总是在功能测试(检测测试数据是否适当处理的测试)中揭示出来。
已经引出一些技术建议，借助测量通过电源连接的电流来实行测试。一种技术是测量供电路径中电阻上的电压降。用于这种测量的电路系统对电路有严格的要求，因为这样的电阻要么必须非常小，要么导致降低的电源电压。
另一种技术是探测电源连接中的电流产生的磁场。为此测试目的，美国专利5,399,975教授使用探针，并保持探针在电源连接附近。然而，这种技术不方便，因为它需要一些特殊的探针，并且要对这些探针精确定位。而且，当电源连接的电流路径不能从IC封装件外边单独地访问时，例如当它们处在IC封装件底下，或者处在封装件和印刷电路板之间时，这种技术不起作用。当芯片与插入器电路封装在一起，而且插入器电路上的连接是做在不同的电源连接之间，还可能连接到安装在同一插入器电路上的其它芯片上，这时使用外部的探针来访问单独的电流路径也是不可能的。
美国专利5,963,038，通过在集成电路芯片上在各个电源连接的电流路径附近集成磁场传感器，解决了这个问题。通过在芯片上集成传感器，成为直接把传感器放到它们能够探测电流的位置，并且包括大量的传感器。每个特定的电源连接有一个传感器，在经济上成为切实可行的。
例如使用淀积在芯片上的磁阻材料，或通过在芯片上图形化导体轨道作为耦合线圈可以实现传感器。传感器被连接到在片测试电路实行电流探测，并在测试输出(例如扫描链接口)报告电流探测的结果。
虽然美国专利5,963,038解决了测试单独的电源连接的工作的问题，但是已经发现上述传感器不是总能实现的。耦合线圈在(半)导电衬底(例如硅衬底)上不能满意地工作。磁阻材料也并不总是与集成电路芯片生产所使用的材料相容。此外，当在集成电路芯片外的载体上提供有电源网路，而且这个网路提供给另一个电源通路使用时，美国专利5,963,038中的传感器就不适于探测这个网路中的电源通路的断裂。
本发明的另一个目的是提供用于测试通过集成电路芯片组件的电源连接的电流路径，组件中不是全部集成电路芯片包含用于这样的测试的装置。
本发明的再一个目的是提供用于测试通过集成电路芯片用的载体上的电源连接的电流路径。
本发明提供一种集成电路组件，包括-具有电源连接的半导体集成电路芯片；-贴接集成电路芯片的载体；-外部电源端子；-在载体上的电流路径，它连接外部电源端子和电源连接；-在载体上的磁场传感器，它处在电流路径附近，但在集成电路芯片外面，用于读出由通过电流路径的电流产生的磁场；-磁场传感器可测试存取(test-accessible)的电子接口，用于测试电流的存在。
通过在载体上放置磁场传感器，解决了在集成电路芯片内部集成这种传感器的问题。此外这使测试在载体上的单独的连接成为可能。
在安装到印刷电路板上之前其上封装一个或多个集成电路芯片的插入器已被发现是集成磁场传感器的合适载体。到集成电路芯片的电源连接的电源路径，对插入器上的传感器来说是很容易访问的，因为这些路径就运行在插入器上。此外，由于插入器是和集成电路芯片分开制造的，仅仅被贴在已经制造好的芯片上，因此插入器的制造与芯片的制造不是不相容的。
优选地，磁场传感器被集成在载体上，也就是说，它们不是预先制造的传感器焊到载体上，而是在载体上制造的传感器。应当理解，开发制造磁记录头的那些技术(例如见美国专利4,321,640(申请人参考PHN 9107)，或美国专利4,686,472(申请人参考PHN 10016)或美国专利4,052,748(申请人参考PHN 7469)和其中引用的文献)可以很容易应用于载体与很多种磁传感器的低成本集成制造。特别是，磁阻材料的光刻图形化适于在载体上实现大量的磁传感器。然而，其它种类的磁场传感器，例如耦合线圈或霍尔效应传感器，也可被集成在载体上。
优选地，单独的传感器被提供给有同一电源电位的多个电源导体、一个或多个不同的电源电位(例如3.3V和地)以及一个或多个不同的集成电路芯片。在一个实施例中，许多用作传感器的大量磁阻元件电学上串联相接，使得它们的电阻可以用一个公共电流源和在依序相接的磁阻元件之间的共享抽头点来确定。
有很多读取磁性传感器的有利实施例。在第一个实施例中，传感器的结果被读入集成电路芯片，或者读入安装在同一载体(优选地，同一插入器)上的另一个集成电路芯片，在该芯片中处理，并通过该芯片的测试输出而输出。因此，测试基本上是在芯片(或一些芯片)和载体的组件内，以低的在片附加电路成本处理的。在第二个实施例中，插入器包含芯片外面的用于读取和输出测试结果的电路，优选使用扫描链接口。因此芯片上不需要额外的访问焊点(access pad)。
传感器可以连接到插入器上的一个访问焊点。在第三个实施例中，访问焊点是从插入器和芯片的组件的包封之外可以访问的。在第四个实施例中，访问焊点延伸到插入器被芯片覆盖的区域之外。在测试后，访问焊点可以留在包封内部，即从外边不再是可访问的。因此，插入器和芯片的组件在包封之前可被测试。
附图简述使用下列的图更为详细的描述本发明的这些和其它有利的方面。


图1给出集成电路芯片和插入器组件的横截面的侧视图；图2给出组件细节的横截面的侧视图；图3给出组件的顶视图；图4给出测试电源连接的电路；图5给出另一种组件；图6给出另一种组件；图7给出另一种实施例的横截面的侧视图。
插入器12包含一些导体(未示出)和一些金属化孔(未示出)。用于连接从印刷电路板19到集成电路芯片10的焊点的导体。这些导体和孔也可以用于将集成电路芯片10与插入器上其它集成电路芯片(未示出)互连。插入器12和印刷电路板19两者(直接或间接地)形成了集成电路的载体。
在正常应用中，集成电路芯片10和插入器12的组件(不包括集成电路板19)将被包含在一个管壳里，基本上只留下组件10，12，14暴露于印刷电路板的部分可以外部访问它们。
图2给出组件的细节横截面的侧视图(未按比例画出；为了比较图1和图2，相同项目用了不同的标注数字)。侧视图示出了集成电路芯片20，插入器衬底22，焊球24，衬底22上的导体26，磁阻材料块28和隔离层29。焊球24把集成电路芯片20的电源焊点(未示出)连接到导体26，形成从印刷电路板(未示出)到电源焊点的电源电流的电流路径的一部分。
插入器包括衬底22，导体16，隔离层29和磁阻材料28，它们互相贴接。磁阻材料覆盖了部分导体26，但由隔离层在那里隔离。导体26例如是用铜、铝、金或任何其它导电材料制造的，磁阻材料28例如是镍-铁。隔离层例如是用40纳米的石英层制成的。
图3给出组件细节的横截面的顶视图(未按比例画出)。顶视图示出了导体26，它展宽为插入器上的焊点31。在焊点上，示出的焊球24连接导体26到集成电路芯片(未示出)的电源连接。示出的磁阻材料28在基本上细长区域中图形化，例如是1微米宽，10微米长，它的两个拐头(side flap)与测量导体35，37相接，测量焊球36，38与测量导体相接(测量导体35，37和磁阻材料28之间没有隔离层29)。
工作时，导体26，31通过焊球24提供电源电流到集成电路芯片20。这个电流产生一个磁场，其磁力线环绕导体26，磁场基本上垂直于磁阻材料28的最大长度方向撞击在磁阻材料28上。磁阻材料28与导体26之间的距离是如此之近，以致材料28处的磁场主要由通过导体26的电流决定，而不是由地磁场，或由其它导体的磁场等决定。磁阻材料28作为磁阻电阻器。磁场引起磁阻电阻器的电阻值的变化，这个变化是通过测量焊球36，38和测量导体35，37来测量的。
因此，在导体中不引入附加电阻的情况下，就可以测试导体26中是否有电流存在。这基本适于测试插入器上的电源导体的可工作性。传感器可被安排得离被测试导体非常近，这基本消除杂散磁场例如地磁场，来自使用该组件的仪器设备中的供电单元和扬声器等的磁场的干扰。
在插入器上集成图形化的磁阻材料的工艺，例如从制作读出磁头的工艺是已知的。简单地说，一层磁阻材料如镍-铁被淀积到覆盖导体轨迹图案的隔离层上。在磁阻层上淀积一层光敏层，然后曝光，显影，以便对磁阻层进行位置敏感的腐蚀。
就磁阻材料而论，通过材料的电流方向优选地垂直于磁场方向。因此，材料28优选地淀积在导体26上面，其电流供电端处于沿着导体26的不同位置。优选地，磁阻材料不会延伸得远到到达由通过导体26的电流产生的磁场已经明显减小的区域。实际上，对磁阻材料28宽长比1∶10被认为是满意的。
应当理解，测量焊球36，38的位置不是关键的，它们可位于离材料28任何距离处。由测量导体35，37互相连接的材料28的许多区域可以在两个焊球之间串联连接或并联连接。
类似地，材料28沿导体轨迹20的位置不是关键的，因为如果有电流也是沿着轨迹的长度流动。然而，为了探测与其它电源导体的有害的短路，材料28优选地处在连接集成电路芯片的电源连接焊球24相邻的位置。优选地，类似的材料28也提供用于连接印刷电路板的焊球的相邻连接。
当然，本发明不限于镍-铁，或确实说，不限于磁阻材料，磁阻材料需要一个垂直于测量电流的场，以产生磁阻效应。其电阻率与磁场有关的任何材料28都可以使用，测量电流沿着相对于被测试导体轨迹26的方向流动，以便使电阻场与通过导体轨迹26中的电流产生的场有关。
也可以使用磁阻效应以外的其它效应。例如可以使用霍尔效应。众所周知，霍尔效应使电阻材料上第一方向的电压垂直于流过该材料的测量电流的第二方向，如果存在垂直于这两个方向的磁场分量。因此，可以使用平行于导体26定位的一个长方形材料，不覆盖它但靠近它(从图3角度来观察)，获得一个场。在一对对边材料被连接到电流源，另一对对边被连接到电压测量设备以探测磁场引起的霍尔电压。另一个办法是，可以用一个耦合线圈靠近导体26。
通过使用正常的边界扫描技术探测这些导体上的信号，信号导体被优选测试，当然这里描述的磁性读出技术也可以应用到这些导体上。
图4给出包含插入器44和集成电路芯片46的一部分电路用来测试磁阻压降。电路有外电源连接40用于第一电源(例如3.3V或其它某个电源电压)通过插入器44连接到集成电路芯片46的功能部分469a-d。另一个电源连接42(例如“地“)通过插入器44也连接到集成电路芯片46。实际上，很多其它电源线，数据线和信号线也通过插入器44连接到集成电路芯片46的功能部分469a-d。但是为清楚起见，在图中这些线已经省略。实际上，第二电源连接42在很多点上也连接到集成电路芯片46，但为清楚起见，只示出了一个连接(优选地，插入器上与所有这些连接相接的电源导体，将使用这里描述的磁阻传感器测试)。
插入器44包含第一电源的连接40和集成电路芯片46的电源连接之间的导体440a-d。每个导体440a-d给集成电路芯片46的电源连接的相应的电源连接供电。插入器44包含磁阻电阻器444a-d，它们沿材料最长的轴覆盖相应导体440a-d定位。插入器44也包含不连接到集成电路芯片46的一个虚拟电源线442，以及沿材料最长的轴覆盖虚拟电源线442的磁阻参考电阻器446。
磁阻电阻器444a-d包括磁阻参考电阻器446都以串联方式连接。插入器44上的导体以串联方式连接电阻器444a-d和446。串联排列的电阻器444a-d、446之间的连接点接到集成电路芯片46。
集成电路芯片46包含功能电路469a-d。功能电路的功能，即集成电路芯片46的主要功能对本发明来说不是实质内容。它可以是任何希望的功能。功能电路44a-d可以有各种互连(未示出)。
集成电路芯片46包含电源轨道461，与所有第一电源导体440a-d耦合(例如通过焊球)。功能电路469a-d是由电源轨道供电。
此外，集成电路芯片46包含电流源460，差分放大器462a-d，另一个差分放大器464，比较器电路466a-d和测试移位寄存器468。
电流源460与在插入器44上的电阻器444a-d，446的串联装置连接，以便提供通过电阻器444a-d，46的测量电流。如图4所示，串联装置444a，446连接在电流源460和第二电源连接48之间，其它连接也可以用来代替第二电源连接48。在电阻器444a-d，446之间的各个连接点连接到差分放大器462a-d，464的输入端，使得连接到相应电阻器444a-d，446的端子的每对连接点连接到相应的差分放大器462a-d，464。磁阻参考电阻器446的端子连接到另一个差分放大器464的输入端。每个差分放大器462a-d有耦合到相应的比较电路466a-d的第一输入端的输出端。另一个差分放大器的输出端耦合到所有比较电路466a-d的第二输入端。比较电路466a-d各有耦合到测试移位寄存器468的平行输入端的输出端，寄存器本身有耦合到电路的测试输出48的输出端。
工作时，电源电流正常通过电源导体440a-d到电源轨道461。这个电源电流在电源导体440a-d周围产生磁场。这些磁场反过来影响电阻器444a-d的电阻。
电流源460通过电阻器444a-d提供测量电流。这个电流导致电阻器444a-d上的电压降。这些电压降与磁场有关，因而与通过电源导体442a-d的电源电流有关。这些电压降被差分放大器462a-d放大，使得这些差分放大器462a-d的输出端的电压相对于地是电阻器444a-d上的电压降的函数。
测量电流也通过磁阻参考电阻器446。这个参考电阻器446的电阻值基本上不受磁场影响，因为没有电流通过其相关的虚拟电源线442。差分放大器462a-d和另一个差分放大器基本上有相同的放大倍数。在参考电阻器446上的电压降是由另一个差分放大器464放大，并且另一个差分放大器464的输出与差分放大器462a-d的相应输出通过比较电路466进行比较。
比较电路466a-d输出二进制信号，指出电源导体440a-d的相应的各个电阻器444a-d上电压降是否比参考电阻器446上的电压降高一个阈值量。比较电路466a-d的输出锁存到移位寄存器468，并在测试阶段通过测试信号导体48从电路移位输出。
当送到集成电路芯片46或在集成电路芯片内的供电路径中的电源电流中断时，这将显示为在相应供电路径的电阻器444a-d上的不同的电压降。这个不同的电压降由比较电路466a-d给信号，并通过测试信号导体48从电路读出。
应当理解，图4仅是按照本发明测试电源连接的电路的一个实例。很多其它的实施例也是可能的。例如，电阻器444a-d，446可以提供用并联连接代替串联连接，每个电阻器有它自己的电流源和放大器462a-d。在这种情况，电阻器444a-d，446的与电流源相对的各个端子可以通过公共连接进行连接。(在这种情况下，放大器462a-d可以省略，在电流源和电阻之间的各个节点上的电压直接耦合到比较电路466a-d)。其优点是，集成电路芯片中的电路比较简单，但并联布局需要比较少的电流源。也可以使用并联和串联布局的组合。
类似地，虽然本实例采用参考电阻器446，优选用和电阻器444a-d相同的材料制作并具有相同的尺寸，以便于电阻器444a-d上的各个电压降的比较，应当理解，参考电阻器不是必需的。可以使用不同类型的参考，也可以对邻近正常电源导体的不同的电阻器444a-d上的各个电压降进行比较。参考电阻器也不是必定需要提供在虚拟电源线442上面，虽然后者使比较更为精确。
类似地，对同一电源比4个并联连线440a-d或更多或更少的并联，分别为每个提供一个磁阻电阻器。这些连接不一定必须连接到插入器44上或由电源轨道461连接。也可以改变外部连线40，42的数量。
比较电路466a-d和/或放大器462a-d可以被不同的电阻器444a-d共享，使用一个复用器来选择要测试电压降的那个电阻。放大器462a-d不需要放大，它们可以衰减电压降或使电压大小不受影响放大器足以把测试的电压降和参考电压降联系到一个公共电位。
此外，应当理解，本发明不限于探测集成电路芯片的测试结果。或者，用于测试电流引起的电压降的放大器等也可以放在插入器上的其它地方。
图5给出组件的视图，其测试电路在组件外边，例如在其上安装组件的印刷电路板上。应当理解，虽然视图看起来像图2那样的截面图，实际上视图给出的不同元件离观察者有不同的距离。导体26和材料28的布局与图3类似，但是提供了通过衬底22的导体50，51，以便于接触焊球52a，b以接近组件外侧上的材料28(当然导体50，51与待测的导体26，离开观察者有不同的距离)。
图6给出组件的视图，这里通过材料28的接触焊点60，61处在插入器12被集成电路芯片10覆盖的区域外边。因此，在这种组件密封之前，测试测量可以用测试仪进行。一旦组件已经封装好，不必化费用再制作访问传感器的端子。
图7给出另一种实施例的横截面的侧视图，这里包括传感器，用于测试流过插入器衬底的连接中的电流。图7示出了集成电路70，衬底71，穿通连接72，磁阻层74，测试导体76a，b和焊球78a，b。电源路径从组件外边通过第一焊球78a，穿通连接72和第二焊球78b到集成电路芯片70。与穿通连接72相邻处提供了磁阻材料74，它从穿通导体72辐射沿径向分布。材料74可通过测试导体76a，b访问的。图中还示出了通过测试导体76a之一访问磁阻材料74的焊球78c(对其它测试导体76b提供了类似的焊球(未示出))。
工作时，穿通连接72中是否有电流是由材料74的电阻的变化来探测的。这种探测在集成电路芯片70中实现。
权利要求
1.一种集成电路组件，包含-有电源连接的半导体集成电路芯片；-贴接集成电路芯片的载体；-外部电源端子；-在载体上的电流路径，它连接外部电源端子和电源连接；-在载体上处在电流路径附近的磁场传感器，但在集成电路芯片外面，用于读出由通过电流路径的电流产生的磁场；-至磁场传感器的可测试存取电子接口，用于测试电流的存在。
2.如权利要求1所述的集成电路组件，其中磁场传感器包含淀积在载体上的磁阻材料。
3.如权利要求2所述的集成电路组件，其中在载体上在电流路径附近的一个或多个区域中磁阻材料被形成图案。
4.如权利要求2所述的集成电路组件，包含淀积在载体上的在相应电流路径相应附近中的所述磁阻材料的多个磁场传感器；而电流路径引导到贴接到载体上集成电路芯片和/或另外的集成电路芯片的相应的电源连接。
5.如权利要求4所述的集成电路组件，其中载体包含一些连接导体，用于建立磁场传感器的磁阻材料电学上的串联耦合。
6.如权利要求1所述的集成电路组件，其中载体是插入器，用来在印刷电路板上安装共同连接的一个或多个集成电路芯片，该组件包含包封了集成电路芯片和包括传感器在内的至少部分插入器的封装。
7.如权利要求6所述的集成电路组件，接口包含封装外边上的端子，该端子被耦合以读出传感器。
8.如权利要求1所述的集成电路组件，其中接口的电子处理部分集成在集成电路芯片中。
9.如权利要求1所述的集成电路组件，包含安装在载体上的另一个集成电路芯片，包含集成在另一个集成电路芯片内的电子处理部分的接口，用于读取磁场传感器并把所述的读取的结果传送到载体的输出端。
10.如权利要求9所述的集成电路组件，包含另外的磁场传感器，它处在载体上另外的集成电路芯片的电源连接的另外的电流路径附近，用于读出由通过另外的电流路径的电流产生的磁场。
11.如权利要求8所述的集成电路组件，其中磁场传感器耦合到扫描链接口，用于从相应的磁场传感器串行读出测试结果。
12.如权利要求1所述的集成电路组件，其中载体包含衬底，包含穿过衬底的穿通连接的电流路径，以及提供在穿通连接附近的传感器。
13.借助用于访问集成电路芯片内的电路的电流路径，测试具有贴接在载体上的集成电路芯片的集成电路组件的方法，包含测量代表由插入器上的电源电流产生的磁场的电压，其中所用磁场传感器集成载体上在集成电路外部。
14.安装一个或多个集成电路芯片的载体，该载体包含-电流路径；-连接点，用于把一个或多个集成电路之一的电源连接与电流路径电连接；-在载体上电流路径附近的磁场传感器，用于读出由通过电流路径的电流产生的磁场；-与磁场传感器耦合的读出线。
全文摘要
一个集成电路组件包含载体和半导体集成电路芯片(10)。在载体上的电流路径把功率供给芯片上的电源连接。提供的磁场传感器处在载体上电流路径的附近，用于读出由通过电流路径的电流产生的磁场。组件也包含用于探测电流存在的可测试存取磁场传感器的电子接口。优选地，传感器集成在载体上，采用淀积磁阻材料并图形在该材料，以便在电流路径附近提供传感器。优选地，载体是具有连接线的插入器(12)，在插入器安装到印刷电路板(19)上之前，插入器与一个或多个集成电路芯片封装在一起。
文档编号G01R31/02GK1460184SQ02801103
公开日2003年12月3日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年4月9日
发明者F·G·M·德乔格, R·F·舒特特, J·德威尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司