[发明专利]一种集成电路间歇性故障在线监测与智能预警方法

说明书

本发明公开了一种集成电路间歇性故障在线监测与智能预警方法，利用FPGA芯片自身形成的监测电容同时对任意两个待检测焊点进行健康监测，从而不需要在PCB板上焊接外部监测电容，提升监测性价比；所提监测模块对外输出当前时刻值以及最近一次失效的时刻，可以用于更完备的焊点健康状态监测和寿命评估；可通过端口Fault_N信号设置故障阈值，提升焊点健康状态监测的灵活性。

技术领域

本发明属于集成电路健康监测技术领域，尤其涉及一种集成电路间歇性故障在线监测与智能预警方法。

背景技术

现场可编程门阵列(FPGA)以其特有的细粒度并行性，在电子系统中得到了广泛的应用。电子系统在运行过程中会承受外部环境施加的热应力和机械应力，从而引起电子元器件焊接故障，FPGA作为电子系统核心关键元器件之一，其焊接故障可能会带来整个系统的灾难性事故。因此，对FPGA焊点状态进行健康监测具有重要意义。

研究表明：电子元器件焊点在热应力和机械应力作用下，健康状态退化时，其阻抗会有所增加。因此，对电子元器件焊点健康状态的监测可以转化为对电子元器件焊点的阻抗进行监测，监测结果可为电子元器件的健康监测和寿命预估提供数据支撑。业界普遍认为BGA封装FPGA焊点失效评判标准如下：①大于300Ω峰值电阻持续时间超过200us；②在第一个失效时间发生后10％的时间内发生10次或更多的失效。

文献“Ball Grid Array(BGA)Solder Joint Intermittency Detection:SJBIST”介绍了美国锐拓集团公司提出的SJ-BIST(Solder Joint Built-In Selftest)方法，用该方法对FPGA焊点进行故障监测，只需要一个单一的电容同时检测两个焊点，采用SJ-BIST方法可以在几纳秒时间内检测FPGA焊点电阻的变化，但是，该方法不能获得检测到焊点的电阻值，只能诊断出检测到的焊点故障与否，难以用该方法故障数据进行寿命预测的相关研究。专利号为2019102486286的“一种高精度FPGA焊点故障实时诊断方法及诊断装置”提出了一种采用单一电容对2个FPGA焊点进行健康监测，并可得到焊点电阻值的方法。现有的焊点在线监测方法无论是否可以得到精确焊点电阻值，均需要外加一颗监测电容，监测电容的增加有以下几点影响：①电容的精度受生产工艺以及工作环境的影响，对焊点健康状态监测的精度产生影响；②监测电容故障使得监测结果错误；③监测电容的增加了电子系统成本。因此，提出一种新型不需要监测电容的FPGA焊点健康状态监测方法具有重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种集成电路间歇性故障在线监测与智能预警方法，利用FPGA芯片自身形成的监测电容同时对任意两个待检测焊点进行健康监测，为FPGA焊点健康监测提供更具性价比、更精确的监测方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种集成电路间歇性故障在线监测与智能预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在待检测FPGA芯片上设置监测电容，将FPGA芯片PCB板上任意相邻的两层铜箔作为电容极板，利用两层铜箔之间的基材作为电介质材料，形成一个监测电容；

步骤二，在FPGA芯片上任意选取两个待检测焊点，焊点A和焊点B，并将其引脚均短接连接至监测电容；

步骤三，设置监测模块，所述监测模块设有端口A、端口B、端口Fault_N、端口Clk-S、端口Clk-C、端口CntA、端口CntB、端口FaultA_T、端口FaultB_T以及端口Current_T；

其中，所述端口A和端口B分别用于连接FPGA芯片上的两个待检测焊点A和B；

所述端口Fault_N用于人工预设故障阈值的高频采样周期数；