Schnelle Tests für sicherheitskritische Chips

| |
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars

In autonomen Fahrzeugen spielen Mikrochips eine entscheidende Rolle. Um sicherzustellen, dass sie auch reibungslos ihre Arbeit verrichten, fühlen ihnen Wissenschaftler nun mit einer neuartigen Testinfrastruktur besonders schnell und kostengünstig auf den Zahn.

Erst nach Hunderten von Arbeitsschritten entsteht aus Quarzsand ein Mikrochip mit mittlerweile vielen Milliarden Transistoren. Dabei bewegt sich die Miniaturisierung bereits an der Grenze des technisch und physikalisch Machbaren. Fehler oder Schwankungen in den Herstellungsprozessen sind da an der Tagesordnung. Deswegen müssen sich die Vorstufen eines Chips nach jedem Prozessschritt einer ganzen Reihe von Prüfungen unterziehen. Das passiert etwa in speziellen Teststrukturen im Bereich (Ritzrahmen) zwischen den nutzbaren Dies (Chips) auf einem Wafer, um vor allem kostbare Chipfläche zu sparen. Weitere Informationen kommen direkt aus Chip, dem sogenannten In-Die-Bereich. Obwohl die Messungen vollautomatisch ablaufen, erreicht der damit verbundene Aufwand nicht selten nahezu die Herstellungskosten.

Mit dem Testen ist es damit aber längst noch nicht vorbei. Teilweise von ISO-Normen oder anderen Auflagen geforderte Teststrukturen in den Mikrochips erlauben auch nach der Produktion eine ausgiebige Inspektion. So durchläuft beispielsweise jedes Bauteil eines Mobiltelefons eine solche Prüfung, bevor das Gerät in den Handel kommt. Die Tests sind langwierig und generieren außerdem ein hohes Datenvolumen. Und der Aufwand durch diese speziellen Diagnoseprozeduren macht nicht selten bis zu 50 Prozent der Gesamtproduktionskosten aus. Noch komplexer und damit teurer wird es, wenn die Mikrochips bereits in Betrieb sind.

Flexible Teststrukturen mit Zwischenspeicher

Wissenschaftler der Hochschule Hamm-Lippstadt (HSHL) haben nun im Rahmen eines Forschungsprojekts eine genauere, kosten- und zeitsparendere Prozedur entwickelt. Sie bedient sich einer Vielzahl neuer, gleichzeitig rekonfigurierbarer Teststrukturen auf dem Mikrochip. Für ein Plus an Flexibilität sorgen ein Zwischenspeicher sowie variable Möglichkeiten zur Komprimierung und Dekomprimierung von Daten. Die Selbsttests bewegen sich dabei im Millisekundenbereich. So können defekte Bauelemente noch schneller entdeckt werden, was bei immer komplexeren und kleiner werdenden Chips von hoher Bedeutung ist. Als konkrete Anwendungsbeispiele nennen die Forscher autonome Steuerungen wie etwa die in autonomen Fahrzeugen. Hier fallen Mikrochips zentrale und sicherheitskritische Aufgaben zu. Verlässliche Tests der Systeme sind also eine Grundvoraussetzung für die Zukunft solcher Entwicklungen.

 

 

Teststrukturen für Mikrochips (Bild: HSHL / Kerstin Heinemann).

Das Testen von Mikrochips ist komplex und teuer. (Bild: HSHL / Kerstin Heinemann).