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JP2006313089A - 半導体装置のタイミング測定法 - Google Patents

半導体装置のタイミング測定法 Download PDF

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JP2006313089A JP2005135195A JP2005135195A JP2006313089A JP 2006313089 A JP2006313089 A JP 2006313089A JP 2005135195 A JP2005135195 A JP 2005135195A JP 2005135195 A JP2005135195 A JP 2005135195A JP 2006313089 A JP2006313089 A JP 2006313089A
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寿生 野村
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Abstract

【課題】被測定チップの所定のタイミングを精度良く測定する。
【解決手段】半導体評価装置の出力信号DINを出力する出力部101を、入力端子110に配線105で配線されるコネクタ122に、配線104、同軸ケーブル108を介して接続する。半導体評価装置の出力信号CLKを出力する出力部102を、入力端子111に配線105と等長な配線107で配線されるコネクタ124に、配線106、同軸ケーブル109を介して接続する。そして、出力端子112の信号変化に基づいて入力端子110、111間の信号のタイミング差S1を測定する。次に、出力信号DIN、CLKを互いに入れ替え、同軸ケーブル108、109をコネクタ122、124で差し替え、出力端子112の信号変化に基づいて入力端子110、111間の信号のタイミング差S2を測定する。S1とS2の和を求めると、スキューがキャンセルされる。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置のタイミング測定法に関し、特に半導体装置の2つの入力端子間のタイミング差を測定する方法に関する。
一般的に半導体デバイスの評価においては、汎用の半導体評価装置と、個々の半導体デバイスを実装して汎用の半導体評価装置に接続可能な評価治具とを用いる。半導体評価装置は、通常、被評価デバイスが持つ全端子以上の本数の互いに独立した信号出力部を持っている。これら信号出力部間にはそれぞれ固有のスキューが存在するが、これら固有のスキューを完全になくすことは困難を伴う。
また、評価治具は、被評価デバイスの端子と半導体評価装置の信号出力部とを通常1対1の関係で結線する配線を有する。それら個々の配線長は任意であり、これらの評価治具配線間にもそれぞれ固有のスキューが存在する。但し、評価治具における個々の配線間のスキューを極力なくす手段として、各信号配線の長さを等長に設計製造する方法がある。
しかしながら、評価治具の信号本数が多い場合や、被評価デバイスの形状・構造によっては、各信号配線の長さを等長にする為に、通常の等長でない評価治具の配線構造に比べて、複雑な配線経路をとったり、配線層がより多層に及ぶ場合がある。また、等長配線のための設計期間も必要となり、製造コストが高くなるという欠点がある。さらに、設計上等長に配線したとしても、製造段階においての製造バラツキ等が存在するために、完成した評価治具としては、結果として完全に等長になっていない場合がある。
このような理由により、汎用の半導体評価装置と、個々の半導体デバイスを実装する、汎用の半導体評価装置に接続可能な評価治具とを用いた半導体評価においては、被測定デバイスの各信号間には避けられないスキューが存在することとなる。
従来より、このようなスキューを低減する技術がいくつか知られている。例えば、複数のLSIとFPGAを同一基板に配置するプログラマブル信号配線方式が特許文献1に開示されている。この配線方法は、図4に示すように複数のLSI間の信号配線を印刷配線板上の配線パタンより行なう形態において、複数のLSI間の配線パターン内にFPGAを挿入したものである。図4では、印刷配線版1001、LSI1002、被配線パターン1003、FPGA1004、信号モニタ回路1005、書き換え可能読み出し専用メモリ1006を有する。LSI1002の出力端子は、配線パターン1003を介してFPGA1004の入力端子に接続される。FPGA1004の出力端子は、配線パターンを介して他のLSIに接続される。信号配線遅延差分に関しては複数のLSI1002をFPGA1004の周辺にそこから等距離を持って配置することにより、等長配線が可能であるので、配線長の相違による信号伝達遅延差分が生じないようにすることができる。
また、ソケットボードが共用でき、かつ共通部分がそのままで、パッケージあるいはピン機能の割り付けの異なるデバイスの並列測定を可能にするテストボードが特許文献2に開示されている。図5で示されるように、このテストボードは、マザーボード7、中継基板6、ソケットボード3がそれぞれ分離した構造を持っている。また、図6のコネクタピン1、2、19、20で示されれるように、ソケットボード3上の接続ピンを所定より多く設け、それらをソケットボード3の右半分のコネクタ対のコネクタピン4、5、12、13と共有接続させる構造をもつ。更にソケットボード3内の配線をできるだけ等長にすることで、信号のスキューを小さくしている。
特開2000−340734号公報 特開平7−92232号公報
特許文献1の技術によれば、複数のLSIをFPGAの周辺に、そこから等距離を持って配置することにより、等長配線を実現している。ところが、半導体評価装置を使用する場合においては、通常、半導体評価装置の信号出力部は、半導体評価装置の構成によって配置が固定されており、自由に配置することができない。また、半導体評価装置に使用する評価治具においても、被測定デバイスの各端子の配置が固定されているため、被測定デバイス内の異なる端子間同士の配線長を全て同一にすることは極めて困難である。
一方、特許文献2の技術では、マザーボードと被評価デバイスの間に個別に設計・製造できるソケットボードを介在させることにより、半導体評価装置と被評価デバイスの配置制約に関わらず、等長配線を実現している。しかし、その効果は、あくまでもマザーボードを含む評価治具上でのスキュー調整に限定されており、半導体評価装置の信号出力部自身がもつスキューをキャンセルさせることができない。
以上のように従来の技術において、半導体評価装置の出力信号部自身が持つスキューによる誤差が生じるため、被測定チップのセットアップタイミングなどの所定のタイミングを精度良く測定することができなかった。
前記課題を解決する本発明の1のアスペクトに係る半導体装置のタイミング測定法は、半導体評価装置が、評価冶具上に備えられる被評価半導体装置の第1および第2の入力端子間の信号のタイミング差を被評価半導体装置の出力端子の信号変化に基づいて測定する方法である。この方法は、半導体評価装置の第1の出力信号を出力する第1の出力部を、第1の入力端子から第1の配線で配線される第1の接続点に、評価冶具上の第1の経路を介して接続し、半導体評価装置の第2の出力信号を出力する第2の出力部を、第2の入力端子から第1の配線と等長な第2の配線で配線される第2の接続点に、評価冶具上の第2の経路を介して接続し、出力端子の信号変化に基づいて第1および第2の入力端子間の信号の第1のタイミング差を測定する工程と、第2の出力信号を出力する第1の出力部を、第2の接続点に第1の経路を介して接続し、第1の出力信号を出力する第2の出力部を、第1の接続点に第2の経路を介して接続し、出力端子の信号変化に基づいて第1および第2の入力端子間の信号の第2のタイミング差を測定する工程と、第1のタイミング差と第2のタイミング差との和を求める工程と、を含む。
本発明によれば、半導体評価装置の信号出力部と被評価デバイス間の配線を入れ替えるように構成にし、同一の入力信号をそれぞれ異なる信号伝播経路を介した入力条件でタイミングを測定する。この測定によって、入れ替えの対象となった入力信号間のスキューがキャンセルされ、被測定チップの所定のタイミングを精度良く測定することができる。
本発明の実施形態に係る半導体装置のタイミング測定法は、半導体評価装置が、評価冶具上に備えられる被測定デバイス(図1の115)の第1入力端子(図1の110)と第2の入力端子間(図1の111)の信号のタイミング差を被測定デバイスの出力端子(図1の112)の信号変化に基づいて測定する方法である。この方法は、半導体評価装置の第1の出力回路(図1の101)から出力される第1の出力信号を、第1の入力端子から第1の配線で配線される第1の接続点(図1の122)に、評価冶具上の第1の経路(図1の104、108)を介して接続する。半導体評価装置の第2の出力回路(図1の102)から出力される第2の出力信号を、第2の入力端子(図1の111)から第1の配線と等長な第2の配線(図1の107)で配線される第2の接続点(図1の124)に、評価冶具上の第2の経路(図1の106、109)を介して接続する。そして、半導体評価装置は、第1の出力信号のレベル遷移に対する第2の出力信号のレベル遷移のタイミングをずらして、出力端子のレベル遷移が発生するタイミングを測定することで第1および第2の入力端子間の信号のタイミング差S1を測定する。
次に、第1の出力回路から出力される第2の出力信号を、第2の接続点に第1の経路を介して接続するように変更し、第2の出力回路から出力される第1の出力信号を、第1の接続点に第2の経路を介して接続するように変更する。そして、半導体評価装置は、第1の出力信号のレベル遷移に対する第2の出力信号のレベル遷移のタイミングをずらして、出力端子のレベル遷移が発生するタイミングを測定することで第1および第2の入力端子間の信号のタイミング差S2を測定する。
さらに、測定したタイミング差S1とタイミング差S2との和S1+S2を求める。求めた和S1+S2では、半導体評価装置と評価治具を含めた、入力信号間のスキューがキャンセルされる。したがって、この和から被測定デバイスのセットアップタイミングなどの所定のタイミングを精度良く求めることができる。以下、実施例に即して図面を参照して詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の実施例に係る半導体装置のタイミング測定法における装置構成を示すブロック図である。図1において、評価治具は、半導体評価装置の信号出力部101、102及び信号入力部103と電気的に接続されるテストボード113を備える。テストボード113には、被測定デバイス115が搭載される。被測定デバイス115は、ラッチ回路を含み、データ入力端子(D)110、クロック入力端子(C)111、出力端子(Q)112を備え、クロック入力端子111に入力されるクロック信号のエッジでデータ入力端子110に入力される信号をラッチし、ラッチした信号を次のクロックで出力端子112から出力する。
テストボード113は、半導体評価装置の信号出力部101と一端が電気的に結線された信号配線104、半導体評価装置の信号出力部102と一端が電気的に結線された信号配線106、半導体評価装置の信号入力部103と一端が電気的に結線された信号配線114、被測定デバイス115のデータ入力端子110と一端が結線された信号配線105、被測定デバイス115のクロック入力端子111と一端が結線された信号配線107、被測定デバイス115の出力端子112と一端が結線された信号配線114を備える。ここで、信号配線105と信号配線107は、等長であるように構成する。
また、信号配線104の他端に同軸ケーブル108を接続できるコネクタ121と、信号配線105の他端に同軸ケーブル108を接続できるコネクタ122と、信号配線106の他端に同軸ケーブル109を接続できるコネクタ123と、信号配線107の他端に同軸ケーブル109を接続できるコネクタ124とを備える。なお、コネクタ121、122、123、124は、SMA(Sub Miniature Type A)等のコネクタであり、コネクタ121、122は、同軸ケーブル108の両端にそれぞれ接続され、コネクタ123、124は、同軸ケーブル109の両端にそれぞれ接続される。
なお、以上の構成において、コネクタ121、123を廃し、信号配線104の一端と同軸ケーブル108の一端とを直接接続し、信号配線106の一端と同軸ケーブル109の一端とを直接接続してもよい。さらに、コネクタ122の代わりに、同軸ケーブル108、109のいずれか一方を選択して信号配線105の一端と接続し、コネクタ124の代わりに、同軸ケーブル108、109の他方を選択して信号配線107の一端と接続するスイッチ構成としてもよい。
図1(b)は、図1(a)の構成に対し、コネクタ121とコネクタ124を同軸ケーブル108によって互いに接続し、コネクタ123とコネクタ122を同軸ケーブル109によって互いに接続するように接続構成を変更した図である。
次に、タイミング測定法について、被測定デバイス115のセットアップタイミングの評価を例として説明する。図2は、本発明の第1の実施例に係る半導体装置のタイミング測定法における動作を表すフローチャートである。セットアップタイミングの測定は、図1(a)と図1(b)の接続構成の双方で行なう。
ステップS11において、まず図1(a)の接続構成とし、データ入力信号DINが入力されるデータ入力端子110は、半導体評価装置の信号出力部101に接続され、クロック信号CLKが入力されるクロック入力端子111は、半導体評価装置の信号出力部102に接続される。
この接続状態において、データ入力端子110へ入力するデータ入力信号DINのタイミングに対し、クロック入力端子111へ入力するクロック信号CLKのタイミングを遅らせていく。遅らせる値がある一定の値以上あれば、データ入力信号はクロック信号によって正しくラッチされ、次のクロック入力タイミングで出力端子112にラッチされた結果が出力され、信号配線114を伝播して半導体評価装置の信号入力部103によって結果が判定される。
半導体評価装置は、データ入力端子110へ入力するデータ入力信号DINのタイミングに対し、クロック入力端子111へ入力するクロック入力信号CLKのタイミングを所定量遅らせた場合の正しく入力データがラッチできた最小の値をセットアップ測定値S1とする。
次にステップS12において、図1(b)の接続構成に変更する。データ入力端子110は、半導体評価装置の信号出力部102に接続され、クロック入力端子111は、半導体評価装置の信号出力部101に接続される。
この接続状態において、データ入力端子110へ入力するデータ入力信号DINのタイミングに対し、クロック入力端子111へ入力するクロック入力信号CLKのタイミングを遅らせていく。図1(a)の測定と同様に、遅らせる値がある一定の値以上あれば、データ入力信号はクロック信号によって正しくラッチされ、次のクロック入力タイミングで出力端子112にラッチされた結果が出力され、信号配線114を伝播して半導体評価装置の信号入力部103によって結果が判定される。
半導体評価装置は、データ入力端子110へ入力するデータ入力信号DINのタイミングに対し、クロック入力端子111へ入力するクロック入力信号CLKのタイミングを所定量遅らせた場合の正しく入力データがラッチできた最小の値をセットアップ測定値S2とする。
上記評価方法において、半導体評価装置で測定されるセットアップ測定値S1、S2の値は、半導体評価装置の各信号出力部101、102のスキューおよびテストボード113の各信号配線104、105、106、107と各同軸ケーブル108、109の持つ遅延値を含んだ値である。
ここで、半導体評価装置の信号出力端子101、102自身のもつスキュー値をそれぞれCh1Skew、Ch2Skew、信号配線104、106の遅延値をそれぞれDelayA1、DelayA2、互いに等長である信号配線105、107の遅延値をDelayB、同軸ケーブル108、109の遅延値をそれぞれDelayC1、DelayC2、半導体評価装置の信号出力端子101、102へのデータ入力タイミングをDin、半導体評価装置の信号出力端子102、101へのクロック入力タイミングをClkとする。
このとき、図1(a)の接続構成と、図1(b)の接続構成とでそれぞれ測定されたセットアップ測定値S1、S2の値は、それぞれ次の式(1)、式(2)で与えられる。
S1=(Clk+(Ch2Skew+DelayA2+DelayC2+DelayB))−(Din+(Ch1Skew+DelayA1+DelayC1+DelayB))・・・式(1)
S2=(Clk+(Ch1Skew+DelayA1+DelayC1+DelayB))−(Din+(Ch2Skew+DelayA2+DelayC2+DelayB))・・・式(2)
次に、ステップS13において、セットアップ測定値S1、S2の値の和S1+S2を求める。和S1+S2では、式(3)に示すように、半導体評価装置の各信号出力部101、102のスキュー、信号配線104、106の遅延量、同軸ケーブル108、109の遅延量がキャンセルされ、セットアップ値の2倍の値を得ることができる。
S1+S2=2(Clk−Din)=2×セットアップ値・・・式(3)
以上のように、データ入力端子110とクロック入力端子111とのタイミング差を、データ入力端子110への配線とクロック入力端子111への配線とを途中で入れ替えて測ることで、半導体評価装置の各信号出力部のスキューと信号配線の遅延量がキャンセルされ、高精度なセットアップ値を得ることができる。
なお、以上の説明ではセットアップ値の測定について説明した。しかしこれに限定されることなく、ホールドタイム等、一般的に2つの入力端子間の信号のタイミング差によって出力信号に変化が起きるようなものについても同様に精度良く計ることができる。
図3は、本発明の第2の実施例に係る半導体装置のタイミング測定法における装置構成を示すブロック図である。実施例1では半導体評価装置の2つの信号出力部と被測定デバイスを結線する信号配線間にコネクタを設置し、互いにケーブルで接続することで図1の接続構成を実現していた。第2の実施例では半導体評価装置の信号出力部と被測定デバイスを結線する信号配線間に設置するコネクタを複数設けた例である。
図3において、図1と同一の符号は同一物を示し、図1と異なる部分について説明する。評価治具は、半導体評価装置の信号出力部101a、101b、101c、102及び信号入力部103と電気的に接続されるテストボード113aを備える。テストボード113aには、被測定デバイス115aが搭載される。被測定デバイス115aは、ラッチ回路を含み、データ入力端子(D)110a、110b、110c、クロック入力端子(C)111、出力端子(Q)112を備え、クロック入力端子111に入力されるクロック信号のエッジでデータ入力端子110a、110b、110cのいずれかに入力される信号をラッチし、ラッチした信号を次のクロックで出力端子112から出力する。
テストボード113aは、信号配線106、107、114に加え、半導体評価装置の信号出力部101a、101b、101cとそれぞれ一端が電気的に結線された信号配線104a、104b、104c、被測定デバイス115aのデータ入力端子110a、110b、110cとそれぞれ一端が結線された信号配線105a、105b、105c、を備える。ここで、信号配線105a、105b、105cと信号配線107は、等長であるように構成する。
また、コネクタ123、124に加え、信号配線104aの他端に同軸ケーブル108aを接続できるコネクタ121aと、信号配線105aの他端に同軸ケーブル108aを接続できるコネクタ122aと、信号配線104bの他端に同軸ケーブル108bを接続できるコネクタ121bと、信号配線105bの他端に同軸ケーブル108bを接続できるコネクタ122bと、信号配線104cの他端に同軸ケーブル108cを接続できるコネクタ121cと、信号配線105cの他端に同軸ケーブル108cを接続できるコネクタ122cと、を備える。なお、コネクタ121a、122aは、同軸ケーブル108aの両端にそれぞれ接続され、コネクタ121b、122bは、同軸ケーブル108bの両端にそれぞれ接続され、コネクタ121c、122cは、同軸ケーブル108cの両端にそれぞれ接続される。
なお、以上の構成において、コネクタ121a、121b、121c、123を廃し、信号配線の一端と同軸ケーブルの一端とを直接接続してもよいことは、実施例1と同様である。さらに、コネクタ122a、122b、122c、124の代わりに、スイッチ構成としてもよいことも実施例1と同様である。
図3(b)は、図3(a)の構成に対し、コネクタ121cとコネクタ124を同軸ケーブル108cによって互いに接続し、コネクタ123とコネクタ122cを同軸ケーブル109によって互いに接続するように接続構成を変更した図である。
以上のような図3(a)、(b)の構成において、実施例1で説明したと同様にして、データ入力端子110cとクロック入力端子111とのタイミング差を、データ入力端子110cへの配線とクロック入力端子111への配線とを途中で入れ替えて測ることで、半導体評価装置の各信号出力部のスキューと信号配線の遅延量がキャンセルされ、高精度なセットアップ値を得ることができる。
また、図3において、特定の2端子(110c、111)のみならず、クロック入力端子111と、データ入力端子110a、110b、110cから選択される任意の端子との間で配線を入れ替えてタイミング測定を行うことができる。例えば、図3(b)の構成に替えて、コネクタ121bとコネクタ124を同軸ケーブル108bによって互いに接続し、コネクタ123とコネクタ122bを同軸ケーブル109によって互いに接続するようにしてもよい。また、コネクタ121aとコネクタ124を同軸ケーブル108aによって互いに接続し、コネクタ123とコネクタ122aを同軸ケーブル109によって互いに接続するようにしてもよい。
なお、図3では、データ入力信号の系統が3組である場合を例示したが、2あるいは4組以上あっても同様な構成でタイミングを測定できることは言うまでもない。
本発明の第1の実施例に係る半導体装置のタイミング測定法における装置構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施例に係る半導体装置のタイミング測定法における動作を表すフローチャートである。 本発明の第2の実施例に係る半導体装置のタイミング測定法における装置構成を示すブロック図である。 従来技術の信号伝達遅延差分が生じない信号線配線方式の構成を示す図である。 従来技術の集積回路の電気的性能測定を行なうテストボードの主要部分を共有化できる評価治具を説明する立面図である。 従来技術の集積回路の電気的性能測定を行なうテストボードのソケットボード部分の平面図である。
符号の説明
101、101a、101b、101c、102 信号出力部
103 信号入力部
104、104a、104b、104c、105、105a、105b、105c、106、107、114 信号配線
108、108a、108b、108c、109 同軸ケーブル
110、110a、110b、110c データ入力端子
111 クロック入力端子
112 出力端子
113、113a テストボード
115、115a 被測定デバイス
121、121a、121b、121c、122、122a、122b、122c、123、124 コネクタ

Claims (5)

  1. 半導体評価装置が、評価冶具上に備えられる被評価半導体装置の第1および第2の入力端子間の信号のタイミング差を被評価半導体装置の出力端子の信号変化に基づいて測定する方法であって、
    半導体評価装置の第1の出力信号を出力する第1の出力部を、前記第1の入力端子から第1の配線で配線される第1の接続点に、前記評価冶具上の第1の経路を介して接続し、
    前記半導体評価装置の第2の出力信号を出力する第2の出力部を、前記第2の入力端子から前記第1の配線と等長な第2の配線で配線される第2の接続点に、前記評価冶具上の第2の経路を介して接続し、
    前記出力端子の信号変化に基づいて前記第1および第2の入力端子間の信号の第1のタイミング差を測定する工程と、
    前記第2の出力信号を出力する前記第1の出力部を、前記第2の接続点に前記第1の経路を介して接続し、
    前記第1の出力信号を出力する前記第2の出力部を、前記第1の接続点に前記第2の経路を介して接続し、
    前記出力端子の信号変化に基づいて前記第1および第2の入力端子間の信号の第2のタイミング差を測定する工程と、
    前記第1のタイミング差と前記第2のタイミング差との和を求める工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置のタイミング測定法。
  2. 前記第1および第2のタイミング差を測定する工程において、
    前記第1および第2の出力信号は、2値レベル信号であって、
    前記半導体評価装置は、前記第1の出力信号のレベル遷移に対する前記第2の出力信号のレベル遷移のタイミングをずらして、前記出力端子のレベル遷移が発生するタイミングを測定することで前記第1および第2のタイミング差をそれぞれ求めることを特徴とする請求項1記載の半導体装置のタイミング測定法。
  3. 前記第1および第2の接続点は、コネクタで構成されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置のタイミング測定法。
  4. 前記被評価半導体装置は、前記第1の入力端子がデータ入力端子であって、前記第2の入力端子がクロック入力端子であって、前記出力端子がデータ出力端子であるラッチ回路であり、
    前記和から前記ラッチ回路のセットアップ時間またはホールド時間を求めることを特徴とする請求項1記載の半導体装置のタイミング測定法。
  5. 前記被評価半導体装置は、複数のデータ入力端子を備え、前記第1および第2の入力端子のいずれか一方は、前記複数のデータ入力端子から選択される1つの端子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一に記載の半導体装置のタイミング測定法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9353200B2 (en) 2011-12-20 2016-05-31 Samsung Sdi Co., Ltd. Thermoplastic (meth)acrylate copolymer, resin composition comprising same, and molded products thereof
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