集成電路芯片的硬件缺陷通常是指芯片在物理上所表現(xiàn)出來的不完善性。集成電路故障(Fault)是指由集成電路缺陷而導(dǎo)致的電路邏輯功能錯(cuò)誤或電路異常操作。導(dǎo)致集成電路芯片出現(xiàn)故障的常見因素有元器件參數(shù)發(fā)生改變致使性能極速下降、元器件接觸不良、信號(hào)線發(fā)生故障、設(shè)備工作環(huán)境惡劣導(dǎo)致設(shè)備無法工作等等。電路故障可以分為硬故障和軟故障。軟故障是暫時(shí)的，并不會(huì)對(duì)芯片電路造成永久性的損壞。它通常隨機(jī)出現(xiàn)，致使芯片時(shí)而正常工作時(shí)而出現(xiàn)異常。在處理這類故障時(shí)，只需要在故障出現(xiàn)時(shí)用相同的配置參數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新配置，就可以使設(shè)備恢復(fù)正常。而硬故障給電路帶來的損壞如果不經(jīng)維修便是永久性且不可自行恢復(fù)的。

通常集成電路芯片故障檢測(cè)必需的模塊有三個(gè)：源激勵(lì)模塊，觀測(cè)信息采集模塊和檢測(cè)模塊。源激勵(lì)模塊用于將測(cè)試向量輸送給集成電路芯片，以驅(qū)使芯片進(jìn)入各種工作模式。故，通常希望測(cè)試向量集能盡量多得包含所有可能的輸入向量。觀測(cè)信息采集模塊負(fù)責(zé)對(duì)之后用于分析和處理的信息進(jìn)行采集。觀測(cè)信息的選取對(duì)于故障檢測(cè)至關(guān)重要，它應(yīng)當(dāng)盡量多的包含故障特征信息且容易采集。檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)分析處理采集到的觀測(cè)信息，將隱藏在觀測(cè)信息中的故障特征識(shí)別出來，以診斷出電路故障的模式。

最早的電路故障診斷方法主要依靠一些簡(jiǎn)單工具進(jìn)行測(cè)試診斷，它極大地依賴于專家或技術(shù)人員的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。在這些測(cè)試方法中，最常用的主要有四類：虛擬測(cè)試、功能測(cè)試、結(jié)構(gòu)測(cè)試和缺陷故障測(cè)試。虛擬測(cè)試不需要檢測(cè)實(shí)際芯片，而只測(cè)試仿真的芯片，適用于在芯片制造前進(jìn)行。它能及時(shí)檢測(cè)出芯片設(shè)計(jì)上的故障，但它并未考慮芯片在實(shí)際的制造和運(yùn)行中的噪聲或差異。功能測(cè)試依據(jù)芯片在測(cè)試中能否完成預(yù)期的功能來判定芯片是否存在故障。這種方法容易實(shí)施但無法檢測(cè)出非功能性影響的故障。結(jié)構(gòu)測(cè)試是對(duì)內(nèi)建測(cè)試的改進(jìn)，它結(jié)合了掃描技術(shù)，多用于對(duì)生產(chǎn)出來的芯片進(jìn)行故障檢驗(yàn)。缺陷故障測(cè)試基于實(shí)際生產(chǎn)完成的芯片，通過檢驗(yàn)芯片的生產(chǎn)工藝質(zhì)量來發(fā)現(xiàn)是否包含故障。缺陷故障測(cè)試對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)都要求很高。芯片廠商通常會(huì)將這四種測(cè)試技術(shù)相結(jié)合，以保障集成電路芯片從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)再到應(yīng)用整個(gè)流程的可靠性和安全性。然而，對(duì)于日趨復(fù)雜的電路系統(tǒng)，這些早期方法越發(fā)顯得捉襟見肘。經(jīng)過不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，許多新的思想和方法相繼問世。電壓診斷出現(xiàn)較早且運(yùn)用較廣。電壓測(cè)試的觀測(cè)信息是被測(cè)電路的邏輯輸出值。此方法通過對(duì)電路輸入不同的測(cè)試向量得到對(duì)應(yīng)電路的邏輯輸出值，然后將采集的電路邏輯輸出值與該輸入向量對(duì)應(yīng)的電路預(yù)期邏輯輸出值進(jìn)行對(duì)比，來達(dá)到檢測(cè)電路在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期邏輯功能的目的。此方法簡(jiǎn)單卻并不適用于冗余較多的大規(guī)模的集成電路。若缺陷出現(xiàn)在冗余部分就無法被檢測(cè)出來。而且當(dāng)電路規(guī)模較大時(shí)，測(cè)試向量集也會(huì)成倍增長(zhǎng)，這會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)試向量的生成難且診斷效率低下等問題。此外，如果故障只影響電路性能而非電路邏輯功能時(shí)，電壓診斷也無法檢測(cè)出來。由于集成電路輸出的電壓邏輯值并不一定與電路中的所有節(jié)點(diǎn)相關(guān)，電壓測(cè)試并不能檢測(cè)出集成電路的非功能失效故障。于是，在 80 年代早期，基于集成電路電源電流的診斷技術(shù)便被提出。電源電流通常與電路中所有的節(jié)點(diǎn)都是直接或間接相關(guān)的，因此基于電流的診斷方法能覆蓋更多的電路故障。然而電流診斷技術(shù)的提出并非是為了取代電壓測(cè)試，而是對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，以提高故障診斷的檢測(cè)率和覆蓋率。電流診斷技術(shù)又分為靜態(tài)電流診斷和動(dòng)態(tài)電流診斷。靜態(tài)電流診斷技術(shù)的核心是將待測(cè)電路處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的電源電流與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，來判定待測(cè)電路是否存在故障?？梢姡撝档倪x取便是決定此方法檢測(cè)率高低的關(guān)鍵。早期的靜態(tài)電流診斷技術(shù)采用的固定閾值，然而固定的閾值并不能適應(yīng)集成電路芯片向深亞微米的發(fā)展。于是，后人在靜態(tài)電流檢測(cè)方法上進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，相繼提出了差分靜態(tài)電流檢測(cè)技術(shù)，電流比率診斷方法，基于聚類技術(shù)的靜態(tài)電流檢測(cè)技術(shù)等。動(dòng)態(tài)電流診斷技術(shù)于 90 年代問世。動(dòng)態(tài)電流能夠直接反應(yīng)電路在進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，其內(nèi)部電壓的切換頻繁程度?；趧?dòng)態(tài)電流的檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)出之前兩類方法所不能檢測(cè)出的故障，進(jìn)一步擴(kuò)大故障覆蓋范圍。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展與逐漸成熟，集成電路芯片故障檢測(cè)技術(shù)也朝著智能化的趨勢(shì)前進(jìn)