用于对电子电路的晶片进行测试的测试装置以及相关方法

专利名称：用于对电子电路的晶片进行测试的测试装置以及相关方法
用于对电子电路的晶片进行测试的测试装置以及相关方法技术领域
本发明的一些方面大致涉及用于测试板的方法及装置，该板例如是用于形成在太阳能或光伏工厂或制造厂中使用的太阳能电池的衬底。本发明的其他方面涉及，在电池的制造步骤中直接进行的，对太阳能及光伏电池中的端子以及金属线(例如，手指或总线)的线电阻进行设计。
可以在用于制造板或衬底的工厂中使用实施例，以用于形成电子电路。在一些实施例中，可以使用方法及装置来执行对具有硅或氧化铝基的板(例如，晶片或衬底)上的阻抗类型(例如，光伏电池或绿带电路)的一系列品质测试。
背景技术：
阻抗端子对于电子电路的品质以及效果极其重要。因此，需要仔细彻底地对其进行检验。当用于制造电路的板中存在的组件的密度增大时，这变的甚至更为重要。
可在用于这类板的电子测试过程中使用各种技术。大体上，对于板的正常制造而言，在分离的处理中对样本板进行测试。
广泛使用的这些技术中的一种被称为TLM (传输线模型)。在TLM技术中，从通过插入(通过对相邻或间隔成对金属线(例如，手指或总线)之间的阻抗进行多次测量而获得的)η值而获得的曲线的数值衰退中确定与端子电阻相关的相对参数。
具体而言，由于所使用的测试设备的限制、制造金属线的误差以及因对经测试的带的错误制备而造成的误差，上述技术存在一些缺陷。还会存在因在执行运算时所假定的错误假设而造成的误差。
对于与使用该测试方法所关的问题更深入的研究，请参考Kirk等人所著的文章， “Development of the transmission line method for measuringcontact to high sheet resistance emitters with improved accuracy，，，于 2010 年 9 月 6-10 日发表于 Spain, Valencia,第 25 届 European Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition/ 第 5 届 World Conference on PhotovoltaicEnergy Conversion。
用于对端子的阻抗进行 上述测试的其他技术是那些公知的技术，如“Squares Pattern”以及“Dotted Pattern”。可通过在样本板上生成预定金属化图案,然后产生通过金属化区域的电流，由此确定阻抗曲线对端子面积的比率，来执行这些技术。
发表于IEEE Transactions 2009,由 Μ· Melczarsky 等人所著的文章 “Contact Resistance Measurement Techniques for Ag Thick-Film Screen-Printed Contacts to Solar Cells”中，将这两种技术与TLM进行了比较，结论是后者对于测量丝网印刷端子而言并非最合适，这是由于该方法的灵敏性坡度以及端子脚的分离，其定义了这类金属化技术。
尽管已经进行了改进，但上述其他两种技术也存在缺陷，具体而言在通过插入一系列不同测量时来确定测量数据中的问题，因此存在与插入技术相关的缺陷，并且对于获得的插值曲线的坡度存在影响。
在利用TLM技术来测量端子阻抗时，假定对其上沉积有端子的衬底进行均匀的掺杂。但是，在所谓选择性发射极技术的情况下，衬底在端子正下方的浓度方面存在巨大差异，这会不利地影响测量的结果。因此，需要研发改进的技术及设备。具体而言，存在下述需求，即研发技术及设备以用于执行对要用作太阳能/光伏电池的电子电路的板的测试，其中可以克服或至少极大地限制现有技术中的缺陷。

发明内容
这里讨论的特定实施例直接，而非通过插值，来测量线及端子阻抗的值。因此，已经获得的以下优点防止与形成插值曲线的数学系数相关的问题；能够即使在制造线自身也执行测量，因此无需分离于并独立于制造的测试处理；如果在执行时通过检验来确定缺陷或不精确性，能够执行对线的校正；与对在测试结构上测量的阻抗的单一名义值的TLM技术不同，能够对经过测试的电池的一部分上的端子阻抗进行设计；允许利用选择性发射极技术来对太阳能电池上的端子阻抗进行测量，其中发射极具有端子下的掺杂变化。无需具体辅助测试结构，就可实现其他优点。此外，这里所述的实施例可方便地适用于可用的任意栅结构。申请人已经设计，测试并描述了这些实施例以克服现有技术的缺陷，并获得这些及其他效果及优点。独立权利要求给出并界定了具体实施例，而从属权利要求则描述了提供的实施例的其他特征或变化。根据上述目的，在一个实施例中，提供了用于测量电子电路的板的测试装置，包括测量头，其被构造成三个独立功能块，每一个功能块均能够彼此独立地移动，由此对于来从制造线的电子电路在电池或板(晶片或衬底)上执行不同的阻抗测量。每一个功能块均能够支持各个测量探头，其适于被布置以与板上的金属线接触，由此执行相对测量。在一些实施例中，每一个探头均由导电线构成，其例如由钨或其他合适的金属材料制成。同样也可使用其他类型的探头，其全部均应落入这里的保护范围。在一种实施例的形式中，用于各探头的导电线有利地至少为四个，并且彼此平行布置。导电线可被布置以与来自生产线的板上的金属线发生接触，以执行测量。具体而言，导电线中的两条适于使电流流入，并且其他两条导电线适于测量压力(或电压)。在一些实施例中，探头中至少一者的导电线可与其他探头的导电线共享。在其他实施例中，一个或多个共享导电线的构造允许装置内导电线的总数量少于12条。在一些实施例中，在从制造线取得的样本板上顺序执行测量。测量也可通过激光或机械切割来实现使金属线(手指)隔离的第一步。隔离操作具有产生具体测量电池的功能，以允许从测量电池收集关于电流的信息，而不会使信息分散。例如，因为太阳能电池的手指大体上彼此连接，其产生电流趋于流过的低阻路径。因此，例如在测量总电阻以及/或端端子阻抗期间，需要隔离步骤来强迫电流流过衬底。在其他实施例中，测量的第二步用于界定或设计栅，用于对要执行测量的基本单元进行构建。在一些实施例中，测量头包括三个功能块。对于各个基本单元，使得构成测量头的三个功能块顺序动作。第一功能块被用于测量片或表面阻抗，第二功能块被用于测量总阻抗，而第三功能块被用于测量端子端阻抗。
在其他实施例中，三个功能块具有各自自主测量探头，其至少可沿垂直方向相互 独立移动(例如，移动接近或远离用于电子电路的板)。因此，也可根据要求以及具体应用 来改变测量次序。
基于从三个功能块获得的全部测量结果，能够执行对选择基本单元的端子阻抗的 分析运算，由此获得需要的结果。
然后可以对于板/晶片所划分成的全部基本单元来重复测试方法，由此获得其上 执行测试的板的端子阻抗的总体值。
这些实施例的一个优点在于其允许在制造步骤过程中直接测量用于电子电路的 板的端子阻抗。另一优点在于测量并不限于预定尺寸的栅以及基本单元，其可被设定并且 适用于具体要求及应用的各种情况。
在测量结束时，在测量片阻抗的同时，从设计用于各基本单元的端子阻抗而获得 的另一优点，允许设计要获得的片阻抗。
从具有两对探头的总阻抗的测量块获得另一优点，其可被用于执行在任意导体上 的四个位置处的测量。例如，能够沿手指来放置块以提取线阻抗的相对值，换言之，测量的 手指的每单位长度的阻抗。
除了上述实施例之外，还设置了用于测试电子电路的板的装置及方法。应当理解， 可以相互结合使用各个实施例。
在一个实施例中，设置测试装置以对电子电路的板进行测试，该测试装置包括具 有第一、第二以及第三功能块的测试头，其中各功能块能够彼此独立运动，并且适于在电池 或板上执行不同阻抗测试，并且其中各功能支持多个测量探头，其适于被设置以与布置在 电池或板上的一个或多个金属线或手指发生接触。
在另一实施例中，每一个测量探头分别包括一个或多个导电线。在其他实施例中， 由钨来制成导电线。另一实施例提供了多个测量探头，包括具有四个测量探头的第一、第二 或第三功能块中的至少一者，每一个测量探头分别具有至少一个导电线，并且至少两个测 量探头适于使电流流入，并且其他两个测量探头适于执行对压力的测量。在另一实施例中， 对于各个测量探头，导电线被彼此大致平行布置。装置还可包括开关，其电连接至测量头， 由此选择性地激励第一、第二或第三功能块中至少一者。
其他实施例提供了用于测试电子电路的方法，该方法包括使电子电路的一个或 多个板上存在的多个金属线或手指绝缘；设计栅，用于构建基本单元，在其上执行测量，并 且激励包括第一、第二以及第三功能块的测量头，使得各功能块依次动作以执行顺序测量 步骤，包括利用所述第一功能块来测量所述表面阻抗；利用所述第二功能块来测量所述 总阻抗，并且利用所述第三功能块来测量所述端端子阻抗。
该方法还包括利用从第一、第二以及第三功能块获得的全部测量结果来计算基本 单元中一者的端子阻抗。在另一实施例中，该方法还可包括对于将电子电路的板划分而成 的全部基本单元重复顺序测量步骤，并且获得板的端子阻抗的全部值。在其他实施例中，通 过激光切割或机械切割来执行对金属线或手指的隔离。
在另一实施例中，提供测试装置来测量太阳能电池，包括控制单元；与控制单元 电通信的电源；与控制单元电通信的电压表；以及与控制单元电通信的测量头，该测量头 具有第一功能块，第二功能块以及第三功能块，其中，各功能块适于测量太阳能电池的一个或多个特性。在另一实施例中，第一、第二以及第三功能块中每一者均包括四个测量探头。另一实施例利用了三个相邻手指，提供了第一功能块，其适于测量太阳能电池的单位面积的片阻抗，第二功能块适于测量两个绝缘手指之间的总阻抗，并且第三功能块适于测量端子端阻抗。在其他实施例中，至少在第二及第三功能块上的探头被构造成以使得探头的位置被改变以适用于被测试的太阳能电池的尺寸或类型。在其他实施例中，一个功能块上的四个探头可独立于其他两个功能块而被抬升或降低。此外，通过抬升或降低功能块，一个功能块上的四个探头可被抬升或降低。在其他实施例中，测试装置还包括与控制单元及测量头电通信的开关。其他实施例提供了与电源电通信的开关、电压表以及各个功能块。另一实施例提供了测试装置，其还包括移动单元，其中移动单元被构造以移动被测试的太阳能电池，并且移动单元还包括测量头。此外，测量装置还可包括电子检测单元，其中，电子检测单元包括电源、电压表以及开关。


为了更详细地理解上述特征，可参考实施例来进行更具体的描述，在附图中示出了一些实施例。应当注意，附图仅示出了用于讨论的示例性实施例，因此并不限于权利要求的范围。图1提供了框图，示出了根据一些实施例的测试装置。图2示出了在根据一些实施例的测试装置中使用的测量头的基本结构。图3示出了用于图1的测试装置的构造的尺寸参数。图4示出了用于测量片电阻的示例性应用。图5提供了视图，示出了测试装置的第一功能框的操作的示例，其可被用于测量片电阻。图6提供了视图，示出了测试装置的第二功能框的操作的示例，其可被用于测量总电阻。图7提供了视图，示出了测试装置的第三功能框的操作的示例，其可被用于测量端子端阻抗。图8a_d示出了根据一些实施例，形成先于测量的执行的栅的次序。图9a_d示出了根据一些实施例的测量方法的次序。无需多言，可以想到，可将一个实施例有利地结合在其他实施例中。
具体实施例方式本发明的实施例可提供用于诸如晶片11 (如图8b及图8c所示)或衬底的测试板的测试装置100，其可被用于形成太阳能电池的至少一部分或包含该装置的电子电路的至少一部分。如图1所示，测试装置100可包括三个功能单元“a”，“b”及“C”。一个功能单元是控制单元，由“a”表示，其至少包括PC 101 (或其他运算装置)。第二功能单元是电子检测单元，其由“b”表示。在本示例中，电子检测单元“b”包括电压表41、电源42以及开关
43。第三功能单元是移动单元，由“c”表示。在本示例中,移动单元“c”被构造以移动测量头10以及晶片11两者。
控制单元“a”的功能是管理测量头10的移动，并且控制并命令电子装置。为此， 控制单元“a”可使用专用于应用的软件。
电子检测单元“b”至少包括电压表41以及电源42，并且分别具有测量压力(或电压)的功能以及供应电流的功能。在本示例中，电子检测单元“b”还包括开关43，其被构造使得可以对于测量的各种情况来选择测量单元。
移动单元“c”还包括一系列致动器以及线性电动机(未示出)，以根据栅(将在以下描述)的设计来在其布置平面xy上移动晶片11，并例如通过根据要执行的测量次序来使测量头10移动接近或远离晶片11来在平面z (与晶片11的布置平面正交)上移动测量头10。在一些实施例中，放置平面xy可被水平布置，并且平面z可被垂直布置。
在图2及图3所示的实施例中，测量头10分别包括三个功能块12，13及14，其在各个方向Z1, z2, Z3(例如参见图1)上在平面z上彼此独立可移动，由此根据要被执行的测量的次序，移动接近或远离要被测量的晶片U。
在图中所示的实施例中，各个功能块12，13及14包括四个测试探头15，其分别可包括由适用于上述目的的由钨或其他材料制成的一个或更多导电丝。测试探头15是公知类型，并且其结构以及构造并不限于实施这里所述的实施例。图2还示出了在各功能块12， 13及14上对测试探头15进行定位及分组。在功能块12上，设置一组四个相邻的探头“A”。 在功能块13上，设置分隔开一定间距的两对探头“B”。在功能块14上，在中心位置设置一对探头“B”，并且定位在两个单一探头“C”之间，其分别被设定远离一对探头“B”。在一些实施例中，可以调整对探头分组(组、对及单个)的相对定位，由此测量具有不同组件尺寸的板，或测量不同类型的板。
图3示出了沿水平面的轴X及轴I的各个探头15的轴线之间的距离。距离λ示出了沿y方向从功能块14中的第一探头的轴线至功能块14中的第二及第三探头之间的中心轴线的距离。距离λ也与功能块13中的第一及第二探头之间的中心轴线与功能块13 中的第三及第四探头之间的中心轴线的距离相符合。距离Ω示出了沿y方向从功能块14 中的第二及第三探头之间的中心轴线至功能块14中的第四探头的轴线的距离。因此，距离 λ以及Ω可代表功能框内一个或更多单个探头之间的内轴线。这些内轴线距离可在具体功能框内的各个探头之间根据希望而发生变化，由此适应于要被测试的具体晶片11的尺寸及类型。在本示例中，功能块14中第一探头的轴线与功能块13中第一组探头(第一及第二探头)的中心轴线对准，并且功能块14中的第二及第三探头组的中心轴线与功能块13 中的第二组探头(第三及第四探头)的中心轴线对准。
在沿轴线X的方向上，可以看到具体功能块的探头被对准。例如，功能块14中的测试探头15的轴线分别对准。距离β示出了沿X方向从功能块14 中的测试探头15的轴线至功能块13中的测试探头15的轴线的距离。类似地，距离α示出了沿X方向从功能块 13中的测试探头15的轴线至功能块12中的测试探头15的轴线的距离。在本示例中，沿y 方向的相邻功能块中的探头之间的距离固定不变。类似的，沿y方向的功能块12，13及14 之间的距离固定不变。
图8a及图Sb示出了对晶片11的栅的设计。在一些实施例中，测量的第一步是设计要被测试的样本晶片11的栅。为了构造栅，晶片11被划分为基本单元(或适于测量的其他单元)。在本示例中，基本单元被沿轴线y的间距5以及沿轴线X的间距Λ定义。可以任意(或基于常规或希望喜好)选择间距δ，而间距△则是要被测试的金属线或手指(例如，参见图4中的手指16)的宽度的函数。一旦已经定义了基本单元，就可开始测量处理。图Sc及图8d中示出了该处理。在本实施例中，测量头10基于命令从控制单元101移动开以执行测量次序。因此，可对各基本单元或其他单元来执行测量。例如，从第一单元(参见图8d)开始的用于各基本单元的测量次序可首先驱动功能块12以测量片电阻。图4示意性地示出了功能块12的功能，其用于将由15a，15b，15c，15d(图5)表示的(z轴)四个探头降低与两个相邻手指16之间的中间空间接触，以通过两个外部探头15a及15d来通过电源42发出电流，并且在两个内部探头15b及15c之间检测压力(或电压)(图5及图％)。图6及图9c示出了(例如在一个或更多基本单元中)在已经测量了片电阻之后的额外步骤。下面，该方法可驱动功能块13，其被降低至晶片11上，以使得测试探头15与晶片11上的最外侧手指16接触，以测量总电阻。为了获得该测量结果，探头115a，115b与第一端手指16发生接触，而探头115c以及115d与第一手指16相对的第二端手指16发生接触。使得电流在探头115a与115d之间循环，并且测量探头115b及115c之间的压力(或电压)。当已经测量了总电阻时，利用功能块14来测量接触端电阻(图7及图9d)，其被降低以与晶片11接触，以使测试探头15与相邻手指16接触。具体而言，第一外部探头215a以及与其相邻的内部探头215b 与两个相邻的手指16接触，类似于内部探头215b，探头215c与同一手指接触，并使探头215d与第三手指16接触。使得电流在两个第一外部探头215a及215d之间循环，并且测量两个215c及215d之间的压力(图7)。当已经执行了对第一基本单元的测量时，对全部基本单元重复顺序处理。基于全部执行的测量，通过合适的微积分算法，获得对参考单元的中央手指的电阻的测量结果，由此决定了样本晶片的测试结论。虽然以上涉及本发明的实施例，但不脱离其基本范围，可以获得本发明的其他实施例,并且本发明的范围由所附权利要求决定。
权利要求
1.一种测试装置，用于测试板，其包括测试头，其具有第一、第二以及第三功能块，其中，每一个功能块能够彼此独立地移动， 并且适于在包括衬底的板上执行不同的阻抗测量，所述板包括金属线或手指；并且其中，所述第一功能块包括测量探头，其被布置并被构造以测量衬底的表面阻抗，所述第二功能块包括测量探头，其被布置并被构造以测量两个相对手指之间的总阻抗，并且所述第三功能块包括测量探头，其被布置并被构造以测量三个相邻手指之间的端子端阻抗。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述测量探头中每一者均包括一个或更多导电线。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其中，所述导电线由钨制成。
4.根据权利要求2所述的测试装置，其中，所述第一、第二或第三功能块中至少一者的所述测量探头包括四个探头，每一个测量探头分别包括至少一个导电线，并且至少两个所述测量探头适于注入电流，而其他两个测量探头适于执行对电压的测量。
5.根据权利要求4所述的测试装置，其中，对于每一个测量探头而言，所述导电线彼此大致平行布置。
6.根据权利要求4所述的测试装置，还包括开关，其电连接至所述测量头，由此选择性地激励所述测量头的所述功能块中至少一者。
7.一种方法，用于测试前述任一权利要求中的板，其中，所述板包括衬底，其上设置有金属线或手指，所述方法包括使所述板上存在的多个所述金属线或手指绝缘；设计栅，用于构建基本单元，在其上执行所述测量，并且分别利用构成所述测量头的第一、第二以及第三功能块，对于所述基本单元中每一者， 执行顺序测量步骤，所述顺序测量步骤包括利用所述第一功能块来测量所述表面阻抗，利用所述第二功能块来测量所述总阻抗，并且利用所述第三功能块来测量所述端子端阻抗。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括，基于从所述第一、第二以及第三功能块获得的全部测量结果，来计算所述基本单元中一者的端子阻抗。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括对于所述板被划分成的全部所述基本单元，重复所述顺序测量步骤；并且获得所述板的所述端子阻抗的所述整体值。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，通过激光或机械切割来使所述金属线或手指绝缘。
11.一种测试装置，用于测试太阳能电池，包括控制单元；与所述控制单元电通信的电源；与所述控制单元电通信的电压表；以及测量头，其与所述控制单元电通信，所述测量头具有第一功能块，第二功能块以及第三功能块，其中，每一个功能块均适于测量太阳能电池的一个或多个特性，使得所述第一功能块适于测量所述太阳能电池的单位面积的片阻抗，所述第二功能块适于测量在所述太阳能电池上形成的两个绝缘手指之间的总阻抗，并且所述第三功能块适于利用三个相邻手指来测量所述太阳能电池的一部分的端子端阻抗。
12.根据权利要求11所述的测试装置，其中，所述第一、第二以及第三功能块中每一者分别包括四个测量探头。
13.根据权利要求12所述的测试装置，其中，至少所述第二以及第三功能块上的所述测量探头被构造，使得所述测量探头的一部分可被改变，以适于正被测试的所述太阳能电池的尺寸或类型。
14.根据权利要求13所述的测试装置，其中，在所述功能块中一者上的所述四个测量探头可独立于其他两个功能块上升或降低。
15.根据权利要求14所述的测试装置，其中，通过抬升或降低所述功能块来使在所述功能块中一者上的所述四个测量探头上升或降低。
16.根据权利要求11所述的测试装置，还包括开关，其与所述控制单元以及所述测量头电通信。
17.根据权利要求16所述的测试装置，其中，所述开关与所述电源、所述电压表以及每一个所述功能块电通信。
18.根据权利要求17所述的测试装置，还包括移动单元，其中所述移动单元被构造以使被测试的所述太阳能电池移动，并且所述移动单元还包括所述测量头。
19.根据权利要求17所述的测试装置，还包括电子检测单元，其中，所述电子检测单元包括所述电源、所述电压表以及所述开关。
全文摘要
本发明涉及用于对电子电路的晶片进行测试的测试装置以及相关方法。公开的测试装置(100)用于测试电子电路的晶片(11)，包括设置有三个功能块(12，13，14)的测量头(10)，每一者均能够彼此独立的移动，以对电池或晶片(11)执行不同的阻抗测量。每一个功能块(12，13，14)均支持各个测量探头(15)，其适于被布置为与晶片(11)上制成的金属线或手指(16)发生接触。
文档编号G01R31/26GK103063921SQ201210409309
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者戴戈·唐尼, 亚历山大·沃尔坦, 马尔科·加里亚佐, 马尔科·马特尔 申请人:应用材料意大利有限公司