测试半导体电源开关的系统和方法
【专利摘要】用于测试包括功率组件的切割的半导体管芯（3）的测试构件（A）。所述构件包括可连接到电流源（5）的电流输入，用于给所述功率组件提供大于50安培的电流；可连接到信号分析器的信号输出（60），用于接收当提供所述电流时感测到的表示了所述功率组件的感测参数的信号；适于支撑所述半导体管芯（3）的第一接触单元（1）；相对于所述第一接触单元可移动安装的第二接触单元（2）；以及至少一个导电性弹性护套（4），适于当所述第二接触单元（2）在测试期间被带向所述半导体管芯（3）时被夹在所述半导体管芯（3）和所述第二接触单元（2）之间，所述护套当因此被夹住的时候形成了从所述电流输入通过所述管芯的至少一部分的电路径的一部分。
【专利说明】测试半导体电源开关的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试构件和一种测试包括高功率组件的切割的半导体管芯的方法。
【背景技术】
[0002]半导体高功率组件的测试是一项具有挑战性的任务。测试的可靠性和一致性取决于流经管芯的电流量，更具体地说(对于包括功率场效应晶体管(FET)的管芯)，是从漏极端子到源极端子的电流量。可靠性和一致性进一步取决于在测试期间电源脉冲的持续时间。
[0003]在测试切割的半导体管芯的已知技术中，使用了包括了容纳用于连接柱塞和接触点的微弹簧的管的可移动探头，也称为“弹簧顶杆(pogos)”，它们例如与功率组件的源极端子物理接触以便注入期望的电流。该物理接触是必需的以维持高数量电流，但该物理接触可能损害半导体管芯的表面。
[0004]可以从美国专利5，672，979中得知在管芯和测试端子之间使用导电性兼容弹性体。然而，这种弹性体是各向异性导电的，这意味着当它被压缩的时候，它仅在压缩方向上导电。
【发明内容】
[0005]如所附权利要求中所描述的，本发明提供了一种测试构件和方法。
[0006]本发明的具体实施例在从属权利要求中被陈述。
[0007]参照下文中描述的实施例，本发明的这些或其它方面将会很明显并且被阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]参照附图，仅仅通过举例的方式，本发明的进一步细节、方面和实施例将被描述。在附图中，类似的参考数字被用于表示相同的或功能相似的元件。附图中的元件为了简单以及清晰而被图示，并且不一定按比例绘制。
[0009]图1示意性地示出了测试构件的实施例的示例的框图。
[0010]图2示意性地示出了适于图1的示例的接触器的实施例的示例的立体图。
[0011]图3示意性地示出了图2的接触器的部分分解图。
[0012]图4示意性地示出了图2的接触器沿着图3的线IV-V的截面图。
[0013]图5示意性地示出了接触器的另一个示例的截面图。
[0014]图6示出了用于测试切割的半导体管芯的方法的示例的流程图。
【具体实施方式】
[0015]图1示出了测试构件A的实施例的示例。所示出的示例包括可连接到高电流电流源5的输入和可连接到信号分析器的信号输出60。经由该输入，高电流可以被提供给功率组件。通过该输出，信号可以被信号分析器接收，所述信号表示当提供电流的时候感测到的功率组件的感测参数。
[0016]所示出的示例进一步包括接触器，它带有适于在测试期间支撑切割的半导体管芯3的第一接触单元I。管芯3包括待测试的高功率组件。接触器进一步包括相对于所述第一接触单元I可移动安装的第二接触单元2。测试构件A进一步包括导电性弹性护套4，如稍后将要解释的，当所述第二接触单元2被带向所述半导体管芯3的时候，导电性弹性护套4适于被夹在所述半导体管芯3和所述第二接触单元2之间。
[0017]当被夹住的时候，护套4在保护管芯的接触表面的同时形成了从所述电流输入通过至少一部分管芯3的部分电路径。当被夹住的时候，护套4有弹性地发生变形，并因此吸收了由管芯3上的接触单元2所施加的压力的至少一部分，从而减少了管芯3的部分的物理变形以及因此损害管芯的风险。护套4进一步分散其表面上电流源所提供的电流，从而避免了在管芯3的表面上具有过大电流密度的峰值电流位置。
[0018]已知与常规“弹簧顶杆”物理接触来创建几微米的表面印记，这在后来的接合方面可以产生问题。提供弹性护套4可能会降低这种印记的发生和深度。此外，弹性护套4还可改善“弹簧顶杆”的使用期，当多个管芯3被测试的时候，“弹簧顶杆”必须反复接触。
[0019]管芯3可以是需要被测试的任何类型的管芯。在所示出的示例中，管芯3是切割的裸管芯。然而，管芯可以提供在外壳中，例如，该外壳使得表面与暴露在外部的护套4接触。管芯3包括高功率组件，在该示例中是如电源开关一样进行操作的功率场效应晶体管(FET)。然而，管芯3可包括除开关以外的高功率组件，诸如二极管、放大器等等，并且还可包括除FET以外的半导体器件，诸如例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、双极结点晶体管、高电子迁移率晶体管、半导体闸流管或其它合适的半导体器件。如果它们要求高电流(50安培或更大)来测试，则认为组件是高功率。
[0020]测试构件A可以以适合于特定实现的任何方式被实现。例如，可以使用诸如市售的测试仪的测试仪，诸如以下中的一个:
[0021]Teradyne, Inc of North Reading, Massachusetts United States 出售的带有PVI300 模块的 Flex 或 uFlex，
[0022]Telco Testing Solutions, LLC of Tempe, Arizona United States 出售的带有4PG 的 MST，
[0023]SPEA S.p.A.0f Volpiano (TO), Italy 出售的带有 IPS 仪器的 430 或 600 系列。
[0024]测试构件可使用市售的接触器，诸如由La Chaux-de-Fonds, Switzerland的Ismeca半导体制造的接触器。
[0025]在图1的示例中，高电流电流源5被连接到第一接触单元I和第二接触单元2，以便在测试期间，从电流源5通过第一接触单元1、至少一部分管芯3、保护套4以及通过第二接触单元2形成电流路径。在这个示例中，在测试期间，第二接触单元2与导电性护套4的第一表面43物理接触，因此在单元和护套之间建立了导电性接触。在测试期间，护套4的第二表面44与管芯3物理接触，因此在护套4和管芯3之间建立了导电性接触。在测试期间，管芯3进而与第一接触单元I物理接触，因此在第一接触单元I和管芯3之间建立了导电性接触。
[0026]导电性弹性保护套4可以以适合于特定实现的任何方式被实现并且由任何合适的材料制成。护套4可以具有诸如圆形、方形等等任何合适的形状，以及尺寸。在所示出的示例中，保护套被提供有第一开孔41和至少一个附加开孔42，该附加开孔的功能将在下面进行解释。护套4可能有任何合适的厚度。护套4可以例如具有至少0.1毫米和/或小于2毫米的厚度，诸如0.2毫米。
[0027]护套4可以具有任何合适的尺寸，并且例如具有大于第二接触单元2的接触表面的表面等效r。由此，可以确保通过接触单元2提供的任何电流经过保护套4，并且在管芯3上没有由接触单元2产生的直接物理接触压力。
[0028]此外，护套4可以具有与管芯3的电接触表面，其中该表面大于与第二接触单元2的电接触表面-这尽可能均匀地扩散了电流，以降低由于峰值电流位置和过大电流密度而引起的电弧风险。
[0029]保护套4可以例如由一种材料制成，该材料表现出比如耐高温的热性能，它是通过经受至少125°C的永久温度和至少150°C的峰值温度，优选地是180°C ;以及有助于排散在测试期间产生的焦耳效应能量的足够导热性。
[0030]例如，保护套4可以由导电性弹性体制成。护套4例如可以是薄片材，其中该薄片材由装有金属或诸如钢和/或铜粒子的其它导电粒子的弹性材料制成以便表现出良好的导电性。已找到一种合适的材料，即带有镀银铜粒子的基于硅的弹性体，诸如由Getelec ofBuc出售的产品参考GT1000的材料。
[0031]在本领域中已知各向异性导电弹性体，例如在US5672979中，但它们本质上不适于用作导电性弹性护套4。它们需要压力来导电，并且通常仅用于信号的连接。为了继续加热到最小，电气路径中的IR压降应尽可能保持低-这意味着如果各向异性导电弹性体被用于高电流测试，则将需要很高的压力来减少加热，但是增加压力就增加了对管芯接触表面造成损害的风险。此外，流经各向异性导电弹性体的电流被局限在压力之下的区域内，这就增加了峰值电流位置和过大电流密度的风险。
[0032]当低压被明确肯定的时候，保护套4可以具有高电导，或可以具有不受压力影响的电导率。选择一种允许电流在任一方向上流动的材料可以是有利的，使得相同的护套4可以被用于不同类型的高功率组件，例如，P-类型或N-类型。
[0033]它可以是单层或多层材料，例如多层不同组成的层压。而且，多个保护套可以被堆叠并且插入在管芯表面和第一和/或第二接触单元之间。护套4可以包括在片材两边以这样一种方式嵌入在弹性材料中的金属网或金属网格，其中至少一个部分网格暴露出来以及存在位于两边之间的导电接触，同时弹性材料吸收了施加在片材表面上的压力。而且，例如，保护套4可以由弹性导电高分子制成。而且，保护套可以是例如橡胶的一层或多层弹性材料的片材，其中细金属线在该片材的两个表面之间延伸。本领域技术人员将认识到护套可以以符合所需导电性和弹性的任何其它合适的方式被实现。
[0034]此外，护套4可以被提供有管芯并且被封装在一起，例如，以当在管芯上提供接合线的时候保护管芯。因此，护套4可以是包括管芯的构件的一部分，并且随后被封装以及根据需要相对于管芯和/或外壳被永久固定，其中管芯和护套4被封装在所述外壳中。
[0035]接触器可以以适合于特定实现的任何方式被实现。虽然在该说明书中，术语“接触器”被用于指一部分测试构件，但是为了方便起见，将明显的是，其一些部分可形成测试构件的不可缺少的部分。参照图2，其中示出的接触器的示例包括第一接触单元I和第二接触单元2。管芯3在图2中未示出。当开始测试的时候，第一接触和第二接触朝向彼此移动，其中保护套4被放置在管芯和第二接触单元2之间，以便建立上面解释的物理接触并且护套4被夹在第二接触单元2和管芯之间。
[0036]一旦建立了电路径，则可以经由电流路径通过管芯发送高电流并且可以观察到管芯的参数。在图1的示例中，测试构件包括放置有传感器输入61的传感器6，以便可以感测管芯3的期望的参数。传感器6被连接到输出60以便允许信号分析器接收表示感测到的参数的信号，诸如管芯的一些部分上的温度、电压降等等。
[0037]在图2所示出的示例中,第一接触单元I具有平坦的接触表面11,该表面实质上平行于支撑体9的支撑平面P1，支撑体9支撑第一接触单元I。如在图3和图4中更详细示出的，管芯3在管芯的底表面上与接触表面11接触，该底表面通常由基板的底表面形成，其中已经在该基板内和/或基板上形成功率组件。
[0038]第二接触单元2可以以适合于特定实现的任何方式被实现，并且如所图示的，多亏互补支撑体19围绕支撑体9，可以相对于第一接触单元I (以及第一接触单元I的支撑体9)可旋转安装，绕着与接触表面11平行的X轴转动。然而，在替代实施例中，互补支撑体19和第二接触单元2例如使用导轨布置也可滑动安装在支撑体9上或以其它方式相对于第一接触单元I是可移动的。
[0039]如图3中所示，第二接触单元2包括至少一个或几个可移动探头21、23、24，也简称为“弹簧顶杆”。弹簧顶杆具有各自的尖端或接触表面22，它们相对于支撑件19是可移动的，如下面更详细地解释的。
[0040]在所示出的示例中，弹簧顶杆包括可滑动安装、并在方向Z上延伸的较大的可移动探头21，其中方向Z垂直于互补支撑件19的主平面P2。例如通过如本领域已知的弹性部件(未示出)、弹簧等等，较大的可移动探头21中的每一个在远离第二接触单元2的主体19的方向上被偏置，在该示例中是平行于探头21的纵向方向。如在此所描绘的，较大的可移动探头21中的每一个包括实质上是圆柱形的接触部件51和导杆52，其中接触部件51带有实质上是平坦的、在此被称为“第二接触表面22”的接触表面22。
[0041]第二接触单元2进一步包括也以类似方式可滑动安装的较小的可移动探头23、24。较小的可移动探头23、24展现了与较大的可移动探头所描述的类似形状并且以类似方式向下偏置，但是它们不意在驱动高电流。在所示出的示例中，它们不接触保护套4并且穿过开孔41、42直接接触管芯3的表面。
[0042]探头21、23、24适于通过将其移动到与平面P2平行的合适位置以及选择接触表面22的合适尺寸来接触管芯3上的电触头。在测试期间施加的压力可以被偏压元件调整-将接触表面22放置成Z和/或选择合适的弹性部件和/或调节由弹性部件施加的力。探头
21、23、24随后被连接到合适的电流或电压源、或诊断输入。
[0043]在所示出的示例中，管芯3具有由MOS FET晶体管形成的高功率半导体开关。将要在测试构件A上测试的管芯3具有带有漏极触头31的底面、带有源极触头32和栅极触头33的顶面。较小的可移动探头23、24包括意在与管芯的栅极触头33连接的第一辅助触头23，以及至少一个优选地两个意在与源极触头32连接的第二辅助探头24。第一辅助触头23能够向栅极触头33提供控制电压。第二辅助探头24能够感测源极触头32上的电压和温度，例如用于诊断目的，并且可以例如被连接到图1中所示出的传感器输入61。
[0044]涵盖与保护套的所有连接可能会导致过大泄漏电流，例如超过InA，这可能会影响测试的准确性。开孔41、42意味着导电性保护套4并没有涵盖所有连接。开孔面向每一个低电流或诊断连接，在高电流连接和低电流或诊断连接之间提供了高度绝缘。低电流连接也被认为包括没有电流流过的连接，诸如到栅极的测试连接。
[0045]通过防止任何意外的或不想要的效果，诸如电阻、电压降、电容接触或寄生电容，直接接触管芯3还可能减少测量和测试误差。
[0046]执行测试以使高电流流经管芯。可以连续地或以脉冲的形式提供电流。为此目的，测试仪适于提供可以从OA变化到例如50A或更大、100A或更大、或200A或更大的最大值。测试仪还可以适于提供例如500A或更大、IkA或更大、或2kA或更大的电流。在图3-5的示例中，取决于管芯3上的FET的P-类型或N-类型，电流可以例如从源极32触头流到漏极触头31，或从漏极触头31流到源极32触头。例如，源极到漏极的电流可以被用于主体二极管测试，以及从漏极到源极的电流可以被用于导通电阻(RDS-on)和能量测试。护套4被插入或“夹”在源极触头32和更大的可移动探头21之间，并因此保护了管芯的接触表面-护套4避免了由探头21对触头32的物理影响引起的损害和/或由于在管芯3的表面上具有过大电流密度的峰值电流位置而引起的电流引致的损害。应注意，护套4在一定数量的测试周期之后可以被新的护套代替，因为在测试期间在护套4上可能发生一些损害。
[0047]图4示出了图3中的接触器的示例的更加详细的示意截面图。在所示出的示例中，第一接触表面11经由电缆81被链接到测试设备(未示出)，而第二接触表面22经由另一个电缆82以及第一辅助触头23也被链接到测试设备。
[0048]第一接触单元I受到支撑件9的支撑，而管芯3位于第一接触单元I上并且受到第一接触单元I的支撑，其中由管芯的底表面形成的漏极触头31直接接触第一接触表面11。护套4被放置在管芯3的顶表面和第二接触单元2之间，在这个示例中，该顶表面是由漏极触头32和栅极触头33形成的。当第二接触单元2移向第一接触单元I的时候，较大的可移动探头21开始接触护套4，并且开始挤压弹性护套4，其然后进而挤压管芯3的源极触头32。因此，建立了通过管芯的电流路径。
[0049]当第二接触单元2移向第一接触单元I的时候(或反之亦然)，第一辅助触头23被放置成面向第一开孔41并且穿过开孔直接接触管芯的表面，并因此直接挤压栅极触头33，而不接触护套4。同样地，第二辅助触头24被放置成面向第二开孔42并且穿过开孔直接接触管芯的表面，并因此直接挤压源极触头而不接触护套4。上述提到的偏压元件对每一个移动的触头施加了足够的压力以保证良好质量的接触。
[0050]一旦第一接触单元I和第二接触单元2朝向彼此移动以建立电流路径，则电流源5可以被控制成根据适合于特定测试的电流分布提供电流，并且可以感测和分析管芯的期望的参数。
[0051]参照图5中，其中示出的示例包括第二导电性弹性保护套40，其类似于在形成漏极触头31的示例中的插入在第一接触表面11和管芯3的底表面之间的第一护套4。因此，管芯在底表面和顶表面都受到保护。
[0052]参照图6的流程图，其中示出的示例包括(参照图6中的块的//之间的字母):
[0053]/a/-将包括了高功率组件的切割的半导体管芯3置于第一接触单元I上，
[0054]M-将导电性弹性护套4置于半导体管芯3上，
[0055]Izl-使第二接触单元2相对于第一接触单元可移动安装，以接触导电性护套4，较大的可移动探头21偏压特征给护套4施加了向下的力，以及
[0056]/d/-提供通过护套4在第二接触单元2和半导体管芯3之间流动的高测试电流，同时用合适的电压激活栅极触头33。
[0057]在/a/之前，在框/aO/中，第二导电性弹性护套40可以被置于第一接触单元I上，在这种情况下，在框/a/中，半导体管芯3被置于导电性弹性护套40上。
[0058]此外，在框/a/和/aO/之前，在框/aOO/中，上述方法还可以包括提供导电性弹性护套4，其中至少一个开孔41面向管芯3的触头。
[0059]在前面的说明中，参照本发明实施例的特定示例已经对本发明进行了描述。然而，将明显的是，在不脱离所附权利要求中所陈述的本发明的宽范围精神及范围的情况下，可做出各种修改和变化。
[0060]由于本发明说明的实施例可能大部分是通过使用本领域所属技术人员所熟知的电子组件和电路被实施，所以不会在比上述所说明的认为有必要的程度大的任何程度上解释细节，以用于对本发明基本概念的理解以及认识并且为了不混淆或偏离本发明所教之内容。
[0061]此外，在描述和权利要求中的术语“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”
等等，如果有的话，是用于描述性的目的并且不一定用于描述永久性的相对位置。应了解术语的这种用法在合适的情况下是可以互换的以便本发明所描述的实施例例如，能够在其它方向而不是本发明所说明的或在其它方面进行操作。
[0062]然而，其它修改、变化和替代也是可能的。说明书和附图相应地被认为是从说明性的而不是严格意义上来讲的。
[0063]在权利要求中，放置在括号之间的任何参照符号不得被解释为限制权利要求。单词“包括”不排除除了权利要求中列出的那些之外的其它元件或步骤的存在。此外，如在此使用的词语“一”或“一个”被定义为一个或不止一个。而且，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”的不定冠词时，在权利要求中诸如“至少一个”以及“一个或多个”的介绍性短语的使用也不应该被解释成暗示通过不定冠词“一”或“一个”引入的其它权利要求元素将包括这样介绍的权利要求元素的任何特定权利要求限制成仅包含一个这样的元素的发明。对于定冠词的使用也是如此。除非另有说明，使用诸如“第一”以及“第二”的术语来任意地区分这样的术语描述的元素。因此，这些术语不一定旨在指示这样的元素的时间或其它优先次序。在相互不同的权利要求中记载某些措施的事实并不指示这些措施的组合不能被用于获取优势。
【权利要求】
1.一种用于测试包括高功率组件的切割的半导体管芯(3)的测试构件(A)，所述构件包括: 电流输入，所述电流输入可连接到电流源(5 )，用于向所述高功率组件提供高电流； 第一接触单元(I )，所述第一接触单元(I)适于支撑所述半导体管芯(3); 第二接触单元(2)，所述第二接触单元(2)相对于所述第一接触单元可移动安装； 至少一个导电性弹性护套(4)，所述至少一个导电性弹性护套(4)适于当所述第二接触单元(2)在测试期间被带向所述半导体管芯(3)时被夹在所述半导体管芯(3)和所述第二接触单元(2)之间，所述护套(4)当因此被夹住时形成了从所述电流输入通过所述高功率组件的至少一部分的电路径的一部分。
2.根据权利要求1所述的测试构件，包括信号输出(60)，所述信号输出(60)可连接到信号分析器，用于接收表示当提供所述高电流时感测到的所述高功率组件的感测参数的信号。
3.根据任何权利要求1或2中的任一项所述的测试构件，其中所述护套(4)具有与所述管芯(3)的电接触表面，与所述管芯(3)的电接触表面大于与所述第二接触单元(2)的电接触表面。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的测试构件，其中所述高功率组件是功率FET晶体管，其中所述第一接触单元(I)包括适于与所述半导体管芯(3)上的漏极触头(31)接触的至少一个第一接触表面(11)，并且其中所述第二接触单元(2)包括适于与所述半导体管芯(3 )上的源极触头(32 )接触的至少一个第二接触表面(22 )。
5.根据权利要求1-4`中的任一项所述的测试构件，其中所述第二接触单元(2)包括至少一个第一辅助触头(23)并且其中所述护套(4)包括适于面向所述半导体管芯(3)的触头(33)的第一开孔(41)，由此所述第一辅助触头(23)适于直接接触所述触头(33)。
6.根据权利要求5所述的测试构件，其中所述第二接触单元(2)进一步包括至少一个第二辅助触头(24)，并且其中所述护套(4)进一步包括面向所述第二辅助触头(24)的至少一个对应的附加开孔(42)。
7.根据权利要求4或权利要求5或6中的任一项所述的测试构件，其中:所述功率FET晶体管具有漏极触头(31)、源极触头(32)以及栅极触头(33)， 所述第一接触单元(I)的所述第一接触表面(11)适于接触所述漏极触头(31 )， 所述第二接触单元(2)的所述第二接触表面(22)适于利用所述护套(4)的插入接触所述源极触头(32)，以及 所述第二接触单元(2)的所述辅助触头(23)适于直接接触所述栅极触头(33)。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的测试构件，其中所述护套(4)由装有钢和/或铜粒子的弹性材料制成。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的测试构件，包括第二导电性弹性护套(40)，所述第二导电性弹性护套(40)适于被夹在所述半导体管芯(3)和所述第一接触单元(I)之间。
10.根据权利要求9所述的测试构件，其中所述第二护套(40)的各自表面分别与所述第一接触单元(I)的所述第一接触表面(11)和所述管芯的底表面直接接触。
11.一种用于测试形成切割的半导体管芯的一部分的高功率组件的方法，所述方法包括: /a/-将所述半导体管芯(3 )置于具有第一接触表面(11)的第一接触单元(I)上， /b/-将导电性弹性护套(4)置于所述半导体管芯上， /c/-使第二接触单元(2)相对于所述第一接触单元可移动安装，以接触所述护套(4)，所述第二接触单元(2)具有第二接触表面(22)，以及 /d/-提供通过所述护套(4)在所述半导体管芯和所述第二接触单元(2)之间流动的高测试电流。
12.根据权利要求11所述的方法，包括:在/a/之前， /aO/-将第二导电性弹性护套(40)置于所述第一接触单元(I)上，并且其中在步骤/a/中，所述半导体管芯(3)被置于所述第二导电性护套(40)上，由此所述测试电流通过所述第二护套(40)在所述第一接触单元(I)和所述半导体管芯之间以及通过所述护套(4)在所述半导体管芯和所述第二接触单元(2)之间流动。
13.根据权利要求11或12所述的方法，包括:在/a/之前， /aOO/-提供护套以及将其形成至切割的半导体管芯(3)的所述表面，其中至少一个开孔(41)面向所述半导体管芯(3)的栅极触头(33)。
14.一种导电性弹性护套，所述导电性弹性护套适于根据任何权利要求1-10中的任何一项所述的测试构件。
15.一种测试构件，包括: 根据权利要求14所述的导电性弹性护套，以及 包括功率组件的切割的半导体管芯。
【文档编号】G01R1/04GK103492886SQ201280019522
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月19日 优先权日:2011年4月21日
【发明者】帕特里克·黑林格 申请人:飞思卡尔半导体公司