用于二极管I/V曲线及参数全电压范围测试装置及方法与流程

用于二极管i/v曲线及参数全电压范围测试装置及方法
技术领域
1.本专利涉及芯片测试技术，主要是针对二极管iv曲线全电压范围连续扫描及参数高效、高精度的测试方法。


背景技术：

2.二极管分立器件测试和失效芯片管脚的二极管特性测试是关于二极管测试常见的两种场景，随着电子产品需求的增长以及芯片行业如雨后春笋般崛起，芯片越来越受到大众的关注，同时随着芯片工艺尺寸的缩小，芯片管脚承受esd损伤的风险越来越大，当芯片管脚损伤时需要扫描管脚对gnd和对vcc电源的二极管特性曲线和参数来进行失效分析，这是早期故障定位的关键工作。由于管脚受损程度不同，二极管i/v曲线特性及参数较正常管脚发生偏移的程度也不同，因此获得高精度的参数和直观的获得与正常管脚比对的i/v曲线是十分必要的。
3.当前测试二极管一般采用万用表或分立器件测试仪表，测试精度一般在pa级，一般常见的方法无法实现从负压到正压的i/v曲线连续扫描，只能扫描正向或者负向i/v曲线通过拼接的方式形成一条整体的曲线，或者通过多点测量后人工作图的方式得到曲线，费时费力并且无法实现直观的与正常i/v曲线对比。常见的测试方法无法实现i/v曲线扫描的同时计算正向压降、反向击穿电压、反向漏电流参数，只能分步单独进行测量计算。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供一种针对二极管iv曲线全电压范围连续扫描及参数测试装置及方法，在上述背景下本方法很好的弥补当前二极管测试方法的不足，完成高效、高精度、全电压范围的测试。
5.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
6.用于二极管i/v曲线及参数全电压范围测试装置，包括：由下至上依次设置的半导体器件测试仪、测试夹具平台及线缆背板，测试夹具平台和线缆背板的外侧罩设有金属罩；
7.其中，测试夹具平台上设有三个凹槽，凹槽内相对设置有用于夹紧插入的待检测二极管的针脚的一对弹片，凹槽周围设有三对接线孔，各接线孔内嵌设有接线端子，各接线端子位于夹具平台内部的一端通过导线分别与凹槽内的弹片连接，各接线端子位于测试夹具平台外侧的另一端通过线缆与线缆背板连接；线缆背板上设有若干个线缆端子排，线缆端子排通过导线连接半导体器件测试仪。
8.所述接线端子与待测二极管器件管脚采用开尔文点连接方式，force和sense端均采用香蕉头线缆接口。
9.是将hcsmu板卡的force(high)、sense(high)连接二极管的正端，force(low)、sense(low)连接二极管的负端，gndu的force、sense端需要与hcsmu的force(low)、sense(low)端连接，给hcsmu的回流端钳制参考电压，用于分担大电流、避免hcsmu因电流过大损坏。
10.弹片材质为铜合金。
11.金属罩用于屏蔽信号或强磁场干扰，材质为不锈钢。
12.用于二极管i/v曲线及参数全电压范围测试方法，包括：开发者执行如下步骤，用于向用户提供参数配置页，实现对二极管i/v曲线及参数全电压范围测试和曲线及参数的可视化展示；
13.步骤1)系统软件参数配置：在b1505a测试平台上配置系统软件测量参数，并保存用于用户调用；所述需要配置的参数包括：测试模式test mode select、测试类别、测试通道channel setup、测量量程范围measurement setup、待测试的功能参数function setup、展示参数设置display setup；
14.步骤2)测试界面配置：在快速quick test界面中选择步骤1)配置好的参数文件，配置成一键测试；用于后续用户进行二极管测试时，只需在半导体器件测试仪界面执行一次测试完成曲线和参数的测试与显示。
15.所述测试模式选择classic test mode；所述测试类别选用i/v sweep；所述测试通道选用hcsmu通道；所述测量量程范围设置从-40v为起点，+40v为终点、电流钳制在100ma；所述待测试的功能参数function setup选择正向压降、反向击穿电压、反向漏电流参数；在展示参数设置display setup中向用户提供需要展示的参数。
16.用户端执行如下步骤，实现对二极管i/v曲线及参数全电压范围测试和曲线及参数的可视化展示；
17.步骤1)进行如下系统参数配置并保存用户配置文件i/v sweep：
18.a.在自动分析auto analysis setup界面中进行正向压降marker点添加，condition中设置i＝10ma；
19.b.在功能function界面中的功能分析analysis function功能框中添加用户想要展示的参数并命名，并在定义definition中填写该参数的计算公式；
20.c.在展示参数页display setup中添加用户需要展示的坐标和参数；
21.步骤2)用户在快速测试quick test界面选择i/v sweep测试项，输入设备序号device id后可以点击测试按键，完成测试；所述测试完成后界面上同时展示正向压降、反向击穿电压、反向漏电流参数。
22.本发明具有以下有益效果及优点：
23.1.本发明可实现二极管电流参数达到fa级，比现有二极管测试方法能达到的pa级高一个数量级，实现高精度测量。
24.2.本发明可实现二极管i/v曲线从负压到正压的连续扫描测试，既直观又省时省力。
25.3.本发明一次实现i/v参考曲线标定和比对，正向压降、反向击穿电压、反向漏电流参数测试，并显示在同一界面，更加高效、直观。
附图说明
26.图1本发明的测试方法流程框架示意图；
27.图2本发明的测试系统硬件搭建示意图；
28.图3高精度测试夹具图；
29.图4线缆连接方式图；
30.图5本发明的系统软件参数配置示意图auto analysis部分；
31.图6本发明的系统软件参数配置示意图function部分；
32.图7本发明的测试界面配置示意图；
33.图8本发明的测试界面结果示意图；
具体实施方式
34.下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
35.本测试方法适用场景广泛，可用于分析二极管分立器件或失效芯片管脚的二极管i/v曲线及参数(对gnd和对vcc两种情况)。本测试方法包括测试系统硬件搭建、系统软件参数配置、测试界面配置。
36.如图1所示，测试工程师根据器件的详细规范，优先选择合适的硬件并进行系统硬件搭建，然后按照本方法提供的系统软件参数配置方法进行正确的配置，最后按照本方法提供的测试方法步骤进行测试得到高精度的测试结果。测试系统硬件搭建包括用于承载系统软件、控制硬件板卡、显示交互的b1505a测试平台，用于给待测器件提供电源和高精度测量的smu板卡系列，用于连接待测器件和b1505a测试平台的高精度测试夹具，用于连接测试夹具和测试平台的线缆及其连接方式。系统软件参数配置包括test mode选择、测试类别选择、channel setup、measurment setup、function setup、display setup。测试界面配置包括测试方法封装成demo、quick test设置一键测试。将待测器件的管脚与高精度测试夹具连接，采用本测试方法完成全电压范围的测试。解决传统测试无法完成i/v曲线从负压到正压的连续扫描测试的问题，并且测试过程中不需要对待测器件、测试系统软硬件进行二次调整；采用本测试方法完成高精度测试，测试结果达fa级，解决传统测试精度不足的问题，采用本测试方法完成高效测试，一次实现参考i/v曲线标定和比对，正向压降参数测试，并显示在同一界面，解决传统测试无法同时分析曲线与参数和多步测量费时的问题。
37.本发明的用于二极管i/v曲线及参数全电压范围测试装置，包括：由下至上依次设置的半导体器件测试仪、测试夹具平台及线缆背板，测试夹具平台和线缆背板的外侧罩设有金属罩；其中，测试夹具平台上设有三个凹槽，凹槽内相对设置有用于夹紧插入的待检测二极管的针脚的一对弹片，凹槽周围设有三对接线孔，各接线孔内嵌设有接线端子，各接线端子位于夹具平台内部的一端通过导线分别与凹槽内的弹片连接，各接线端子位于测试夹具平台外侧的另一端通过线缆与线缆背板连接；线缆背板上设有若干个线缆端子排，线缆端子排通过导线连接半导体器件测试仪。弹片材质为铜合金。金属罩材质为不锈钢。
38.一种用于二极管i/v曲线及参数的高效、高精度、全电压范围的测试方法，包括：
39.1)测试系统硬件搭建；
40.如图2所示，测试系统硬件以b1505a测试平台为核心，b1505a测试平台可以配置各种用于提供电源和测量的smu板卡，该平台提供可视化的图形界面以及触摸屏进行人机交互，可以方便的控制各种smu资源在宽电压范围、大电流范围进行精密测量，最高电压达
±
3kv,最大电流达
±
20a(脉冲条件下)。smu板卡包括hcsmu(提供大电流测量)、hpsmu(提供高功率测量)、hvsmu(提供高压测量)等，一般二极管测试可根据详细规范选取合适的smu板卡，本发明以选择hcsmu板卡为例，可实现
±
40v范围的连续扫描测量。为了高精度测量需避
免线缆长度的影响以及外界的影响，本发明采用自主设计的高精度夹具和金属罩避免了线缆和外界的影响，保证了测试精度。将smu板卡和高精度测试夹具安装到b1505a测试平台上，采用专用线缆以合适的方式连接smu板卡与测试夹具完成测试系统硬件的搭建。
41.高精度测量需要考虑线缆的影响，线缆上的压降会造成测试结果不准确，本发明设计的测试夹具如图3所示，在连接器件管脚处采用开尔文点连接方式，force和sense端均采用香蕉头线缆接口便于紧密连接，同时测试夹具pcb整体由金属外壳包裹避免信号或强磁场干扰，整体测试环境由金属罩进行屏蔽，配合高精度hcsmu板卡可以实现高准确和高精度测量。其中，force表示施加电压电流端点和sense端表示探测电压电流端点。
42.hcsmu板卡与b1505a的线缆连接方式影响测试的精准度，hcsmu板卡的force(high)、sense(high)连接二极管的正端，force(low)、sense(low)连接二极管的负端，gndu的force、sense端需要与hcsmu的force(low)、sense(low)端连接，给hcsmu的回流端钳制参考电压，同时分担大电流，避免hcsmu因电流过大损坏，这种方法同时适用于其他测试系统。具体接线方式如图4所示。其中，hcsmu表示提供高电流的板卡、gndu表示提供接地功能的板卡、force表示施加电压或电流的接口，sense表示探测电压或电流的接口。
43.2)系统软件参数配置；
44.在b1505a测试平台上完成系统软件参数配置是完成测试的关键步骤之一，同时也是本发明的关键组成部分，包括test mode select、测试类别选择、channel setup、measurement setup、function setup、display setup。所述的test mode有tracer test mode、application test mode、classic test mode三种，本发明选用classic test mode。测试类别选用i/v sweep,channel setup选用hcsmu通道，measurement setup中设置从-40v为起点，+40v为终点，电流钳制在100ma，function setup中进行正向压降、反向击穿电压、反向漏电流参数添加和算法填写，在display setup中添加参数。完成系统参数配置后保存成demo并命名，便于后续直接调用。
45.3)测试界面配置；
46.在quick test界面中选择保存好的demo名称，配置成一键测试，后续进行二极管测试时，只需按一次测试按钮即可完成曲线和参数的测试与显示。
47.4)用户端使用需要进行如下设置：
48.如图5所示，如图6所示，auto analysis setup界面中进行正向压降marker点添加，condition中设置i＝10ma，function界面中analysis function功能框add一条参数，将参数命名为vf，definition中填写算法公式“＝@mx”。在display setup中添加需要显示的坐标和参数，举例说明如下：在x-y graph界面add x坐标和y1坐标并设置坐标范围，parameters对话框中add vf参数。完成系统参数配置后点击save保存成demo并命名为i/v sweep，便于后续直接调用。按照图中数字顺序可依次完成设置。其中，界面上1-classic test表示经典测试模式、2-i/v sweep表示伏安曲线扫描、3-auto analysis表示自动分析、4-i4表示设置的电流参数名称、5-save表示保存成demo。
49.如图7所示，quick test界面选择i/v sweep测试项，输入device id后可以点击b1505a测试平台右侧对应按键，即可完成量产测试或分析时一键测试功能，高效快捷。按照图中数字顺序可依次完成设置。其中，界面上1-quick test表示快速测试界面设置、2-i/v sweep表示伏安曲线扫描、3-device name表示待测器件的名称、i/v sweep表示一键测试伏
安特性曲线按钮。
50.如图8所示，为本发明的测试界面结果示意图；图中横坐标表示电压，纵坐标表示电流，曲线表示二极管全电压范围的伏安特性曲线，测试工程师或者失效分析工程师可通过曲线的形貌进行分析。图中vf表示正向压降参数，这里仅选择vf进行示例，如需其他参数可按照本专利提供的参数配置方法进行配置。
51.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同交换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。