晶圆级红外焦平面参数测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种晶圆级红外焦平面参数测试系统，主要包括：真空腔、黑体辐射源、探针卡、载片台、偏置电压模块、脉冲发生模块、信号采集和处理模块以及计算机。该系统通过提供真空环境，黑体辐射激励，直流电压偏置和脉冲信号激励以及探针卡微损接触等方式，模拟红外焦平面芯片真空封装后的工作环境，对红外焦平面晶圆上芯片进行精确、高效的测试和筛选。

Wafer level infrared focal plane parameter testing system

The invention discloses a wafer level IRFPA parameters testing system, including vacuum chamber, blackbody radiation source, probe card, stage, bias voltage module, pulse generating module, signal acquisition and processing module and computer. The system by providing a vacuum environment, blackbody radiation excitation, DC voltage bias and pulse excitation and probe card micro contact loss etc., simulation of infrared focal plane chip vacuum packaging after the working environment of the infrared focal plane wafer chip for precise and efficient testing and screening.

【技术实现步骤摘要】
晶圆级红外焦平面参数测试系统
本专利技术涉及一种晶圆级红外焦平面参数测试系统，尤其是一种晶圆级红外焦平面（IRFPA）探测器特性参数测试系统，可应用于红外焦平面芯片晶圆级测试和筛选，属于微机电系统（MEMS）传感器测试

技术介绍
红外焦平面器件在测试过程中需要外加光、电和温度激励，并且需要在真空环境下进行。目前的测试手段是先对红外焦平面芯片进行焊接和真空封装，然后针对封装结构制作测试电路板（PCB），用于固定红外焦平面器件和施加测试所需要的偏压和时钟脉冲。此外，红外焦平面产生的响应信号也通过PCB反馈至测试机。然而，不同厂家生产的不同型号红外焦平面传感器封装结构不同，因此每测一批红外焦平面传感器产品都需要制备与之匹配的PCB板，从而导致测试过程较复杂，测试周期较长。此外，红外焦平面芯片真空封装成本非常高，封装成本约占产品价格的70%。如果能在封装之前通过模拟封装后的工作环境对红外焦平面进行晶圆级测试和筛选，从而及时发现和剔除不合格的芯片；一方面可以排除封装因素，找出芯片失效的原因并及时反馈至前道芯片制造工艺；另一方面可以节省昂贵的封装成本，从而降低产品的开发成本，缩短开发周期。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种晶圆级红外焦平面参数测试系统，能够模拟IRFPA芯片在真空封装后的实际工作环境，在晶圆上对芯片进行信号激励和响应测试，从而较早判定芯片是否合格，解决器件级IRFPA测试过程复杂、效率低和成本高的缺点。按照本专利技术提供的技术方案，所述晶圆级红外焦平面参数测试系统，其特征是：包括控制柜和真空腔，控制柜内设置偏置电压产生装置、脉冲信号产生装置、移位控制模块和黑体辐射源控制装置，真空腔上连接真空腔电源插头，真空腔内从上到下依次设置黑体辐射源、探针卡、载片台和移位控制电机，黑体辐射源辐射方向垂直向下，正对载片台的中心，载片台的中心处固定被测晶圆；所述黑体辐射源固定在真空腔内的底板上，在黑体辐射源外侧设置黑体辐射源支架，黑体辐射源支架上连接可移动支撑臂，可移动支撑臂上连接探针卡，探针卡上设置探针；所述可移动支撑臂由转轴驱动实现张开和闭合以带动探针卡上下移动；所述载片台与移位控制电机的动力输出端连接实现水平方向的二维移动；在所述真空腔的底板上设置信号读出接口、偏置电压接口模块、脉冲信号接口模块和黑体温度控制接口；所述偏置电压接口模块内设置偏置电压接口，脉冲信号接口模块内设置时钟脉冲信号接口；所述偏置电压产生装置连接偏置电压接口，偏置电压接口连接探针卡上的探针；所述脉冲信号产生装置连接时钟脉冲信号接口，时钟脉冲信号接口连接探针卡上的探针；所述黑体辐射源控制装置连接黑体温度控制接口，黑体温度控制接口连接黑体辐射源。进一步的，在所述载片台的中心处有四个对称的夹具。进一步的，所述黑体辐射源通过支撑臂固定在真空腔内的底板上。进一步的，所述支撑臂设置在支撑臂底座上。进一步的，所述移位控制电机安装在移位控制电机底座上。进一步的，所述信号读出接口连接控制计算机。进一步的，在所述移位控制模块上设置可移动支撑臂控制手柄和移位控制手柄。进一步的，所述探针卡与被测晶圆平行，探针针尖垂直于被测晶圆，并与晶圆上芯片的对应电极电气接触。进一步的，所述真空腔内的真空度由机械泵和分子泵抽取获得，并可进行真空度调节。本专利技术所述晶圆级红外焦平面参数测试系统可以模拟IRFPA芯片在真空封装后的实际工作环境，在晶圆上对芯片进行信号激励和响应测试，从而较早判定芯片是否合格。对不合格芯片进行形貌分析，将缺陷及时反馈到前道芯片制造过程，以便及时改进流片工艺。此外，对不合格芯片及时剔除，避免流入后道封装流程，可以大大降低昂贵的封装费用。附图说明图1为本专利技术所述晶圆级红外焦平面参数测试系统的结构示意图。图2为本专利技术所述晶圆级红外焦平面测试系统底板的示意图。图3为本专利技术所述晶圆级红外焦平面测试系统移位控制模块面板的示意图。图4为探针卡的示意图。图5为被测红外焦平面晶圆的示意图。附图标记说明：1-真空腔、2-黑体辐射源、3-支撑臂、4-黑体辐射源支架、5-可移动支撑臂、6-探针卡、7-探针、8-被测晶圆、9-载片台、10-移位控制电机、11-移位控制电机底座、12-支撑臂底座、13-信号读出接口、14-脉冲信号接口模块、15-偏置电压接口模块、16-真空腔电源插头、17-黑体温度控制接口、18-控制柜、19-偏置电压产生装置、20-脉冲信号产生装置、21-移位控制模块、22-黑体辐射源控制装置、23-时钟脉冲信号接口、25-偏置电压接口、27-可移动支撑臂控制手柄、28-移位控制手柄、40-控制计算机。具体实施方式下面结合具体附图对本专利技术作进一步说明。如图5所示，为被测晶圆的示意图，图中29为探针卡焊接点、30为探针卡PCB、31为树脂、32为探针、33为卡环。如图1所示，本专利技术所述晶圆级红外焦平面参数测试系统包括控制计算机40、控制柜18和真空腔1，控制柜18内设置偏置电压产生装置19、脉冲信号产生装置20、移位控制模块21和黑体辐射源控制装置22，真空腔1上连接真空腔电源插头16，真空腔1内设置黑体辐射源2、探针卡6、载片台9和移位控制电机10，黑体辐射源2正对载片台9的中心，载片台9的中心处固定被测晶圆8，在载片台9的中心处有四个对称的夹具，用来固定被测晶圆8，确保黑体辐射源2可以垂直照射到被测晶圆8表面；所述黑体辐射源2通过支撑臂3固定在真空腔1内的底板上，支撑臂3设置在支撑臂底座12上，在黑体辐射源2上设置黑体辐射源支架4，黑体辐射源支架4上连接可移动支撑臂5，可移动支撑臂5上连接探针卡6，探针卡6上设置探针7；所述探针卡6上的探针7与被测晶圆8上芯片电极的相对位置主要由可移动支撑臂5、载片台9来控制，可移动支撑臂5可以上下移动，可移动支撑臂5的上下移动带动探针卡6在垂直方向移动，从而改变探针7的垂直位置；所述载片台9与移位控制电机10的动力输出端连接，由移位控制电机10控制在水平方向进行二维移动，移位控制电机10安装在移位控制电机底座11上。通过可移动支撑臂5和载片台9的协同工作，可以实现被测晶圆8与探针7相对位置的三维精确移动。在所述真空腔1的底板上设置信号读出接口13，信号读出接口13通过PCI总线连接控制计算机40。在所述真空腔1内的底板上设置偏置电压接口模块15，如图2所示，偏置电压接口模块15内设置偏置电压接口25；所述偏置电压产生装置19通过带屏蔽的同轴电缆连接偏置电压接口25，偏置电压接口25经内部同轴电缆连接探针卡6上的探针7，将偏置电压传送到探针卡6上并加载到被测晶圆8上。在所述真空腔1的底板上设置脉冲信号接口模块14和黑体温度控制接口17，脉冲信号接口模块14内设置时钟脉冲信号接口23；所述脉冲信号产生装置20通过同轴电缆连接时钟脉冲信号接口23，时钟脉冲信号接口23经内部电缆连接探针卡6上的探针7，将时钟脉冲信号传送到探针卡6上并加载到被测晶圆8上；所述黑体辐射源控制装置22通过RS232总线连接黑体温度控制接口17，黑体温度控制接口17经附着在底板支撑臂底座12和支撑臂3上的电缆连接黑体辐射源2，以此改变黑体辐射源2的温度。如图3所示，在所述移位控制模块21上设置可移动支撑臂控制手柄2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆级红外焦平面参数测试系统，其特征是：包括控制柜（18）和真空腔（1），控制柜（18）内设置偏置电压产生装置（19）、脉冲信号产生装置（20）、移位控制模块（21）和黑体辐射源控制装置（22），真空腔（1）内从上到下依次设置黑体辐射源（2）、探针卡（6）、载片台（9）和移位控制电机（10），黑体辐射源（2）辐射方向垂直向下，正对载片台（9）的中心，载片台（9）的中心处固定被测晶圆（8）；所述黑体辐射源（2）固定在真空腔（1）内的底板上，在黑体辐射源（2）外侧设置黑体辐射源支架（4），黑体辐射源支架（4）上连接可移动支撑臂（5），可移动支撑臂（5）上连接探针卡（6），探针卡（6）上设置探针（7）；所述可移动支撑臂（5）由转轴驱动实现张开和闭合以带动探针卡（6）上下移动；所述载片台（9）与移位控制电机（10）的动力输出端连接实现水平方向的二维移动；在所述真空腔（1）的底板上设置信号读出接口（13）、偏置电压接口模块（15）、脉冲信号接口模块（14）和黑体温度控制接口（17）；所述偏置电压接口模块（15）内设置偏置电压接口（25），脉冲信号接口模块（14）内设置时钟脉冲信号接口（23）；所述偏置电压产生装置（19）连接偏置电压接口（25），偏置电压接口（25）连接探针卡（6）上的探针（7）；所述脉冲信号产生装置（20）连接时钟脉冲信号接口（23），时钟脉冲信号接口（23）连接探针卡（6）上的探针（7）；所述黑体辐射源控制装置（22）连接黑体温度控制接口（17），黑体温度控制接口（17）连接黑体辐射源（2）。...

【技术特征摘要】
1.一种晶圆级红外焦平面参数测试系统，其特征是：包括控制柜（18）和真空腔（1），控制柜（18）内设置偏置电压产生装置（19）、脉冲信号产生装置（20）、移位控制模块（21）和黑体辐射源控制装置（22），真空腔（1）内从上到下依次设置黑体辐射源（2）、探针卡（6）、载片台（9）和移位控制电机（10），黑体辐射源（2）辐射方向垂直向下，正对载片台（9）的中心，载片台（9）的中心处固定被测晶圆（8）；所述黑体辐射源（2）固定在真空腔（1）内的底板上，在黑体辐射源（2）外侧设置黑体辐射源支架（4），黑体辐射源支架（4）上连接可移动支撑臂（5），可移动支撑臂（5）上连接探针卡（6），探针卡（6）上设置探针（7）；所述可移动支撑臂（5）由转轴驱动实现张开和闭合以带动探针卡（6）上下移动；所述载片台（9）与移位控制电机（10）的动力输出端连接实现水平方向的二维移动；在所述真空腔（1）的底板上设置信号读出接口（13）、偏置电压接口模块（15）、脉冲信号接口模块（14）和黑体温度控制接口（17）；所述偏置电压接口模块（15）内设置偏置电压接口（25），脉冲信号接口模块（14）内设置时钟脉冲信号接口（23）；所述偏置电压产生装置（19）连接偏置电压接口（25），偏置电压接口（25）连接探针卡（6）上的探针（7）；所述脉冲信号产生装置（20）连接时钟脉冲信号接口（23...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晶晶，刘洋，欧文，莫宏波，霍慧清，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：江苏,32