GCT芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台制造技术

本发明专利技术是一种GCT芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台。采用圆周转动测试方法，设计中采用了高精度的三维移动平台、步进电机驱动的旋转平台和探针座，配以CCD视频显微镜进行设备调整和测试过程监控，设计的C型机架和架空平台以构成较好的人机操作结构，配以不同规格专门设计的载片定位夹具满足不同尺寸芯片测试需要。该测试台通过在GCT芯片生产中的应用，在可靠性、检测准确性和高效率等方面满足规模化生产的测试需要。本测试台就是为满足GCT芯片的门/阴极之间数千只二极管特性进行直流电压阻断测试，以高效、准确地筛选出个别失效器件，并做以标识，为后续工艺修补提供可能性。

GCT chip gate / cathode blocking characteristic circumferential test bench

The invention is a GCT chip gate / cathode blocking characteristic circumferential test bench. Adopting the circumferential rotation test method, the high-precision three-dimensional moving platform, the rotating platform driven by stepping motor and the probe pedestal are adopted in the design. The equipment is adjusted and the testing process is monitored by CCD video microscope. The C-type frame and the overhead platform are designed to form a better man-machine operation structure, and are equipped with different specifications. The positioning fixture of the chip carrier meets the needs of chip test with different sizes. Through the application in the production of GCT chip, the tester can meet the needs of large-scale production in terms of reliability, accuracy and efficiency. The purpose of this test bench is to test the DC voltage interruption of thousands of diodes between the gates and cathodes of GCT chips, so as to screen out individual failure devices efficiently and accurately, and to identify them, so as to provide the possibility for subsequent process repair.

【技术实现步骤摘要】
GCT芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台
本专利技术是一种专用于新型功率半导体器件GCT(Gate-commutatedthyristor，中文全称：门极换流晶闸管)芯片的门极和阴极之间PN结直流阻断电压特性测试的专用测试设备，很好地适应GCT芯片的门极和阴极引出电极在芯片表面的圆周布局结构，用于快速准确地进行芯片内部数以千计的二极管失效分析及判定，为后续工艺对失效阴极梳条修补、屏蔽处理提供技术支持，是新型电力电子器件GCT制造过程中的中间测试环节专业仪器。
技术介绍
功率半导体器件发展40多年来，随着对电压和功率各方面的性能要求不断提高，它的复杂性和容量一直在增长。传统的可控硅整流元件只能在交流电周期末端进行关断，它的改进型便是门极可关断晶闸管(GTO)。GTO在一个硅片上集成了数千个分离开关单元，由于器件的结构原理决定了它的开关过程是不均匀的，所以在实际应用线路中要设计缓冲电路，这些必须有的额外缓冲电路可以限制关断时的dv/dt。在中等电压情况下，有较低的通态损耗和缓冲电路损耗，随着电压和频率的提高，线路中配套的缓冲元件容量增大，主要损耗由器件的开关损耗变为缓冲电路损耗，这些缓冲电路在设备系统中占有较大体积，并决定了设备的复杂性、成本和损耗。上世纪八十年代中期引入的绝缘栅双极型晶体管IGBT是一种混合式MOS栅极开关双极型晶体管，它结合了MOSFET和BJT的优点。IGBT开关均匀，不需要缓冲电路，但通态损耗较大；而且用于较高电压时必须将低压IGBT串联使用，这样大大增加了系统复杂性和损耗，同时降低了系统的可靠性。随着高压大功率开关器件参数性能需求不断提升，1997年ABB半导体公司推出了一种可以满足这些要求的新型半导体功率器件——集成门极换流晶闸管IGCT，IGCT结合了GTO和IGBT的优点，同时拥有晶闸管的开通特性和晶体管的关断特性。IGCT主要由主开关器件GCT和门极硬驱动电路集成而成，GCT是IGCT的核心器件，它由GTO演变而来，引入缓冲层、透明阳极、逆导二极管等技术。IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点，而且成本低、成品率高，具有广阔的应用前景。从附图1中可以看出，为获得GCT芯片(1)的阴极S(3)有较大导电面积，设计成如图所示的多圈梳条环形分布结构；在附图2中可以看出，每一个阴极梳条均与门极G(2)之间扩散有一个PN结J3(4)，制造成上千只二极管，从d1、d2……dn(5)，所有阴极梳条在封装时通过上钼片压接接触阴极金属层(6)形成阴极S，门极与阴极之间通过制造绝缘层(7)隔离，若有任何一只二极管存在门极与阴极之间的短路或达不到设计的反向耐压，均会造成门极与阴极特性失效，器件报废。但是，我们分析这种设计结构时发现，门/阴极之间的上千只二极管工作时处于并联状态，每个二极管仅占不到千分之一的比重。经测试数据统计分析，极个别二极管不参与工作对器件的特性影响甚微，通过屏蔽极个别的失效二极管可以挽救一只价值昂贵的整只GCT芯片，相反能找出其中失效的二极管变得极具价值。我们通过国内外市场调研，获得能进行晶圆表面成百上千只独立器件参数测试的设备均为自动打点测试原理，也就是针对每个公司产品在晶圆上的分布图形设计一种适用的打点测试运动轨迹，通过图像识别校对起始打点位置，逐一实现测试及失效元件标识工作。经实际测算，像6吋GTC芯片表面阴极梳条多达4200个左右，以打点测试一个点约1.5秒钟计算，测试完成一只需耗时约100分钟，这对于生产型产品来说效率极其低下，满足不了生产需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现一种可满足GCT芯片门/阴极之间集成数千只二极管的直流电压阻断特性测试、失效分析、打点标识的基于圆周法的一种GTC芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台，能快速、准确判断器件的性能特性，根据器件规格选用不同尺寸的载片夹具，已达到满足不同尺寸规格芯片的测试需要。本专利技术的技术解决方案是：一种GTC芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台，包括圆周法精密测试探针台和高清CCD数字显微镜，高清CCD数字显微镜包括CMOS摄像头(8)和显示器(9)，用于测试过程中的微观图像监控；圆周法精密测试探针台的测试台机架(10)为C形结构，底部为梯形底座，通过方形柱子(11)连接摄像头竖直固定杆(12)和摄像头固定横支架(13)，用于固定CCD数字摄像头(8)；圆周法精密测试探针台结构架空安装在机架的中部，圆周法精密测试探针台包括XYZ三维移动测试平台、电动旋转平台(23)、测试夹具(20)、门极滚动测试探针(28)、阴极测试软探针(38)和打点器组件(19)，XYZ三维移动测试平台由XY二维移动测试平台(25)和Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)构成，Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)用螺丝垂直固定在机架(10)的方形柱子(11)内侧，通过旋钮(37)调节平台上下运动；XY二维移动测试平台(25)水平安装，与Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)处于垂直关系，二者通过L型转接板(26)用螺丝固定连接，通过测试平台XY方向调节旋钮(43)调节前后左右位置；XY二维移动测试平台(25)上面通过旋转平台固定板(24)用螺丝(22)连接电动旋转平台(23)，旋转平台(23)上采用夹具定位柱(36)和测试夹具安装板(21)用螺丝(35)把测试夹具(20)同心地固定在旋转平台(23)的中心位置，测试夹具(20)上放置GCT芯片(1)；测试台机架(10)左右两侧靠后位置分别设有门极滚动测试探针(28)、阴极测试软探针(38)，门极测试探针压杆(30)固定在固定器(31)上并通过固定器(31)与三维探针座(33)连接，其水平投影与移动平台X轴负方向形成30±2°夹角，门极滚动测试探针(28)上竖直安装的铜滚轮(46)运行在GCT芯片(1)的门极区域，压杆(30)与GCT芯片的门极圆环形成切线位置关系，使其可靠地进行门极滚动接触，用三维探针座(33)调节位置，整个组件通过门极测试探针组件安装块(34)固定在旋转平台固定板(24)上，整体随着XY移动平台移动，与GCT芯片位置相对固定；阴极测试软探针(38)通过安装在机架(11)后侧立柱中部的组件安装板(16)固定，软探针(38)的位置用三维探针座(41)调节，软探针的水平投影与XY移动平台的X轴正方向形成45±2°夹角，调试时把移动平台调节在Z轴的上限位置，通过调节阴极软探针三维探针座(41)使软探针可靠接触在GCT芯片(1)的阴极梳条区域；打点器组件由打点器调节用三维探针座(18)和墨汁打点器(19)构成，整体安装在机架(11)后侧立柱的中上部位置，打点器的打点工作位置通过三维探针座(18)调节，与阴极软探针接触在GCT芯片上的阴极梳条同一位置。测试夹具(20)配合芯片(1)本身的轮廊形状，夹具(20)与芯片(1)之间通过紧配合定位，夹具(20)与芯片(1)硅胶圈接触面设计成92±0.1°倾斜角。测试夹具定位柱(36)结构为台阶圆柱形，通过定位柱可以将测试夹具(20)同心地安装在电动旋转平台(23)的中心位置。门极滚动测试探针组件包括铜压杆(30)、滚轮安装轴(45)、轴承(47)、滚轮(46)，转轴(48)上设有铜压杆(30)，铜压杆(30)端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GCT芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台，包括圆周法精密测试探针台和高清CCD数字显微镜，其特征在于：高清CCD数字显微镜包括CMOS摄像头(8)和显示器(9)，用于测试过程中的微观图像监控；圆周法精密测试探针台的测试台机架(10)为C形结构，底部为梯形底座，通过方形柱子(11)连接摄像头竖直固定杆(12)和摄像头固定横支架(13)，用于固定CCD数字摄像头(8)；圆周法精密测试探针台结构架空安装在机架的中部，圆周法精密测试探针台包括XYZ三维移动测试平台、电动旋转平台(23)、测试夹具(20)、门极滚动测试探针(28)、阴极测试软探针(38)和打点器组件(19)，XYZ三维移动测试平台由XY二维移动测试平台(25)和Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)构成，Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)用螺丝垂直固定在机架(10)的方形柱子(11)内侧，通过旋钮(37)调节平台上下运动；XY二维移动测试平台(25)水平安装，与Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)处于垂直关系，二者通过L型转接板(26)用螺丝固定连接，通过测试平台XY方向调节旋钮(43)调节前后左右位置；XY二维移动测试平台(25)上面通过旋转平台固定板(24)用螺丝(22)连接电动旋转平台(23)，旋转平台(23)上采用夹具定位柱(36)和测试夹具安装板(21)用螺丝(35)把测试夹具(20)同心地固定在旋转平台(23)的中心位置，测试夹具(20)上放置GCT芯片(1)；测试台机架(10)左右两侧靠后位置分别设有门极滚动测试探针(28)、阴极测试软探针(38)，门极测试探针压杆(30)固定在固定器(31)上并通过固定器(31)与三维探针座(33)连接，其水平投影与移动平台X轴负方向形成30±2°夹角，门极滚动测试探针(28)上竖直安装的铜滚轮(46)运行在GCT芯片(1)的门极区域，压杆(30)与GCT芯片的门极圆环形成切线位置关系，使其可靠地进行门极滚动接触，用三维探针座(33)调节位置，整个组件通过门极测试探针组件安装块(34)固定在旋转平台固定板(24)上，整体随着XY移动平台移动，与GCT芯片位置相对固定；阴极测试软探针(38)通过安装在机架(11)后侧立柱中部的组件安装板(16)固定，软探针(38)的位置用三维探针座(41)调节，软探针的水平投影与XY移动平台的X轴正方向形成45±2°夹角，调试时把移动平台调节在Z轴的上限位置，通过调节阴极软探针三维探针座(41)使软探针可靠接触在GCT芯片(1)的阴极梳条区域；打点器组件由打点器调节用三维探针座(18)和墨汁打点器(19)构成，整体安装在机架(11)后侧立柱的中上部位置，打点器的打点工作位置通过三维探针座(18)调节，与阴极软探针接触在GCT芯片上的阴极梳条同一位置。...

【技术特征摘要】
1.一种GCT芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台，包括圆周法精密测试探针台和高清CCD数字显微镜，其特征在于：高清CCD数字显微镜包括CMOS摄像头(8)和显示器(9)，用于测试过程中的微观图像监控；圆周法精密测试探针台的测试台机架(10)为C形结构，底部为梯形底座，通过方形柱子(11)连接摄像头竖直固定杆(12)和摄像头固定横支架(13)，用于固定CCD数字摄像头(8)；圆周法精密测试探针台结构架空安装在机架的中部，圆周法精密测试探针台包括XYZ三维移动测试平台、电动旋转平台(23)、测试夹具(20)、门极滚动测试探针(28)、阴极测试软探针(38)和打点器组件(19)，XYZ三维移动测试平台由XY二维移动测试平台(25)和Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)构成，Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)用螺丝垂直固定在机架(10)的方形柱子(11)内侧，通过旋钮(37)调节平台上下运动；XY二维移动测试平台(25)水平安装，与Z方向燕尾槽齿条型可调滑台(27)处于垂直关系，二者通过L型转接板(26)用螺丝固定连接，通过测试平台XY方向调节旋钮(43)调节前后左右位置；XY二维移动测试平台(25)上面通过旋转平台固定板(24)用螺丝(22)连接电动旋转平台(23)，旋转平台(23)上采用夹具定位柱(36)和测试夹具安装板(21)用螺丝(35)把测试夹具(20)同心地固定在旋转平台(23)的中心位置，测试夹具(20)上放置GCT芯片(1)；测试台机架(10)左右两侧靠后位置分别设有门极滚动测试探针(28)、阴极测试软探针(38)，门极测试探针压杆(30)固定在固定器(31)上并通过固定器(31)与三维探针座(33)连接，其水平投影与移动平台X轴负方向形成30±2°夹角，门极滚动测试探针(28)上竖直安装的铜滚轮(46)运行在GCT芯片(1)的门极区域，压杆(30)与GCT芯片的门极圆环形成切线位置关系，使其可靠地进行门极滚动接触，用三维探针座(33)调节位置，整个组件通过门极测试探针组件安装块(34)固定在旋转平台固定板(24)上，整体随着XY移动平台移动，与GCT芯片位置相对固定；阴极测试软探针(38...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宁强，乔旭，
申请(专利权)人：西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61