長壽命抗干擾測(cè)試針在SOT363半導(dǎo)體高頻器件測(cè)量中的應(yīng)用

唐明津，陳偉，陳新

（英飛凌（無錫）科技有限公司，江蘇無錫214028）

長壽命抗干擾測(cè)試針在SOT363半導(dǎo)體高頻器件測(cè)量中的應(yīng)用

唐明津，陳偉，陳新

（英飛凌（無錫）科技有限公司，江蘇無錫214028）

在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)企業(yè)中，使用測(cè)試針接觸器件的引腳進(jìn)行電參數(shù)測(cè)量，必須考慮兩個(gè)問題。一個(gè)問題是降低測(cè)試針與器件引腳間的接觸電阻。在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，企業(yè)要想得到高精度的測(cè)量值，必須經(jīng)常替換已磨損的測(cè)試針，才能獲得更高的成品率。另一個(gè)問題是降低外部信噪對(duì)半導(dǎo)體高頻器件（工作頻率＞2 GHz）HFE參數(shù)測(cè)量的影響。外部信噪會(huì)使高頻器件的HFE參數(shù)不穩(wěn)定，造成成品率的降低。通過SOT363測(cè)試針設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹了新型長壽命抗干擾測(cè)試針的設(shè)計(jì)方法。

長壽命抗干擾測(cè)試針；高頻器件；成品率

1 引言

隨著半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù)朝著高效率、多功能、小體積的方向高速發(fā)展，相應(yīng)的封裝形式也越來越多樣化。其中SOT是小型晶體管表面貼裝型式，其在汽車電子和通信行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，常見有SOT23、 SOT223、SOT363、SOT89等，如圖1所示。

要想對(duì)SOT半導(dǎo)體器件的電參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量，企業(yè)都會(huì)選擇高效的測(cè)量系統(tǒng)。一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)必須包括測(cè)量儀表、測(cè)量電纜、測(cè)試針和器件四個(gè)要素，見圖2。

工作原理：測(cè)量儀表通過測(cè)量電纜和測(cè)試針將電壓或電流加到器件特定的引腳上，測(cè)得相應(yīng)引腳上的電流或電壓的值，計(jì)算出電參數(shù)的數(shù)值。

測(cè)試針與半導(dǎo)體器件的引腳直接接觸，它的設(shè)計(jì)要求非常嚴(yán)格，不僅要求導(dǎo)電性能好，接觸電阻極小，還希望使用壽命較長，維護(hù)成本低。

圖1 SOT半導(dǎo)體器件

圖2 SOT363測(cè)量系統(tǒng)

2 SOT363測(cè)試針材料的選擇

常見的測(cè)試針材料有鎢鋼、鈹銅、磷銅、黃銅等原材料。材料的選擇是由半導(dǎo)體器件內(nèi)部芯片的金線或銅線的直徑?jīng)Q定的，直徑大的能通過很大的電流，直徑小的只能通過較小的電流。

例如SSO8，它能通過50 A的大電流，而且引腳厚度較大，測(cè)試針材料使用的是鎢鋼，它具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，但是它的導(dǎo)電性能沒有鈹銅好。

但是對(duì)于通過小電流或低電壓的半導(dǎo)體器件，例如SOT363，它只能通過100 mA的小電流，所以測(cè)試針的材料必須選擇導(dǎo)電性能更好的鈹銅，接觸電阻很小，沒有電壓損耗。鈹銅是以鈹為主要合金元素的銅合金，又稱之為鈹青銅。它是銅合金中性能最好的高級(jí)有彈性材料，有較高的強(qiáng)度、彈性、硬度和疲勞強(qiáng)度。

鈹銅和鎢鋼相比，導(dǎo)電性能更好，接觸電阻更小，但是硬度較低，容易磨損，使用壽命短。因此使用鈹銅為SOT363的測(cè)試針材料，就必須考慮通過改進(jìn)測(cè)試針的結(jié)構(gòu)來提高測(cè)試針的使用壽命。

3 SOT363長壽命抗干擾測(cè)試針的設(shè)計(jì)

3.1 扁平測(cè)試針設(shè)計(jì)

扁平測(cè)試針在SOT363測(cè)試包裝機(jī)上的使用非常廣泛。它的外形見圖3，與測(cè)量電纜的連接見圖4。

3.1.1 扁平測(cè)試針的工作方式

扁平測(cè)試針由于長度較短，工作方式采用的是壓測(cè)方式。這種工作方式很簡(jiǎn)單，就是讓測(cè)試包裝機(jī)的吸嘴將器件吸起，然后把器件的引腳壓在測(cè)試針的前針和后針上，先進(jìn)行Kelvin測(cè)試，然后進(jìn)行電參數(shù)測(cè)試。

圖3 扁平測(cè)試針的外形

圖4 扁平測(cè)試針與測(cè)量電纜的連接

3.1.2 扁平測(cè)試針的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)試針長度較短，技術(shù)員調(diào)整測(cè)試針與器件引腳的接觸位置方便，HFE測(cè)量值穩(wěn)定，可以測(cè)量半導(dǎo)體高頻器件（2 GHz以上）。缺點(diǎn)：使用壽命較短，接觸次數(shù)在250萬次左右。因?yàn)槭褂脡簻y(cè)方式，測(cè)試針與器件引腳接觸的地方工作過一段時(shí)間后，測(cè)試針會(huì)被引腳壓出一個(gè)凹坑。這時(shí)測(cè)試針必須要更換，否則會(huì)降低產(chǎn)品的成品率。

3.2 長測(cè)試針設(shè)計(jì)

為了解決扁平測(cè)試針使用壽命較短的問題，我們通過增加測(cè)試針的長度，改變測(cè)試針的工作方式，設(shè)計(jì)出了長測(cè)試針。它的外形見圖5，與測(cè)量電纜的連接見圖6。

圖5 長測(cè)試針的外形

圖6 長測(cè)試針與測(cè)量電纜的連接

3.2.1 長測(cè)試針的工作方式

長測(cè)試針的長度長，不能采用壓測(cè)工作方式（否則容易折斷），必須使用夾測(cè)方式。這種工作方式是測(cè)試針在打開和合上時(shí)在凸輪的作用下做圓弧運(yùn)動(dòng)，器件的引腳被測(cè)試針的上針和下針夾住，先進(jìn)行Kelvin測(cè)試，然后進(jìn)行電參數(shù)測(cè)試。夾測(cè)工作方式見圖7。

圖7 測(cè)試針的夾測(cè)工作方式

3.2.2 長測(cè)試針的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：使用壽命長，接觸次數(shù)在500萬次左右。缺點(diǎn)：由于測(cè)試針較長，測(cè)量半導(dǎo)體高頻器件（2 GHz以上）時(shí)，對(duì)抗外部信噪干擾的能力不強(qiáng)，HFE參數(shù)測(cè)量值不穩(wěn)定，會(huì)降低產(chǎn)品的成品率。長、短測(cè)試針在測(cè)量頻率中量值的經(jīng)驗(yàn)值見圖8。

圖8 長、短測(cè)試針在測(cè)量頻率中量值的經(jīng)驗(yàn)值

長測(cè)試針在測(cè)試半導(dǎo)體器件上具有一定的局限性。它只能測(cè)試工作頻率低于2 GHz以下的半導(dǎo)體器件，工作頻率高于2 GHz的半導(dǎo)體器件仍然離不開扁平測(cè)試針，所以長測(cè)試針沒有得到很大的推廣。

3.3 長壽命抗干擾測(cè)試針

在SOT363半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備中，同時(shí)使用兩種不同樣式的測(cè)試針，這對(duì)于設(shè)備的使用和備件的管理是很不方便的。這就迫切要求我們能設(shè)計(jì)出一種同時(shí)具有扁平測(cè)試針和長測(cè)試針優(yōu)點(diǎn)的測(cè)試針來滿足生產(chǎn)的需要。

扁平測(cè)試針的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量工作頻率高于2 GHz的器件時(shí)HFE參數(shù)穩(wěn)定，原因是測(cè)試針接觸器件引腳處距離測(cè)量電纜的長度短。長測(cè)試針使用的是夾測(cè)方式，優(yōu)點(diǎn)是壽命長。因此要想同時(shí)具有扁平測(cè)試針和長測(cè)試針的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)試針的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就必須同時(shí)具備上面兩種測(cè)試針的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

3.3.1 長壽命抗干擾測(cè)試針的設(shè)計(jì)理念

（1）為了在有外部信噪干擾時(shí)保持HFE參數(shù)穩(wěn)定，我們采用了匹配和屏蔽等抗干擾手段，所有的測(cè)試電纜都帶有屏蔽層，并且測(cè)試電纜到測(cè)試針焊點(diǎn)的長度都是相同的。同時(shí)保證測(cè)試針與器件引腳的接觸點(diǎn)到測(cè)量電纜焊點(diǎn)的長度不大于扁平測(cè)試針的長度。

（2）為了降低測(cè)試針的磨損，提高測(cè)試針的使用壽命，測(cè)試針不能使用壓測(cè)工作方式，而必須使用夾測(cè)工作方式。為了方便技術(shù)員調(diào)整測(cè)試針與器件引腳的接觸位置，測(cè)試針的安裝孔到測(cè)試針與器件引腳的接觸位置的長度不小于長測(cè)試針的長度。

為此，我們經(jīng)過多次的試驗(yàn)和改進(jìn)，終于找到了解決問題的方法。在測(cè)試針尾端到測(cè)試針的安裝孔位置之間加裝彈簧片來保證其總長度與長測(cè)試針相同。同時(shí)可以在測(cè)試針的尾端焊接測(cè)試電纜，測(cè)試針的尾端到針尖處的長度沒有超過扁平測(cè)試針的長度。長壽命抗干擾測(cè)試針的設(shè)計(jì)原理見圖9。

圖9 新型長壽命抗干擾測(cè)試針的設(shè)計(jì)原理

3.3.2 長壽命抗干擾測(cè)試針設(shè)計(jì)

通過設(shè)計(jì)人員的不懈努力，對(duì)測(cè)試針的不斷改進(jìn)和樣品試制，我們最終完成了長壽命抗干擾測(cè)試針的設(shè)計(jì)工作。圖10所示就是測(cè)試針在SOT363半導(dǎo)體包裝機(jī)測(cè)試夾上的安裝圖。

圖10 長壽命抗干擾測(cè)試針的安裝圖

長壽命抗干擾測(cè)試針是由測(cè)試針和彈簧片組成的。測(cè)試針的長度等于扁平測(cè)試針的長度，測(cè)試針和彈簧片的總長度等于長測(cè)試針的長度。它的外形見圖11，與測(cè)試電纜的連接見圖12。

圖11 長壽命抗干擾測(cè)試針的外形

圖12 長壽命抗干擾測(cè)試針與測(cè)量電纜的連接

3.3.3 長壽命抗干擾測(cè)試針的工作方式

長壽命抗干擾測(cè)試針的工作方式與長測(cè)試針的工作方式完全相同，也使用夾測(cè)的工作方式。測(cè)試針不但能與SOT363器件的引腳可靠接觸，而且也不會(huì)很快被壓出凹坑，它的運(yùn)動(dòng)軌跡見圖13。

圖13 長壽命抗干擾測(cè)試針的上下針運(yùn)動(dòng)軌跡

3.3.4 長壽命抗干擾測(cè)試針的優(yōu)點(diǎn)

長壽命抗干擾測(cè)試針同時(shí)具有扁平測(cè)試針和長測(cè)試針的優(yōu)點(diǎn)。在有外部信噪干擾時(shí)，測(cè)量工作頻率高于2 GHz的器件時(shí)HFE參數(shù)測(cè)量值穩(wěn)定，同時(shí)使用壽命長，觸點(diǎn)接觸次數(shù)在2500萬次左右。使用壽命比扁平測(cè)試針多達(dá)10倍，技術(shù)員調(diào)整測(cè)試針的位置方便。長壽命抗干擾測(cè)試針在SOT363半導(dǎo)體包裝機(jī)上使用至今已超過2年，沒有任何問題出現(xiàn)。

4 結(jié)論

測(cè)試針是半導(dǎo)體器件測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分。使用長壽命的測(cè)試針是企業(yè)保證測(cè)量準(zhǔn)確度和降低設(shè)備維護(hù)成本的重要因素之一。新型長壽命抗干擾測(cè)試針的壽命已經(jīng)被證明是扁平測(cè)試針的10倍以上，而且解決了高頻器件HFE測(cè)量值不穩(wěn)定的問題。

Application of Long-Life and Anti-Interference Contact Finger for High-Frequency SOT363 Semiconductor Device Measurement

TANG Mingching,CHEN Wei,CHEN Xin
（Infineon Technologies（Wuxi）Co.,Wuxi 214028,China）

During semiconductor test measurements,the contact finger is one of the mAin contributors to high accuracy and precision.Two concerns must be focused to design a good test contact finger.One is good kelvin test contact at test device lead pad,another is test interference from external electrical noise for high frequency (HF)SOT device(＞2 GHz).To achieve a high precision test measurement in auto mAtic production line, frequent replacement of the worn-out test contact fingers should be performed to sustain good test yield. Another concern is high frequency devices facing HFE test oscillation and causing yield loss.To solve these issues,a new design of long life test contact fingers and high consideration of anti-oscillation/anti-electrical noise design must be developed.In the paper,the new design method of long life span and anti-interference test contactfingerisintroduced via SOT363 testcontactfinger.

long-life and anti-interference contactfinger;high frequency devices;yield

TN304.07

A

1681-1070（2017）07-0008-03

唐明津（1955—），男，馬來西亞人，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)任職于英飛凌（無錫）科技有限公司，主要負(fù)責(zé)改進(jìn)和研發(fā)新型半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)和測(cè)試設(shè)備。

2017-2-24