一種CCD漏電流自動掃描測試系統(tǒng)設(shè)計

文/張婷婷 周建勇 陳紅兵 任思偉

隨著CCD技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)線轉(zhuǎn)移、全幀轉(zhuǎn)移、幀轉(zhuǎn)移、TDI、EM、PtSi紅外焦平面探測器等各類CCD圖像傳感器在各個領(lǐng)域得到廣泛應用，CCD器件需求量顯著提高。其中，在CCD工藝檢測方面，尤其在保證不毀壞芯片的同時，判斷CCD傳感器內(nèi)部電極之間是否存在短路或漏電情況，即快速檢測CCD器件管腳漏電流成為CCD在生產(chǎn)封裝過程中一項非常關(guān)鍵的技術(shù)?，F(xiàn)階段，每款CCD器件的漏電流測試均需設(shè)計對應的電路，設(shè)置測試電壓、漏電流大小范圍、測試持續(xù)的時間等以實現(xiàn)其漏電流的測試。同時，測試CCD器件漏電流一般包括CCD柵電極對地漏電流和CCD管腳間漏電流測試兩種測試要求。其中CCD柵電極對地漏電流測試的是柵電極（管腳）相對于器件信道（地）的總漏電流。CCD管腳間漏電流測試的器件的每個引線端（管腳）和其它不同定義引線端（管腳）之間的漏電流總和。針對漏電流的測試具有準確性和快速性這一矛盾的測試特點，我們尋求一種新的方案，能高效、準確的進行漏電流測量，以保證項目的質(zhì)量和進度。

1 電路設(shè)計與分析

CCD圖像傳感器種類眾多，結(jié)構(gòu)差異大，管腳數(shù)量不一，針對不同的CCD漏電流測試需要設(shè)計對應的測試電路。同時，一方面在漏電流測試過程中，一般要求操作簡單安全，以防止由于檢測而損壞芯片，保證檢測結(jié)果的可靠性，另一方面由于需檢測的器件需求量大，每只器件被測管腳數(shù)量多，從而對檢測速度提出了很高的要求。針對這些測試特點，本領(lǐng)域技術(shù)人員進行了相關(guān)探索，開展了CCD器件漏電流測試裝置的設(shè)計研究，采用一種裝置同時實現(xiàn)各常規(guī)CCD柵電極對地漏電流和CCD管腳間漏電流測試功能。并在保證漏電流檢測的可靠性前提下，提高檢測速度，克服CCD器件漏電流測試電路設(shè)計制作周期長，測試操作復雜，工作量大等問題。

測量系統(tǒng)由測量電路和上位機兩部分組成。其結(jié)構(gòu)方案如圖所示。測量電路包括FPGA模塊、SPDT模塊、CCD插座模塊、電流表和串口模塊組成。FPGA模塊以FPGA為核心，接收上位機的各項控制命令，控制SPDT通道選擇，控制可添加可調(diào)電壓大小，返回測試狀態(tài)等。SPDT模塊以選用SPDT繼電器單元，使一個SPDT繼電器單元電路均與一個CCD管腳連接，采用多路SPDT繼電器，構(gòu)成SPDT模組模塊。CCD插座模塊通過結(jié)合分析當前常規(guī)CCD器件管腳分布及排列，設(shè)計兼容常規(guī)CCD器件管腳可用插座。如圖1所示。

本測試電路以選用單刀雙擲開關(guān)為要點，采用多路SPDT開關(guān)排列組合，形成SPDT開關(guān)模塊，通過FPGA模塊控制SPDT開關(guān)選通待測管腳，給被測管腳加電VCC，其余管腳的SPDT開關(guān)選通連接GND，添加限流保護電路，連接電流表，形成漏電流測試單元電路。在測試不同CCD管腳時，選擇對應SPDT繼電器單元電路連接至穩(wěn)壓電源輸入，其余管腳對應的SPDT繼電器單元電路連接至GND，在不改變硬件電路設(shè)計的前提下，只用通過上位機軟件操作，使用FPGA控制，實現(xiàn)對CCD管腳多通道選通，實現(xiàn)其各漏電流測試的功能。

2 自動化采集設(shè)計與實現(xiàn)

本測試系統(tǒng)的上位機采集部分，基于硬件多通道電路設(shè)計，結(jié)合串口通信接口，設(shè)計軟件控制及采集，實現(xiàn)對電壓的設(shè)置、CCD管腳的選通、測試方式的選擇、測試結(jié)果的記錄與保存，以及自動循環(huán)測試等功能。同時在各次測試中，可保存各次管腳配置，便于測試的重現(xiàn)及同需求CCD器件管腳的漏電流測試。最后搭配直觀易懂的軟件操作界面，最終實現(xiàn)CCD器件管腳漏電流的智能測試。軟件控制流程圖如圖2所示。

圖1：測試系統(tǒng)原理圖

圖2：軟件控制流程圖

3 實際應用

使用本系統(tǒng)進行CCD漏電流測試時，首先檢測測試電路各接口連接器及各，將測量電路與上位機連接，然后將CCD安裝到測量電路的CCD模塊載板上，啟動電源，按要求在上位機采集界面設(shè)置好各項參數(shù)，最后開始測量。測量系統(tǒng)實物圖如圖3所示。

本次測試以典型的某型CCD器件漏電流為例，測試其各管腳對地漏電流和管腳間漏電流，測量完成后，測量數(shù)據(jù)直接保存至Excel表。本次測量共耗時16分鐘，測量管腳106只。

經(jīng)實際測試CCD芯片管腳漏電流試用，該電路能滿足各類常用CCD芯片管腳漏電流測試。該電路元器件選型及各參數(shù)設(shè)計達到了預期的設(shè)計目的。

4 結(jié)論

本文介紹了一種多通道的自動化CCD固體傳感器漏電流測量裝置的設(shè)計與實現(xiàn)。使用該系統(tǒng)，最多可以一次同時完成384個通道的漏電流測量，適用于各類常規(guī)CCD器件，極大提高了探測器篩選時的效率。使用該系統(tǒng)極大的避免器件測試時的損壞，同時測得的結(jié)果誤差小，并且系統(tǒng)還具有成本低和操作簡單等優(yōu)點，極大地節(jié)約了人力物力。本系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，效果良好。在其他需要測量大批探測器漏電流的，本系統(tǒng)具有很重要的參考價值。

圖3：多通道自動化CCD漏電流測試裝置實物圖