半導(dǎo)體器件管腳漏電流檢測(cè)技術(shù)的研究

魏全順

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519000

IC電路封裝時(shí)，需要對(duì)焊盤(pán)管腳和襯底漏電流進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于后封裝設(shè)備，需要確保不毀壞芯片的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)迅速檢測(cè)，這對(duì)于漏電檢測(cè)而言十分重要?；诖?，本文從漏電流檢測(cè)技術(shù)展開(kāi)研究，以微小漏電流的檢測(cè)難點(diǎn)和特點(diǎn)作為開(kāi)端，設(shè)計(jì)能夠滿足測(cè)試要求的半導(dǎo)體管腳漏電流檢測(cè)系統(tǒng)，確保電路能夠正常運(yùn)行。

1 半導(dǎo)體器件管腳漏電檢測(cè)技術(shù)概述

1.1 檢測(cè)要求

不同芯片在工藝要求上也不同，其參數(shù)設(shè)定不同導(dǎo)致管腳和導(dǎo)線之間的連接點(diǎn)也有所差異，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要分別對(duì)電壓、漏電流范圍、持續(xù)時(shí)間等進(jìn)行分別設(shè)置。首先，檢測(cè)時(shí)通常盡可能減少工作電流，避免由于檢測(cè)而導(dǎo)致芯片損壞，并提高檢測(cè)速度。其次，檢測(cè)工作具有較高的可靠性要求，每個(gè)引腳的檢測(cè)點(diǎn)有2個(gè)，而由于檢測(cè)速度及其準(zhǔn)確性相互矛盾，因此，檢測(cè)時(shí)必須要注意設(shè)備以及電磁的干擾，尤其是微小電流快速檢測(cè)，需要采用特殊方式才能夠完成[1]。

1.2 技術(shù)難點(diǎn)

半導(dǎo)體器件各有差異，但是不管是何種器件，焊盤(pán)和襯底皆表現(xiàn)以下幾點(diǎn)：一是絕緣，這時(shí)電阻呈現(xiàn)無(wú)窮大表現(xiàn)；二是電阻與二極管之間存在串聯(lián)通路；三是測(cè)試時(shí)線路由于傳輸干擾等虛擬電容而受到干擾，盡管虛擬電容pF比較少，但是其存在極有可能影響漏電流測(cè)試。其為測(cè)試器件模型代表，其中，任意器件焊盤(pán)和襯底都能夠使用一個(gè)電阻、一個(gè)二極管和PN電容形成并聯(lián)構(gòu)成電路，在對(duì)其線路進(jìn)行測(cè)量時(shí)，虛擬電容可以代表并聯(lián)器件兩端，也就是半導(dǎo)體電路模型[2]。通常情況下，虛擬電容不會(huì)消失，其是在回路中反應(yīng)出來(lái)的一種無(wú)法可視東西，但是其能夠被測(cè)量。電阻阻抗相較于二極管而言要小，TTL電路中焊盤(pán)和襯底存在二極管特征，MOS電路中焊盤(pán)和襯底屬于絕緣體，其具有節(jié)電容特征。在測(cè)試漏電流時(shí)，需要注意非線性器件模型。

在了解器件物理模型后，我們可以根據(jù)其特點(diǎn)來(lái)解決技術(shù)難題。為了能夠保護(hù)芯片在測(cè)試中不會(huì)受損，需要施加直流或交流電壓，其中，交流信號(hào)抗干擾性較強(qiáng)，極易被實(shí)現(xiàn)。其為檢測(cè)系統(tǒng)原理圖，通過(guò)設(shè)置參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)串行接口，掉電后工藝參數(shù)可以被保存在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)上傳下載。而IO接口與測(cè)試有著直接的關(guān)系，其能夠使實(shí)時(shí)檢測(cè)速度提升，有利于控制器直接操控端口[3]。不過(guò)，串行接口以及并行IO接口彼此相互隔離，其在運(yùn)行速度上比較快。信號(hào)采樣通過(guò)數(shù)字處理直接能夠傳輸?shù)街醒胩幚砥髦?，進(jìn)而利用軟件算法對(duì)漏電流進(jìn)行判斷。

2 半導(dǎo)體器件管腳漏點(diǎn)檢測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

（1）微處理模塊。該系統(tǒng)為智能測(cè)量系統(tǒng)，芯片為ATmega16，其中含有8位通用工作寄存器，16kB程序存儲(chǔ)器，1KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和512字節(jié)在線可編程數(shù)字存儲(chǔ)器，以及下載接口。利用軟件算法能夠與不同芯片測(cè)量相適應(yīng)，接口屬于標(biāo)準(zhǔn)串行接口，利用IO接口實(shí)時(shí)觸發(fā)裝置來(lái)測(cè)試，使測(cè)試速度能夠得以提升。

（2）串并口和電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的通信模式是RS422/485，便于用戶應(yīng)用，這一模式下，通信距離最大可達(dá)到1.2km，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)單雙工位的可切換通信，為了便于用戶實(shí)時(shí)操作設(shè)計(jì)，建設(shè)并口用于測(cè)試啟停，當(dāng)然，若是對(duì)速度不作出考慮，一個(gè)串口就能夠完成全部操作[4]。

芯片中含有JTAGA和ISP兩個(gè)接口，能夠在線下載編程。工藝參數(shù)具備掉電保護(hù)功能，出于可靠性，系統(tǒng)單獨(dú)為其提供了220V電源進(jìn)行供電，整個(gè)接口利用高速光帶你隔離實(shí)現(xiàn)輸入輸出。

（3）線性整流比較電路。信號(hào)Uo為異常交流信號(hào)，其幅值直接反應(yīng)了漏電流。而計(jì)數(shù)器數(shù)值直接表現(xiàn)了這一情況，通過(guò)數(shù)字化處理模擬信號(hào)，來(lái)了解漏電流。除了錢(qián)，可以通過(guò)線性整流電路來(lái)處理信號(hào)。

（4）采樣放大電路?；芈仿╇娏鞅容^小，通常無(wú)法通過(guò)采樣獲取信號(hào)，一般需要應(yīng)用差分式電路來(lái)，將零點(diǎn)漂移抑制住，做好共模抑制比，降低干擾。對(duì)于襯底而言，電路管腳為負(fù)載，若負(fù)載回路出現(xiàn)漏電流，就需要對(duì)電壓進(jìn)行輸入監(jiān)測(cè)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

（1）主程序設(shè)計(jì)。檢測(cè)系統(tǒng)主程序開(kāi)始時(shí)，需要先對(duì)堆棧指針進(jìn)行設(shè)置，建立軟件堆棧區(qū)，并將中斷寄存器進(jìn)行初始化，之后將I/O端口進(jìn)行初始化，選擇好工作的參數(shù)和方式。之后對(duì)內(nèi)設(shè)看門(mén)狗，為軟件運(yùn)行提供保障。系統(tǒng)中，使用軟件定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)外部和串口通信兩部分的中斷。

（2）中斷程序。系統(tǒng)中，T0定時(shí)器可以進(jìn)行定時(shí)中斷，其直接決定系統(tǒng)計(jì)數(shù)周期，并通過(guò)外部中斷啟動(dòng)檢測(cè)功能。其為INT1中斷程序，測(cè)試和內(nèi)部定時(shí)器同時(shí)啟動(dòng)，工藝參數(shù)決定了內(nèi)部定時(shí)器時(shí)間，限定期間內(nèi)，利用算反對(duì)漏電流進(jìn)行判斷，并對(duì)芯片管腳連線進(jìn)行判斷[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

從上文中可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)管腳漏電流進(jìn)行檢測(cè)對(duì)芯片管腳連接性進(jìn)行判斷，多次測(cè)試無(wú)誤判。實(shí)驗(yàn)中，管腳斷開(kāi)無(wú)漏電流，差分放大電路所輸出的電壓極小，管腳連接可靠，電路輸出的電壓則比較大，二者相差幅度大于為100-200mV，若是管腳在芯片中短路，則二者會(huì)出現(xiàn)最大電壓差。