提高二極管芯片測(cè)試準(zhǔn)確度分析

寧慧

【摘 要】二極管芯片最主要的一個(gè)作用就是整流線路，而整流用二極管芯片的VF是最重要的參數(shù)之一，VF也是判斷二極管芯片性能高低的一個(gè)重要參數(shù)。在現(xiàn)實(shí)中，VF參數(shù)的準(zhǔn)確度問(wèn)題引起了很多不必要的分歧。為提高VF參數(shù)的準(zhǔn)確度，論文針對(duì)封裝鍵合的改動(dòng)、測(cè)試方法和測(cè)試環(huán)境做了分析驗(yàn)證，對(duì)二極管芯片的主要參數(shù)VF進(jìn)行了測(cè)試誤差分析并提出了改進(jìn)意見(jiàn)。

【Abstract】The main function of the diode chip is the rectifier circuit， and the VF of the rectifier diode chip is one of the most important parameters. VF is also an important parameter to judge the performance of the diode chip. In reality， the accuracy of VF parameters raises many unnecessary differences. In order to improve the accuracy of VF parameters， the paper makes an analysis and verification on the modification， the test method and the test environment of the encapsulation and bonding. The paper analyzes the error of the main parameter VF of the diode chip and puts forward some suggestions for improvement.

【關(guān)鍵詞】二極管芯片;主要參數(shù);VF;封裝鍵合;準(zhǔn)確度

【Keywords】diode chip; main parameters; VF; encapsulation and bonding; accuracy

【中圖分類(lèi)號(hào)】TN312? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）09-0184-02

1 引言

天水華天電子集團(tuán)生產(chǎn)的厚膜電路應(yīng)用了大量的二極管芯片，在二極管芯片測(cè)試之前，需要對(duì)其進(jìn)行封裝后再送檢測(cè)試。通常情況下，二極管的測(cè)試數(shù)據(jù)中有一部分芯片測(cè)試VF數(shù)據(jù)與國(guó)外先進(jìn)半導(dǎo)體公司的數(shù)據(jù)有微小的偏差，例如，SBD肖特基二極管芯片SC090H045A，測(cè)試條件為VF1<0.60V，IF=6A，+25℃;VF2<0.73V，IF=12A，+25℃，國(guó)外半導(dǎo)體公司出廠的測(cè)試數(shù)據(jù)為VF1<0.6V，VF2<0.73V。通過(guò)分析測(cè)試數(shù)據(jù)和改造后的測(cè)試數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出VF1的測(cè)試誤差是29.8mV，VF2的測(cè)試誤差是74.6mV，前后測(cè)試準(zhǔn)確度提高了4.9%。在這多次驗(yàn)證過(guò)程中，針對(duì)誤差原因，在測(cè)試方法和封裝鍵合上進(jìn)行多次改動(dòng)與驗(yàn)證，最終確定造成最初的測(cè)試數(shù)據(jù)誤差的原因。

首先，要求測(cè)試設(shè)備必須符合開(kāi)爾文四線制測(cè)試法，測(cè)試設(shè)備的四根線（具備開(kāi)爾文測(cè)試法的設(shè)備）必須是獨(dú)立的并且和測(cè)試器件的引腳相連，測(cè)試用電流和電壓取樣不走同一根線，即四端子檢測(cè)（4T檢測(cè)，4T ensing）、四線檢測(cè)或四點(diǎn)探針?lè)ǎ且环N電阻抗測(cè)量技術(shù)，使用單獨(dú)的對(duì)載電流和電壓檢測(cè)電極，相比傳統(tǒng)的兩個(gè)終端（2T）傳感能夠進(jìn)行更精確地測(cè)量。開(kāi)爾文四線檢測(cè)被應(yīng)用于一些歐姆表和阻抗分析儀，并應(yīng)用在精密應(yīng)變計(jì)和電阻溫度計(jì)的接線配置。四線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是分離的電流和電壓的電極，消除了布線和接觸電阻的阻抗。同時(shí)，一定保證測(cè)試設(shè)備的四根線是獨(dú)立的和測(cè)試器件的引腳相連，測(cè)試用電流S端和電壓F端不是同一測(cè)試源。

其次，要求芯片封裝的鍵合引腳也配合開(kāi)爾文測(cè)試，雖然都是開(kāi)爾文測(cè)試手法，但用在測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)和二極管芯片自身鍵合引腳是不一樣的，同時(shí)滿足可以提高芯片測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，就單在測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)上的實(shí)際操作而言，還是會(huì)存在各式各樣的偏差，所以可以采用同時(shí)將芯片鍵合絲配合為四點(diǎn)鍵合，從原芯片封裝TO-257可伐材質(zhì)兩根引腳改為三根引腳的封裝方法。

再次，在測(cè)試時(shí)將封裝引腳盡可能地與測(cè)試插座接觸，增大測(cè)試接觸面積，減小誤差。如果接觸面積小，電阻相對(duì)增大，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)VF的測(cè)試值偏大，所以要盡可能地插入測(cè)試插座，接觸面積大，則VF最終測(cè)試值誤差小，

最后，要避免測(cè)試時(shí)溫度的變化，溫度變化可導(dǎo)致VF測(cè)試值不穩(wěn)定，絕大部分二極管芯片的VF具有負(fù)溫度系數(shù)，也就是說(shuō)溫度越高，VF越低。其中，肖特基二極管最為顯著，溫度升高，VF正向壓降減小，IR反向漏電流增大，詳見(jiàn)表1和表2。

在實(shí)際測(cè)試VF的作業(yè)過(guò)程中，有時(shí)候需要比較大的電流（幾毫安到幾十安培），芯片會(huì)在測(cè)試過(guò)程中有明顯的溫度上升，因此，在測(cè)試時(shí)要重點(diǎn)監(jiān)控溫升，并要求每一次測(cè)試的條件一致，只有這樣測(cè)試數(shù)據(jù)才會(huì)準(zhǔn)確。

2 測(cè)試所需設(shè)備簡(jiǎn)介

STS 2103B半導(dǎo)體分立器件測(cè)試系統(tǒng)用于三極管、二極管、場(chǎng)效應(yīng)管、光電耦合器和可控硅等分立器件的測(cè)試。系統(tǒng)測(cè)試原理符合國(guó)標(biāo)、軍標(biāo)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，功率參數(shù)嚴(yán)格按照300us測(cè)試方法，確保將器件溫升影響控制到最小。16位驅(qū)動(dòng)與測(cè)量分辨率經(jīng)過(guò)系統(tǒng)精密校準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)與測(cè)試準(zhǔn)確度更高。電壓的驅(qū)動(dòng)與測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到了0.05%（Fs），電流的驅(qū)動(dòng)與測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到了0.1%（Fs）。使用操作簡(jiǎn)便、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、運(yùn)行穩(wěn)定。軟硬件鉗位保護(hù)是一種測(cè)試安全可靠并采用菜單填表式的編程模式，提供各類(lèi)型典型器件測(cè)試模板，提供豐富的測(cè)試適配器及通用的多陣列測(cè)試適配板，支持多達(dá)8個(gè)單元的二極管、三極管陣列的測(cè)試，支持多路普通與高速光耦的測(cè)試（選配）。采用四線開(kāi)爾文插座測(cè)試貼片器件，確保準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性滿足測(cè)試要求。

3 傳統(tǒng)測(cè)試方法介紹

測(cè)試臺(tái)是由STS2103B分立器件測(cè)試系統(tǒng)、BX-1031A半導(dǎo)體分立器件通用測(cè)試模塊、分立器件測(cè)試轉(zhuǎn)換器、分立器件測(cè)試適配器四部分組成，F(xiàn)代表FORCE激勵(lì)端，S代表SENSE測(cè)量端，陰陽(yáng)極各兩片獨(dú)立對(duì)載F端和S端，四片檢測(cè)是分離的電流和電壓的電極，形成開(kāi)爾文測(cè)試，減小了阻抗，降低了VF測(cè)試誤差。

4 鍵合的方法改進(jìn)與鍵合改變的測(cè)試轉(zhuǎn)換器開(kāi)發(fā)

4.1 鍵合的改進(jìn)測(cè)試方法

改進(jìn)前鍵合方法如圖1所示?？梢钥闯?引腳懸空，2引腳接地外殼，3引腳鍵合5根80μm的硅鋁絲，這種超聲錫焊鍵合方法通用于生產(chǎn)線上，陽(yáng)極是5根硅鋁絲引線鍵合芯片基板焊盤(pán)上，陰極接地外殼。改進(jìn)后鍵合方法如圖2所示。陽(yáng)極分F端和S端分別連接到不同的引腳，左右各一根250μm（250μm的硅鋁絲承受過(guò)電流比80μm的硅鋁絲大，電阻較小，電流流過(guò)時(shí)發(fā)熱較?。?，可以很明顯地看出，這種鍵合方式是將F端和S端單獨(dú)分開(kāi)，再插入測(cè)試座測(cè)試，這樣使封裝后的二極管芯片引腳以開(kāi)爾文的方式接入測(cè)試系統(tǒng)。

系統(tǒng)測(cè)試線路本身也滿足開(kāi)爾文式測(cè)試原理，芯片封裝引腳也符合開(kāi)爾文式原理測(cè)試。因此，在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，電阻最小，電流承受最大，測(cè)試出的VF數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

4.2 轉(zhuǎn)換器制作

為了配合新鍵合二極管芯片引腳的改動(dòng)，必須與制作的特殊測(cè)試轉(zhuǎn)換器匹配才能測(cè)試，將STS 2103B測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)測(cè)試轉(zhuǎn)換器的E和C兩極轉(zhuǎn)換連接在TO-220測(cè)試座的E和C位上。

4.3 測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證對(duì)比

把改動(dòng)前和改動(dòng)后的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)VF測(cè)試參數(shù)的變化，由于改動(dòng)后的測(cè)試方法大大降低了電阻，F(xiàn)端和S端互補(bǔ)干擾，分離了電流和電壓的電極，消除了布線和接觸電阻的阻抗，因此，與傳統(tǒng)的方法相比，大大提高了測(cè)試準(zhǔn)確度，按測(cè)試數(shù)據(jù)可計(jì)算出在常溫+25℃下，提高的測(cè)試準(zhǔn)確度約為15%，在低溫-55℃下，提高的測(cè)試準(zhǔn)確度約為14%，在高溫+125℃下，提高的測(cè)試準(zhǔn)確度約為27%。

5 結(jié)語(yǔ)

在二極管芯片測(cè)試時(shí)，VF這個(gè)參數(shù)造成的損耗占了二極管損耗的大部分，甚至絕大部分，這也是判斷二極管性能高低的一個(gè)重要的參數(shù)。在提高測(cè)試準(zhǔn)確度過(guò)程中，主要針對(duì)測(cè)試方法和封裝鍵合進(jìn)行了多次改動(dòng)與驗(yàn)證，最終確定測(cè)試數(shù)據(jù)誤差出現(xiàn)的原因。測(cè)試設(shè)備必須滿足開(kāi)爾文測(cè)試法，二極管芯片引腳滿足開(kāi)爾文測(cè)試法，此外，測(cè)試時(shí)注意不能溫升等各種環(huán)境要求和測(cè)試時(shí)接觸測(cè)試座的面積大小等均是導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差的主要原因。滿足這些要求則大大提高了測(cè)試準(zhǔn)確度，更大限度地減少誤差，芯片的良率增大，使用率增多，提升了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，保證了測(cè)試測(cè)值的穩(wěn)定性，有利于質(zhì)量的管控。