高壓電源在晶圓封測(cè)設(shè)備的創(chuàng)新應(yīng)用

晶圓封測(cè)（Wafer Probing and Packaging/Testing）是半導(dǎo)體制造的后道關(guān)鍵工序，旨在確保芯片的功能性和可靠性。隨著先進(jìn)封裝技術(shù)（如3D堆疊、扇出/扇入）和高頻、高壓/低功耗器件的普及，對(duì)封測(cè)設(shè)備的測(cè)試精度、速度和電壓范圍提出了更高的要求。高壓電源（HVPS）在封測(cè)設(shè)備中的創(chuàng)新應(yīng)用，不再局限于傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)功能，而是向高精度、多通道、快速可編程的精密源測(cè)量單元（Source Measure Unit, SMU）和**高可靠性老化/燒機(jī)（Burn-in）**電源方向發(fā)展。
一、超高精度源測(cè)量單元（SMU）中的應(yīng)用
在晶圓探針臺(tái)（Wafer Prober）和自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）中，用于器件特性表征和故障分析的SMU是核心部件。高壓電源為SMU的輸出級(jí)提供高壓基準(zhǔn)。創(chuàng)新點(diǎn)在于將電源與測(cè)量功能深度集成，實(shí)現(xiàn)：
1. 寬動(dòng)態(tài)范圍的高壓/高精度輸出： 現(xiàn)代器件的測(cè)試需要從毫伏到千伏的寬范圍電壓。高壓電源必須提供納伏級(jí)（nV）的分辨率和飛安級(jí)（fA）的電流測(cè)量精度，特別是在進(jìn)行柵極氧化層完整性測(cè)試（GOI）或絕緣擊穿電壓（BV）測(cè)試時(shí)。這要求高壓電源的輸出紋波和噪聲必須極低，且具備出色的線性度和溫度穩(wěn)定性。通過(guò)采用多級(jí)線性穩(wěn)壓技術(shù)結(jié)合高頻開(kāi)關(guān)預(yù)穩(wěn)壓，可以有效地“凈化”輸出。
2. 快速模式切換和波形生成： 為了提高測(cè)試吞吐量，SMU需要能夠快速地從電壓源模式切換到電流源模式，并在兩者之間平穩(wěn)過(guò)渡。高壓電源作為前端，需支持納秒級(jí)的快速編程和穩(wěn)定的瞬態(tài)響應(yīng)。此外，為了執(zhí)行容性電壓斜坡測(cè)試（CV Ramping）或脈沖I-V測(cè)試，電源需能生成復(fù)雜、高精度、高壓的任意波形。這依賴于高帶寬、低失真的功率放大器設(shè)計(jì)和高速D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）的協(xié)同工作。
3. 多通道獨(dú)立浮動(dòng)輸出： 復(fù)雜芯片的測(cè)試可能需要數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)獨(dú)立的、電隔離的電源通道，以模擬器件的實(shí)際工作環(huán)境或執(zhí)行并行測(cè)試。高壓電源系統(tǒng)必須采用高隔離度的多重變壓器或DC/DC模塊設(shè)計(jì)，確保每個(gè)通道在高壓環(huán)境下仍保持極低的漏電流和噪聲耦合，保障測(cè)試結(jié)果的純凈性。
二、老化和可靠性測(cè)試中的創(chuàng)新應(yīng)用
老化（Burn-in）測(cè)試在高溫高壓下對(duì)芯片施加長(zhǎng)期電應(yīng)力，以篩選出早期失效的器件。隨著封裝密度的增加和測(cè)試條件的嚴(yán)苛化，高壓電源在老化設(shè)備中的應(yīng)用也發(fā)生了變化：
1. 高密度、高效率的功率傳輸： 老化爐內(nèi)的空間有限，但需要為成千上萬(wàn)顆芯片提供電源。高壓電源系統(tǒng)必須具備極高的功率密度，并通過(guò)創(chuàng)新的高壓分布式供電架構(gòu)，最大限度地減少傳輸損耗和熱量產(chǎn)生。
2. 精確的電壓和電流應(yīng)力控制： 現(xiàn)代老化測(cè)試需要施加精確控制的電壓和電流應(yīng)力，以模擬復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)故障模式。高壓電源系統(tǒng)需要具備遠(yuǎn)程感應(yīng)（Remote Sensing）功能，直接在芯片引腳處進(jìn)行電壓反饋，補(bǔ)償老化板和連接線的電壓降，確保施加應(yīng)力的精度。此外，需要支持動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載，即在老化過(guò)程中根據(jù)預(yù)設(shè)程序改變電壓或電流，以加速潛在缺陷的暴露。
3. 故障監(jiān)測(cè)與保護(hù)： 在高壓大電流的老化環(huán)境中，單顆芯片的短路或失效不應(yīng)影響整個(gè)批次。高壓電源模塊需要具備單通道獨(dú)立保護(hù)、快速切斷和精確的故障定位能力。通過(guò)集成微處理器和通信接口，電源可以實(shí)時(shí)向控制系統(tǒng)報(bào)告每個(gè)測(cè)試槽的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)到單器件級(jí)別的應(yīng)力控制和故障分析。
總而言之，高壓電源在封測(cè)設(shè)備中的創(chuàng)新應(yīng)用，是推動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)向更高集成度、更高精度、更快速度和更高可靠性方向發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。它將傳統(tǒng)的電源功能與精密測(cè)量、高速控制、以及智能診斷深度融合，成為半導(dǎo)體質(zhì)量保障體系中不可或缺的精密工具。