高壓電源驅(qū)動(dòng)封測(cè)設(shè)備精度提升

在集成電路封測(cè)環(huán)節(jié)中，測(cè)試設(shè)備的精度直接決定了芯片的良率和可靠性，而高壓電源作為核心驅(qū)動(dòng)部件，其性能的優(yōu)提升往往能帶來(lái)測(cè)試精度的顯著進(jìn)步。高壓電源在封測(cè)設(shè)備中主要負(fù)責(zé)為探針卡、負(fù)載板以及各種高電壓應(yīng)力測(cè)試模塊提供穩(wěn)定可控的電壓源，尤其在功率器件、模擬電路和射頻芯片的測(cè)試場(chǎng)景下，電壓范圍經(jīng)常需要覆蓋數(shù)百伏甚至上千伏，同時(shí)要求極低的紋波和瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

傳統(tǒng)封測(cè)設(shè)備所用電源多采用線性穩(wěn)壓架構(gòu)，雖然輸出噪聲低，但在大功率高壓輸出時(shí)效率低下、發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試后電壓漂移明顯，進(jìn)而影響參數(shù)測(cè)量的一致性。近年來(lái)，隨著寬禁帶半導(dǎo)體材料在電源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，高壓電源的開(kāi)關(guān)頻率得以大幅提高，配合多相交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)和有源鉗位拓?fù)洌粌H將效率提升至92%以上，還將輸出紋波壓制到毫伏級(jí)以下。這種低紋波特性對(duì)于高精度ADC測(cè)試、泄漏電流測(cè)量以及擊穿電壓掃描至關(guān)重要，因?yàn)槿魏挝⑿〉碾妷翰▌?dòng)都會(huì)被放大為測(cè)試數(shù)據(jù)的離散性。

除了紋波控制，高壓電源的電壓建立時(shí)間和過(guò)沖抑制同樣是提升精度的關(guān)鍵指標(biāo)。在進(jìn)行快速參數(shù)掃描時(shí)，測(cè)試設(shè)備需要在微秒級(jí)別完成電壓切換，如果電源響應(yīng)遲鈍或出現(xiàn)明顯過(guò)沖，就會(huì)導(dǎo)致探針與芯片焊點(diǎn)之間產(chǎn)生瞬時(shí)電弧，損傷芯片表面甚至造成探針粘錫。現(xiàn)代高壓電源通過(guò)采用數(shù)字預(yù)補(bǔ)償算法和高速GaN驅(qū)動(dòng)器件，使電壓建立時(shí)間縮短到10μs以內(nèi)，過(guò)沖控制在設(shè)定值的±2%范圍內(nèi)，從而確保每次觸針?biāo)查g的電壓精度達(dá)到0.01%級(jí)別，極大降低了誤測(cè)率。

高壓電源的編程分辨率和讀回精度也直接映射到封測(cè)設(shè)備的測(cè)試精度。在高壓大動(dòng)態(tài)范圍下，實(shí)現(xiàn)16位甚至18位的DAC分辨率是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，通過(guò)在反饋回路中引入低噪聲基準(zhǔn)源和多級(jí)放大濾波結(jié)構(gòu)，可以使電壓編程步進(jìn)達(dá)到mV級(jí)，同時(shí)讀回誤差控制在滿量程的0.005%以內(nèi)。這意味著在進(jìn)行Vds-Id特性曲線掃描時(shí)，能夠更精細(xì)地捕捉器件在亞閾值區(qū)和飽和區(qū)的行為特征，為工藝優(yōu)化提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

溫度穩(wěn)定性是另一個(gè)容易被忽視卻極為重要的精度影響因素。封測(cè)車間環(huán)境溫度波動(dòng)較大，而普通電源的溫度系數(shù)往往在50ppm/℃以上，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間批量測(cè)試時(shí)電壓緩慢漂移。新型高壓電源通過(guò)在關(guān)鍵基準(zhǔn)電路和誤差放大器周圍布置多點(diǎn)溫度傳感器，并實(shí)時(shí)進(jìn)行分段線性補(bǔ)償，將溫度系數(shù)降低到5ppm/℃以下，確保在整個(gè)測(cè)試周期內(nèi)電壓偏差不超過(guò)設(shè)定值的±0.02%，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的“一次校準(zhǔn)、全程無(wú)漂”。

在多通道并行測(cè)試趨勢(shì)下，高壓電源的通道間隔離度成為新的精度瓶頸。相鄰?fù)ǖ乐g的串?dāng)_如果超過(guò)-80dB，就會(huì)導(dǎo)致正在測(cè)試的芯片受到鄰近芯片高壓應(yīng)力的干擾，造成參數(shù)測(cè)量錯(cuò)誤。通過(guò)在每路輸出端增加獨(dú)立磁隔離變壓器和共模扼流圈，通道間隔離度可提升至-120dB以上，使并行測(cè)試密度翻倍的同時(shí)，依然保持單通道測(cè)試時(shí)的精度水平。

高壓電源的保護(hù)機(jī)制設(shè)計(jì)同樣對(duì)精度保障起到關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)過(guò)流保護(hù)多采用直接關(guān)斷方式，雖然能保護(hù)芯片，但關(guān)斷瞬間的電壓尖峰往往會(huì)誤觸發(fā)測(cè)試機(jī)的誤判。智能保護(hù)策略通過(guò)在檢測(cè)到異常后先將輸出電壓以可控斜率降至安全值，再執(zhí)行關(guān)斷，避免了任何有害瞬變，確保即使在異常情況下測(cè)試數(shù)據(jù)依然有效。

隨著封測(cè)設(shè)備向更高電壓、更快速度演進(jìn)，高壓電源的精度提升路徑還包括輸出端增加精密分壓網(wǎng)絡(luò)和在線校準(zhǔn)功能。分壓網(wǎng)絡(luò)采用激光修調(diào)薄膜電阻，使分壓比長(zhǎng)期穩(wěn)定性達(dá)到0.001%，而在線校準(zhǔn)則利用測(cè)試機(jī)空閑時(shí)段自動(dòng)比對(duì)內(nèi)置黃金標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全生命周期零漂移。這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，使封測(cè)設(shè)備在進(jìn)行第三代半導(dǎo)體器件測(cè)試時(shí)，能夠?qū)㈥P(guān)鍵參數(shù)測(cè)量重復(fù)性提升一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，真正實(shí)現(xiàn)了從“能測(cè)”到“測(cè)得準(zhǔn)”的跨越。