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– 集成电路的交流参数是与时间有关的电参数，包括上 升时间和下降时间、传输过程的延迟时间、建立和保 持时间、刷新和暂停时间等。
2.4 晶圆测试设备
• 晶圆测试设备是借助于探针对晶圆上芯片 进行测试的设备。利用晶圆测试设备可以 步进测试晶圆上器件和芯片的电学性能参 数和功能，得到晶圆上芯片和微电子测试 结构的统计量。
运 算 放 大 器 外 形 图
运算放大器的常见参数
• • • 1.输入失调电压VIO(input offset voltage) ：输入电压为零时，将输出电压除以 电压增益，即为折算到输入端的失调电压。VIO是表征运放内部电路对称性的 指标。 2.输入失调电流IIO(input offset current)：在零输入时，差分输入级的差分对 管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。 3.输入偏置电流IB(input bias current)：运放两个输入端偏置电流的平均值， 用于衡量差分放大对管输入电流的大小。 4.输入失调电压温漂 ：在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化 量与温度变化量之比值。 5.输入失调电流温漂 ：在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化 量与温度变化量之比值。 6.最大差模输入电压 (maximum differential mode input voltage)：运放两输入 端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。 7.最大共模输入电压 (maximum common mode input voltage)：在保证运放 正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差 分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。
2.2.2 晶体管基本原理和结构
2.2.3集成电路的基本原理和结构
• 半导体集成电路有双极型集成电路和MOS 集成电路两大类。单片半导体集成电路是 通过许多道平面工艺，把许多有源器件、 无源元件和金属薄膜导线按集成设计要求 有序并规则地制作在同一块硅片（基片） 上，以达到各种性能指标，并能满足特定 功能条款的电路。
集成放大器的符号
运算放大器的引线
运算放大器的符号中有三个引线端，两个 输入端，一个输出端。一个称为同相输入端， 即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用 符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该 端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号 “-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号 边框内标有‘+’号。
2.2.3集成电路的基本原理和结构
• 1.集成电路基本原理
– （1）双极型集成数字逻辑电路。按其晶体管正 常工作的状态分为饱和型和非饱和型。TTL是饱 和型、STTL电路抗饱和，归属饱和型电路。
2.2.3集成电路的基本原理和结构
• TTL集成电路是由双极型晶体管为主体构成 的。TTL集成电路的最基本单元电路有TTL与 非门、TTL或非门、TTL反相器和TTL与或非 门等。
2.4.2 自动探针测试台
• 2.外围保障和辅件
– 自动探针测试台、自动测试设备和自动分选机 的外围保障有工业动力源、压缩气动源、防静 电的净化室等。
2.5 晶圆测试操作
• 晶圆测试主要是利用探针卡与探针对功能 芯片电路和微电子测试结构的测试。芯片 测试主要测试是功能测试和直流参数测试， 特殊需要时，低频低速电路还可以安排交 流参数的测试，但是要解决好探针电容匹 配和感应耦合引起的严重干扰问题，以确 保测试精度。
手动探针台的测试操作
• 测试步骤：
– 1.安装探针，调整四个探针座 – 2.下降载物台，在载物台上安放晶圆 – 3.通过体视显微镜进行观察和判断，对探针座做微调 （通常根据压痕来判断位置） – 4.选定电压电流测量工具 – 5.测试 – 6.下降载物台，移到另一个测试结构位置，进行重复测 试，直到取下晶圆 – 7.分析测试的数据
2.3.1 性能参数测试项目
• 2.功能
– 集成电路的功能依照设计的要求会有千差万别。集成 电路可以实现数字逻辑运算，数字和模拟信号的处理、 控制、存储、发射等一系列功能。
• 3.极限（裕量）参数
– 集成电路的极限参数是与集成电路工作环境密切相关 的，指允许变化范围的极限电学参数。
• 4.交流参数
自动探针台的测试操作
– （9）在一切正常前提下，对晶圆进行自动探针 测试 – （10）探针阵列和测试芯片接触 – （11）启动和完成芯片测试 – （12）打点标记后，进行另一个芯片测试 – （13）重复循环芯片测试，完成整个晶圆的测 试 – （14）检查晶圆表面，记录探针压痕不合格和 墨点标记不合格的芯片 – （15）对照被测晶圆，进行数据分析。
• 其次，把晶圆安装在晶圆承片步进台上，晶圆承 片步进台进入探针测试台中心，经系统的CCD显 微摄像装置扫描找准后，X-Y二维步进工作台移动 定位到测试探针阵列对准晶圆上芯片的位置，升 降Z轴，使探针和芯片接触。
2.4.2 自动探针测试台
• 然后，探针台受启动测试信号的控制，对 芯片进行测试，芯片测试过程结束。
2针卡与探针座
2.4.1 手动探针测试台
• 2.体视显微镜
– 体视显微镜安装在手动探针测试台的载物工作 台上方，用于观察晶圆、芯片和探针。体视显 微镜由双目镜、物镜、显微镜筒体、倍率调节 装置和升降导轨装置等构成。
2.4.1 手动探针测试台
• 3.载物工作台
– 载物台由X-Y二维步进工作台和载物台构成。载 物台上放置被测物件，即晶圆片等，载物台可 以进行360度的旋转和Z方向的升降。
自动探针台的测试操作
• 1.晶圆芯片的参数测试
– 直流参数测试和功能测试
• 2.晶圆芯片的测试要点
– （1）熟悉被测晶圆和芯片的二维结构、位置尺 寸、工艺参数等 – （2）设置和建立基本测试条件 – （3）利用探针卡进行晶圆芯片测试，必须保证 探针卡的精度和可靠性。 – （4）正确设置探针台的各种位置和测试参数
•
• • •
2.3 晶圆测试项目
• 晶圆测试是在探针台上进行的，晶圆测试 时，金属探针的一端接到相应的电源、地、 信号源、控制和检测单元，另一端的金属 探针针尖接触焊盘。一般探针与探针卡的 晶圆测试可以测试直流参数（与时间无关 的参数）、功能和某些极限参数测试以及 部分低速低频芯片的低精度交流参数（与 时间有关的参数）测试。
• 最后，打点装置受打点信号控制，按照测 试结果决定是否打墨点之后，承片台下降。
2.4.2 自动探针测试台
• 1.基本构成和功用
– 自动探针卡测试台是光机电一体化的精密设备， 比手动探针卡测试台更复杂、紧密、高效。自 动探针卡测试台有两种构成方式，一种是独立 的整机设备，另一种是依附于集成电路自动测 试设备的模块式自动探针卡测试台。
2.2.3集成电路的基本原理和结构
• 模拟信号
– 信号波形模拟着信息的变化而变化，如图所 示的信号称为模拟信号。其特点是幅度连续( 连 续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个 数值)。
2.2.3集成电路的基本原理和结构
• 数字信号
– 下图是数字信号，其特点是幅值被限制在有限 个数值之内，它不是连续的而是离散的， 这种 幅度是离散的信号称数字信号。
2.2.2 晶体管基本原理和结构
• 3.MOS晶体管
– MOS型晶体管属于场效应晶体管，是一种电压 控制的单极四端器件。场效应器件分为绝缘型 （MOSFET/MESFET） 和结型（JFET）两种。
BJT的开关特性
vI=0V时:
iB0，iC0，vO＝VCE≈VCC，c、e极之间近似于开路,
vI=5V时: iB0，iC0，vO＝VCE≈0.2V，c、e极之间近似于短路,
手动探针台的测试操作
• 以典型的微电子测试结构工艺参数提取为 例。
（1）利用范德堡测试结构对掺杂层薄层电阻进行测试，必须保证测试的 精度和分辨率。范德堡测试结构是四端对称结构，测试结构是紧邻两端 加恒定电流，另两端测电压
手动探针台的测试操作
• （2）要减少测试误差。首先，该测试结构 的两个电流端口要加正负恒定电流，另外 两个端口测到两个电压值。然后，四端口 作90度旋转，再一次进行正负恒定电流下 的测试，又得到两个电压值，取这四个测 量值的平均值以减少误差。
2.4.1 手动探针测试台
• 4.探针卡支架与探针座支架
– 探针卡支架主要用于安装和固定探针卡，探针 卡支架保证了探针卡的机械稳定性。晶圆测试 时，探针阵列固定不动，晶圆做相对步进移动 和升降移动，以完成对晶圆上阵列芯片的测试。
2.4.1 手动探针测试台
• 5.打墨点装置
– 打墨点装置固定于支架上，可以在不合格的芯 片表面打墨点标记，以便在晶圆划片后分离芯 片时，能区分合格和不合格芯片。
自动探针台的测试操作
• 3.晶圆芯片的测试步骤
– （1）在晶圆探针台上安装探卡 – （2）与探卡相匹配的校准晶圆安装在晶圆承片步进台 上 – （3）接通电源，接地线和气源 – （4）开机 – （5）设置自动探针台的运行工作参数 – （6）手动校正探卡位置和墨点位置，并设置墨点大小 – （7）执行探针台自动校正命令，校正探卡位置。 – （8）晶圆芯片校准样品模拟测试。
2.4.2 自动探针测试台
• 自动测试探针台可以再细分为半自动和全 自动两种。半自动探针测试台需要人工干 预，用于自动化程度要求不高的场合。全 自动测试探针台能完成自动装片、自动对 准、自动步进、自动测试等，用于自动生 产流水线。
2.4.2 自动探针测试台
• 用自动测试台进行晶圆测试时，首先要设定自动 探针台的工作参数，如晶圆直径、X-Y方向的芯片 步进距离、Z方向的分离高度、Z向升降工作模式、 测试方式和打点模式等。
2.2.3集成电路的基本原理和结构
• TTL集成电路品种较多，互换性较强。民品 系列的前缀是“74”，军品系列的前缀是 “54”，军品的制造工艺过程控制严格，适 用温度也更宽。