CN103513206A - 一种用于集成电路测试系统中微安级直流电流的校准装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，包括专用校准线缆及接口、矩阵开关、低噪声低漏电流屏蔽线缆、直流电流表、可调电阻；其优点是：（1）可对微安级直流电流进行满足量值传递/溯源要求的校准；（2）采用了矩阵开关作为主架构，保证了装置的可扩展性和兼容性；（3）对测量设备的要求不高，无需其他体积较大的专用设备；（4）校准方法流程简单，一名校准人员即可完成校准操作。

Description

一种用于集成电路测试系统中微安级直流电流的校准装置及其方法
技术领域
本发明涉及微电子测试与计量技术领域，具体地说是一种用于集成电路测试系统中微安级直流电流的校准装置及方法，以及使用该装置进行校准的校准方法，微安级直流电流指1μA～1mA之间的直流电流。
背景技术
集成电路测试系统的测试能力中，相当一部分属于微安级的直流电流参数。然而当前的校准装置仍然是沿用对普通直流电流参数的校准方法，对于校准装置的技术方案、矩阵开关的使用方式、校准线缆及接口、以及校准方法等方面的没有针对性的设计，这将会影响微安级直流电流校准结果的准确性和可靠性，无法在准确性方面满足校准要求。目前尚未有完全满足微电子计量领域要求的，准确性满足要求的校准装置和校准方法。从校准的可行性角度分析，单独对集成电路测试系统微安级直流电流建立专用的校准装置，这种方法可以实现有效的校准，但是这种专用参数校准装置的通用性就很差，将显著增加校准所需设备的体积和重量，并增加校准工作量以及校准工作的难度。
发明内容
  本发明目的是研制一种校准装置和方法，在保证校准结果准确性满足量值溯源要求的基础上，具有扩展性和兼容性，可以满足集成电路测试系统多参量、多量程的校准需求。同时，本发明还提供一种使用该装置进行校准的校准方法。
       本发明一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，包括专用校准线缆及接口、矩阵开关、低噪声低漏电流屏蔽线缆、直流电流表、可调电阻；其中，直流电流表与可调电阻通过低噪声低漏电流屏蔽线缆连接至矩阵开关，矩阵开关通过专用校准线缆连接有校准接口，标准化的校准接口可以实现与不同型号集成电路测试系统的机械对接，校准时校准接口、直流电流表、可调电阻在矩阵开关的控制下形成串联关系。
       所述专用校准线缆及校准接口，选用绝缘层为特氟龙的导线作为专用校准线缆内芯，内芯数量需根据接口进行确定，将多股内芯进行绞合，在外层覆盖金属屏蔽层，并套入套管中，以控制线缆的噪声和漏电流，校准接口需选用包含金属外壳的插座，如DB-9插头/插座，金属屏蔽层需要与校准接口的金属外壳进行良好的搭接，制作好的校准线缆与插头的接线端子进行焊接处理。
       所述矩阵开关的第三行与电流表的正极相连，第二行与电流表的负极相连，矩阵开关的列通过校准线缆依次与校准接口1～n相连，可调电阻的两端与矩阵开关的两列相连。
       所述矩阵开关，采用低热电动势的矩阵开关，开关的热电动势应在10μV以下，矩阵规模应在4×16以上。
       所述可调电阻要求具有低温度系数（低于50ppm）且具有100kΩ～1kΩ可编程范围，阻值至少覆盖100kΩ、10kΩ、1kΩ三种阻值。
       所述低噪声低漏电流屏蔽线缆，选用低噪声、低漏电流带屏蔽线缆，线缆两端的屏蔽端子与矩阵开关、直流电流表及可调电阻进行良好的搭接。
       本发明一种集成电路测试系统微安级直流电流校准方法是通过专用校准线缆及接口将集成电路测试系统的通道引至矩阵开关，并将直流电流表与可调电阻通过低噪声低漏电流屏蔽线缆连接至矩阵开关。通过设定矩阵开关的特定拓扑结构、设定可调电阻的阻值，改变直流电流表的档位，采集直流电流的标准值，与集成电路测试系统的电流示值进行比较，得出集成电路测试系统电流的误差。
       本发明一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置及方法的优点是：（1）现有校准装置及校准方法均无法对微安级直流电流进行满足量值传递/溯源要求的校准，本发明可将测量不确定度控制在                                                
Figure 404278DEST_PATH_IMAGE001
量级以下，满足量值传递/溯源的要求；（2）本发明提供的校准装置采用了矩阵开关作为主架构，保证了装置的可扩展性和兼容性；（3）对测量设备的要求不高，主要测量设备为常见的直流电流表，无需其他体积较大的专用设备；（4）校准方法流程简单，一名校准人员即可完成校准操作。
       附图说明
      图1为一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置及方法原理图。
       图2为专用校准线缆结构剖面图。
       图3为矩阵开关用法示意图。
       图2中材料表示：
     
Figure 812126DEST_PATH_IMAGE002
      
      
Figure 370463DEST_PATH_IMAGE004
      
      
Figure 831717DEST_PATH_IMAGE006
      具体实施方式
      下面结合附图与实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此：
      根据图1所示，集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，包括专用校准线缆及接口、矩阵开关、低噪声低漏电流屏蔽线缆、直流电流表、可调电阻。
       专用校准线缆的剖面图参照图2，选用绝缘层为特氟龙的AWG28导线作为专用校准线缆内芯，内芯数量需根据接口进行确定，本实施例中选用的接口是DB-9型插头，因此内芯共9股，将9股内芯进行均匀绞合。再利用屏蔽性能良好的材料，如金属屏蔽网，对线缆进行包覆处理，进行2层或更多层的重叠，以增强屏蔽效果，最后将线缆套入最外层的套管中。插头选用包含金属外壳的插座，如DB-9插头/插座，校准线缆金属屏蔽网的一端需要与插头的金属外壳在插头内部进行良好的搭接，另一端与矩阵开关的金属外壳在金属壳内部进行良好的搭接。制作好的校准线缆与插头的接线端子进行焊接处理。屏蔽材料的性能要求：电场屏蔽效应1MHz处在60dB以上，磁场屏蔽效应1MHz处在8dB以上。
       电流表选用agilent公司的数字多用表3458A，作为电流表使用时，将3458A的测量功能设置为DCI。
       可调电阻采用pickering公司的40-297-003，温度系数为50ppm，且具有3Ω～1.5MΩ的电阻范围。
       低噪声低漏电流屏蔽线缆，选用两根内芯绞合，绝缘层为特氟龙且带屏蔽层的线缆，线缆两端的屏蔽端子与矩阵开关、直流电流表及可调电阻进行良好的搭接。
       图3中，矩阵开关采用pickering公司的40-535-021，单个开关节点的热电动势5μV，矩阵开关规模为4×92。在该拓扑中，DB9的9个端子即校准接口1～9，校准接口1～9通过专用校准线缆依次与矩阵开关的列c1～c9相连。矩阵开关的第2行r2与直流电流表的正端相连，第3行r3与直流电流表的负端相连。可调电阻与矩阵开关的列c10和c11相连。矩阵开关与直流电流表和可调电阻之间通过低噪声低漏电流屏蔽线缆进行连接。若在校准集成电路测试系统的通道n时，需要使用校准接口1、校准接口2测量电流值，则需要将图中的开关(r1,c10)、(r3,c11)、(r1,c1)、(r2,c2)依次闭合。同样，若需使用校准接口2、校准接口3测量电流值时，则需要将图中的开关(r1,c10)、(r3,c11)、(r1,c2)、(r2,c3)依次闭合。
在使用上述校准装置进行校准时，首先将专用校准线缆及接口与集成电路测试系统进行机械对接，将集成电路测试系统待校准信号引至矩阵开关，再用图3所示的方式设定矩阵开关的拓扑结构，设定可调电阻的阻值，设定直流电流表的档位，然后控制集成电路测试系统施加电流，并控制直流电流表采集直流电流的标准值，与集成电路测试系统的电流示值进行比较，得出集成电路测试系统电流的误差。

Claims (7)

1. 一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，其特征在于，包括专用校准线缆及接口、矩阵开关、低噪声低漏电流屏蔽线缆、直流电流表、可调电阻；其中，直流电流表与可调电阻通过低噪声低漏电流屏蔽线缆连接至矩阵开关，矩阵开关通过专用校准线缆连接有校准接口，标准化的校准接口可以实现与不同型号集成电路测试系统的机械对接，校准时校准接口、直流电流表、可调电阻在矩阵开关的控制下形成串联关系。
2.根据权利要求1所述的一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，其特征在于：所述的专用校准线缆及校准接口选用绝缘层为特氟龙的导线作为专用校准线缆内芯，内芯数量需根据接口进行确定，将多股内芯进行绞合，在外层覆盖金属屏蔽层，并套入套管中，以控制线缆的噪声和漏电流，校准接口需选用包含金属外壳的插座，金属屏蔽层需要与校准接口的金属外壳进行良好的搭接，制作好的校准线缆与插头的接线端子进行焊接处理。
3.根据权利要求1所述的一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，其特征在于：所述的的矩阵开关，第三行与电流表的正极相连，第二行与电流表的负极相连，矩阵开关的列通过校准线缆依次与校准接口1～n相连，可调电阻的两端与矩阵开关的两列相连。
4.根据权利要求1所述的一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，其特征在于：所述的可调电阻，要求具有低温度系数（低于50ppm）且具有100kΩ～1kΩ可编程范围，阻值至少覆盖100kΩ、10kΩ、1kΩ三种阻值。
5.根据权利要求1所述的一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，其特征在于：所述的低噪声低漏电流屏蔽线缆，选用低噪声、低漏电流带屏蔽线缆，线缆两端的屏蔽端子与矩阵开关、直流电流表及可调电阻进行良好的搭接。
6.根据权利1所述的一种集成电路测试系统微安级直流电流校准方法，其特征在于：通过专用校准线缆及接口将集成电路测试系统的通道引至矩阵开关，并将直流电流表与可调电阻通过低噪声低漏电流屏蔽线缆连接至矩阵开关，通过设定矩阵开关的特定拓扑结构、设定可调电阻的阻值，改变直流电流表的档位，采集直流电流的标准值，与集成电路测试系统的电流示值进行比较，得出集成电路测试系统电流的误差。
7.根据权利要求1所述的一种集成电路测试系统微安级直流电流校准装置，其特征在于：所述的矩阵开关，采用低热电动势的矩阵开关，开关的热电动势应在10μV以下，矩阵规模应在4×16以上。
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