CN103852707A

CN103852707A - 一种功率半导体芯片测试工装

Info

Publication number: CN103852707A
Application number: CN201410076873.0A
Authority: CN
Inventors: 张瑾; 仇志杰; 温旭辉
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: CN103852707B

Abstract

一种功率半导体芯片测试工装，其上盖板（04）顶部的中间位置安装有三组大电流探针（06）和六组测量探针（07）；负电极片（12）和第一垫块（08）分别穿过一组大电流探针和两组大电流探针与上盖板（04）的顶部接触。第一垫块（08）位于负电极片（12）的右侧，负电极片（12）的上方依次叠放有公共点电极片（13）和正电极片（11）；第二垫块（09）放置在公共点电极片（13）的上方，第二垫块（09）左侧的第三垫块（10）放置在负电极片（12）的上方；正电极片、公共点电极片和负电极片固定在上盖板（04）上；负电极插头（16）、公共点电极插头（15）和正电极插头（14）分别与负电极片（12）、公共点电极片（13）以及正电极片（11）相连。

Description

一种功率半导体芯片测试工装

技术领域

本发明属于一种用于功率半导体芯片静态及动态电气参数测试的工装。

背景技术

功率半导体芯片，如绝缘栅双极晶体管（IGBT）芯片、场效应晶体管（MOSFET）芯片、快恢复二极管（FRD）芯片等是生产功率半导体模块产品的核心元件，它们的性能优劣直接决定了模块产品的品质。功率半导体芯片在研发阶段需要对其进行各项测试，其中以静态及动态电气参数测试最为关键。由于静态电气参数测试仅测试芯片的稳态电气性能，因此对测试工装的设计及测试线路长度要求并不高，测试人员可以通过普通导线或芯片探针台将被测芯片接入半导体测试设备完成手动或全自动测试；但是对于动态电气参数测试，在测试过程中高电压及大电流往往同时存在，且产生极高的电流变化率，如果引线过长或测试工装设计不当，测试回路及工装本身的杂散电感，会激发出非常高的尖峰电压，一旦尖峰电压超过被测芯片的额定耐压能力，将损坏被测芯片。因此，对芯片进行动态参数测试时，要求被测芯片与测试设备间的引线应尽可能短，回路杂散电感应尽可能小。

为了实现芯片的动态参数测试，传统上都是将芯片封装成模块产品后，再行测试（如“一种优化设计的功率模块测试夹具”，文件号：CN201886038U）。但是整个芯片的研发周期非常长，测试工作量巨大，如果采取先封装模块后测试的方案，势必要花费大量的封装成本及时间成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术需要先封装模块后测试，封装成本和时间成本高的缺点，提出一种功率半导体芯片电气参数测试工装。使用本发明的功率半导体芯片测试工装测试芯片，可以不必将芯片封装成模块即可实现电气参数测试，特别是动态电气参数测试，这样一方面可以提高芯片的测试效率，另一方面也可以大幅降低芯片的测试成本。

本发明功率半导体芯片测试工装包括：底托、上盖板、导向柱、正电极片、负电极片、公共点电极片、第一垫块、第二垫块、第三垫块、大电流探针、测量探针、正电极插头、负电极插头、公共点电极插头以及电极片固定螺栓。

所述的底托顶部安装有导向柱，上盖板通过导向柱覆盖在底托上。上盖板顶部的中间位置安装有大电流探针，大电流探针的左右两侧分别安装有测量探针。所述的负电极片和第一垫块分别穿过大电流探针与上盖板顶部接触，第一垫块位于负电极片的右侧。负电极片的上方依次叠放有公共点电极片和正电极片。第二垫块放置在公共点电极片的上方，第二垫块的左侧为第三垫块，第三垫块放置在负电极片的上方。负电极插头、公共点电极插头以及正电极插头分别与负电极片、公共点电极片以及正电极片相连。电极片固定螺栓从上至下分别穿过正电极片、公共点电极片和负电极片，并将正电极片、公共点电极片和负电极片固定在上盖板上。

所述的底托呈正“U”型，中部开有矩形凹槽，用于安装芯片测试载板，所述的芯片测试载板上焊接及键合固定有待测芯片。底托两条竖边的顶部开有导向柱安装孔，用于安装导向柱；底托两条竖边的侧面开有定位孔，该定位孔与上盖板定位孔对应，通过定位孔及定位销将底托与上盖板固定在一起。

所述的上盖板呈倒“U”型；上盖板顶部开有导向孔，底托上的导向柱穿过导向孔实现与上盖板相对位置的定位。上盖板顶部还开有三组共12只大电流探针安装孔及六组共12只测量探针安装孔；大电流探针安装孔的前方开有电极固定螺纹孔，通过电极片固定螺栓将电极固定在上盖板上。

所述的正电极片呈“L”型，其短边有开孔，用于连接正电极插头，其长边有大开孔，电极片固定螺栓穿过该长边大开孔与上盖板固定；长边有小开孔，连接正电极的大电流探针穿过该长边的小开孔。

所述的负电极片呈“L”型，其短边有开孔，用于连接负电极插头，其长边有大开孔，电极片固定螺栓穿过该长边大开孔与上盖板固定；长边有小开孔，连接负电极的大电流探针穿过此长边的小开孔。

公共点电极片为平面结构，设有插头连接耳，该插头连接耳用于连接公共点电极插头。公共点电极片上开有大开孔，电极片固定螺栓穿过此大开孔与上盖板固定；公共点电极片上开有小开孔，连接公共点电极的大电流探针穿过此小开孔。

所述的第一垫块采用绝缘材料制造，用于支撑正电极片和公共点电极片；第一垫块的外形呈两段阶梯状，每段阶梯的表面均开有通孔，连接正电极和公共点电极的大电流探针通过这些通孔穿过第一垫块。

所述的第二垫块采用导电材料制造，用于平衡公共点电极片和正电极片之间的高度差；第二垫块的外形呈方形。第二垫块的表面开有通孔，连接公共点电极的大电流探针通过这些通孔穿过第二垫块。

所述的第三垫块采用导电材料制造，用于平衡负电极片和正电极片之间的高度差；第三垫块的外形呈方形。第三垫块表面开有通孔，连接负电极的大电流探针通过这些通孔穿过第三垫块。

所述的大电流探针选用引出端为外螺纹的弹簧探针。大电流探针安装在上盖板的大电流探针安装孔内。

所述的测量探针选用焊接式引出端的弹簧探针。测量探针安装在上盖板的测量探针安装孔内。

附图说明

图1本发明测试工装示意图；

图2本发明测试工装爆炸结构图；

图3待测芯片连接示意图；

图4底托及导向柱结构示意图；

图5上盖板及探针结构示意图；

图6正电极片结构示意图；

图7公共点电极片结构示意图；

图8正电极及公共点电极插头结构示意图；

图9第一、第二及第三垫块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1、图2所示，本发明测试工装包括：底托03、上盖板04、导向柱05、大电流探针06、测量探针07、第一垫块08、第二垫块09、第三垫块10、正电极片11、负电极片12、公共点电极片13、正电极插头14、公共点电极插头15、负电极插头16，以及电极片固定螺栓17。底托03顶部的4个顶点处安装有4只导向柱05，上盖板04通过导向柱05覆盖在底托03上。上盖板04顶部的中间位置安装有12只大电流探针06，大电流探针06的左右两侧各安装有6只测量探针07，负电极片12和第一垫块08分别穿过4只大电流探针和8只大电流探针与上盖板04的顶部接触。第一垫块08位于负电极片12的右侧。负电极片12上方依次叠放有公共点电极片13和正电极片11。第二垫块09放置在公共点电极片13上方，第二垫块09的左侧为第三垫块10，第三垫块10放置在负电极片12的上方。负电极插头16、公共点电极插头15以及正电极插头14分别与负电极片12、公共点电极片13以及正电极片11相连。3只电极片固定螺栓17从上至下分别穿过正电极片11、公共点电极片13以及负电极片12，并将它们固定在上盖板04上。

如图3所示，待测芯片011和012是两只主动型功率半导体芯片，如IGBT、MOSFET等；也可以一只是主动型元件，另一只是被动型元件，如FRD芯片，待测芯片011和012需要与芯片测试载板02连接组成图3所示的半桥电路结构，以同时实现静态及动态电气参数测试。

所述的芯片测试载板02可以用覆铜陶瓷板（DBC）制成，也可以用印刷电路板（PCB）制成，芯片测试载板02上表面刻蚀有测试电路图形，待测芯片011和012的下表面直接焊接在芯片测试载板02上表面的相应位置上，待测芯片011和012的上表面则通过铝线键合连接到芯片测试载板02上表面的相应区域。

如图4所示，底托03呈正“U”型，用绝缘材料制造，如环氧树脂，中部开有矩形凹槽0303；所述的矩形凹槽0303用于放置承载有待测芯片011和012的芯片测试载板02。凹槽0303的槽深应大于芯片测试载板02的厚度。所述的底托03矩形凹槽0303的四个顶点处作倒角处理，避免芯片测试载板02取放过程中发生损坏。矩形凹槽0303两条长边中部位置处开有深度较矩形凹槽0303更大的半圆型凹槽0304，便于操作者取放芯片测试载板02。底托03的两条竖边顶部开有4个导向柱安装孔0301，用于安装4只导向柱05。底托03竖边的两个侧面开有4个定位孔0302，与上盖板04的4个定位孔0402对应，如图5所示。通过在底托03的定位孔0302和上盖板04的定位孔0402内插入快卸定位销，使底托03与上盖板04固定在一起。

如图4所示，所述的导向柱05的底部加工有外螺纹，用于旋入导向柱安装孔0301；导向柱05的顶部开有一字槽口，方便使用螺丝刀将导向柱05旋入底托03。

如图5所示，所述的上盖板04呈倒“U”型，用绝缘材料制造，如环氧树脂。上盖板04顶部的4个顶点处开有4个导向孔0401，安装在底托03上的4只导向柱05穿过该导向孔0401，与上盖板04相对位置定位。上盖板04顶部开有12只大电流探针安装孔，每4只大电流探针安装孔为一组，共三组大电流探针安装孔0404～0406，以及12只测量探针安装孔，每2只测量探针安装孔为一组，共六组测量探针安装孔0407～0412。其中，插入第一大电流探针安装孔0404的4只大电流探针06的触点0602与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第一待测芯片011的集电极或阴极013，如图3所示，该组大电流探针06的外螺纹端部0601则通过螺母与正电极片11相连；插入第二大电流探针安装孔0405的4只大电流探针06的触点0602与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第一待测芯片011和第二待测芯片012的公共点014，如图3所示，该组大电流探针06的外螺纹端部0601则通过螺母与公共点电极片13相连。插入第三大电流探针安装孔0406的4只大电流探针06的触点0602与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第二待测芯片012的发射极015，如图3所示，该组大电流探针06的外螺纹端部0601则通过螺母与负电极片12相连。插入第一测量探针安装孔0407的2只测量探针07的触点0702与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第一待测芯片011的集电极或阴极测量端018，如图3所示，而该组测量探针07的焊接式端部0701则通过测量线束与外部测试设备相连；插入第二测量探针安装孔0408的2只测量探针07的触点0702与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第一待测芯片011的门极016，如图3所示，而该组测量探针07的焊接式端部0701则通过测量线束与外部测试设备相连；插入第三测量探针安装孔0409的2只测量探针07的触点0702与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第一待测芯片011与第二待测芯片012的公共点测量端019，如图3所示，该组测量探针07的焊接式端部0701则通过测量线束与外部测试设备相连。插入第四测量探针安装孔0410的2只测量探针07的触点0702与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第二待测芯片012的发射极测量端020，如图3所示，该组测量探针07的焊接式端部0701则通过测量线束与外部测试设备相连。插入第五测量探针安装孔0411的2只测量探针07的触点0702与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第二待测芯片012的门极017，如图3所示，而该组测量探针07的焊接式端部0701则通过测量线束与外部测试设备相连；插入第六测量探针安装孔0412的2只测量探针07的触点0702与芯片测试载板02的上表面接触，并连接到第一待测芯片011与012的公共点测量端019，如图3所示，而该组测量探针07的焊接式端部0701则通过测量线束与外部测试设备相连。上盖板04还开有3个电极固定螺纹孔0403，通过3只电极片固定螺栓17将三只电极片11～13固定在上盖板04上。

需要进一步说明，由于大电流探针06及电极片11～13的体积均较大，导热良好，为了避免焊接带来的不便，故在本实施例中，大电流探针06采用带外螺纹的弹簧探针，可方便的通过螺母将三组大电流探针06分别连接到正电极片11、负电极片12以及公共点电极片13上；原则上与电极片11～13相连的大电流探针06各需要1只即可，但是在本实施例中，为了降低线路杂散电感，与电极片11～13相连的大电流探针06各有4只，共计12只；测量探针07选用普通焊接式弹簧探针，这是因为测量探针07以及与其连接的外部测量线束都很细，二者导热性较差，因此实现二者的焊接相对容易。

所述的正电极片11，如图6所示，呈“L”型；短边有3个开孔1101，用于连接3个正电极插头14，如图8所示，插头端部1401为外螺纹，通过螺母与正电极片11连接；长边有大开孔1102，电极片固定螺栓17穿过长边的大开孔1102，实现与上盖板04的固定；长边有小开孔1103，4只大电流探针06直接穿过长边的小开孔1103，并通过螺母实现与正电极片11的连接。

所述的负电极片12，几何形状与正电极片11相同。

所述的负电极插头16，几何形状与正电极插头14相同。

如图7所示，所述的公共点电极片13为平面结构，设有3只插头连接耳1301，用于连接公共点电极插头15，如图8所示。插头连接耳1301插入公共点电极插头15的盲孔1502内，并通过固定螺栓1501使二者可靠连接；公共点电极片13上开有大开孔1302，电极片固定螺栓17穿过大开孔1302，与上盖板04固定。公共点电极片13上有小开孔1303，4只大电流探针06穿过小开孔1303，并通过螺母与公共点电极片13连接。

进一步说明的是，正电极片11与公共点电极片13，负电极片12与公共点电极片13之间采用绝缘材料，如0.1mm厚绝缘纸或绝缘胶布，进行绝缘处理；电极片固定螺栓选用绝缘螺栓，如尼龙螺栓等。

如图9所示，所述的第一垫块08采用绝缘材料制造，如环氧树脂或尼龙材料，在保证良好绝缘的同时，又保证了好的机械强度。第一垫块08用于支撑正电极片11和公共点电极片13。第一垫块08的外形呈两段阶梯状，每段阶梯表面各开有4个通孔，共计8个，大电流探针07通过这些通孔穿过第一垫块08。

如图9所示，所述的第二垫块09采用导电材料制造，用于平衡公共点电极片13和正电极片11之间的高度差；第二垫块09的外形呈方形。第二垫块09的表面开有4个通孔，大电流探针07通过这些通孔穿过第二垫块09。

如图9所示，所述的第三垫块10采用导电材料制造，用于平衡负电极片12和正极片11之间的高度差；第三垫块10的外形呈方形。第三垫块10表面开有4个通孔，大电流探针07通过这些通孔穿过第三垫块10。

使用本发明功率半导体芯片测试工装测试半导体芯片的步骤如下：

1.将承载有待测芯片011、012的芯片测试载板02放入本发明测试工装所述的底托03内；

2.通过底托03上的导向柱05将上盖板04向下与底托03压紧，并使二者对应的定位孔0302和0402重合，然后用快卸销钉插入定位孔内固定；

3.将电极插头14～16插入测试设备相应的功率输出端口内，同时将全部测量探针07的焊接式端部0701通过测量电缆连接到测试设备相应的测试端口；

4.使用外部测试设备进行测试；

5.测试完毕后，从外部测试设备上拔除本测试工装，接着拔除快卸销钉，上盖板04与底托03分离，从底托03中取出芯片测试载板02；

6.更换新的承载有待测芯片011、012的芯片测试载板02，重复步骤1～5。

Claims

1.一种功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的测试工装包括底托（03）、上盖板（04）、导向柱（05）、大电流探针（06）、测量探针（07）、第一垫块（08）、第二垫块（09）、第三垫块（10）、正电极片（11）、负电极片（12）、公共点电极片（13）、正电极插头（14）、公共点电极插头（15）、负电极插头（16），以及电极片固定螺栓（17）；所述的底托（03）顶部的4个顶点处安装有4只导向柱（05），上盖板（04）通过导向柱（05）覆盖在底托（03）上；上盖板（04）顶部的中间位置安装有三组共12只大电流探针（06），大电流探针（06）的左右两侧各安装有三组共12只测量探针（07）；负电极片（12）和第一垫块（08）分别穿过一组4只大电流探针和两组8只大电流探针与上盖板（04）的顶部接触；第一垫块（08）位于负电极片（12）的右侧，负电极片（12）的上方依次叠放有公共点电极片（13）和正电极片（11）；第二垫块（09）放置在公共点电极片（13）的上方；第二垫块（09）的左侧为第三垫块（10），第三垫块（10）放置在负电极片（12）的上方；负电极插头（16）、公共点电极插头（15）和正电极插头（14）分别与负电极片（12）、公共点电极片（13）及正电极片（11）相连，3只电极片固定螺栓（17）从上至下分别穿过正电极片（11）、公共点电极片（13）和负电极片（12），将正电极片（11）、公共点电极片（13）和负电极片（12）固定在上盖板（04）上。

2.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的底托（03）呈正“U”型，中部开有矩形凹槽（0303）；矩形凹槽（0303）内放置承载有两只待测芯片（011、012）的芯片测试载板（02）；凹槽（0303）的槽深大于芯片测试载板（02）的厚度；所述的底托（03）的矩形凹槽（0303）四个顶点处作倒角处理；矩形凹槽（0303）两条长边中部位置处开有深度较矩形凹槽（0303）更深的半圆型凹槽（0304）；底托（03）的两条竖边顶部开有4个导向柱安装孔（0301），用于安装4只导向柱（05）；底托（03）竖边的两个侧面开有4个定位孔（0302），与上盖板（04）的4个定位孔（0402）对应，在底托（03）竖边的定位孔（0302）和上盖板（04）的4个定位孔（0402）内插入快卸定位销，使底托（03）与上盖板（04）固定在一起。

3.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的导向柱（05）的底部加工有外螺纹，导向柱（05）的顶部开有一字槽口。

4.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的上盖板（04）呈倒“U”型；上盖板（04）的顶部的四个顶点处开有4个导向孔（0401），安装在底托（03）上的4只导向柱（05）穿过该导向孔（0401）与上盖板（04）相对位置定位；上盖板（04）的顶部开有三组共12只大电流探针安装孔（0404～0406），以及六组共12只测量探针安装孔（0407～0412）；插入第一大电流探针安装孔（0404）的一组大电流探针的触点（0602）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到第一待测芯片（011）的集电极或阴极（013）；插入第一大电流探针安装孔（0404）的大电流探针的外螺纹端部（0601）通过螺母与正电极片（11）相连；插入第二大电流探针安装孔（0405）的一组大电流探针的触点（0602）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到第一待测芯片（011）和第二待测芯片（012）的公共点（014）；插入第二大电流探针安装孔（0405）的大电流探针的外螺纹端部（0601）通过螺母与公共点电极片（13）相连；插入第三大电流探针安装孔（0406）的一组大电流探针的触点（0602）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到第二待测芯片（012）的发射极（015）；插入第三大电流探针安装孔（0406）的大电流探针的外螺纹端部（0601）通过螺母与负电极片（12）相连；插入第一测量探针安装孔（0407）的一组测量探针的触点（0702）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到第一待测芯片（011）的集电极或阴极测量端（018），这组测量探针的焊接式端部（0701）通过测量线束与外部测试设备相连；插入第二测量探针安装孔（0408）的一组测量探针的触点（0702）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到第一待测芯片（011）的门极（016），这组测量探针的焊接式端部（0701）通过测量线束与外部测试设备相连；插入第三测量探针安装孔（0409）的一组测量探针的触点（0702）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到两只待测芯片（011、012）的公共点测量端（019），这组测量探针的焊接式端部（0701）则通过测量线束与外部测试设备相连；插入第四测量探针安装孔（0410）的一组测量探针的触点（0702）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到第二待测芯片（012）的发射极测量端（020），这组测量探针的焊接式端部（0701）则通过测量线束与外部测试设备相连；插入第五测量探针安装孔（0411）的一组测量探针的触点（0702）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到第二待测芯片（012）的门极（017），这组测量探针的焊接式端部（0701）则通过测量线束与外部测试设备相连；插入第六测量探针安装孔（0412）的一组测量探针的触点（0702）与芯片测试载板（02）的上表面接触，并连接到两只待测芯片（011、012）的公共点测量端（019），这组测量探针的焊接式端部（0701）通过测量线束与外部测试设备相连；所述的上盖板（04）开有3个电极固定螺纹孔（0403），通过3只电极片固定螺栓（17）将三只电极片（11～13）固定在上盖板（04）上。

5.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的大电流探针（06）为带外螺纹的弹簧探针。

6.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的正电极片（11）呈“L”型，其短边有3个开孔（1101），用于连接3个正电极插头（14）；所述的插头端部（1401）为外螺纹，通过螺母与正电极片（11）连接；正电极片（11）的长边有大开孔（1102），电极片固定螺栓（17）穿过长边的大开孔（1102）与上盖板（04）固定；正电极片（11）的长边还开有小开孔（1103），一组大电流探针（06）直接穿过长边的小开孔（1103），通过螺母与正电极片（11）连接。

7.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的负电极片（12）的几何形状与正电极片（11）相同；所述的负电极插头（16）的几何形状与正电极插头（14）相同。

8.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的公共点电极片（13）为平面结构，设有3只插头连接耳（1301）；插头连接耳（1301）插入公共点电极插头（15）的盲孔（1502），并通过固定螺栓（1501）使二者可靠连接；公共点电极片（13）上开有大开孔（1302），电极片固定螺栓（17）穿过此大开孔（1302）与上盖板（04）固定；公共点电极片（13）上有小开孔（1303），一组大电流探针（06）穿过此小开孔（1303），通过螺母与公共点电极片（13）连接。

9.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的正电极片（11）与公共点电极片（13）之间，负电极片（12）与公共点电极片（13）之间进行绝缘处理，电极片固定螺栓（17）选用绝缘螺栓。

10.根据权利要求1所述的功率半导体芯片测试工装，其特征在于，所述的第一垫块（08）采用绝缘材料制造；第一垫块（08）的外形呈两段阶梯状，每段阶梯表面各开有一组通孔，大电流探针（07）通过这些通孔穿过第一垫块（08）；所述的第二垫块（09）采用导电材料制造；第二垫块（09）的外形呈方形；第二垫块（09）的表面开有一组通孔，大电流探针（07）通过这些通孔穿过第二垫块（09）；所述的第三垫块（10）采用导电材料制造；第三垫块（10）的外形呈方形；第三垫块（10）表面开有一组通孔，大电流探针（07）通过这些通孔穿过第三垫块（10）。