CN105652174A - 用于射线辐照实验的探针台系统及实验方法 - Google Patents

Abstract

一种用于射线辐照实验的探针台系统及实验方法，该系统包括：探针，固定在探针座上；探针台，包括探针台架和样品托板，所述样品托板上安装有用来放置待测芯片的射线辐射屏蔽盒；在所述射线辐射屏蔽盒上与探针对着的侧面壁上设有狭缝，所述探针的尖端通过狭缝进入射线辐射屏蔽盒接触待测芯片的输入输出接口；所述显微镜和射线发生装置，安装在探针台的探针台架上，且所述显微镜和射线发生装置在探针台架上可移动。该方法是基于上述系统来实现的。本发明能够减小辐射源发射的射线对除待测芯片之外其它含有集成电路部件的影响、从而延长整体的使用寿命。

Description

用于射线辐照实验的探针台系统及实验方法

技术领域

本发明主要涉及到半导体器件和集成电路等抗辐射测试的技术领域，特指一种用于射线辐照实验的探针台系统及实验方法，尤其是适用于X、γ射线辐照实验。

背景技术

太空中运行的航天器时刻处在宇宙射线的辐射中，长期的宇宙射线辐射会使航天器上的半导体器件和集成电路性能退化甚至失效，这称为电离总剂量效应。航天器的安全可靠运行依赖于这些半导体器件和集成电路的正常工作，这些半导体器件和集成电路受电离总剂量效应影响会逐渐发生性能退化甚至失效，有可能对航天器造成致命的损害。因此，研究半导体器件和集成电路的电离总剂量效应、寻找抗电离总剂量效应的措施，对国家航天事业的发展具有十分重要的意义。

为了掌握半导体器件和集成电路电离总剂量效应的特征，评估半导体器件和集成电路抗电离总剂量效应措施的效果，在地面上进行电离总剂量效应的模拟实验必不可少。主要的地面模拟实验方法有γ射线辐照实验方法和X射线辐照实验方法。中国航天行业标准QJ10004-2008“宇航用半导体器件总剂量辐照实验方法”规定了半导体器件和集成电路的γ射线辐照实验方法，该方法采用能够放射γ射线（伽马射线）的钴60元素作为辐照源在地面对半导体器件和集成电路进行辐照，测试半导体器件和集成电路在γ射线辐照前后性能的变化，对半导体器件和集成电路抗电离总剂量效应的能力进行考核。美国军用标准STD-ASTMF1467-99“StandardGuideforUseofanX-RayTester(≈10keVPhotons)inIonizingRadiationEffectsTestingofSemiconductorDevicesandMicrocircuits（半导体器件和微电路等效10keVX射线总剂量效应实验标准指南）”规定了半导体器件和集成电路的X射线辐照实验方法，该方法采用X射线发生装置产生等效10keV的X射线在地面对半导体器件和集成电路进行辐照，测试半导体器件和集成电路在X射线辐照前后功能性能的变化，对半导体器件和集成电路抗电离总剂量效应的能力进行考核。

为保证功能和质量，半导体器件和集成电路行业通常需要对半导体器件和集成电路（简称芯片）进行电性能测试，广泛采用探针台作为测试系统和微小的芯片之间的电连接通道。探针台是连接芯片输入输出接口和测试系统的装置，主要由探针台架、样品托板、探针座、电学探针、显微镜和控制系统等部件组成。探针台架是探针台的骨架结构，用于保持探针与被测芯片输入输出接口电学连接的稳固性；样品托板固定被测芯片；探针是尖端极细的导电金属针，多根探针分别固定在多个探针座中，各探针的尖端接触被测芯片的各输入输出接口。探针座固定在探针台架上，探针座的导线连接测试系统。探针台的探针座和样品托板的位置可以进行手动控制或由探针台的控制系统进行自动控制，探针尖端的位置随探针座位置的移动而移动，从而控制探针尖端与被测芯片输入输出接口的接触。显微镜安装在探针台架上，用于观察探针的尖端与被测芯片的输入输出接口的接触情况。

现有的探针台系统为了保护工作人员的安全，一般在探针测试平台外面增加辐射防护暗箱。该系统对操作人员的辐射防护考虑周全，但是未对探针台本身进行辐射防护。探针座、显微镜等部件可能含有半导体器件和集成电路，如自动定位探针座内部步进电机的驱动电路、具有图像采集功能的显微镜内部的摄像头，都包含半导体器件或集成电路芯片。这些芯片均位于辐射防护暗箱内，长期的X射线或γ射线辐照会导致其性能快速退化甚至失效，使探针台使用寿命缩短。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够减小辐射源发射的射线对除待测芯片之外其它含有集成电路部件的影响、从而延长使用寿命的用于射线辐照实验的探针台系统及实验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于射线辐照实验的探针台系统，它包括：

探针，固定在探针座上；

探针台，包括探针台架和样品托板，所述样品托板上安装有用来放置待测芯片的射线辐射屏蔽盒；在所述射线辐射屏蔽盒上与探针对着的侧面壁上设有狭缝，所述探针的尖端通过狭缝进入射线辐射屏蔽盒接触待测芯片的输入输出接口；

所述显微镜和射线发生装置，安装在探针台的探针台架上，且所述显微镜和射线发生装置在探针台架上可移动。

作为本发明系统的进一步改进：所述狭缝处覆盖有一挡片，所述挡片用来包裹探针的周围以防止射线泄露。

作为本发明系统的进一步改进：所述挡片为铅橡胶片。

作为本发明系统的进一步改进：所述挡片上开设有供探针穿过的缝。

作为本发明系统的进一步改进：所述射线辐射屏蔽盒上还设有供显微镜和射线发生装置穿过的孔；所述射线发生装置伸入射线辐射屏蔽盒时与孔形成卡合配合。

作为本发明系统的进一步改进：所述射线发生装置通过线缆连接射线发射控制器，所述探针台的探针座通过导线连接测试系统。

作为本发明系统的进一步改进：还包括一辐射防护暗箱，所述探针台、射线发生装置、显微镜、待测芯片均设置在辐射防护暗箱内部；所述测试系统和射线发射控制器位于辐射防护暗箱外。

作为本发明系统的进一步改进：所述辐射防护暗箱的内壁上贴设有防辐射层。

本发明还提供了一种基于上述用于射线辐照实验的探针台系统的实验方法，步骤为：

S1：将射线发生装置通过射线辐射屏蔽盒上的孔伸入到射线辐射屏蔽盒中，对待测芯片进行射线照射；

S2：完成射线照射后，关闭射线发生装置；

S3：移动显微镜至射线辐射屏蔽盒的上方，将显微镜伸入到射线辐射屏蔽盒中，观察待测芯片的性能。

作为本发明实验方法的进一步改进：当探针的尖端接触待测芯片的输入输出接口之后，在对待测芯片进行射线辐射之前，先通过显微镜对探针尖端与待测芯片的接触进行调整；当对待测芯片进行射线辐照实验时，将探针台的显微镜从射线辐射屏蔽盒中取出，再将射线发生装置的伸入射线辐射屏蔽盒中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的用于射线辐照实验的探针台系统及实验方法，通过将待测芯片放置在射线辐射屏蔽盒内，探针的尖端通过刺穿设置射线辐射屏蔽盒外侧壁上的含铅橡胶片进入射线辐射屏蔽盒，当对芯片进行辐射时，射线发生装置伸入射线辐射屏蔽盒时与射线辐射屏蔽上端的孔卡合，射线的范围局限在射线辐射屏蔽盒内，而探针的尖端通过铅橡胶片进入射线辐射屏蔽盒的同时也不会造成射线的泄露，不仅能够防止射线辐照实验时附近人员受到射线辐射，还能够防止探针台本身含有的芯片受到射线辐射，减小射线对待测芯片之外的含有集成电路部件的损害，延长了其它部件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中的使用状态示意图。

图例说明：

1、辐射防护暗箱；2、探针台；3、射线发生装置；4、测试系统；5、射线发射控制器；6、线缆；7、探针座；8、导线；9、线缆接口；10、导线接口；11、探针台架；12、显微镜；13、样品托板；14、射线辐射屏蔽盒；15、待测芯片；16、挡片；17、探针；18、孔。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的用于射线辐照实验的探针台系统，主要适用于X、γ等射线的辐照实验；它包括：

探针17，固定在探针座7上；

探针台2，包括探针台架11和样品托板13，样品托板13上安装射线辐射屏蔽盒14，待测芯片15固定在射线辐射屏蔽盒14的底部；在射线辐射屏蔽盒14上与探针17对着的侧面壁上设有狭缝（本实例中以两个探针座7为例示出），探针17的尖端通过狭缝进入射线辐射屏蔽盒14接触待测芯片15的输入输出接口。

显微镜12和射线发生装置3，安装在探针台2的探针台架11上，且显微镜12和射线发生装置3在探针台架11上可移动；

在具体应用实例中，设置一挡片16用来覆盖上述狭缝。挡片16可以采用铅橡胶片或其他材质。以铅橡胶片为例，由于橡胶柔软且有厚度，可以较好地包裹探针17周围，防止射线泄露。由于橡胶较厚，探针17很难刺穿铅橡胶片，作为优化方案进一步可以在铅橡胶片上开缝，令探针17插进去即可。

在具体应用实例中，射线辐射屏蔽盒14上还设有孔18，主要用于射线发生装置3或显微镜12伸入射线辐射屏蔽盒14，进行对待测芯片15的进行射线辐射或观察。进一步，射线发生装置3伸入射线辐射屏蔽盒14时会与孔18形成卡合配合，这样当射线发生装置3伸入射线辐射屏蔽盒14时，射线（如X射线）就不能从孔18与射线发生装置3之间的缝隙泄漏到射线辐射屏蔽盒14外。作为优选的方案，在实际设计时可以将射线辐射屏蔽盒14上的孔18设计为与射线发生装置3的发射口卡合。

在具体应用实例中，优选的，射线发生装置3通过线缆6连接射线发射控制器5，射线发射控制器5主要用于为射线发生装置3供电、降温、控制X射线的发射等。探针台2的探针座7通过导线8连接测试系统4，该测试系统4可以是常规使用的测试系统4，这里不再赘述。

在具体应用实例中，优选的，本发明的探针台系统还包括一辐射防护暗箱1，上述探针台2、射线发生装置3、显微镜12、待测芯片15均设置在辐射防护暗箱1内部，测试系统4和射线发射控制器5位于辐射防护暗箱1外。

进一步，在辐射防护暗箱1的箱壁上设有线缆接口9和导线接口10。相应的，射线发生装置3通过线缆6和线缆接口9与辐射防护暗箱1外的射线发射控制器5连接；探针台2的探针座7通过导线8和导线接口10与辐射防护暗箱1外的测试系统4连接。通过设置线缆接口9和导线接口10，就可以防止连接辐射防护暗箱1内的设备和辐射防护暗箱1外部设备时线路穿过辐射防护暗箱1发生的射线泄露。

辐射防护暗箱1是能够屏蔽射线的箱体，在具体应用时，可以根据实际需要在辐射防护暗箱1的内壁选择防辐射的材料制作，在射线辐射屏蔽盒对射线辐射进行屏蔽的基础上，辐射防护暗箱1提供冗余的射线辐射屏蔽保护，实现对周围人员的双重保护。

工作原理：将待测芯片15放置在射线辐射屏蔽盒14内，探针17的尖端通过刺穿设置射线辐射屏蔽盒14外侧壁上的含铅橡胶片进入射线辐射屏蔽盒14，当对待测芯片15进行辐射时，射线发生装置3伸入射线辐射屏蔽盒14时与盒子上端的孔18卡合，射线的范围局限在射线辐射屏蔽盒14内，探针17的尖端在进入射线辐射屏蔽盒14的同时也不会造成射线的泄露，不仅能够防止射线辐照实验时附近人员受到射线辐射，还能够防止探针台2本身含有的芯片受到射线辐射，减小射线对待测芯片15之外的含有集成电路部件的损害，延长其它部件的使用寿命。

本发明还提供了一种基于上述用于射线辐照实验的探针台系统的实验方法，其步骤为：

S1：将射线发生装置3通过射线辐射屏蔽盒14上的孔18伸入到射线辐射屏蔽盒14中，对待测芯片15进行射线照射，射线发生装置3与射线辐射屏蔽盒14上端的孔18卡合；

射线发生装置3在探针台架11上移动，首先将射线发生装置3移动到射线辐射屏蔽盒14的上方，通过孔18将射线发生装置3伸入射线辐射屏蔽盒14中，通过射线发射控制器5控制射线发生装置3发射X射线照射到待测芯片15上，如图2所示。射线辐照实验完成后，再将射线发生装置3的射线发射口从孔18中取出。射线发生装置3的射线发射口伸入孔18中后，射线不能从孔18与射线发生装置3的射线发射口之间的缝隙泄漏到射线辐射屏蔽盒14外。

S2：完成射线照射后，关闭射线发生装置3；

S3：移动显微镜12至射线辐射屏蔽盒14的上方，将显微镜12通过射线辐射屏蔽盒14上的孔18伸入到射线辐射屏蔽盒14中，以便于观察待测芯片15的性能。

射线辐射之后，通过显微镜12观察待测芯片15的变化，可以由工作人员直接通过显微镜12进行观察，或者通过由显微镜12的电子目镜传回图像至计算机，再由工作人员观察，这里不作限定，均在本发明的保护范围之内。

优选的，当探针17的尖端接触待测芯片15的输入输出接口之后，在对待测芯片15进行射线辐射之前，可以先通过显微镜12对探针17尖端与待测芯片15的接触进行调整，比如，显微镜12通过孔18伸入射线辐射屏蔽盒14中，观察探针17尖端与待测芯片15的输入输出接口是否接触良好，或者调整探针17尖端的位置。当对待测芯片15进行射线辐照实验时，将探针台2的显微镜12从孔18中取出，再将射线发生装置3的伸入孔18。

由上可知，通过采用本发明的探针台系统和实验方法，不仅能够防止射线辐照实验时附近人员受到射线辐射，还能够防止探针台2本身含有的芯片受到射线辐射，减小射线对待测芯片15之外的含有集成电路部件的损害，延长其它部件的使用寿命。

需要说明的是，X射线是通过对阴极射线管加高压产生的，所以必然有一个射线发生装置3和射线发射控制器5；但是γ射线是放射性元素自发产生的，一般是将放射性元素（如钴60）放在一个铅盒中屏蔽，辐照时开一个小口放出射线，开小口的过程一般通过装置自动执行，人远程控制。所以，可以将包裹着γ射线放射源的铅盒看作是一个γ射线的发生器，而控制该发生器发射射线的远程控制系统看作γ射线的发射控制器。由于γ射线时辐照实验的工作原理与X射线类似，可以参考上述描述，这里不再赘述。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于射线辐照实验的探针台系统，其特征在于，它包括：

探针（17），固定在探针座（7）上；

探针台（2），包括探针台架（11）和样品托板（13），所述样品托板（13）上安装有用来放置待测芯片（15）的射线辐射屏蔽盒（14）；在所述射线辐射屏蔽盒（14）上与探针（17）对着的侧面壁上设有狭缝，所述探针（17）的尖端通过狭缝进入射线辐射屏蔽盒（14）接触待测芯片（15）的输入输出接口；

所述显微镜（12）和射线发生装置（3），安装在探针台（2）的探针台架（11）上，且所述显微镜（12）和射线发生装置（3）在探针台架（11）上可移动。

2.根据权利要求1所述的用于射线辐照实验的探针台系统，其特征在于，所述狭缝处覆盖有一挡片（16），所述挡片（16）用来包裹探针（17）的周围以防止射线泄露。

3.根据权利要求2所述的用于射线辐照实验的探针台系统，其特征在于，所述挡片（16）为铅橡胶片。

4.根据权利要求2所述的用于射线辐照实验的探针台系统，其特征在于，所述挡片（16）上开设有供探针（17）穿过的缝。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于射线辐照实验的探针台系统，其特征在于，所述射线辐射屏蔽盒（14）上还设有供显微镜（12）和射线发生装置（3）穿过的孔（18）；所述射线发生装置（3）伸入射线辐射屏蔽盒（14）时与孔（18）形成卡合配合。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于射线辐照实验的探针台系统，其特征在于，所述射线发生装置（3）通过线缆（6）连接射线发射控制器（5），所述探针台（2）的探针座（7）通过导线（8）连接测试系统（4）。

7.根据权利要求6所述的用于射线辐照实验的探针台系统，其特征在于，还包括一辐射防护暗箱（1），所述探针台（2）、射线发生装置（3）、显微镜（12）、待测芯片（15）均设置在辐射防护暗箱（1）内部；所述测试系统（4）和射线发射控制器（5）位于辐射防护暗箱（1）外。

8.根据权利要求6所述的用于射线辐照实验的探针台系统，其特征在于，所述辐射防护暗箱（1）的内壁上贴设有防辐射层。

9.一种基于上述权利要求1～8中任意一项用于射线辐照实验的探针台系统的实验方法，其特征在于，步骤为：

S1：将射线发生装置（3）通过射线辐射屏蔽盒（14）上的孔（18）伸入到射线辐射屏蔽盒（14）中，对待测芯片（15）进行射线照射；

S2：完成射线照射后，关闭射线发生装置（3）；

S3：移动显微镜（12）至射线辐射屏蔽盒（14）的上方，将显微镜（12）伸入到射线辐射屏蔽盒（14）中，观察待测芯片（15）的性能。

10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，当探针（17）的尖端接触待测芯片（15）的输入输出接口之后，在对待测芯片（15）进行射线辐射之前，先通过显微镜（12）对探针（17）尖端与待测芯片（15）的接触进行调整；当对待测芯片（15）进行射线辐照实验时，将探针台（2）的显微镜（12）从射线辐射屏蔽盒（14）中取出，再将射线发生装置（3）的伸入射线辐射屏蔽盒（14）中。