CN105759194B - 基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法，控制调配器归零，控制X轴移动到当前工作频率波长1/2处；在Y轴全行程范围内两端及中段均值取若干点分别控制滑块移动相应位置并进行输出功率值记录；根据记录值取输出功率最大点，以该点相邻两点为行程范围仍旧取相同数量的点控制滑块沿Y轴移动至各点并记录输出功率值；直至滑块移动至最小步距，寻找到Y轴最佳阻抗匹配点；保持滑块Y轴位置不变，确定X轴最佳阻抗匹配点。本发明在半导体功率器件的输入/输出阻抗测试方面减少了测试时间，提高了测试效率，降低了器件由于工作于非标准状态损坏的几率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法。
背景技术
阻抗测试是半导体功率器件的基本测试，器件处于裸片、晶圆、封装单片状态下处于“开放”状态，此时的器件由于输入/输出阻抗不是标准的50Ω，不能直接应用于电路应用，必须首先测试其输入/输出阻抗值，根据阻抗值为器件设计对应的阻抗匹配电路，确保其工作与最佳阻抗匹配模式下，才能进行标准电路设计。
半导体功率器件的阻抗测试是其最基本、最重要的测试参数，阻抗匹配是半导体功率器件其它参数测试的先决条件，只有在输入/输出阻抗确定最佳阻抗匹配点后，器件工作于最佳状态(理论上最佳阻抗匹配后输出功率最大，反射功率最小，工作效率最高)，才能进行其它关于增益、线性度、饱和功率、三阶交调、工作电压/电流/效率等其它所有重要参数的测试。
对半导体功率器件进行测试是有一定风险的，特别是阻抗未知情况下进行输入/输出通道阻抗参数测试，由于测试过程中半导体功率器件处于非标准阻抗状态下，此时器件比正常工作情况下具有更大的反射系数，承受了比正常工作情况更多的功耗负荷，导致器件发热量大、功耗高、工作电流不正常等一系列问题，因此对半导体功率器件的阻抗匹配测试要尽可能的快速、使其处于非正常工作状态的时间越短越好。
如图1所示，用于半导体功率器件测试的测试系统，主要包括主控计算机、测试仪器设备、阻抗调配器、开关矩阵、探针台+测试探针或测试夹具几部分，探针台+测试探针主要针对晶圆上半导体功率器件裸片进行测试，而测试夹具则是针对已封装后的非标准阻抗功率器件测试。阻抗调配器是实现半导体功率器件阻抗测试的核心设备、连接于测试夹具/测试探针的两边，分别用于实现被测器件的输入和输出阻抗最佳匹配，系统主控计算机控制阻抗调配器导纳滑块沿X轴和Y轴移动，以改变被测功率器件的输入/输出阻抗匹配状态，通过监测测试仪器测试结果来判断被测功率器件是否达到最佳阻抗匹配状态。通常情况下达到最佳阻抗匹配状态的条件是输出功率最大、反射功率最小、工作效率最高等几个条件之一或者组合。
无论对晶圆上功率器件裸片的测试还是对封装后非标准阻抗功率器件的测试，目前采用的阻抗调配方式基本相同，即按照调配器阻抗校准时固定步进和工作频段对全波长范围内调节调配器导纳滑块沿x轴Y轴进行矩阵式全调配和参数监测，形成结果列表，然后根据输出功率最大等判定条件进行最优点筛选，找到被测功率器件的最佳阻抗匹配点。以这种测试模式来进行阻抗测试的话，要进行对应阻抗调配器滑块坐标的几千个位置点进行参数测试，其测试量和测试时间是巨大的，这无疑也造成测试资源的浪费，并且经过长时间非正常工作状态下的测试，也增大了被测器件的损坏几率。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法，该方法极大的缩短未知参数半导体功率器件的最佳阻抗值定位时间，该测试方式无论从节约时间还是节约成本方面考虑，都极具推广应用价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法，包括以下步骤：
(1)控制调配器X轴和Y轴归零，以长度平均值考虑，控制X轴移动到当前工作波长1/2处；
(2)在Y轴全行程范围内两端及中段均值取若干点分别控制滑块移动相应位置并进行输出功率值记录；
(3)根据记录值取输出功率最大点，以该点相邻两点为行程范围仍旧取相同数量的点控制滑块沿Y轴移动至各点并记录输出功率值；
(4)重复执行步骤(3)，直至滑块移动至最小步距，确定Y轴最佳阻抗匹配点；
(5)保持滑块Y轴位置不变沿波长范围内在一个波长距离均分若干点，分别控制滑块移动至相应位置记录输出功率值，确定X轴最佳阻抗匹配点；
(6)根据当前滑块坐标对应查找计算相应位置校准值，即为被测半导体功率器件的最佳阻抗匹配值。
所述步骤(1)中，测试之前，采用矢量网络分析仪测试获取调配器的阻抗值校准数据。
所述步骤(1)中，控制调配器X/Y轴归零，即将调配器移动到起始点。
所述步骤(2)中，以初始化位置为起点，Y轴保护终止位置为终点，并在上述两点之间以距离平均方式插入3点，包含两端共取5点分别控制滑块移动至相应位置并进行输出功率值记录。
所述步骤(5)中，保持滑块Y轴位置不变沿波长范围内在一个波长距离均分5点，分别控制滑块移动至相应位置记录输出功率值。
所述步骤(5)中，根据记录值取输出功率最大点，以该点相邻两点为X轴行程范围平均取5点控制滑块沿X轴移动并记录各点输出功率值，直至滑块沿X轴移动步距达到最小，此时滑块对应的位置为被测半导体功率器件最佳阻抗点。
本发明的有益效果为：
(1)改变原来半导体功率器件阻抗测试按照矩阵排列方式进行X轴Y轴分别移动全波段测试器件阻抗值的方式，以智能选取测试范围，五点定位最佳阻抗点范围的方式，每次循环可降低二分之一最佳阻抗点寻找范围，大大缩短了器件输入/输出阻抗测试时间，提高测试效率，降低器件由于工作于非标准状态损坏的几率；
(2)提出了5点式最佳阻抗点快速定位方式，我们可以极大的缩短未知参数半导体功率器件的最佳阻抗值定位时间，该测试方式无论从节约时间还是节约成本方面考虑，都极具推广应用价值；
(3)最佳阻抗匹配值寻找到后，系统即可进行其它关于功率、增益、三阶交调等其它所有参数的测试工作。并且设计人员可以根据当前最佳匹配值为被测器件设计阻抗匹配电路，实现该半导体功率器件的应用；
(4)在半导体功率器件的输入/输出阻抗测试方面减少了测试时间，提高了测试效率，降低了器件由于工作于非标准状态损坏的几率，减少了仪器设备使用时间，降低了测试成本，同时也降低了设备维护成本。
附图说明
图1是本发明的用于半导体功率器件测试的测试系统图；
图2是本发明的输出阻抗调配示意图；
图3是本发明的最佳匹配点快速定位示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，用于半导体功率器件测试的测试系统，主要包括主控计算机、测试仪器设备、阻抗调配器、开关矩阵、探针台+测试探针或测试夹具几部分，探针台+测试探针主要针对晶圆上半导体功率器件裸片进行测试，而测试夹具则是针对已封装后的非标准阻抗功率器件测试。阻抗调配器是实现半导体功率器件阻抗测试的核心设备、连接于测试夹具/测试探针的两边，分别用于实现被测器件的输入和输出阻抗最佳匹配，系统主控计算机控制阻抗调配器导纳滑块沿X轴和Y轴移动，以改变被测功率器件的输入/输出阻抗匹配状态，通过监测测试仪器测试结果来判断被测功率器件是否达到最佳阻抗匹配状态。通常情况下达到最佳阻抗匹配状态的条件是输出功率最大、反射功率最小、工作效率最高等几个条件之一或者组合。
无论对晶圆上功率器件裸片的测试还是对封装后非标准阻抗功率器件的测试，目前采用的阻抗调配方式基本相同，即按照调配器阻抗校准时固定步进和工作频段对全波长范围内调节调配器导纳滑块沿x轴Y轴进行矩阵式全调配和参数监测，形成结果列表，然后根据输出功率最大等判定条件进行最优点筛选，找到被测功率器件的最佳阻抗匹配点。以这种测试模式来进行阻抗测试的话，要进行对应阻抗调配器滑块坐标的几千个位置点进行参数测试，其测试量和测试时间是巨大的，这无疑也造成测试资源的浪费，并且经过长时间非正常工作状态下的测试，也增大了被测器件的损坏几率。
根据上述半导体功率器件阻抗测试的缺点，实现半导体功率器件输入/输出阻抗的快速测试，我们在此引入一种新的5点式最佳阻抗匹配点快速定位方法。
如图2所示，以测试半导体功率器件输出阻抗为例，测试系统连接方式如图1。在进行半导体测试之前，系统应具有调配器的阻抗值校准数据，即调配器滑块移动的每一位置对应的阻抗值，该阻抗值一般采用矢量网络分析仪测试获取。具备上述条件后就可以进行待测半导体功率器件输出阻抗值的测试了。
如图3所示，我们采用的最佳阻抗值快速定位方法为5点式快速定位方法，系统软件根据被测半导体功率器件的工作频段以一波长长度范围进行阻抗调配测试。首先进行Y轴反射系数最佳位置定位，步骤是：
控制调配器X/Y轴归零(移动到起始点)，然后控制X轴移动到当前工作频率波长1/2处；
在Y轴全行程范围内两端及中段均值取5点分别控制滑块移动相应位置并进行输出功率值记录；
根据记录值取输出功率最大点，以该点相邻两点为行程范围仍旧取5点控制滑块沿Y轴移动至各点并记录输出功率值；
重复执行第3步，直至滑块移动至最小步距，此时Y轴对应的位置即Y轴最佳阻抗匹配点；
保持滑块Y轴位置不变沿波长范围内在一个波长距离均分5点，分别控制滑块移动至相应位置记录输出功率值；
根据记录值取输出功率最大点，以该点相邻两点为X轴行程范围平均取5点控制滑块沿X轴移动并记录各点输出功率值；
重复执行第6步，直至滑块沿X轴移动步距达到最小，此时滑块对应的位置(X/Y坐标)即为被测半导体功率器件最佳阻抗点；
根据当前滑块坐标对应查找计算相应位置校准值，即为被测半导体功率器件的最佳阻抗匹配值。
最佳阻抗匹配值寻找到后，系统即可进行其它关于功率、增益、三阶交调等其它所有参数的测试工作。并且设计人员可以根据当前最佳匹配值为被测器件设计阻抗匹配电路，实现该半导体功率器件的应用。
通过上述5点式最佳阻抗点快速定位方式，我们可以极大的缩短未知参数半导体功率器件的最佳阻抗值定位时间，该测试方式无论从节约时间还是节约成本方面考虑，都极具推广应用价值。
在矩阵式沿X/Y轴移动测试滑块时增大移动步距，这样也可以实现测试速度的提高，但由于移动步距增大，其最终测量值会出现与实际最佳位置的较大偏差，对于技术指标要求较高的半导体器件，难以保证其测试精度。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)控制调配器X轴和Y轴归零，以长度平均值考虑，控制X轴移动到当前工作波长1/2处；
(2)在Y轴全行程范围内两端及中段均值取若干点分别控制滑块移动相应位置并进行输出功率值记录；
(3)根据记录值取输出功率最大点，以该点相邻两点为行程范围仍旧取相同数量的点控制滑块沿Y轴移动至各点并记录输出功率值；
(4)重复执行步骤(3)，直至滑块移动至最小步距，确定Y轴最佳阻抗匹配点；
(5)保持滑块Y轴位置不变沿波长范围内在一个波长距离均分若干点，分别控制滑块移动至相应位置记录输出功率值，确定X轴最佳阻抗匹配点；
(6)根据当前滑块坐标对应查找计算相应位置校准值，即为被测半导体功率器件的最佳阻抗匹配值；
所述步骤(2)中，以初始化位置为起点，Y轴保护终止位置为终点，并在上述两点之间以距离平均方式插入3点，包含两端共取5点分别控制滑块移动至相应位置并进行输出功率值记录。
2.如权利要求1所述的一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法，其特征是：所述步骤(1)中，测试之前，采用矢量网络分析仪测试获取调配器的阻抗值校准数据。
3.如权利要求1所述的一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法，其特征是：所述步骤(1)中，控制调配器X/Y轴归零，即将调配器移动到起始点。
4.如权利要求1所述的一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法，其特征是：所述步骤(5)中，保持滑块Y轴位置不变沿波长范围内在一个波长距离均分5点，分别控制滑块移动至相应位置记录输出功率值。
5.如权利要求1所述的一种基于调配器的半导体阻抗测试的最佳阻抗点快速定位方法，其特征是：所述步骤(5)中，根据记录值取输出功率最大点，以该点相邻两点为X轴行程范围平均取5点控制滑块沿X轴移动并记录各点输出功率值，直至滑块沿X轴移动步距达到最小，此时滑块对应的位置为被测半导体功率器件最佳阻抗点。
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